The area of Central Kamchatka limited by latitudes of 52.5 and 54 degrees includes six active volcanoes (Avacha, Koryaksky, Zhupanovsky, Mutnovsky, Gorely and Opala), as well as a number of dormant and extinct stratovolcanoes, monogenic cones and large calderas. Furthermore, it contains the Malko-Petropavlovsk fracture zone (MPZ), which marks the boundary between two distinct subduction regimes to the south and to the north. We present a new seismic tomography model for this area, which was constructed based on the joint use of data of the Kamchatkan permanent seismic stations and a temporary network installed in the region in 2019–2020. A series of synthetic tests have demonstrated fair resolution of the derived seismic velocity structures in the crust and in the mantle wedge down to ~150 km. The distributions of the P and S wave velocities, and especially the Vp/Vs ratio, clearly highlight the connection between the volcanic centers in Central Kamchatka and the subducting slab. At depths below 40 km depth, we observe two large low-velocity anomalies centered below Zhupanovsky and Mutnovsky volcanoes and covering all other volcanoes in the area. In the vertical sections, the corresponding anomalies of high Vp/Vs ratio have mushroom shapes with the heads spreading along the bottom of the crust, which probably represent the underplating of magma material that feeds the volcanoes of the groups. The tomography results also reveal some important tectonic features, such as a V-shaped fault system in the Avacha Graben, which is the part of the MPZ.

В голоценовое время наибольшая вулканическая активность на Камчатском полуострове проявлялась в пределах Ключевской группы вулканов (КГВ). КГВ расположена в северной части Центральной Камчатской депрессии (ЦКД) на плато высотой около 1000 м и состоит из тринадцати вулканов, породы которых значительно отличаются друг от друга по петрографии, минералогии, содержанию кремнезема, по макро- и микроэлементному составу. Вопрос разнообразия вулканических пород является одним из наиболее острых среди вопросов магмообразования не только в КГВ, но и во всей Камчатской зоне субдукции. За последние десятилетия в отечественной и зарубежной печати появилось большое число работ, посвященных изучению пород КГВ, однако в большей части публикаций рассматриваются продукты исторических и голоценовых извержений. Более того, породы некоторых объектов КГВ не изучались вообще, некоторые объекты были обследованы в середине XX в., и об их породах известны лишь грубые петрохимические характеристики. Таким образом, геохимические и возрастные взаимоотношения вулканов Ключевской группы во многом остаются неясными. Вряд ли возможно понять эволюцию магматического вещества в пределах КГВ в пространстве и времени без рассмотрения вулканизма, происходившего в доголоценовое время как для каждого вулкана, так и для всего региона в целом.
Малоизученными объектами КГВ являются не только такие ныне потухшие вулканы, как Удины Сопки, Зимины Сопки и Горный Зуб, но и среднеплейстоцен-голоценовые вулканы Острый Толбачик и относящийся к активным Плоский Толбачик, на склонах которого в течение последних 10 тыс. лет активно работает зона моногенных шлаковых и шлаколавовых конусов, извергающих породы различного химического состава. Геологическая история формирования Толбачинского массива с возрастным и вещественным разделением вулканических проявлений в голоцене, описана во многих работах после Большого трещинного Толбачинского извержения 1975–1976 гг. (БТТИ). Голоценовым и историческим извержениям моногенных конусов и вулкана Плоский Толбачик посвящено более 900 российских и зарубежных публикаций. В то же время петролого-геохимическая информация по плейстоценовому периоду развития Толбачинского массива практически отсутствует.
В семидесятых годах прошлого века была составлена геологическая карта Толбачинского массива, дано описание петрографического и минерального состава пород, а также получены первые химические анализы пород на макроэлементы. Несмотря на огромный интерес к Большому трещинному Толбачинскому извержению 1975–1976 гг. и многочисленные публикации о разнообразном составе его продуктов, геохимические и изотопные исследования самих стратовулканов не проводились, и их вещественная эволюция и связь с зоной моногенного вулканизма до сих пор оставались неизвестными. Только после извержения 2012—2013 гг. появилось несколько работ, посвященных Толбачинскому массиву.
Для определения мантийных и флюидных источников пород Толбачинского вулканического массива и выяснения взаимоотношений пород его разновозрастных комплексов в настоящей работе представлены геологические, петрографические, петрохимические, геохимические, изотопные данные, а также данные K-Ar датирования. В главе использована представительная коллекция из 155 образцов, собранная со всех перечисленных выше объектов Толбачинского массива, включая моногенные конусы различных возрастных групп, вплоть до последнего извержения 2012–2013 гг. Кроме того, были исследованы образцы горы Поворотной, расположенной в 8 км к северо-востоку от Плоского Толбачика, а также образцы лав основания КГВ, опробованных в обнажениях долины р. Студеной. Комплексное изучение Толбачинского вулканического массива позволило не только получить информацию по петрологии и геохимии самого массива, но также понять взаимоотношения пород массива с соседними вулканическими проявлениями в КГВ.

Ключевская группа вулканов (КГВ) располагается в северной части Центральной Камчатской депрессии (ЦКД) и является одной из самых крупных и наиболее активных вулканических структур на Камчатке и в мире. В южной части КГВ находится позднеплейстоцен-голоценовый Толбачинский массив, который извергался неоднократно в течение голоцена и исторического времени.
Первые исторические описания активности Толбачинского массива были выполнены русским исследователем Степаном Крашенинниковым, сделавшим записи об извержении Толбачика 1739 года. Позднее, в течение 20-го столетия, исследователи изучали и публиковали данные о многочисленных доисторических и исторических извержениях как на вершине вулкана Плоский Толбачик, так и в зоне моногенных конусов на юго-юго-западном фланге массива. В основном эти работы были посвящены динамике извержений и постэруптивным изменениям, морфологии вершинной части вулкана.
Всемирную известность вулкан Толбачик приобрел только после Большого трещинного Толбачинского извержения 1975–1976 гг. (БТТИ), когда в течение полутора лет на южном склоне вулкана сформировались четыре новых моногенных конуса и связанные с ними лавовые поля. Это извержение излило на поверхность высоко-Mg и высоко-Al базальты с общим объемом продуктов извержения (лава и тефра) 2,2 км3, что сделало его одним из крупнейших извержений XX века. В период между БТТИ и извержением 2012–2013 гг. множество публикаций в российских и международных журналах представляли данные об извержении Толбачика 1975–1976 гг. Благодаря этому к настоящему времени большинство существующей информации по Толбачинскому вулканическому массиву относится к извержению 1975–1976 гг. В то же время другие части этого грандиозного массива и прилегающие к нему моногенные конусы и лавовые поля изучались в гораздо меньшей степени.
В той же зоне моногенных конусов, что и извержение 1975–1976 гг., в 2012 г. началось новое крупное извержение – Трещинное Толбачинское извержение имени 50-летия ИВиС (ТТИ-50). Задача настоящего раздела – дать обзор накопленных знаний и существующих гипотез по геологии, тектонике, петрологии, геохимии, геофизике и истории развития Толбачинского вулканического массива к началу ТТИ-50.