Geochemical characteristics of agate bearing basalts of the Central Kuzbass (Kemerovo region).pdf Введение Изучаемые породы относятся к пермотриасовому комплексу Кузбасского магматического ареала и представлены трапповой трахибазальтовой формацией Салтымаковской палеовулканической структуры [Буслов и др., 2010]. Траппы Кузбасса давно стали объектом научных исследований, так как с ними связывают проявления и месторождения исландского шпата в Кемеровской области [Кутолин, 1963] и агатов, а в последнее время рассматриваются как результат последствий действия Сибирского суперплюма. Наш интерес связан с проявлениями кварц-халцедоновых образований в исследуемых базальтах. Ранее была дана геохимическая характеристика кварц-халцедоновых образований Кузбасса [Звягинцева, 2018], где были рассмотрены геохимические и минералогические особенности агатовых проявлений, которые расположены в изучаемых базальтах. Целью работы является изучение геохимических характеристик агатоносных базальтов нескольких проявлений Кузбасса и сравнение их друг с другом, их сопоставление с базальтами других территорий на основе имеющихся данных [Hetzel, Glodny, 2002; Медведев и др., 2003; Буслов и др., 2010; Davies и др., 2010; Наставко и др., 2012]. Для достижения поставленной цели были проанализированы полученные нами данные по геохимии Салтымаковского комплекса пермотриасо-вой вулкано-плутонической провинции центрального Кузбасса относительно других агатоносных объектов, изученных ранее, проведено сравнение их с предшествующими результатами по исследуемой территории. © Звягинцева Е.В., Борозновская Н.Н., 2019 DOI: 10.17223/25421379/13/7 Фактический материал Основные запасы агатового сырья сосредоточены в раннемезозойских породах региона. Проявления локализуются в так называемой Мелафи-ровой подкове, которой отвечают Караканский, Салтымаковский, Ажендаровский хребты, Осташ-кин камень, Кайлотские горы, Тарадановский увал (рис. 1). За период 2013-2016 гг. была собрана авторская коллекция образцов кварц-халцедоновых образований и вмещающих пород. Каменный материал был отобран нами со следующих проявлений: - проявление участка Терсюк (Новокузнецкий район), где миндалекаменные базальты с агатовой минерализацией вскрыты в правом борту р. Терсюк (рис. 2, а). Базальт здесь был отобран с двух точек вскрытой части разреза, третий был взят в борту р. Афониха (10 км от агатовых проявлений); - проявления Салтымаковского хребта (Крапи-винский район), где миндалекаменные базальты с агатовой минерализацией вскрыты в левом борту р. Томь (рис. 2, b). Краткая геологическая характеристика участков проявлений Участок Терсюк примыкает к западному склону Кузнецкого Алатау, приурочен к Кузнецкой котловине и расположен в западной части Татарской мульды. Татарская мульда является основной плика-тивной структурой района. Участок Терсюк - это общее название территории, в которой выделено ранее [Юрьев, 1992] два участка: Пустоваловский и Ливановский. В геологическом строении участка принимают участие триасовые, юрские и четвертичные отложения. Для нас наиболее интересны триасовые отложения, так как в них и заключены кварц-халцедоновые образования. Триасовые отложения представлены нижним отделом, сосновской и яминской свитами. Сосновская свита (Tjss) не имеет базальтов, средняя ее мощность составляет 650 м. Рис. 1. Локализация точек отбора проб базальта центрального Кузбасса 1 - проявление Салтымаковского хребта, 2 - участок Терсюк. Вырезка из [Лавренов и др., 2015] Fig. 1. Allocation of basalt sampling points in the central Kuzbass 1 - occurence of the Saltymakovsky ridge, 2 - Tersyuk site. Geological map clipping [Lavrenov et al., 2015] Рис. 2. Точки отбора проб базальта с проявлений a - участка Терсюк (Терс. 1,2); b - Салтымаковского хребта (Салт. 5) i™_, • Ea3 Xeoc , 1_баз. Tepc.1 Fig. 2. Basalt sampling points from the occurances a - Tersyuk site (Терс. 1,2); b - Saltymakovsky range (Салт. 5) В яминской свите (Tjam) базальты от грязно-зеленоватого до черного цветов, массивной текстуры, афанитовой и брекчиевидной структуры, в той или иной степени миндалекаменные. Мощность базальтов в свите по данным [Юрьев, 1992] - 30-40 м. В верхней части базальтового покрова здесь отмечается горизонт насыщенный кварц-халцедоновыми образованиями. В Пустоваловском участке продуктивный горизонт представлен темно-серыми до черных миндалекаменными базальтами. Мощность продуктивного горизонта составляет 0,7 м. Количество миндалин около 10%. Здесь встречаются агаты и серые халцедоны, имеющие моховидные и дендрито-видные включения. Также встречены образцы с «муаровым» эффектом. Для этого проявления характерно наличие кварц-халцедоновых трубок. Как правило, такие образования имеют множество трещин и при извлечении из породы рассыпаются на кусочки. Подробное описание текстур и структур кварц-халцедоновых образований дано в [Звягинцева, 2018]. В строении продуктивного горизонта наблюдается следующая вертикальная зональность (сверху вниз): 1. Горизонтально-рассланцованные выветрелые, зеленовато-серые миндалекаменные базальты. Миндалины мелкие, имеют лепешкообразную форму. В этой же зоне находятся кварц-халцедоновые трубки. 2. Темно-серые базальты с миндалинами (3-7 см). 3. Базальты от темно-серых до черных, размеры миндалин (3-5 см). В северо-западной части участка длина продуктивного горизонта составляет 370 м, мощность -0,7 м. Ширина предполагаемой отработки продуктивного слоя - 12 м. Среднее содержание кварц-халцедонового сырья - примерно 15,5 кг/м3, сортового материала - 2,4 кг/м3, коллекционного и галтовочного - 18,7 кг/м3. В юго-восточной части участка длина продуктивного горизонта составляет 100 м, мощность - 0,7 м. Среднее содержание кварц-халцедонового сырья - примерно 36,9 кг/м3, сортового материала - 2,8 кг/м3, коллекционного и галтовочного - 22,8 кг/м3. Участок Ливановский расположен в правом борту р. Средний Терсюк. Продуктивный горизонт прослежен на 160 м вдоль осевой части хребта, полого погружаясь под рыхлые отложения и базальты в северо-восточном направлении, практически параллельно плоскости северо-восточного склона. Разрез продуктивных отложений в юго-восточной части имеет следующий вид (сверху вниз) [Юрьев, 1992]: - грязно-зеленые, зеленовато-серые базальты с крупными (до 20 см) миндалинами караваеподобной и лепешкообразной формы. Содержание кварц-халцедонового сырья составляет 50-60 кг/м3; - массивные темно-серые до черных миндалека-менные базальты. Содержание кварц-халцедонового материала невысокое - 10-20 кг/м3. Характерны миндалины малых размеров - до 7 см в диаметре. Формы миндалин близки к шаровидной. Образцы часто заполнены серым халцедоном. Триасовые отложения Салтымаковского хребта достаточно хорошо изучены в работах геологоразведочной партии под руководством В.П. Болту-хина [Болтухин, Ивличева, 1984]. Район сложен триасовыми породами трапповой формации. Эксплозивный индекс толщи довольно высок (около 40). Значительную часть мощности разрезов слагают витрокластические алевролитовые туфы. Базальты практически не затронуты метаморфическими преобразованиями и имеют свежий, кайнотипный облик [Болтухин, Ивличева, 1984]. В верхних частях покровов, а также по зонам трещиноватости часто наблюдается интенсивная цеолитизация. Триасовые отложения расчленены на мальцевскую, сосновскую и яминскую свиты [Казаков и др., 2002]. Различные части покровов и отдельных потоков базальтов обладают своими текстурно-структурными особенностями. В верхних частях базальты афировые, минда-лекаменные, черные. Основная масса гиалиновой или гиалопилитовой структуры. Кварц-халцедоновый материал и пробы базальта были собраны нами со склона южной экспозиции Салтымаковского хребта в месте впадения реки Остяковой в р. Томь в борту дорожного карьера. Центральные и нижние части сложены массивным базальтом; структура -пойкилоофитовая и микродолеритовая с элементами интерсертальной. Интерстиции обычно заполнены стеклом желто-бурого цвета [Лавренов и др., 2015]. Миндалины выполнены хлоритом, халцедоном, цеолитом. Агаты (по большей части ониксы) этого проявления характеризуются голубовато-серой окраской. В центральной части миндалин часто присутствует кварц (иногда в виде раухтопаза или горного хрусталя). Методы исследования Определение элементов-примесей проводилось в центре коллективного пользования «Аналитический центр геохимии природных систем» Национального исследовательского Томского государственного университета» на квадрупольном ICP-MS спектрометре Agilent 7500 cx, позволяющем определять концентрации рассеянных элементов от Li до U включительно (аналитик - Е.С. Рабцевич). Для всех анализов использовались порошковые пробы, истертые до состояния пудры. Результаты исследований и обсуждение В данной работе был исследован микроэлементный состав агатосодержащих базальтов Кузбасского магматического ареала (табл. 1). Приводятся данные о содержании редких и редкоземельных элементов в агатоносных базальтах Кузбасского магматического ареала (см. рис. 3, 4). В целом можно говорить о схожести характера распределения редких элементов для образцов Сал-тымаковского хребта и участка Терсюк. Для всех участков отмечены повышенные содержания Ti, V, Mn, Zn, Sr, Zr, Ba. Все пробы характеризуются преобладанием легких лантаноидов над тяжелыми (La/Yb)ch - 6,0-5,1 и деплетированы тяжелыми (Sm/Yb)ch - 2,2-2,0. Характерно наличие минимумов высокозарядных элементов (HFSE) - Nb, Та. Спектры РЗЭ обогащены легкими элементами относительно хондрита ((La/Sm)n = 2,3-2,7). Низкое отношение (Gd/Yb)n = 1,5-1,6 в наших базальтах коррелирует с данными [Буслов и др., 2010], что допускает, по их мнению, мантийный источник плавления на уровне шпинелевой фации. Наши показатели также коррелируют и с данными [Наставко и др., 2012] по распределению элементов для пород Сал-тымаковского комплекса, нормированных по примитивной мантии (РМ) (см. табл. 2, рис. 4). Таблица 1 Содержание элементов-примесей (г/т) в агатоносных базальтах Кузбасса Table 1 Content of impurity elements (ppm) in agate-bearing basalts of Kuzbass Element Баз. Салт. Баз. Тер.1 Баз. Тер.2 Баз. Тер.3 Li 14,43 13,86 10,78 13,20 Be 1,75 1,40 1,94 2,16 B 4,72 0,28 0,26 6,31 Sc 26,83 27,07 24,28 29,10 Ti 7 973,79 10 047,93 9 368,09 9 407,51 V 172,89 288,61 269,58 188,95 Cr 27,43 64,84 49,18 12,93 Mn 1 218,62 1 322,70 333,98 1 653,53 Co 25,46 34,00 32,33 25,51 Ni 5,89 17,67 19,85 3,59 Cu 12,17 17,41 16,59 26,10 Zn 119,62 128,11 118,63 117,93 Ga 1 8,09 18,22 19,03 20,84 Rb 14,99 4,14 16,38 26,60 Sr 493,19 475,44 491,55 541,85 Y 32,30 30,83 32,58 37,92 Zr 189,16 207,90 198,64 226,05 Nb 1 1 ,79 10,04 9,83 13,73 Sb 0,27 0,07 0,23 0,25 Cs 0,93 0,21 0,80 2,04 Ba 479,87 449,42 781,82 598,69 La 29,11 24,20 27,44 34,03 Ce 65,55 58,15 60,60 77,05 Pr 8,23 7,37 7,91 9,66 Nd 33,56 31,66 32,69 39,62 Sm 7,00 6,75 6,84 8,15 Eu 1,98 1,93 1,77 2,12 Gd 6,63 6,50 6,53 7,43 Tb 1,02 1,02 1,02 1,19 Dy 6,11 6,13 6,15 7,02 Ho 1,33 1,30 1,33 1,49 Er 3,71 3,54 3,73 4,21 Tm 0,58 0,53 0,58 0,65 Yb 3,65 3,42 3,73 4,15 Lu 0,55 0,50 0,56 0,63 Hf 4,58 5,54 5,23 5,66 Ta 0,77 0,72 0,64 0,88 Pb 9,46 9,77 10,36 11,00 Th 4,12 4,36 3,94 4,92 U 2,19 1,33 2,45 2,56 УРЗЭ 169,01 153 160,9 197,4 У.РЭ 11034,3 13334,8 12979,8 13177,2 В породах Салтымаковского комплекса наблюдается обогащенность легкими лантаноидами (La/Yb)^ -2,0-1,7, и крупноионными литофильными элементами ((U/La)^ - 2,9-1,8, и деплетированность тяжелыми лантаноидами (Gd/Yb)pM - 0,6-0,5. Деплетиро-ванность тяжелыми лантаноидами может свидетельствовать о присутствии граната в родоначальных расплавах [Медведев и др., 2003], а обогащенность легкими РЗЭ - о мантийном источнике. Величина европиевой аномалии в образце Терс. 1 (агатонос-ный слой) - 0,89, а в образце Терс. 2 (неагатоносный верхний слой) - 0,80, что может говорить о более восстановительной среде в агатоносном слое (рис. 3). Дело в том, что концентратором Eu в базальтах является плагиоклаз. Известно, что в плагиоклазе накапливается главным образом восстановленная форма Eu (Eu2) [Беликова, Мороз, 2016], а для этого нужны определенные восстановительные условия среды. Величина европиевой аномалии в пробе Салт. (агатоносный слой) и аналогичной пробы участка Терсюк примерно одинаковая - 0,88 и 0,89 соответственно. Суммарное содержание РЗЭ достаточно высокое для всех проб - от 153 до 197,4 г/т (см. табл. 1). 100 ч I о X го ч о О 10 Рис. 3. Нормированные на хондрит [Sun, McDonough, 1989] графики распределения редкоземельных элементов во вмещающих базальтах 1-3 - участок Терсюк, 5 - Салтымаковский Fig. 3. Normalized to chondrite [Sun, McDonough, 1989] distribution charts of rare-earth elements in the enclosing basalts 1-3 - Tersyuk site, 5 - Saltymakovsky range б. Салт. б. Тер.1 б. Тер.2 б. Тер.3 -1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1- La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Таблица 2 Элементы-примеси в базальтах Караканского хребта по [Наставко и др., 2012] Impurity elements in the basalts of the Karakan ridge. according to [Nastavko et al., 2012] Table 2 Обр. Rb Sr Cs Cr Co Sc Y Zr Nb Ta Hf U Th La Ce Nd Sm Eu Gd Tb Yb Lu Кр-25 48 399 1,8 20 25 32 - - - 0,8 5,3 2,3 4,4 33 70 37 8,6 2,1 9,2 1,4 4,7 0,6 К- 71 б 43 471 2,2 22 24 31 44 226 13,7 0,8 4,7 4,7 4,2 36 67 36 8,8 2,1 8,1 1,35 3,8 0,55 В агатоносном слое (проба Терс. 1) происходил, возможно, вынос РЗЭ, так как сумма РЗЭ в пробе Терс. 1 меньше, чем в пробе Терс. 2 (табл. 1). Несмотря на геохимическую схожесть проб базальтов Салтымаковского проявления и участка Терсюк, образцы базальтов Терсюк относительно Салтымаков-ских содержат большее количество Cr, Ni, Cu, Со, Mn, V. В то же время в агатах, изученных нами ранее [Звягинцева, 2018], наблюдается обратная картина: в салтымаковских агатах значительно больше концентрация Cr, Ni, Cu, V, Co относительно тер-сюкских образцов. Соответственно, «Салтымаков-ские флюиды» более интенсивно заимствовали эти элементы из базальтов, нежели Терсюкские. Отсюда и различная обогащенность элементами. В табл. 2 приводятся данные по элементам-примесям для базальтов Караканского хребта, который простирается в северо-западном направлении южнее на 30 км Ажендаровского хребта и Тарада-новского увала. По приведенному редкоэлементно-му составу и концентрациям в целом наблюдается схожесть с изученными нами образцами, но есть и различия. В частности, в образцах Караканского хребта содержание Rb в несколько раз больше, чем в образцах Салтымаковского хребта и участка Терсюк. Подобная картина отмечается для Cs. Что касается концентраций Cr и Со, то отмечается примерно одинаковое содержание этих элементов для образцов Салтымаковского и Караканского хребтов, но образцы участка Терсюк отличаются повышенным содержанием (см. табл. 2). В Караканских образцах чуть больше La, Gd, Tb (см. рис. 3). На дискриминационной диаграмме Ti-Zr для базальтов (модификация Дж. Пирса) [Интерпретация... 2001] наши образцы попадают в поле внутриплит-ных базальтов близко к границе с базальтами вулканических дуг (рис. 5). Образцы исследуемых пород характеризуются высокими содержаниями V (170-280 ррт), особенно терсюкские базальты, что отмечается для пород трапповой формации Сибири [Борисенко, 1973]. На рисунке даны графики соотношений Zr-Nb (а) и Zr-Ti (b) для образцов авторов в сравнении с другими базальтами. По диаграмме Zr-Ti (b) точки наших образцов располагаются в поле точек Кузбасских базальтов по данным [Буслов и др., 2010; Davies, 2010], сюда же попадают образцы сыверминского типа Восточно-Сибирских траппов (рис. 6). б. Салт. б. Тер.1 б. Тер.2 б. Тер.3 1000 I го S к го I ш 100 10 с го Ч о о Ba Rb Nb La Ce Sr Nd Sm Zr Ti Y Рис. 4. Нормированные на примитивную мантию [Sun and Mc Donough, 1989] графики распределения РЗЭ во вмещающих базальтах 1-3 - участок Терсюк, 5 - Салтымаковский Fig. 4. Normalized to primitive mantle [Sun and Mc Donough, 1989] distribution charts of REE in host basalts 1-3 - Tersyuk site, 5 - Saltymakovsky range Рис. 5. Дискриминационная диаграмма Ti-Zr для базальтов, модификация Дж. Пирса Желтые точки: 1-3 - базальт участка Терсюк; 5 - базальт Салтымаковского хребта. MORB - базальты срединно-океанических хребтов; Within- plate - внутриплатные базальты; Volcanic-ark - базальты вулканических дуг Fig. 5. The Ti-Zr discriminatory basalt diagram, J. Pierce modification Yellow points: 1-3 - basalt from the Tersyuk occurrence; 5 - basalt from the Saltymakovsky range. MORB - mid-ocean range basalts; Within-plate - intra-plate basalts; Volcanic-ark - volcanic arc basalts b a 30- 20- 10- 0 1 100 I 200 Zr, г/т i 300 I 400 0 I 100 I 200 Zr, г/т • 1 о 2 □ 3 о < I А 5 ★ 6 + 20 000-1 16 000- 12 000- 4000- 300 40-1 вооо- 400 • 3 Рис. 6. Графики соотношений Zr-Nb (а) и Zr-Ti (b) в сравнении со спектрами кузбасских базальтов по данным [Буслов и др., 2010], траппов Западной и Восточной Сибири, базальтов Килауэа, океанического плато (Онтонг-Джава), N-MORB и Параны 1-6 - пермотриасовые базальты: 1 - Кузнецкого бассейна [Буслов и др., 2010]; 2 - Кузнецкого бассейна [Крук и др., 1999]; 35 - Восточно-Сибирских траппов: 3 - сыверминская, 4 - ивакинская, 5 - надеждинская свиты; 6 - Уренгойского рифта Западно-Сибирского бассейна; 7 - триасовые базальты Северо-Монгольской магматической области, 8 - пермотриасовые базальты Кузбасса (авторские данные) Fig. 6. Graphs of Zr-Nb (a) and Zr-Ti (b) for kuzbas basalts according to data [Buslov et al, 2010], oceanic plateau (Ontong-Java), N-MORB and Parana 1-6 - Permian-Triassic basalts of: 1 - Kuznetsk basin [Buslov et al., 2010]; 2 - Kuznetsk basin [Kruk et al., 1999]; 3-5 - East Siberian traps: 3 - syverminskaya, 4 - Ivakinskaya, 5 - Nadezhdinskaya Formations; 6 - Urengoi rift of West Siberian basin; 7 - Triassic basalts of North Mongolian igneous region, 8 - Permian-Triassic basalts of Kuzbass Такие сходные показатели могут быть объяснены наличием одного мантийного источника для данных образцов. По этим соотношениям кузбасские базальты близки к базальтам сыверминской свиты сибирских траппов. Выводы Таким образом, все исследуемые базальты попадают в поле внутриплитных базальтов (Within-plate) близко к границе с базальтами вулканических дуг. По геохимическому составу они схожи между собой. Незначительные отличия отмечены для базальтов участка Терсюк, которые более обогащены Cr, Со, Mn, V относительно Салтымаковского хребта, тогда как в самих агатах ранее было отмечено пониженное содержание этих элементов для участка Терсюк относительно агатов Салтымаковского хребта и Ажен-даровского (д. Ключи) [Звягинцева, 2018], что может быть следствием более активного выноса этих элементов из базальтов Салтымаковского хребта. Спектры РЗЭ обогащены легкими элементами ((La/Sm)n = = 2,3-2,7). Низкое отношение (Gd/Yb)n = 1,5-1,6 в исследуемых базальтах коррелирует с данными других исследователей и подтверждает допущение о мантийном источнике плавления на уровне шпине-левой фации. По соотношению Ti-Zr кузбасские базальты близки к базальтам сыверминской свиты сибирских траппов, что может быть следствием единого мантийного источника.

Скачать электронную версию публикации