Geochemical and isotope (O, Sr, Nd) evidence for interaction of mantle and crustal magmas in basalt-andesite-trachyte-rh.pdf Введение Минусинский прогиб является одной из крупнейших структур девонской Алтае-Саянской риф-товой системы и охватывает территорию около 100 000 км2. Прогиб возник в пределах раннепалео-зойской (каледонской) области Центрально-Азиатского складчатого пояса спустя 70-80 млн лет после завершения орогенических процессов в ее пределах. Образование прогиба было сопряжено с вулканической активностью, что определило доминирование вулканических пород в строении выполняющих его ранне-среднедевонских толщ [Лучиц-кий, 1960]. Толщи вулканических пород, как правило, залегают со структурным несогласием на до-девонском складчатом фундаменте. Они обнажаются на бортах прогиба и в пределах поднятий, одним из которых является Батеневское. В его строении участвуют породы широкого диапазона составов: умеренно-высокотитанистые и низкотитанистые базальты, базальтовые трахиандезиты, трахианде-зиты, трахиты, трахидациты и риолиты. В последние годы был получен большой объем геологической, геохимической и изотопной (O, Sr, Nd, Pb) информации по составу пород дифференцированной вулканической ассоциации Батеневского поднятия, что позволило рассмотреть вопросы ее происхождения. Методы исследований Вулканические толщи Батеневского поднятия изучались комплексом методов: петрографических, петрохимических, геохимических и изотопных. Петрографические и петрохимические характеристики магматических пород базируются на результатах изучения 90 образцов и проб, которые охватывают все известные в изученном районе петрографические разновидности. Содержания петро-генных элементов (табл. 1) были определены в Институте геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН рентгенофлуоресцентным методом на многоканальном спектрометре СРМ-25 по методике [Афонин, Гуничева, Пискунова, 1984]. Редкие элементы (табл. 1) определены методом ICP-MS в ЦКП ИНЦ СО РАН Байкальского аналитического центра на масс-спектрометре с высоким разрешением ELEMENT-2 Finnigan MAT. Измерения проводились при стандартных операционных условиях для данного прибора. Для нивелирования возможного матричного эффекта и учета нестабильности в течение процедуры съемки спектров использован внутренний стандарт Rh. Для градуирования при расчетах содержаний элемента в пробе использованы многоэлементные сертифицированные растворы (CLMS-1, -2, -4, SPEX, США). Пробоподго-товка для пород основного и среднего составов осуществлялась открытым кислотным разложением, для кислых вулканитов - сплавлением с метаборатом лития. Для изотопного анализа кислорода использовались полевые шпаты без следов вторичных изменений (в виде осколков) общим весом 1,5-2,5 мг. Измерения выполнены в Геологическом институте БНЦ СО РАН на газовом масс-спектрометре Finnigan MAT 253 с использованием двойной системы напуска в классическом варианте (стандарт -образец). © Воронцов А. А., Ярмолюк В.В., 2017 DOI: 10.17223/25421379/2/3 Т а б л и ц а 1 Составы представительных пород девонской магматической ассоциации Батеневского поднятия 0,03 0,29 1,00 3,75 3,28 0,07 0,91 0,82 58 1232 149 161 13 4,2 1,15 10 9,6 2,56 5 12 25 3.2 12 2,2 0,49 2,0 0,35 1,9 0,43 0,8 0,19 1.3 0,23 T a b l e 1 Compositions of representative rocks of Devonian igneous assemblage of Batenevo Rise Компонент БАТ1/12 БАТ1/25 БАТ1/32 БАТ3/4 БАТ3/23 БАТ4/2 БАТ4/5 БАТ4/9 БАТ4/10 БАТ4/11 БАТ4/12 БАТ5/8 SiO2 74,07 64,51 69,65 49,02 48,66 68,52 69,39 51,06 54,95 53,30 64,03 62,60 TiO2 0,31 0,94 0,57 1,60 1,56 0,41 0,50 1,51 1,40 1,42 1,03 0,83 Al2O3 11,23 15,73 14,44 18,00 17,45 15,22 14,67 17,54 16,90 17,26 14,94 16,39 Fe2O3* 2,78 5,61 3,82 9,85 11,63 3,09 3,68 10,57 8,52 8,32 5,85 5,13 MnO 0,03 0,14 0,13 0,16 0,19 0,17 0,06 0,18 0,14 0,16 0,14 0,12 MgO 0,29 0,57 0,23 3,69 4,59 0,50 0,31 3,30 2,46 3,01 0,75 1,75 CaO 0,53 1,13 0,68 8,29 9,31 1,53 1,16 8,73 7,08 7,46 3,12 3,07 Na2O 4,69 6,35 5,05 4,53 3,41 5,06 5,65 3,29 3,60 3,56 4,15 4,37 K2O 2,34 3,04 4,80 1,65 1,01 4,05 3,80 1,33 2,23 2,05 3,10 3,26 P2O5 0,10 0,21 0,11 0,62 0,45 0,08 0,07 0,46 0,65 0,66 0,25 0,28 П.п.п. 3,55 1,78 0,60 2,44 1,90 1,32 0,68 2,03 2,00 2,74 2,64 2,05 Сумма 99,90 99,99 100,07 99,85 100,15 99,95 99,97 99,99 99,92 99,92 99,99 99,86 к. агп 0,80 0,76 0,93 0,80 0,84 0,64 518O, % (ПШ) 13,8 12 13,4 9,1 8,5 13,5 13,2 8,8 8,8 8,7 11,9 9,8 Rb 38 57 98,0 39 17 89 92 32 63 51 95 104 Ba 1479 837 521 804 380 1478 575 431 646 926 1290 820 Sr 229 341 178 1118 727 375 282 683 672 675 409 763 Zr 179 392 480 168 145 353 486 201 263 259 374 269 Nb 9,8 22 24 10,8 7,3 21 28 11,0 14,8 15 24 16 Hf 4,27 9,4 11,3 4,09 3,60 9,5 13,3 4,95 6,3 6,3 10,2 6,3 Ta 1,32 1,27 1,54 0,64 0,36 1,38 1,89 0,66 0,89 0,87 1,47 1,19 Y 12,2 47 55 34 32 44 61 35 39 37 46 29 Th 12,2 9,8 13,5 3,18 2,22 10,1 14,0 4,72 9,8 9,4 11,1 12,8 U 5,2 2,75 3,48 1,42 0,84 2,78 3,94 1,48 3,09 2,98 3,09 3,53 Pb 13,8 14,1 19 5,3 4,81 9,8 17 8,1 11,3 12,4 9,6 18 La 26 55 69 35 26 53 48 34 53 52 57 44 Ce 51 120 146 78 63 114 99 75 117 114 124 91 Pr 5,3 15 19 9,7 7,9 13,4 11,3 9,2 13,6 13,3 14,3 10,8 Nd 20 60 69 42 34 54 46 39 56 55 59 41 Sm 3,42 11,8 12,7 8,3 7,1 9,6 8,9 7,8 10,7 10,4 11,1 7,4 Eu 0,74 3,16 2,31 2,56 2,19 2,30 1,81 2,24 2,84 2,90 2,89 1,66 Gd 2,75 10,9 11,3 8,3 7,1 9,7 9,8 7,8 10,2 9,7 11,4 6,2 Tb 0,40 1,77 1,91 1,28 1,13 1,38 1,58 1,28 1,58 1,52 1,57 0,84 Dy 2,53 9,7 10,9 6,7 6,2 8,2 10,3 6,8 7,8 7,5 9,3 6,2 Ho 0,50 2,10 2,45 1,32 1,26 1,62 2,28 1,39 1,56 1,51 1,78 1,17 Er 1,44 5,5 6,4 3,72 3,58 4,94 7,1 3,98 4,25 4,21 5,2 3,42 Tm 0,22 0,87 1,05 0,54 0,52 0,74 1,04 0,59 0,63 0,62 0,75 0,48 Yb 1,50 5,6 6,8 3,61 3,46 5,0 7,2 3,90 4,18 4,14 5,1 3,12 Lu 0,25 0,92 1,13 0,53 0,50 0,80 1,14 0,57 0,61 0,60 0,80 0,47 БСК1/5 76,63 0,21 11,59 2,15 99,92 14,2 Примечание. Окислы - в мас. %, элементы - в г/т; Fe2O3* - общее железо; к.агп - коэффициент агпаитности. Подготовка образцов для определения величин 5 O проводилась лазерным фторированием в присутствии реагента BrF5 по методу, опубликованному в работе [Kuzmin, Yarmolyuk, Kravchinsky, 2010]. В комплект аппаратуры входила установка MIR 10-30 системы нагрева лазером CO2 мощностью 100 вт и длиной волны 10,6 мкм, позволяющим разогревать анализируемые минералы до 1000°С, а также вакуумная магистраль для очистки выделенного кислорода и окончательного его концентрирования. Расчеты 518O были выполнены относительно международных стандартов NBS-28 (кварц) и NBS-30 (биотит). Внутренний контроль осуществлялся регулярными измерениями UWG-2 (гранат), а также внутреннего стандарта ГИ-1 (кварц) и лабораторного ИГЕМ РАН Polaris (кварц). Погрешность полученных значений величин 518O находилась на уровне (1о) ± 0,2%о. Изотопные измерения стронция и неодима (табл. 2) выполнены в ЦКП ИНЦ СО РАН Байкальского аналитического центра на многоколлекторном масс-спектрометре Finnigan MAT-262 с использованием активатора Ta2O5nH2O в смеси кислот HF : HNO3 : H3PO4 (1 : 1 : 1) [Ярмолюк, Кузьмин, Воронцов, 2013]. Для контроля использованы стандарты ВНИИМ-Sr (87Sr/86Sr = 0,70801±20) и INd-1 (143Nd/144Nd = 0,5121003±104). Для измеренных партий проб получены значения 87Sr/86Sr = 0,70802 ± 1; 143Nd/144Nd = 0,512115 ± 10. Т а б л и ц а 2 Изотопный состав стронция и неодима в базальтоидах девонских вулканических ассоциаций Батеневского поднятия T a b l e 2 Sr-Nd isotopic composition of basaltoids of devonian volcanic assemblages of Batenevo Rise Порода Базальт Базальт Базальт Базальт Базальт Индекс БАТ1/6 БАТ 3/5 БАТ 3/23 БАТ 4/11 БАТ 4/13 87Sr/86Sr 0,704752 0,705120 0,704850 0,705772 0,705607 ±2а 0,000015 0,000016 0,000015 0,000013 0,000015 e Sr(395) 7,0 5,7 6,0 7,0 8,0 143Nd/144Nd 0,512662 0,512663 0,512691 0,512597 0,512635 ±2а 0,000006 0,000004 0,000007 0,000007 0,000005 e Nd(395) 3,7 4,5 4,7 3,4 4,0 Величины 87Rb/86Sr и 147Sm/144Nd рассчитаны из концентраций Rb, Sr, Sm и Nd, определенных методом ICP-MS. Значения eNd и eSr вычислялись относительно модельного хондритового резервуара CHUR с параметрами 143Nd/144Nd = 0,512638; 147Sm/144Nd = 0,1967; 87Rb/86Sr = 0,7045; 87Sr/86Sr = = 0,0816 [Ярмолюк, Коваленко, 2003]. 40 * 39 > Ar- Ar изотопно-геохронологические исследования проводились на оборудовании ИГМ СО РАН по методике, которая описана в работе [Травин и др., 2009]. Строение вулканического поля Батеневского поднятия Батеневское поднятие, являющееся восточным отрогом Кузнецкого Алатау, в сочетании с Беллык-ским поднятием Восточного Саяна разделяет две крупные впадины Минусинского прогиба - Чебако-во-Балахтинскую и Сыда-Ербинскую. Вулканические породы сохранились на восточном фланге поднятия, где распространены на площади более 600 кв. км. Вулканическая толща имеет суммарную мощность до 700 м и с угловым несогласием залегает на кембро-ордовикском фундаменте. В свою очередь она перекрывается с размывом осадочными отложениями живетского яруса [Лучицкий, 1960, Ратанов, 1974]. Строение толщи можно разделить на три серии потоков. Нижнюю серию образуют потоки афировых стекловатых и мелкозернистых базальтов и базальтовых трахиандезитов. Лавы перемежаются с туфами, туфобрекчиями и туфолавами, песчаниками и алевролитами (с растительными остатками), конгломератами, реже известняками. Отдельные лавовые потоки выделяются в рельефе куэстами, высота которых позволяет оценить мощность потоков в пределах 5-15 м. Среднюю серию потоков составляют породы широкого диапазона составов: базальты, трахиандезиты и более редкие трахиты и трахидациты, слагающие потоки мощностью 5-20 м. В этой серии лав отмечаются маломощные (0,5-2 м) прослои и линзы красноцветных песчаников, алевролитов и известняков. Верхнюю часть разрезов толщи, вскрытую в центральной части вулканического поля, слагают субгоризонтальные тела риолитов и трахидацитов, местами разделенные небольшими выходами базальтов. На разных стратиграфических уровнях распространены силлы долеритов. В строении разрезов рассматриваемой части Батеневского поднятия объемы пород сокращаются с ростом кремнекислотности. Так, на долю пород основного состава приходится около 50% общего объема, на долю трахиандезитов ~ 35%, трахитов и трахидацитов ~ 10%, трахириодацитов и риолитов ~ 5%. Тренды изменения составов пород Батеневского поднятия На петрохимических диаграммах (рис. 1), на которых в качестве индекса дифференциации взяты содержания SiO2, породы комплекса связаны между собой эволюционными зависимостями с изменениями трендов распределения точек составов при значении 64,5 мас. % SiO2. Этот перегиб, как будет показано ниже, важен для понимания механизмов формирования всей магматической ассоциации. Выделяются две группы пород в интервале составов от 47,7 до 55 мас. % SiO2. Одна представлена умеренно-высокотитанистыми разновидностями, относительно обогащенными P2O5 и Fe2O3o64, другая - низкотитанистыми, обедненными этими компонентами, но относительно обогащенными Al2O3 и CaO. На графиках фигуративные точки составов этих групп формируют два тренда, очевидно, отвечавших разным путям фракционирования. Эволюция расплавов умеренно-высокотитанистых базальтои-дов очевидно происходила при фракционировании апатита, титаномагнетита и оливина. В результате в расплаве снижалось содержание P2O5, TiO2, MgO, Fe2Oзoбщ, MgO/Fe2Oзoбщ при росте SiO2 (от 49,6 до 54 мас. %) и Al2O3 (от 14,8 до 16,2 мас. %). Низкотитанистые расплавы, очевидно, эволюционировали в результате фракционирования оливина и плагиоклаза, что вело к понижению в них содержаний MgO, Fe2O3(364, MgO/Fe^^ и Al2O3 на фоне накопления Ti и P. На уровне составов трахиандезитов (55 мас. % SiO2) обе группы породообразующих расплавов приобретают общие характеристики. Последующая их эволюция до трахитовых составов (64,5 мас. % SiO2) протекала согласованно и вела к уменьшению в расплавах содержаний TiO2, P2O5, Fe2O3^ и к росту K2O. Смена составов, очевидно, протекала в соответствии с боуэновским трендом кристаллизации минералов и контролировалась фракционированием титаномагнетита, апатита и магнезиально-желе-зистых темноцветных силикатов. Составы трахитов лежат на продолжении указанного тренда. Однако в них с ростом содержания SiO2 до 65 мас. % возрастает дисперсия содержаний ряда петрогенных окислов и редких элементов. Вариации окислов составляют (в мас. %): суммы щелочей от 7,2 до 10,0 (в том числе K2O - от 2 до 4,8), TiO2 - от 0,58 до 1,03, P2O5 - от 0,11 до 0,27, CaO - от 1,1 до 3,1, MgO - от 0,44 до 1,75, AI2O3 - от 14,4 до 16,4. Рис. 1. Распределение петрогенных окислов (мас. %) и редких элементов (г/т) относительно SiO2 (мас. %) в вулканической ассоциации на Батеневском поднятии 1-4: породы вулканической ассоциации на Батеневском поднятии (1, 2 - базальты, долериты, трахибазальты и низкокремнистые базальтовые трахиандезиты: 1 - умеренно-высокотитанистые, 2 - низкотитанистые, 3 - базальтовые трахиандезиты, тра-хиандезиты и трахиты, 4 - трахидациты и риолиты); 5 - поле составов анатектических гранитоидов по [Литвиновский и др., 2005]. TAS классификация по [Петрографический кодекс... 2009], названия полей: пб - пикробазальты, бз - базальты, ба -базальтовые андезиты, ан - андезиты, дц - дациты, рл - риолиты, тб - трахибазальты, бт - базальтовые трахиандезиты, та -трахиандезиты, тд - трахидациты, тф - тефриты, фн - фонотефриты, тн - тефрифонолиты, фт - фонолиты. Вертикальная линия разделяет составы пород с базальт-трахитовым и трахидацит-риолитовым трендами эволюции. Стрелки отражают направление изменения составов расплавов базальтов с разными содержаниями TiO2 Fig. 1. Distribution of petrogenic oxides (wt %) and rare elements (ppm) in relation to SiO2 (wt %) of volcanic assemblage of Batenevo Rise 1-4: volcanic assemblage rocks at Batenevo rise (1, 2 - basalts, dolerites, trachybasalts and low-silicon basaltic trachyandesites: 1 -medium-high-titanian, 2 - low-titanian, 3 - basaltic trachyandesites, trachyandesites and trachytes, 4 - trachydacites and rhyolites); 5 -anatectic granitoids field according to [Litvinovskiy et al., 2005]. TAS classification is given by [Petrograficheskiy kodeks... 2009], names of the fields are: пб - picrobasalts, бз - basalts, ба - basaltic andesites, ан - andesites, дц - dacites, рл - rhyolites, тб -trachybasalts, бт - basaltic trachyandesites, та - trachyandesites, тд - trachydacites, тф - tephrites, фн - phonotephrites, тн -tephriphonolites, фт - phonolites. Vertical bar partitions compositions of rocks with basalt-trachytic and trachydacite-rhyolitic evolution trends. Arrows show trends of composition changes of basaltic melts with various TiO2 contents Составы пород группы трахириодациты - рио-литы образуют свой тренд. Породы этого тренда, наиболее близкие по составу к предельным трахитам, отличаются от последних минимальными содержаниями CaO, MgO, P2O5, которые с ростом SiO2 остаются более или менее постоянными. Отличает этот тренд также то, что с ростом SiO2 в породах снижаются содержания щелочных элементов и глинозема, а величина MgO/Fe2O3 приобретает тенденции к росту. Эти отличия указывают на то, что кислые вулканиты имеют свои закономерности развития, отличающие их от продуктов последовательной дифференциации базальтовых магм. Более выразительно различные тренды изменения составов в породах Батеневского поднятия прослеживаются на графиках распределения редких элементов относительно кремнезема. Так, базальт-трахитовый ряд составов характеризуется прямой корреляцией между содержаниями несовместимых элементов (La, Yb, Y, Rb, Zr) и SiO2, что типично для последовательно дифференцированных магматических серий. Этот тренд нарушается в трахитах при значениях SiO2 около 63-65 мас. %. Принципиально иное поведение элементов демонстрируют составы трахириодацитов и риолитов. В них отмечаются обратные соотношения между содержаниями редких элементов и содержанием SiO2, что подтверждает отмеченные выше закономерности распределения породообразующих элементов. Следует отметить, что пограничная зона между этими двумя разными трендами (SiO2 ~ 65 мас. %) выделяется наиболее широким разбросом содержаний как пет-рогенных, так и несовместимых элементов, что, по-видимому, отражает механизмы взаимодействия трахитовых расплавов с расплавами трахидацит-риолитового ряда. Магматические источники Анализ геохимических данных свидетельствует о разных механизмах образования магм, участвовавших в формировании базальт-трахиандезит-трахи-тового и трахириодацит-риолитового рядов пород, слагающих дифференцированную ассоциацию Бате-невского поднятия. Можно полагать, что различие в составе соответствующих им пород прямо связано с различными источниками материнских расплавов. Один из них, несомненно, отвечал источнику основных пород и их дифференциатов, другой контролировал образование кислых пород. Все основные породы на Батеневском поднятии обогащены редкими литофильными, в том числе редкоземельными элементами по сравнению с базальтами островных дуг типа IAB (рис. 2). По содержанию Rb, Th, U, редкоземельных элементов (REE), Sr, P они близки к составу базальтов типа OIB. В то же время от последних они отличаются более низкими содержаниями высокозарядных элементов Nb, Ta по отношению к La (среднее (Ta/La)n ~ 0,33), в меньшей степени - Zr, Hf и Ti, а также повышенными содержаниями Ba и Sr. Следует отметить различия геохимических характеристик низкотитанистых и умеренно-высокотитанистых базальтов. Первые из них относительно беднее практически всеми несовместимыми элементами, за исключением бария и стронция. Трахиандезиты и трахиты Батеневского поднятия по сравнению с базальтами обладают более высокими содержаниями высокозарядных элементов Th, U, Nb, Ta, Zr, Hf. С ростом содержания SiO2 породы обогащаются Rb, легкими редкоземельными элементами относительно тяжелых (значение (La/Yb)n достигает 7,65), в них проявляется дефицит P и Ti, Sr и Eu. Все это указывает на ведущую роль кристаллизационной дифференциации и, в частности, на фракционирование плагиоклаза при образовании этих пород. Риолиты (SiO2 > 74 мас. %) обеднены несовместимыми элементами. В этом отношении они близки к среднему составу верхней континентальной коры, от которой отличаются более низкими содержаниями фосфора, титана и тяжелых редких земель. По сравнению с ними трахириодациты (SiO2 от 65 до 74 мас. %) обогащены практически по всему спектру несовместимых элементов. Содержания последних растут в них с уменьшением SiO2, и в целом эта группа кислых вулканитов приближается по геохимическим характеристикам к трахитам, отличаясь от них более низкими содержаниями фосфора и титана. Для характеристики источников магматизма и рассмотрения возможности их взаимодействия при образовании вулканической серии была использована система канонических отношений несовместимых элементов [Коваленко и др., 2007]. На графиках распределения отдельных элементов, а также их парных отношений (рис. 3) составы пород Батеневского поднятия выстраиваются в последовательность, претерпевающую излом на составах трахитов. На графиках типа Th/La - Zr (La, Th, Ta) рост содержания отдельных элементов в ряду базальт - трахит следует рассматривать прежде всего как результат фракционирования. Одновременный рост Th/La означает, что процессы фракционирования сопровождались контаминацией продуктов дифференциации коро-вым веществом. Составы базальтов Батеневской ассоциации, особенно умеренно-высокотитанистых базальтов, в основном лежат в поле значений, характерных для источников подлитосферной мантии. Некоторая часть составов низкотитанистых базальтов прослеживается в сторону составов коры и IAB. В еще большей степени в сторону коровых источников смещены трахиандезиты и трахиты. При этом амплитуда смещения коррелирует с ростом содержания SiO2 в породах. Выявленные закономерности поведения несовместимых элементов, а также их парных отношений в ряду базальты - трахиты, очевидно, следует связывать с фракционированием базальтовых расплавов во внутрикоровых камерах при одновременной контаминации продуктов дифференциации ко-ровым веществом. Что касается группы кислых пород, объединяющей трахириодациты и риолиты, то на графиках типа Th/La - Zr(Th) распределение их составов подчиняется обратной корреляционной зависимости, определяющей уменьшение содержаний несовместимых элементов (в том числе REE относительно Th) с ростом SiO2. Соответствующий тренд прослеживается из области значений, свойственных трахитам, в область значений анатектических коро-вых гранитов, в качестве эталона которых взяты анатектические гранит-пегматиты Западного Забайкалья [Литвиновский и др., 2005]. На диаграммах корреляции парных отношений несовместимых элементов трахириодациты целиком сосредоточены в поле значений, типичных для континентальной коры, и имеют значительные перекрытия с составами трахитов. Высококремнистые риолиты смещены в сторону составов модельных анатектиче-ских гранитов и, соответственно, более высоких отношений Th/La. Подобное поведение составов пород дифференцированной ассоциации Батеневского поднятия свидетельствует о двух ведущих источниках расплавов, принявших участие в ее образовании. Это прежде всего мантийные источники, определившие формирование дифференцированной серии базальт - тра-хиандезит - трахит, которое происходило с участием коровой контаминации. Рис. 2. Спайдер-диаграммы для пород вулканической ассоциации на Батеневском поднятии Составы базальтов океанических островов OIB по [Rudnick, Gao, 2003], базальтов островных дуг IAB по [Birk, Allegre, 1978], средней и верхней континентальной коры по [Sharp, 1990] Fig. 2. Spidergrams for the Batenevo Rise volcanic assemblage rocks Oceanic island basalts (OIB) compositions are given by [Rudnick, Gao, 2003], island arc basalts (IAB) compositions are given by [Birk, Allegre, 1978], middle and upper continental crust compositions are given by [Sharp,1990] Источником анатектических риолитовых магм служила кора, взаимодействие которых с трахитовыми расплавами (крайними продуктами дифференциации мантийных магм) привело к образованию промежуточных продуктов - трахириодацитов. Этот вывод вполне согласуется с данными, полученными при изучении изотопного состава кислорода в полевых шпатах вулканических пород Батеневского поднятия (рис. 4). Рис. 3. Положение составов пород вулканической ассоциации на Батеневском поднятии на диаграммах парных отношений несовместимых элементов 1 - поле составов мантийных источников (N-MORB, E-MORB, OIB) по [Rudnick, Gao, 2003]; 2 - поле средних составов базальтов островных дуг и активных континентальных окраин по [Birk, Allegre, 1978]; 3 - поле составов средней и верхней континентальной коры по [Sharp, 1990]; 4 - поле составов анатектических гранитоидов по [Литвиновский и др., 2005]; остальные см. рис. 1. Стрелками показаны тренды изменения составов расплавов в ряду базальты - трахиты (пунктирные) и в ряду трахирио-дациты - риолиты (сплошные) Fig. 3. Compositions of volcanic assemblage rocks from the Batenevo Rise at diagrams of incompatible elements pair ratios 1 - field of mantle source compositions (N-MORB, E-MORB, OIB), according to [Rudnick, Gao, 2003]; 2 - field of average compositions of island arcs and active continental margins basalts, according to [Birk, Allegre, 1978]; 3 - field of middle and upper continental crust compositions, according to [Sharp, 1990]; 4 - field of anatectic granitoids compositions according to [Litvinovskiy et al., 2005]; for the other ones see fig. 1. Arrows point to trends of melts compositions changes within basalts - trachytes (stipple line) and trachyrhyodacites - rhyolites (full line) ranges Здесь также видны два тренда вариаций составов. стабильный изотопный состав кислорода и характе- Один из них отвечает ряду базальт -трахиандезит - ризуются значениями 518O = 8,5-9,1%, в целом ти-трахит. Полевые шпаты базальтов и трахиандезитов пичными для плагиоклазов щелочно-габброидных и умеренно кислых трахитов имеют более или менее интрузий региона [Покровский, 2000]. Рис. 4. Вариации изотопного состава кислорода в полевых шпатах вулканитов Батеневского поднятия в зависимости от содержания SiO2 в материнских породах Fig. 4. Isotopic composition of oxygen in feldspars from volcanites of the Batenevo Rise in dependence of SiO2 content in maternal rocks В полевых шпатах кислых трахитов изотопный состав кислорода резко возрастает от 9,8 до 12% 518O и затем в ряду трахит - трахириодацит - риолит последовательно растет до величины 14,2% 518O пропорционально с ростом содержания SiO2 в породах. Эти два тренда достаточно четко обрисовывают, во-первых, два крайних источника расплавов вулканической ассоциации: один, отвечающий составу базальтов (518O = 8,5-9,1%), и второй, соответствующий продукту корового плавления (518O = 14%); во-вторых, два разных направления эволюции соответствующих расплавов. Базальтовые магмы в основном были фракционированы до трахитовых составов при незначительных изменениях изотопной системы, тогда как анатектические расплавы смешивались с трахитовыми, формируя породы промежуточного изотопного состава. Необходимо отметить, что, как было показано выше, состав мантийного источника базальтов Батеневской ассоциации также был неоднороден. Его продуктами стали базальты с разными (повышенными и пониженными) содержаниями TiO2, которые характеризовались разными трендами дифференциации при эволюции их до тра-хиандезитов. Проведенные исследования изотопного состава Sr и Nd в базальтах этих двух групп подтвердили их вполне значимые различия (рис. 5). В целом они попадают в поле изотопных составов вулканических пород Минусинских впадин. На Батеневском поднятии базальты с содержанием TiO2> 1,6 мас. % характеризуются относительно более деплетированным составом (sNd(395) = 4,5-4,7 и sSr(395) = 6,7-6) по сравнению с низкотитанистыми базальтами (sNd(395) = 3,4-4 и sSr(395) = 7-9). При сравнении с другими вулканическими ассоциациями Минусинского прогиба можно отметить, что участвующие в их строении базальты с повышенными содержаниями TiO2 в целом характеризуются более низкими содержаниями радиогенного стронция (sSr(395) < 7). Вероятно, обогащение бази-тов рифтовой области радиогенным стронцием отражает степень контаминации расплавов в источнике карбонатным веществом, субдуцированным в раннепалеозойский этап развития региона. Имеющиеся изотопные данные пока единичны, но, по-видимому, позволяют говорить о меньшей контаминации расплавов с повышенными содержаниями титана относительно расплавов низкотитанистых базитов. Эволюция магматизма Геологические и петрогеохимические данные свидетельствуют о направленном развитии магматизма в ходе формирования вулканической ассоциации Батеневского поднятия. Выделяются три этапа с разными сериями пород и составами их магматических источников. Для раннего этапа характерны абсолютное преобладание высокоглиноземистых базальтов с пониженным содержанием титана и спорадические проявления высокотитанистых базальтов. Второй этап представлен вулканитами, составы которых вверх по разрезу систематически обогащались содержанием SiO2. На этом этапе формировалась гомодромная субщелочная серия, включающая в себя базальты, долериты, трахибазальты, базальтовые трахиандезиты, трахиандезиты и трахиты. Рис. 5. Изотопный состав базальтов Батеневского поднятия на диаграмме sSr(t) - sNd(t), где t = 395 млн лет 1-2 - базальты Батеневского поднятия: 1 - умеренно-высокотитанистые базальты, 2 - низкотитанистые; 3-4 - базальты Минусинского прогиба по [Воронцов и др., 2013]: 3 - высокотитанистые, 4 - низкотитанистые Fig. 5. Isotopic composition of basalts of the Batenevo Rise at sSr(t) - sNd(t) diagram, t = 395 Ma 1-2 - Batenevo Rise basalts: 1 - medium-high-titanian basalts, 2 - low-titanian basalts; 3-4 - basalts of Minusinsk Basin, according to [Vorontsov et al., 2013]: 3 - high-titanian ones, 4 - low-titanian ones Для пород типичны последовательное уменьшение содержаний MgO, Fe2O3ci^, TiO2, СаО, Р2О5, связанное с фракционированием темноцветных и рудных минералов, и накопление редких несовместимых элементов в наиболее кремнекислых трахитовых (62,664,5 мас. % SiO2) дифференциатах. Эта серия отражает дифференциацию материнских базальтовых магм в периферических очагах, в которых смешивались расплавы из разных мантийных источников. Один из них продуцировал низкотитанистые высокоглиноземистые расплавы, обедненные высокозарядными Nb, Ta, Zr, Hf, Th, U. Другой стал источником умеренно-высокотитанистых базальтов, которые отличались более высокими содержаниями HSFE. Базальты обоих типов распространены по всей части этой дифференцированной серии пород, свидетельствуя об их совместном участии в ее образовании. Заключительный этап связан с развитием трахида-цит-риолитовой серии и продолжением эпизодического формирования низкотитанистых базальтов. По сравнению с трахитами базальт-трахитовой последовательности, породы трахидацит-риолитовой серии ха-растеризуются более низкими содержаниями La, Rb, Yb, Zr, Nb, Ta, причем степень снижения последних растет пропорционально росту содержания SiO2. Этим они отличаются от кислых производных дифференцированных базальт-трахириолит-комендитовых серий Алтае-Саянской рифтовой области, которые характеризуются последовательным накоплением таких элементов вплоть до появления в них рудных концентраций [9]. Изменения составов в породах Батеневского поднятия связаны с разными механизмами их формирования. Дифференциация базитовых магм доходит только до трахитовых расплавов. Она прерывалась в результате появления в магматической системе анатек-тических кислых магм, которые взаимодействовали с трахитовыми расплавами, образуя промежуточные по геохимическим характеристикам продукты. Представления о смешении мантийных базальтовых и коровых кислых магм находят подтверждение в изотопном составе кислорода полевых шпатов, кристаллизовавшихся на всех этапах эволюции расплавов. Модель формирования дифференцированной серии Как было показано ранее в работах [Воронцов и др., 2011; Воронцов и др., 2013], Минусинский прогиб сформировался в связи с процессами раннеде-вонского рифтогенеза, охватившими Алтае-Саян-скую область, которая в это время представляла пассивную окраину Сибирского континента. В результате в регионе во внутриплитных условиях возникла система грабенов и впадин, удаленная от края континента более чем на 500 км. Это стало основанием для того, чтобы связать магматизм Алтае-Саянской рифтовой области и, в частности, Минусинских впадин с активностью мантийного плюма [Ярмолюк и др., 2006]. Его участие в образовании дифференцированной вулканической серии Батеневского поднятия представляется в следующем виде. Магмы мантийного плюма взаимодействовали с литосферной мантией региона, метасоматически переработанной и обогащенной водой в ходе ранне-палеозойской (каледонской) аккреции [Фор, 1989; Kelemen et al., 2003; Гордиенко, 2006; Добрецов, Бу-слов, 2007; Руднев, 2010; Буслов, 2011; Метелкин и др., 2012; Владимиров и др., 2013]. Плавление последней, поэтому, дало продукты, близкие к тем, которые образуются в зонах субдукции, но обогащенные относительно последних по всему спектру несовместимых элементов. Такие высокоглиноземистые базальтовые магмы поступали на поверхность, но, кроме того, локализовались во внутрикоровых промежуточных камерах. В них расплавы дифференцировались до трахитовых составов при одновременной незначительной контаминации коровым материалом, что нашло отражение в геохимических характеристиках последовательных продуктов дифференциации. Этап эволюции расплавов в периферических камерах зафиксирован продуктами второго этапа излияний. Одновременно с этими процессами под тепловым и флюидным воздействием базитовых и дифференцируемых магм происходили подплавле-ние надкровельных участков магматических камер и накопление анатектических коровых расплавов. Последние взаимодействовали с дифференциатами ба-зитовых магм, образуя в результате широкую гамму переходных разновидностей между трахитами и риолитами. После исчерпания исходно базитовых магм периферических камер анатектические расплавы поступали на поверхность в виде крупных экструзивных тел, завершая формирование вулканической серии. Все эти процессы протекали при тепловом и вещественном воздействии мантийного плюма, о чем свидетельствуют высокотитанистые базальты, проявления которых отмечаются на ранних - средних этапах эволюции магм в периоды формирования базальт-андезит-трахитовой ассоциации.

Скачать электронную версию публикации