Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,560

ПЕТРОЛОГИЯ И ГЕОХИМИЯ ВУЛКАНИЧЕСКИХ ПОРОД КАРАДАГА (ВОСТОЧНЫЙ КРЫМ, РОССИЯ)

Гусев А.И. 1
1 Алтайская государственная академия образования им. В.М. Шукшина
Приведены новые данные по геохимии и петрологии вулканических пород Карадага, представленных трахибазальтами, андезибазальтами, трахитами, дацитами, риодацитами, трахириодацитами, риолитами. Все породные разности относятся к пералюминиевому типу с разной насыщенностью железом и магнием. Основные и щелочные разности пород формировались в восстановительной обстановке, а риолиты – в окислительной. Генерация вулканитов протекала в результате мантийно-корового взаимодействия щелочного мантийного расплава с выплавками материала верхней коры. Мантийный материал основных и щелочных разностей формировался за счёт плавления шпинелеового и гранатовгоо лерцолита. Тетрадный эффект М-типа проявлен как в кислых, средних, так и основных и щелочных разностях.
эффузивы
трахибазальты
андезибазальты
трахиты
дациты
риодациты
трахириодациты
риолиты
мантийно-коровое взаимодействие
плавление шпинелевого лерцолита
гранатового лерцолита
тетрадный эффект фракционирования редкоземельных элементов М-типа
1. Гусев А.И., Коробейников А.Ф. Мантийно-коровое взаимодействие в генерации различных типов оруденения: геофизический и петрологический аспекты // Известия Томского политехнического университета. – 2009. – Т. 315, № 1. – С. 18–25.
2. Гусев А.И., Гусев Н.И. Тетрадный эффект фракционирования редкоземельных элементов и его использование в решении проблем петрологии гранитоидов // Успехи современного естествознания. – 2011. – № 5. – C. 45–49.
3. Лебединский В.И., Макаров Н.Н. Вулканизм Горного Крыма. – Киев, 1962. – 143 с.
4. Спиридонов Э.М., Федоров Т.О., Ряховский В.М. Магматические образования Горного Крыма. Ст. 1 // Бюллетень МОИП. Отд. геол. – 1990. – Т. 65. – Вып. 4. – С. 119–134.
5. Спиридонов Э.М., Федоров Т.О., Ряховский В.М. Магматические образования Горного Крыма. Статья 2 // Бюллетень Московского общества испытателей природы. Отделение геологии. – 1990. – Т. 65. – Вып. 6. – С. 102–112.
6. Aldanmaz E., Pearce J.A., Thirlwall M.F., Mitchell J.G. Petrogenetic evolution of late Cenozoic, postcollision volcanism in western Anatolia, Turkey // Journal of Volcanology and Geothermal Research. – 2000. – V. 102. – P. 67–95.
7. Anders E., Greevesse N. Abundences of the elements: meteoric and solar // Geochim. Cosmochim. Acta. – 1989. – V. 53. – Р. 197–214.
8. Irber W. The lanthanide tetrad effect and its correlation with K/Rb, Eu/Eu*, Sr/Eu, Y/Ho, and Zr/Hf of evolving peraluminous granite suites // Geochim Comochim Acta. 1999.  – V.63. – №3/4. – Pp. 489-508.
9. Jahn B., Wu F., Capdevila R. et al. Highly evolved juvenile granites with tetrad REE patterns: the Wodue and Baerzhe granites from the Great Xing`an Mountains in NE China // Lithos. 2001. – V. 59. – P. 171–198.
10. Maniar P.D., Piccoli P.M. Tectonic discrimination of granitoids //Geological Soc. America Bulletin, 1989. – V. 101. – P. 635–643.
11. McLennan S.M. Relationships between the trace element composition of sedimentary rocks and upper continental crust // Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 2001. – V. 2. – Paper 2000GC000109. – 24 p.
12. Meijers M.J.M., Vrouwe B., van Hinsbergen D.J.J. et all. Jurassic arc volcanism on Crimea (Ukraine): Implications for the paleo0subduction zone configuration of the Black Sea region // Lithos, 2010. – V. 119. – P. 41–426.
13.Pearce J.F. A userۥs guid to basalt discrimination diagrams//Geological Ass. Of Canada Short Course Notes, 1996. – V. 12. – P. 79–113.
14. Putirka K., Busby C.J. The tectonic significance of high-K2O volcanism in the Sierra Nevada, California // Geology, 2007. – V. 35. – P. 923–926.
15. Villaseca C., Barbero L., Herreros V. A re-examination of the typology of peraluminous granite types in the intracontinental orogenic belts // Trans. of Royal Soc. of Edinburg Earth Science, 1998. – V. 89. – P. 113–119.

Гора Карадаг в Восточном Крыму представляет собой уникальное для Горного Крыма геологическое образование, имеющее все признаки палеовулкана центрального типа (фрагмент полигенного стратовулкана). Его изучение интенсивно проводилось в 60-е годы прошлого века c детальным описанием петрографии пород [3]. Возраст вулкана считался среднеюрским, формировавшимся в островодужной обстановке [4, 5]. Однако, в последнее время появились данные о его среднеюрско-раннемеловом возрасте [12] и продолжительности вулканической деятельности на Карадаге в 30 млн лет, что может значительно повлиять на взгляды по геодинамической обстановке формирования вулканитов и их петрологии. Цель исследования – изучить петрологические и геохимические особенности вулканитов Карадага с применением современных методов анализа пород.

Результаты исследования и их обсуждение

Наше обследование проведено через всю стратовулканогенную последовательность карадагского разреза с изучением трахибазальтов, андезибазальтов, трахитов, дацитов, риодацитов, трахириодацитов, риолитов. Для всех пород характерны интрателлурические выделения: лабрадор-битовнита № 65–75, авгита, биотита, гиперстена, ортоклаза (в трахибазальтах), олигоклаз-андезина № 26–37, биотита, эгирин-авгита, ортоклаза (в трахитах), олигоклаза № 13–28, реже анортоклаза, биотита (в риодацитах, трахириодацитах и риолитах). Микроструктуры пород меняются от микролитовой в трахибазальтах, андезибазальтах, трахитах до витрокластической в риолитах и риодацитах. В вулканическом стекле основной массы трахибазальтов, трахитов, андезибазальтов, дацитов, риодацитов присутствуют микропузырьки газов, захваченных лавами. В риолитах отмечены пемзовые участки, занимающие до 30 % по объёму. Это свидетельствует о значительной насыщенности этих пород расплавными флюидами. Биотит относится к F-биотиту с повышенными концентрациями CO2, H2O, B2O3, SrO и других компонентов. В основных и щелочных разностях пород присутствие ильменита и титаномагнетита в качестве акцессориев указывает на принадлежность их к восстановленному типу ильменитовой серии пород. Риолиты и риодациты содержат магнетит и могут рассматриваться как окисленные породы магнетитовой серии. В целом породы отличаются свежим обликом и местами подвержены лишь слабой хлоритизации и карбонатизации автометасоматического типа.

В химизме пород наблюдается преобладание натрия над калием во всех породных типах, за исключением некоторых риолитов (табл. 1). Весь спектр пород относится к низкотитанистой серии. Отношения U/Th низкие и варьируют от 0,16 до 0,43, указывая на отсутствие значительных наложенных гидротермальных изменений на породы.

Таблица 1

Представительные анализы вулканических пород Карадага (оксиды в масс. %, элементы - в г/т)

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

SiO2

50,5

50,9

58,1

66,16

70,2

63,7

69,07

69,21

75,15

76,14

TiO2

0,69

0,75

0,88

0,63

0,7

0,65

0,83

0,69

0,11

0,09

Al2O3

16,3

18,4

17,8

16,3

14,38

19,2

13,31

15,2

12,25

11,7

Fe2O3

3,5

1,7

1,32

1,14

1,25

1,75

2,43

1,1

0,3

0,15

FeO

6,8

6,1

6,1

2,36

2,1

2,2

3.2

2,1

0,6

0,7

MnO

0,18

0,12

0,15

0,18

0,12

0,33

0,27

0,31

0,07

0,04

MgO

8,6

4,0

2,97

0,75

0,38

0,83

0,87

0,4

0,37

0,36

CaO

6,5

7,3

9,05

5,63

4,02

6,96

1,43

2,1

1,3

1,51

Na2O

4,93

4,84

2,75

3,65

3,8

2.29

7,23

7,57

2,9

3,63

K2O

1,26

1,31

0,35

1,8

1,53

1,12

0,45

1,6

3,93

2,01

P2O5

0,06

0,1

0,23

0,22

0,24

0,13

0,31

0,25

0,03

0,02

Be

1,2

1,3

1,1

1,2

1,4

1,5

1,2

1,7

1,9

2,1

Li

2,4

3,2

4,1

3,2

3,3

4,2

5,1

5,5

4,6

4,8

V

330

288

292

107

78

97

145

48

4,5

4,2

Cr

17,3

8,6

7,5

9,5

4,5

8,3

9,4

2,6

1,5

1,3

Co

23

24

20,4

6,2

7,2

9,3

10,3

6,3

2,1

2,0

Ni

3,8

2,8

8,7

5,7

5,2

6,0

6,1

2,5

2,0

5,0

Ba

165

151

121

436

693

455

20

223

370

365

Sc

31

27

29

18

17,1

18,4

22

14,5

3,2

2,8

Ga

15,9

18,1

17,2

15

14,2

15,3

9,6

8,7

9,5

9,2

Zn

72

67,6

80

66

69

76

107

89

45

35

Cu

113

52

70

8,9

5,7

5,8

6,9

5,7

5,5

4,7

Mo

2,0

2,1

2,2

3,1

3,3

3,0

3,2

2,8

3,1

3,1

Nb

2,4

1,3

1,8

3,0

3,5

3,7

3,9

3,6

2,3

2,6

Y

18,9

19

26,8

30

29,7

30,3

32,2

39,2

14,8

19,5

Zr

23

20

75

116

105

112

118

121

75

76

Sr

450

470

281

240

210

198

19

35

149

232

Rb

19,8

25,2

4,6

34,1

25,6

27,7

3,1

16,5

61

40,8

Th

2,3

2,5

2,6

4,3

3,6

4,1

5,6

4,2

7,5

7,2

U

0,5

0,4

0,9

1,5

1,2

1,1

2,3

1,0

3,2

3,0

Pb

9,5

5,6

5,8

7,9

5,6

10,3

15,2

9,0

7,7

8,9

La

9,4

5,9

14,7

18,7

16,0

16,3

17,3

14,4

15,1

17,8

Ce

17,5

13,1

35,5

44,0

36,2

36,8

50,1

18,1

28,1

35,1

Pr

3,4

3,3

4,9

6,0

5,1

5,4

6,3

5,5

3,4

4,3

Nd

11,0

10,5

17,4

21,1

15,2

15,5

27,1

19,8

10,9

13,7

Sm

2,8

2,7

3,5

3,9

3,0

3,1

4,8

3,9

1,4

2,1

Eu

1,65

1,75

1,89

2,8

2,4

0,87

1,4

1,26

1,0

2,4

Gd

4,5

5,5

5,50

7,8

7,1

2,80

5,6

5,2

1,5

7,1

Tb

1,15

1,35

0,93

1,11

1,2

0,52

0,9

0,93

1,6

1,2

Dy

6,7

8,7

5,5

5,6

6,9

3,3

4,8

5,7

4,2

6,9

Ho

0,44

0,46

0,99

1,03

1,34

0,66

1,0

1,21

1,1

1,34

Er

0,33

0,33

2,9

2,6

4

1,88

2,9

3,5

2,5

4

Tm

0,70

0,70

0,42

0,34

0,57

0,29

0,5

0,45

0,47

0,57

Yb

7,7

7,7

2,5

2,1

3,8

2,8

5,4

5,6

5,5

3,8

Lu

0,70

0,70

0,38

0,3

0,54

0,27

0,5

0,4

0,5

0,54

Hf

2,9

4,9

4,5

6,8

5,3

1,67

2,4

3,6

2,9

1,65

Ta

1,31

1,35

1,53

1,85

1,45

0,23

0,099

0,45

11,0

1,2

W

0,33

0,35

0,41

1,4

2,7

1,42

2,21

2,23

4,0

1,5

Ba/Nb

68,8

116,2

67,2

145,3

198,0

123,0

5,1

61,9

0,41

140,4

La/Nb

3,9

4,5

8,2

6,2

4,6

4,4

4,4

4,0

6,6

6,8

Zr/Y

1,2

1,0

2,8

3,9

3,5

3,7

3,7

3,1

5,1

3,9

Zr/Nb

9,6

15,4

41,7

38,7

30,0

30,3

30,2

33,6

32,6

29,2

U/Th

0,22

0,16

0,35

0,35

0,33

0,27

0,41

0,24

0,43

0,42

(La/Yb)N

0,8

0,5

3,9

5,9

2,8

3,8

2,12

1,7

1,8

3,1

Eu/Eu*

1,43

1,38

1,55

1,54

0,89

0,87

0,86

0,86

2,1

1,73

Примечание: Анализы выполнены: силикатные на главные компоненты в Лаборатории Западно-Сибирского испытательного центра (г. Новокузнецк); микроэлементы определены методом ICP-MS) в лаборатории Сибирского отделения РАН (г. Иркутск). Значения РЗЭ нормированы по хондриту по [7]. Породы Карадага: 1–2 – трахибазальты, 3 – андезибазальт, 4–5 – трахиты; 6 – дацит; 7 – риодацит; 8 – трахириодацит; 9, 10 – риолиты.

Cоотношения (La/Yb)N в породах невысокие и варьируют от 0,5 до 5,9, указывающие на незначительную дифференцированность редких земель.

На канонической диаграмме Al2O3/(Na2O+K2O) – Al2O3/(CaO+Na2O+K2O) все породы классифицируются как пералюминиевые, сильно пересыщенные глинозёмом (рис. 1, а).

Cоотношение Fe2O3/(Fe2O3+MgO) – SiO2 cвидетельствует о том, что трахибазальты, андезибазальты и риолиты относятся к магнезиальному типу, а все остальные породы – к железистому (рис. 1, б).

На диаграмме LaUCN – SmUCN большая часть составов пород попадает в поле плавления обогащённой мантии (рис. 2) и лишь составы риолитов локализуются в области верхней коры. Cледовательно, основные и щелочные разности пород обязаны своим происхождением за счёт плавления обогащённой мантии, а риолиты – за счёт плавления субстрата верхней коры в промежуточной камере вблизи палеоповерхности.

gus1a.wmf

Рис. 1. а - диаграмма Al2O3/(N2O+K2O) - Al2O3/(N2O+K2O+CaO) по [10] и б -диаграмма SiO2 - Fe2O3/(Fe2O3+MgO) по [15] для пород Карадага. Породы Карадага: 1 - трахибазальты, 2 - андезибазальт, 3 - трахиты, 4 - дацит, 5 - риодацит, 6 - трахириодацит, 7 - риолит

gus2a.wmf

Рис. 2. Диаграмма LaUCN – Sm UCN по [13, 14] для пород Карадага. LaUCN и Sm UCN – значения концентраций лантана и самария, нормализованные верхне-коровые значения по [11]. Остальные условные обозначения см. на рис. 1

Реставрация мантийного материала, за счёт которого происходило плавление мантийного субстрата по соотношению La/Sm – La показывает, что такими породами служили действительно породы обогащённой мантии – шпинелевые и гранатовые лерцолиты с небольшой степенью частичного плавления, дающие по составу близкие породы к обогащённым базальтам срединно-океанических хребтов (от 0,05 до 0,3) (рис. 3).

gus3a.wmf

Рис. 3. Диаграмма La/Sm – La по [6] для пород Карадага. DMM – деплетированный мантийный источник MORB. РМ – примитивная мантия; ЕМ – обогащённый мантийный источник; E-MORB – и N-MORB – составы обогащённых (Е) и нормальных (N), базальтов срединно-океанических хребтов; точечные линии – тренды плавления источников DMM и EM, засечки с цифрами на точечных линиях – степень частичного плавления для соответствующих мантийных источников. Условные те же, что на рис. 1

Новые данные по геохимии и петрологии вулканитов Карадага показывают, что их генерация происходила длительно и включала процессы плавления мантийного субстрата, материала верхней коры и мантийно-коровое взаимодействие с образованием широкого спектра пород различной кремнекислотности и щёлочности. Нередко такое взаимодействие протекает на фоне сильной насыщенности магматогенными флюидами [1]. Наличие пузырьков (везикул) в лавах с газами свидетельствует о значительной флюидонасыщенности расплавов. В этой связи интересен факт проявления тетрадного эффекта фракционирования (ТЭФ) РЗЭ (ТЕ1,3) в породах, который наблюдается во всём спектре породных типов (от трахибазальтов до риолитов) (табл. 2), что является необычным фактом, так как чаще всего ТЭФ РЗЭ М-типа проявлен в высоко эволюционированных гранитных системах [2, 9].

Соотношение Y/Ho – TE1,3 показывает, что тренд увеличения значения тетрадного эффекта в целом совпадает с увеличением отношений Y/Ho (рис. 4).

Таблица 2

Величины тетрадного эффекта фракционирования РЗЭ и отношения некоторых элементов в породах Карадага

Отношения элементов и величины ТЭФ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Отношения в хондритах

Zr/Hf

7,9

4,1

16,7

17,0

19,8

67,0

49,2

33,6

25,9

46,1

36,0

Y/Ho

42,9

41,3

27,1

29,1

22,2

45,9

32,2

32,7

13,4

14,6

29,0

La/Nb

3,9

4,5

8,2

6,2

4,6

4,4

4,4

4,0

6.6

6,8

17,2

La/Ta

7,2

4,4

9,6

10,1

11,0

70,8

174

32,0

1,4

14,8

16,8

Sr/Eu

272

268

149

86

88

227

14

28

149

97

100,5

Eu/Eu*

1,43

1,38

1,55

1,54

0,89

0,87

0,86

0,86

2,1

1,73

1,0

TE1,3

1,6

1,76

1,11

1,06

1,13

1,16

1,06

0,92

1.64

1,07

 

Примечание: TE1,3 – тетрадный эффект фракционирования РЗЭ как среднее между первой и третьей тетрадами по [8]. Eu*= (SmN+GdN)/2. Породы Карадага: 1–2 – трахибазальты, 3 – андезибазальт, 4–5 – трахиты; 6 – дацит; 7 – риодацит; 8 – трахириодацит; 9, 10 – риолиты.

gus4a.wmf

Рис. 4. Диаграмма Y/Ho – TE1,3 для пород Карадага. Условные обозначения см. рис. 1

Заключение

Таким образом, вулканиты Карадага формировались по сценарию мантийно-корового взаимодействия. Основные разности пород проявляют признаки формирования за счёт плавления мантийного субстрата, представленного мантийными шпинелевыми лерцолитами и гранатовыми лерцолитами, то есть за счёт плавления обогащённых базальтов Е-МОRB. При восхождении расплавов базальтоидов к поверхности в малоглубинных очагах происходило плавление верхне-корового материала и смешение с мантиными дифференциатами. Кислые эффузивы проявляют признаки плавления верхне-корового материала. Все разности пород характеризовались пересыщенностью глинозёмом, высокой насыщенностью флюидами, содержащими летучие компоненты в особенности F, H2O, CO2, B2O3. Основные и щелочные разности пород генерировались в восстановительной среде, а кислые – в окислительной. В породах проявлен М-тип ТЭФ РЗЭ.


Библиографическая ссылка

Гусев А.И. ПЕТРОЛОГИЯ И ГЕОХИМИЯ ВУЛКАНИЧЕСКИХ ПОРОД КАРАДАГА (ВОСТОЧНЫЙ КРЫМ, РОССИЯ) // Успехи современного естествознания. – 2014. – № 12-1. – С. 57-61;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=34486 (дата обращения: 23.10.2018).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252