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.
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
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).
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.
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.