В Центральном Крыму в районе Симферополя обнажено несколько вулканогенных разрезов, представляющих собой эффузивные центры полуострова, имеющих все признаки близости к вулканическим центрам (фрагментам палеовулканов). Их изучение интенсивно проводилось в 60-90-е годы прошлого века c детальным описанием петрографии пород [4, 5, 7]. Возраст вулканитов считался поздне-байосским, отнесённым к бодракско-карадагской вулканической серии и формировавшимся в островодужной обстановке [7, 8]. Однако, в последнее время появились уточнённые данные о возрасте эффузивов Петропавловского карьера [15] и продолжительности вулканической деятельности на этом участке (в 15 млн. лет – от конца байоса до конца келловея), что может значительно уточнить геодинамическую обстановку формирования вулканитов, принадлежности их к единой бодракско-карадагской серии и их петрологии. Цель исследования – изучить петрологические и геохимические особенности вулканитов Петропавловского карьера с применением современных методов анализа пород, как это сделано нами для вулканитов Карадага [3].
Результаты исследований
Наше обследование проведено не только в Петропавловском карьере, но и в окрестностях с. Украинка, что позволило предположить о положении вулканического фрагмента в тектоническом клине. Представительные анализы вулканитов приведены в табл. 1.
Таблица 1
Представительные анализы вулканических пород Петропавловского карьера (оксиды в масс.%, элементы – в г/т)
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
SiO2 |
50,8 |
51,1 |
53,63 |
53,66 |
54,86 |
57,17 |
57,5 |
57,05 |
58,1 |
TiO2 |
0,71 |
0,75 |
0,68 |
0,65 |
0,9 |
1,1 |
0,65 |
0,69 |
0,85 |
Al2O3 |
16,7 |
19,4 |
18,95 |
18,91 |
14,6 |
14,7 |
18,3 |
18,5 |
17,8 |
Fe2O3 |
2,9 |
1,8 |
3,7 |
3,77 |
1,35 |
3,6 |
2,2 |
2,3 |
1,32 |
FeO |
5,8 |
6,0 |
5,95 |
5,75 |
3,87 |
5,7 |
6,1 |
5,9 |
6,1 |
MnO |
0,15 |
0,12 |
0,17 |
0,16 |
0,12 |
0,14 |
0,17 |
0,18 |
0,15 |
MgO |
4,6 |
4,4 |
4,7 |
4,8 |
4,86 |
2,9 |
2,6 |
2,7 |
2,97 |
CaO |
7,5 |
7,3 |
8,3 |
8,4 |
4,5 |
5,5 |
6,8 |
7,1 |
9,05 |
Na2O |
4,91 |
4,84 |
3,16 |
3,46 |
4,21 |
3,65 |
3,8 |
3,7 |
3,75 |
K2O |
1,23 |
1,3 |
0,58 |
1,52 |
0,7 |
0,34 |
1,2 |
1,1 |
1,35 |
P2O5 |
0,04 |
0,1 |
0,07 |
0,06 |
0,08 |
0,10 |
0,22 |
0,25 |
0,23 |
Be |
1,1 |
1,2 |
1,3 |
1,5 |
1,6 |
1,9 |
1,3 |
1,3 |
1,1 |
Li |
2,3 |
3,3 |
3,4 |
3,5 |
3,3 |
3,6 |
4,5 |
4,5 |
4,1 |
V |
290 |
286 |
305 |
302 |
298 |
186 |
90 |
90 |
292 |
Cr |
8,3 |
8,5 |
13 |
14 |
8,7 |
8,9 |
8,0 |
8,0 |
7,5 |
Co |
24 |
21 |
25 |
23 |
20 |
16 |
19,7 |
19,7 |
20,4 |
Ni |
3,8 |
2,7 |
1,9 |
2,0 |
2,1 |
3,1 |
5.7 |
5.7 |
8,7 |
Ba |
151 |
150 |
124 |
135 |
145 |
134 |
305 |
303 |
225 |
Sc |
29 |
27 |
18 |
23,8 |
22,6 |
21,7 |
16,6 |
16,8 |
21 |
Ga |
17,9 |
18,3 |
17,1 |
17,9 |
17,4 |
17,9 |
16,9 |
16,1 |
17,2 |
Zn |
67 |
67,6 |
82 |
85 |
65,4 |
55,8 |
75 |
71 |
80 |
Cu |
52 |
50 |
35 |
33 |
45 |
42 |
45 |
45 |
70 |
Mo |
8,5 |
3,1 |
7,1 |
7,2 |
4,6 |
4,8 |
2,8 |
2,8 |
2,2 |
Nb |
2,3 |
1,6 |
2,3 |
2,2 |
1,9 |
1,85 |
3,9 |
3,9 |
1,8 |
Y |
19,3 |
19,4 |
20,2 |
21,5 |
19,9 |
20,4 |
23,1 |
22,1 |
26,8 |
Zr |
48,7 |
45,5 |
43,8 |
44,1 |
46,2 |
45,8 |
92 |
89 |
75 |
Sr |
490 |
489 |
253 |
265 |
359 |
365 |
357 |
360 |
281 |
Rb |
24,8 |
25,2 |
9,7 |
10,8 |
24,6 |
33,6 |
36 |
35 |
24,6 |
Th |
2,6 |
2,5 |
3,3 |
4,1 |
3,5 |
4,5 |
2,3 |
2,3 |
2,6 |
U |
0,6 |
0,5 |
0,8 |
1,2 |
1,1 |
1,2 |
0,9 |
0,8 |
0,9 |
Pb |
9,9 |
5,9 |
6,4 |
7,8 |
7,2 |
7,7 |
6,7 |
6,1 |
5,8 |
La |
6,4 |
5,8 |
2,8 |
2,9 |
3,3 |
4,4 |
11,4 |
11,5 |
14,7 |
Ce |
13,5 |
13,0 |
11,1 |
11,3 |
12,8 |
13,1 |
32,1 |
32,2 |
35,5 |
Pr |
3,2 |
3,2 |
2,4 |
2,6 |
2,9 |
3,2 |
5,2 |
5,4 |
4,9 |
Nd |
10,4 |
10,5 |
9,7 |
10,1 |
11,4 |
12,1 |
16,9 |
17,9 |
17,4 |
Sm |
2,8 |
2,6 |
2,3 |
2,5 |
2,7 |
2,9 |
3,4 |
3,7 |
3,5 |
Eu |
1,62 |
1,72 |
1,7 |
1,6 |
1,52 |
1,45 |
1,45 |
1,8 |
1,89 |
Gd |
4,4 |
5,5 |
5,6 |
5,3 |
6,1 |
6,0 |
5,2 |
5,3 |
5,50 |
Tb |
1,2 |
1,4 |
1,3 |
1,3 |
1,5 |
1,6 |
0,8 |
0,9 |
0,93 |
Dy |
6,8 |
8,6 |
8,8 |
8,2 |
9,1 |
9,2 |
5,1 |
5,3 |
5,5 |
Ho |
0,47 |
0,46 |
0,5 |
0,6 |
0,8 |
0,76 |
0,8 |
0,9 |
0,99 |
Er |
0,33 |
0,32 |
0,35 |
0,4 |
0,42 |
0,41 |
0,31 |
0,3 |
2,9 |
Tm |
0,71 |
0,70 |
0,72 |
0,65 |
0,75 |
0,66 |
0,40 |
0,41 |
0,42 |
Yb |
7,7 |
7,4 |
8,1 |
8,3 |
8,6 |
8,1 |
4,1 |
3,1 |
2,5 |
Lu |
0,71 |
0,70 |
0,65 |
0,63 |
0,65 |
0,67 |
0,35 |
0,35 |
0,38 |
Hf |
2,8 |
3,9 |
3,4 |
3,2 |
3,2 |
3,4 |
4,0 |
4,1 |
4,5 |
Ta |
1,3 |
1,4 |
1,5 |
1,45 |
1,34 |
1,4 |
1,47 |
1,5 |
1,53 |
W |
0,31 |
0,33 |
0,4 |
0,37 |
0,35 |
0,37 |
0,5 |
0,5 |
0,41 |
Ba/Nb |
65,6 |
99,8 |
53,9 |
61,4 |
76,3 |
72,4 |
78,2 |
77,7 |
125,0 |
La/Nb |
2,8 |
3,6 |
1,2 |
1,3 |
1,7 |
2,4 |
2,9 |
2,9 |
8,2 |
Zr/Y |
2,5 |
2,3 |
2,2 |
2,05 |
2,3 |
2,2 |
4,0 |
4,0 |
2,8 |
Zr/Nb |
21,2 |
28,4 |
19,0 |
20,0 |
24,3 |
24,7 |
23,6 |
22,8 |
41,7 |
U/Th |
0,23 |
0,2 |
0,24 |
0,3 |
0,31 |
0,27 |
0,39 |
0,35 |
0,35 |
(La/Yb)N |
0,55 |
0,52 |
0,23 |
0,23 |
0,25 |
0,36 |
1,84 |
2,38 |
3,88 |
Eu/Eu* |
1,42 |
1,37 |
1,4 |
1,33 |
1,12 |
1,05 |
1,06 |
1,24 |
1,33 |
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). N- значения нормированы по хондриту по [10]. Породы Петропавловского карьера: 1 – 2- трахибазальты; 3- андезибазальт; 4- 5-трахиандезибазальты; 6- андезит; 7, 8, 9 – трахиандезиты.
Вулканиты относятся к низко-титанистой, известково-щелочной и умеренно-щелочной сериям пород (с преобладанием натрия над калием). Все породные типы характеризуются численными величинами отношения U/Th менее 1, указывающими на то, что проанализированные породы не несут существенных наложенных процессов. Нормированные отношения (La/Yb)N варьируют от 0,23 до 3,88, свидетельствующие о не дифференцированном типе распределения РЗЭ. Отношения Eu/Eu* колеблются от 1,05 до 1,42 (превышающие мантийные значения), подтверждающие слабую позитивную аномалию в породах по европию (табл. 1).
Соотношение Al2O3/(Na2O+K2O) – Al2O3/(CaO+Na2O+K2O) классифицирует все породы перглинозёмистым типом (рис. 1, а).
Рис. 1. а – диаграмма Al2O3/(N2O+K2O) – Al2O3/(N2O+K2O+CaO) по [13] и б – диаграмма SiO2 – Fe2O3/(Fe2O3+MgO) по [18] для пород Петропавловского карьера. Породы карьера: 1 – трахибазальты, 2 – андезибазальт, 3 – трахиандезибазальты, 4 – андезит, 5 – трахиандезиты
По соотношениям Fe2O3/(Fe2O3+MgO) – SiO2 трахибазальты, андезибазальты, трахиандезибазальты относятся к магнезиальным разностям, а андезиты и трахиандезиты тяготеют к полю железистых пород (рис. 1, б).
Cоотношение содержаний La и Sm, нормированных к верхней земной коре, указывает на источник плавления родоначальной магмы на обогащённую (трахибазальты, трахиандезиты) и деплетированную (андезибазальты, трахиандезибазальты) мантию (рис. 2).
Рис. 2. Диаграмма LaUCN – Sm UCN по [16, 17] для пород Петропавловского карьера; LaUCN и Sm UCN – значения концентраций лантана и самария, нормализованные верхне-коровые значения по [14]. Остальные условные обозначения см. на рис. 1
Интерпретация результатов
Приведенные результаты показывают, что породы Петропавловского карьера формировались из обогащённой и деплетированной мантийной магмы. На диаграмме соотношений La/Sm и La видно, что трахибазальты тяготеют к среднему составу E-MORB обогащённой мантии при частичной плавлении шпинелевого лерцолита (0,3), а трахиандезиты ближе к источнику плавления обогащённой мантии, но меньшей степени частичного плавления шпинелевого лерцолита (0,1) (рис. 3).
Рис. 3. Диаграмма La/Sm – La по [9] для пород Петропавловского карьера: 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
Андезибазальты, трахиандезибазальты и андезиты попадают на кривую плавления нормальных N-MORB базальтов при небольшой (0,05) степени частичного плавления гранатового лерцолита (рис. 3). Обилие в породах миндалин и везикул свидетельствует о насыщенности расплавов летучими компонентами. Нами оценены величины тетрадного эффекта фракционирования РЗЭ в породах, приведенных в табл. 2. Во всех проанализированных породах проявлен тетрадный эффект фракционирования РЗЭ М-типа, варьирующий от 1,12 до 1,8.
Таблица 2
Величины тетрадного эффекта фракционирования РЗЭ и отношения некоторых элементов в породах Петропавловского карьера
Отношения элементов и величины ТЭФ |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
Отношения в хондритах |
Zr/Hf |
17,4 |
11,7 |
12,9 |
13,8 |
14,4 |
13,5 |
23,0 |
21,7 |
16,7 |
36,0 |
Y/Ho |
41,1 |
42,2 |
40,4 |
35,8 |
24,9 |
26,8 |
28,9 |
24,6 |
27,1 |
29,0 |
La/Nb |
2,8 |
3,6 |
1,2 |
1,3 |
1,7 |
2,4 |
2,9 |
2,9 |
8,2 |
17,2 |
La/Ta |
4,9 |
4,1 |
1,9 |
2,0 |
2,5 |
3,1 |
7,8 |
7,7 |
9,6 |
16,8 |
Sr/Eu |
302 |
284 |
149 |
166 |
236 |
252 |
246 |
200 |
149 |
100,5 |
Eu/Eu* |
1,42 |
1,37 |
1,4 |
1,33 |
1,12 |
1,05 |
1,06 |
1,24 |
1,33 |
1,0 |
TE1,3 |
1,67 |
1,78 |
1,8 |
1,7 |
1,61 |
1,6 |
1,2 |
1,21 |
1,12 |
Примечание. TE1,3 – тетрадный эффект фракционирования РЗЭ как среднее между первой и третьей тетрадами по [11]. Eu*= (SmN+GdN)/2.
На диаграмме соотношений Y/Ho – TE1,3 в породах, образованных за счёт плавления обогащённой мантии тренд увеличение значений ТЭФ РЗЭ коррелируется с повышением отношений Y/Ho и имеет более пологий наклон, чем для пород, генерированных за счёт плавления N-MORB базальтов (рис. 4).
Рис. 4. Диаграмма Y/Ho – TE1,3 для эффузивов Петропавловского карьера; Породы, генерированные: А – за счёт плавления шпинелевого лерцолита: 1 – трахибазальты, 5 – трахиандезиты; Б – за счёт плавления гранатового лерцолита 2 – андезибазальт, 3 – трахиандезибазальты; 4 – андезит
На диаграмме Zr/Hf – TE1,3 тренды соотношений для пород, произошедших от плавления разных источников отличаются. В породах, генерированных частичным плавлением деплетированной мантии увеличение численных значений ТЭФ происходит при почти не меняющихся отношениях Zr/Hf (рис. 5).
Рис. 5. Диграмма Zr/Hf – TE1,3 для эффузивных пород Петропавловского карьера. Условные обозначения те же, что на рис. 4
Тренд изменения соотношений для пород, образовавшихся за счёт плавления обогащённой мантии (шпинелевого лерцолита) обусловлен различной степенью частичного плавления. Меньшие величины ТЭФ отвечают меньшей степени частичного плавления и повышенных отношений Zr/Hf. А более высокие отношения Zr/Hf отвечают более высокой кислотности среды, согласно рядам кислотности – щелочности в водно-сероводородных растворах при стандартных условиях по [6].
Выводы
Таким образом, породы вулканического центра относятся к пералюминиевому типу и смешанным характеристикам по железистости и магнезиальности. Генезис вулканитов сложен и определяется степенью частичного плавления различных мантийных субстратов: обогащённой и деплетированной мантии. Трахибазальты и трахиандезиты формировались за счёт частичного плавления (от 0,1 до 0,3) шпинелевого лерцолита, а андезибазальты, трахиандезибазальты и андезиты – за счёт плавления гранатового лерцолита.
В породах проявлен тетрадный эффект фракционирования РЗЭ М- типа, который обусловлен насыщенностью магматогенных расплавов летучими компонентами (фтором, водой, углекислотой и другими компонентами), а также различной степенью частичного плавления разных компонентов мантийного субстрата: шпинелевого лерцолита, или гранатового лерцолита. В последнем случае величины ТЭФ разнообразные и колеблются в узком интервале (от 1,6 до 1,8). Низкая степень частичного плавления шпинелевого лерцолита порождает ТЭФ малых значений (1, 12 до 1,21), а более высокая степень частичного плавления обогащенной мантии сопровождается ТЭФ значениями 1,67-1,78.