Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,775

GEOCHEMISTRY AND PETROLOGY OF VOLCANIC ROCKS BORROW PIT PETROPAVLOVSKII (CENTAL CRIMEA, RUSSIA)

Gusev A.I. 1
1 The Shukshin Altai State Academy of Education
2644 KB
New data on geochemistry and petology of volcanic rocks borrow pit Petropavlovskii of Cenral Crimea lead. Compositions of trachybasalts, andezibasalts, trachyandezibasalts, andezites, trachyandezites reflected. All rock types refer to low-titanic peraluminous types with different saturation of iron and magnesium. Parental magmas for its were depletion and enriched mantle substrates. Trachybasalts and trachyandezites formed for different degrees partial melting of spinel lherzolites. Andezibasalts, trachyandezibasalts and andezites generated for count little degrees of partial melting of garnet lherzolite. Tetradic effect fractionation of REE M-type display that it is cause of saturation mamgmatic melts by volatile components.
trachybasalts
andezibasalts
trachyandezibasalts
andezites
trachyandezites
geochemistry
petrology
partial melting spinel lherzolites and garnet lherzolites
tetradic effect fractionation of REE M-type

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).

guse1.tiff

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).

guse2.tiff

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).

guse3.tiff

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).

guse4.tiff

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).

guse5.tiff

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.