Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,736

GEOCHEMISTRY AND PETROLOGY OF VOLCANIC ROCKS RIVER BODRAK (CENTRAL CRIMEA, RUSSIA)

Gusev A.I. 1
1 The Shukshin Altai State Academy of Education
Приведены данные по петро-геохимии вулканогенных пород реки Бодрак: базальтам, трахибазальтам, андезибазальтам и андезитам. Указаны вещественные признаки насыщенности магматогенных флюидов летучими компонентами, и в первую очередь, фтором. Породы отнесены к мета- и пералюминиевым группам, магнезиальным и железистым разностям. Их генезис связан с различной степенью частичного плавления астеносферных источников: шпинелевых лерцолитов обогащённой мантии и гранатовых лерцолитов деплетированной мантии. В породах проявлен тетрадный эффект фракционирования редкоземельных элементов М-типа, обусловленный высокой флюидонасыщенностью расплавов, в особенности фтором.
Data on petro-geochemistry of volcanic rocks river Bodrak: basalts, trachibasalts, andezibasalts, andezites lead. The substantial signs of saturation magmatic fluids of volatile components and the first order fluor showed. Rocks refer to meta- and peraluminous groups magnesium and ferrous varieties. Genesis of their related with different degrees of partial melting of asthenosphere sources: spinel lherzolites of enriched mantle and garnet lherzolites of depletion mantle. The tetrad effect fractionation of rare elements M-type display in rocks that it cause by high saturation fluids of melts especially fluor.
lava
basalts
trachibasalts
andezibasalts
andezites
partial melting of spinel lherzolites and garnet lherzolites
tetrad effect fractionation of REE

В Центральном Крыму в районе Симферополя, Бодрака, Альмы, селения Лозового обнажено несколько вулканогенных и субвулканических разрезов, представляющих собой эффузивные центры полуострова, имеющих все признаки близости к вулканическим центрам и подводящим каналам. Их изучение интенсивно проводилось в 60-90-е годы прошлого века c детальным описанием петрографии пород [4]. Возраст вулканитов считался поздне-байосским, отнесённым к бодракско-карадагской вулканической серии и формировавшимся в островодужной обстановке. Однако, в последнее время появились уточнённые данные о Ar/Ar возрасте эффузивов субвулканических образований Карадага, Петропавловского карьера, Бодрака [11], давшие новый толчок к пересмотру и вещественных характеристик этих образований. Цель исследования – изучить петрологические и геохимические особенности вулканитов реки Бодрак с применением современных методов анализа пород (методом эмиссионной спектрометрией с индуктивно-связанной плазмой (ISP-MS) на спектрометре «ОРTIMA-4300»), как это сделано нами для вулканитов Карадага и Петропавловского карьера [2, 3].

Результаты исследований. Вулканогенные породы в районе реки Бодрак представлены линзовидными телами лав базальтов, трахибазальтов, андезибазальтов и андезитов, относящиеся к бодракскому субвулканическому комплексу с абсолютным K/Ar возрастом 160-175 млн. лет [4]. 40Ar/39Ar методом по плагиоклазу возраст вулканитов уточнён и составляет 160-162 млн. лет (келловей-оксфорд) [11]. Вулканиты, как правило, порфиритовые породы с вкрапленниками оливина (местами полностью серпентинизированного), авгита в базальтах, трахибазальтах, роговой обманки, авгита и плагиоклаза в андезибазальтах и андезитах. Изредка в андезитах отмечается биотит с повышенным содержанием фтора (до 3 %). В базальтах и андезитах присутствуют миароловые пустоты. Матрикс микролитовый. Местами в андезитовых лавах в стекле присутствуют везикулы, представляющие собой микропузырьки с захваченными вулканическими газами. Нередки миндалины, выполненные микрокристаллическим кварцем, халцедоном, цеолитом, эпидотом, кальцитом, хлоритом. Плагиоклаз вкрапленников полисинтетически сдвойникован, с прямой зональностью, местами замещается кальцитом и хлоритом.

Характерной особенностью всех пород является резкое преобладание натрия над калием. Отношение U/Th варьирует от 0,3 до 0,38, свидетельствующее об отсутствии в анализируемых породах сильных наложенных изменений. В породах наблюдается не дифференцированный тип распределения лёгких относительно тяжёлых редкоземельных элементов, подтверждаемый нормированным к хондриту отношением (La/Yb)N, варьирующим от 0,26 до 0,84 (табл. 1).

Таблица 1

Представительные анализы вулканитов реки Бодрак (главные компоненты в  %, элементы – в г/т)

1

2

3

4

5

6

7

8

SiO2

48,9

48,6

54,87

54,9

57,2

56,9

57,0

57,0

TiO2

0,63

0,67

1,09

1,07

1,03

1,55

1,1

1,5

Al2O3

15,48

15,34

16,02

16,0

16,5

14,4

16,1

14,6

Fe2O3

8,81

12,02

10,45

10,4

9,7

11,95

9,4

11,9

MnO

0,34

0,24

0,19

0,2

0,15

0,14

0,13

0,15

MgO

4,56

8,45

7,64

7,5

5,1

2,9

5,0

2,7

CaO

17,95

9,55

2,89

2,9

4,5

5,47

4,4

5,57

Na2O

1,56

1,38

6,47

6,5

5,0

6,12

5,5

6,16

K2O

0,36

0,31

0,12

0,22

0,66

0,25

0,7

0,23

P2O5

0,07

0,06

0,1

0,14

0,12

0,16

0,12

0,16

Be

1,1

1,2

1,3

1,5

1,6

1,9

1,3

1,3

Li

2,3

3,3

3,4

3,5

3,3

3,6

4,5

4,5

V

283

290

292

280

300

340

303

307

Cr

648

556

43

41

30

7

31

8

Co

48

49

40

41

28

33

29

34

Ba

156

155

49

50

115

65

105

70

Sc

41

43

34

31

28

32

26

31

Ga

15

15,5

16

15

18

14

17

14

Zn

75

73

68

65

8,3

84

8,8

88

Cu

91

94

33

31

30

16

30,5

18

Ni

195

198

25

22

34

6

30

8

Mo

2

2

3

3

3,1

2

3,0

2,1

Nb

1,2

1,3

1,1

1,4

2,3

1,8

2,2

1,9

Y

15

16

29

30

28

39

29

40

Zr

35

38

74

76

80

105

82

115

Sr

210

215

155

160

66

86

68

85

Rb

7,5

7,6

1,6

2,6

3,0

7,0

3,2

7,1

Th

1,1

1,2

1,4

1,9

2,2

3,0

2,1

2,0

U

0,4

0,4

0,5

0,6

0,8

0,9

0,8

0,6

Pb

4,4

4,8

5,5

7,5

2,9

3,4

3,5

3,9

La

4,7

5,0

2,4

3,4

7,9

3,9

7,8

4,1

Ce

4,4

4,9

9,3

10,3

16,6

11,7

15,1

11,9

Pr

1,8

2,0

2,5

2,9

4,0

3,3

3,5

3,8

Nd

6,8

7,1

10,1

11,1

10,5

9,3

10,1

9,9

Sm

2,2

2,3

2,7

3,0

3,0

3,4

3,2

3,9

Eu

1,75

1,9

1,5

1,3

1,1

1,0

1,2

1,2

Gd

5,6

5,9

6,2

8,2

8,1

8,0

8,0

8,4

Tb

1,5

1,8

2,0

2,4

2,2

2,1

2,0

2,2

Dy

8,7

9,0

9,3

9,9

9,5

9,3

9,2

9,1

Ho

0,5

0,52

0,6

0,8

0,77

0,73

0,7

0,72

Er

0,31

0,4

0,5

0,45

0,4

0,43

0,4

0,41

Tm

0,69

0,71

0,75

0,78

0,7

0,65

0,65

0,6

Yb

5,4

5,5

6,0

6,1

6,3

6,0

6,1

6,0

Lu

0,70

0,72

0,75

0,78

0,7

0,65

0,7

0,6

Hf

1,9

2,0

2,0

1,8

1,9

1,5

1,8

1,3

Ta

1,4

1,3

1,2

1,3

1,7

1,4

1,3

1,2

W

0,33

0,31

0,4

0,45

0,5

0,6

0,4

0,4

(La/Yb)N

0,57

0,6

0,26

0,37

0,83

0,43

0,84

0,45

U/Th

0,36

0,33

0,36

0,32

0,36

0,3

0,38

0,3

Примечание. Анализы выполнены: силикатный на главные компоненты химическим методом в Лаборатории Западно-Сибирского испытательного Центра (г. Новокузнецк); для микроэлементов – методом ICP-MS в лаборатории СО РАН (г. Новосибирск). Нормализация элементов проведена по [7]. Породы р. Бодрак: 1–2 – базальты, 3–4 – трахибазальты, 5 – андезибазальт, 6–8 –андезиты.

На классификационной диаграмме (Na2O+K2O) – SiO2 вулканиты реки Бодрак занимая свои поля, свидетельствуют о преобладании нормальных известково-щелочных пород, а трахибазальты, возможно, свидетельствуют о процессах частичного плавления различных источников, или о контаминации коровым материалом (рис. 1).

На канонических диаграммах породы реки Бодрак попадают в различные поля. По соотношению Al2O3/(Na2O+K2O) – Al2O3/(CaO+Na2O+K2O) базальты локализуются в метаалюминиевом и пералюминиевом полях, а все остальные разности – в пералюминиевом (пересыщенном глинозёмом) (рис. 2, а). По соотношению Fe2O3/(Fe2O3+MgO) – SiO2 андезиты относятся к железистым и магнезиальным разностям, а все остальные породы – к магнезиальным (рис. 2, б).

gusev1.tiff

Рис. 1. Диаграмма (Na2O+K2O) – SiO2 для вулканитов реки Бодрак: 1 – базальты; 2 – трахибазальты; 3 – андезиты; 4 – андезибазальты

gusev2.tiff

Рис. 2. а – диаграмма Al2O3/(N2O+K2O) – Al2O3/(N2O+K2O+CaO) по [10]; б –диаграмма SiO2 – Fe2O3/(Fe2O3+MgO) по [12] для вулканогенных пород реки Бодрак. Условные на рис. 1

Интерпретация результатов. Приведенные результаты показывают, что вулканиты реки Бодрак отличаются от таковых Карадага по возрасту и петро-геохимическим данным [Гусев]. По соотношению La и Nb все породы реки Бодрак тяготеют к астеносферному источнику (рис. 3).

Соотношение La/Sm- La указывет, что породы реки Бодрак генерированы из различных мантийных источников и неодинаковой степени частичного плавления (рис. 4).

gusev3.tiff

Рис. 3. Диаграмма La – Nb по [8] для вулканических пород реки Бодрак. Границы геосфер приняты по соотношениям La и Nb по [8]: Lit – литосфера, Ast – астеносфера. Условные обозначения на рис. 1

gusev4.tiff

Рис. 4. Диаграмма La/Sm – La по [6] для вулканитов реки Бодрак. 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

Если генерация базальтов связана с высокой степенью частичного плавления шпинелевого лерцолита обогащённой мантии, то источником образования остальных пород была деплетированная мантия и разная степень частичного плавления гранатового лерцолита. Если базальты тяготеют к среднему составу базальтов E-MORB, то трахибазальты располагаются вблизи среднего состава базальтов N-MORB (рис. 4).

В вулканических породах района проявлен тетрадный эффект фракционирования (ТЭФ) РЗЭ М- типа, что является необычным для базальтоидов. В таблице 2 приведены величины тетрадного эффекта фракционирования РЗЭ и некоторые отношения элементов, а также значения этих отношений в хондрите. Следует указать, что отношения элементов La/Nb и La/Ta в породах района меньше, чем в хондритах, отношения остальных элементов и меньше и больше хондритовых, указывая на значительное перераспределение элементов в вулканитах реки Бодрак (табл. 2).

Таблица 2

Величины тетрадного эффекта фракционирования РЗЭ и отношения некоторых элементов в вулканических породах реки Бодрак

Отношения элементов и величины ТЭФ

1

2

3

4

5

6

7

8

Отношения в хондритах

Zr/Hf

18,4

19,0

37

42,2

42,1

70

45,5

88,5

36,0

Y/Ho

30

30,8

48,3

37,5

36,4

53,4

41,4

55,6

29,0

La/Nb

3,9

3,8

2,2

2,4

3,4

2,2

3,5

2,1

17,2

La/Ta

3,4

3,8

2,0

2,6

4,6

2,8

6,0

3,5

16,8

Sr/Eu

120

113

103

123

60

86

57

71

100,5

Eu/Eu*

1,5

1,52

1,1

0,76

0,65

0,57

0,7

0,63

1,0

TE1,3

1,52

1,62

1,92

1,66

1,63

1,72

1,57

1,74

Примечание. TE1,3 – тетрадный эффект фракционирования РЗЭ как среднее между первой и третьей тетрадами по [9]. Eu*= (SmN+GdN)/2. Вулканические породы реки Бодрак: 1-2 – базальты, 3-4 – трахибазальты, 5 – андезибазальт, 6-8 – андезиты.

На диаграмме Zr/Hf – TE1,3 увеличение тренда значений ТЭФ РЗЭ М- типа происходит с уменьшением отношений Zr/Hf (рис. 5). Более низкие отношения Zr/Hf отвечают более высокой щёлочнности среды, согласно рядам кислотности – щелочности в водно-сероводородных растворах при стандартных условиях по [5]. Следовательно, увеличение величины тетрадного эффекта М-типа происходит при повышении щёлочности среды магматогенных флюидов, в которых важную роль играли F-комплексы [1], судя по тому, что в породах обнаружен биотит с повышенным содержанием фтора.

Заключение

Вулканогенные породы реки Бодрак включают лавовые базальты, трахибазальты, андезибазальты и андезиты, иногда миндалекаменные. Наличие везикул в вулканическом стекле и миндалин, указывает на то, что лавы были насыщены газами и флюидами, содержавшими в себе CO2, F, SO2 и другие компоненты. В породных типах проявлен тетрадный эффект фракционирования РЗЭ М-типа, который обусловлен высокой флюидонасыщенностью расплавов, в особенности фтором, комплексы которого трансформировали соотношение редких земель в тетрадах [1]. Генерация базальтов связана с высокой степенью частичного плавления шпинелевого лерцолита обогащённой мантии, источником же образования остальных пород была деплетированная мантия и разная степень частичного плавления гранатового лерцолита. Если базальты тяготеют к среднему составу базальтов E-MORB, то трахибазальты проявляют близость к среднему составу базальтов N-MORB.

gusev5.tiff

Рис. 5. Диграмма Zr/Hf – TE1,3 для эффузивных пород реки Бодрак. Условные на рис. 1