CC BY
13
https://doi.org/10.15407/gpimo2019.03.073
З.В. Красножина
Центр проблем морской геологии, геоэкологии и осадочного рудообразования НАН Украины, Киев
ГЕОДИНАМИЧЕСКАЯ ЭВОЛЮЦИЯ КАРАДАГСКОЙ ГРУППЫ ВУЛКАНОВ
Петролого-изотопно-геохимические исследования вулканических пород Крымской палеоостровной дуги (в наземной части и в акватории Черного моря), в том числе, данные Nd-Sr изотопии в совокупности с установленными информативными соотношениями TR и REE элементов — индикаторов геотектонической позиции позволяют рассматривать продукты вулканизма дуги, как реликты разновозрастных фрагментов островных дуг Палео-Нео-Тетиса, совмещенных в процессе Альпийского орогенеза, в том числе, идентифицированные нами проявления «back-arc» вулканизма Палео-Тетиса в составе вулканитов Карадагской группы вулканов. Совокупность полученной информации, включая соотношения TR, REE элементов-индикаторов геотектонической позиции позволяет идентифицировать базальты нижней серии первого этапа вулканизма Карадага, как продукты «back-arc» задугового вулканизма, либо остаточной дуги Палео-Тетиса (196 ) 4 млн, К/Ar), характеристики источника магмы которого сопоставимы с источником базальтов MORB, в их числе: Nb/Yb — 5, Ba/Yb — 12; 143Nd/144Nd — 0,5128; 87Sr/86Sr — 0,7039). Вулканические породы последующих стадий извержений с большой долей вероятности, являются продуктами разноглубинных деп-летированых магматических источников последовательных стадий эволюции островодужной системы Мезо-Тетиса с разномасштабным вкладом субдукци-онной составляющей (трахилипариты второго этапа — 150 ) 5 млн лет, (К/Ar), Nb/Yb — 0,8, Ba/Yb — 98; 143Nd/144Nd — 0,5126; 87Sr/86Sr — 0,7094; кайнотипные дациты третьего этапа (74 ) 16млн лет, K/Ar); Nb/Yb — 1,15; 143Nd/144Nd — 0,5127, 87Sr/86Sr — 0,7049, Ba/Yb — 60,9. Породы всех этапов вулканизма относятся преимущественно к толеитовой серии дифференциации, анде-зито-дациты, риолиты заключительных стадий второго этапа к известково-ще-лочной серии. Изотопно-минералого-геохимические характеристики вулканических пород центральной части дуги (р-н с. Мухолатка-мыс Ифигении): TiO2 < 0,6 веc. %. MgO > 8 вес. %, Ba/Yb > 400 ete., подтверждают предположение о депле-тированном магматическом источнике в фронтальной части дуги «fore-arc». Ключевые слова: Тетис, Карадагская группа вулканов, изотопно-геохимические индикаторы, «back-arc», Nb/Yb, Nd-Sr, геодинамическая эволюция.
Различные исследователи неоднозначно трактуют и геодинамическую позицию, и геологическое строение «Карадагской группы вулканов», согласно определению Левинсона-Лессинга [1].
© З.В. КРАСНОЖИНА, 2019
В современной геотектонической позиции Карадаг является составной частью Альпийского складчатого пояса, сформированного на послемеловом этапе развития складчатых зон Тетиса.
Карадагская группа вулканов представляет собой уникальное горное сооружение, состоящее из средне- и верхнеюрских вулканических пород широкого петрографического спектра от базальтов до риолитов, трахилипаритов дайковой серии — фрагментов трех этапов извержений, разделенных длительными промежутками времени: в форме отдельных лавовых потоков, в том числе с шаровыми лавами, сложных туфо-лавовых свит, некков, даек, жил, субинтрузивных массивов, в совокупности круто поставленных вследствие интенсивного проявления послемеловых геодинамических процессов в процессе Альпийского орогенеза.
«Безоливиновые», по Левинсону-Лессингу, базальты раннего этапа [1] (с диабазовой структурой) прослежены в акватории залива от береговой линии (Кузьми-чев камень) более чем на 650 м, что с учетом их близвертикального залегания позволяет считать это расстояние минимальной мощностью свиты. Абсолютный возраст базальтов, по данным K/Ar метода, составляет 196 ± 4 млн лет, трахилипа-ритов (Хоба-Тепе) —150 ± 5 млн лет, кайнотипных дацитов третьего этапа (Береговой хребет) с неизмененными стеклом и вкрапленниками Pl70_73 — 74 ± 16 млн лет (зафиксировано высокое содержание аргона). Породы всех этапов вулканизма относятся преимущественно к толеитовой серии дифференциации, андезито-дациты, риолиты заключительных стадий второго этапа — к известково-щелочной серии.
0,5132 0,5130 0,5128
£
Z 0,5126 0,5124 0,5122 0.5120
Рис. 1. Sr-Nd изотопный состав back-arc и island-arc вулканических пород Карадага: 15 — базальт раннего этапа, 25 — трахилипа-рит, 355, 423 — кайнотипные андезито-дациты
• \
Morb'^tlant
N \ I
Х\ 4! \ \
Вас^-агс ¿855
•!5 т\ \ |423'Ч *25
К^ЕЧ
К \
I \ \
! \ \ \
•1363
1 450 / Atlantic
j * * sediments
0,703 0,704 0,705 0,706 0,707 0,708 0,709 87Sr/6Sr
«Палеотипные», по терминологии Левинсона-Лессинга, породы первого и второго циклов извержений пропилитизированы (низкотемпературный метаморфизм) с разной степенью интенсивности. В свежем стекле дацитов «кайно-типной» серии обнаружены микровключения золота.
Комплекс геологических, петролого-изотопно-геохимических исследований, проведенный нами за многие годы изучения района, дал возможность определить островодужную, субдукционно обусловленую природу вулканизма Карадага [3], одного из фрагментов магматической Крымской юрско-меловой палеоостровной дуги [2], а также изложить преставление о формировании вулканических пород различных серий из мантийного и корово-литосферного источника [4].
На изотопной диаграмме 14^ё/14^ё — 878г/868г, базальты раннего этапа (~190 млн лет) и неизмененные дациты заключительного етапа (~80 млн лет) лежат в поле «мантийной последовательности» (0,5127—0,7042); (0,51277— 0,70497), дайки массива Хоба-Тепе — трахилипариты, в различной степени про-пилитизированные расположены — на линии смешения мантия-кора — (К2О — 6—7 вес. %) ~160 млн лет, 143Ш/144Ш — (0,5126), 878г/868г — 0,7094 (рис. 1).
Содержание редких, рассеянных, редкоземельных элементов в вулканитах Карадага, по данным ICP-MS
Элемент, ppm Номер пробы
355 436 33-а 13 15 423 25 141
Nb 2,8 1,8 1,2 3,6 12 3,0 3,6 0,7
Zr 76,8 66,5 59,7 124 106 128 136 44,1
Y 23,5 21,0 17,2 35,1 1 28 31 14,4
Th 3,7 2,9 2,4 4,7 1,8 5,0 4,9 1,7
Ba 148 240 288 249 124 349 442 732
Co 10,3 25,2 17,8 6,6 33,7
Hf 2,6 1,6 1,7 3,3 1,2
Rb 10,3 8,8 15,4 30,1 8 32 52 7,6
Sr 393,0 249,3 260,6 184,9 327 283 118 326
Ta 0,3 <0,1 <0,1 0,2 н.о. 0,1
U 0,6 1,7 0,4 1,2 <1 0,3
V 220 311 336 73 226
La 14,4 11,0 9,6 19 12,98 16,2 9,3 13,0
Ce 30,9 24,3 21,3 41,8 27,8 39,8 26 26,9
Pr 3,75 3,07 2,62 5,08 3,26 4,86 2,54 3,05
Nd 16,6 13,2 11,4 22,1 14,35 21,5 15,2 11,1
Sm 3,77 3,06 2,63 5,26 3,24 5,27 4,08 2,26
Eu 1,15 1,06 0,90 1,48 1,28 1,33 1,22 0,60
Gd 4,04 3,48 2,95 5,97 3,7 5,53 4,73 2,56
Tb 0,60 0,55 0,47 0,92 0,61 0,95 0,85 0,40
Dy 3,88 3,48 3,06 5,61 3,49 5,89 5,58 2,78
Ho 0,85 0,81 0,67 1,25 0,68 1,21 1,18 0,51
Er 2,4 2,31 1,75 3,53 2,08 3,9 3,86 1,37
Tm 0,37 0,36 0,30 0,56 0,31 0,6 0,59 0,22
Yb 2,43 2,29 1,78 3,49 1,87 3,59 3,68 1,35
Lu 0,36 0,36 0,30 0,58 0,31 0,70 0,69 0,21
Примечание: номера проб: 355-13 — анализы выполнены Acme Lab, Canada, 15—141 — анализы выполнены в лаборатории Ин-та геохимии, минералогии и рудообразования им. Н.П. Семе-ненко НАН Украины, 2013 г.; проба 144 — район Мухолатка.
1 10 100 М)/УЬ
Рис. 2. Положение точек соотношений 1Ъ/УЬ—№/УЬ (ICP) в вулканических породах отдельных фрагментов дуги: 141 — Мухолат-ка, 15 — безоливиновый базальт, близко расположенный к линии тренда базальтов MORB, № 33—355 — андезито-дациты 2—3 этапов извержений Карадага
О
£
КЬ ВаТЫЧГЬ К Ьа Се РЬ Рг Бг № ХтШ вт Ей "Л Ос1ТЬ Ву У НоЕг ТтУЬ Ьи Рис. 3. Гистограмма нормированных по [N—MORB] значений: 1 — базальт Карадага, 2 — базальт Мухолатки
1000
■141
Total subd. input
■33-а
PQ
100
10
■ 423
rB
10
100
Ba/Th
Рис. 4. Отношения Ва/ЫЪ-ВаДЪ. В-Е — фрагмент линии тренда базальтов MORB [6], т. Е — позиция базальтов, производных обогащенной мантии
Геодинамическую эволюцию Тетиса домелового времени признанные авторитеты в области региональной геотектоники трактуют неоднозначно. Так, в наиболее информативных обзорах, Робертсон (2004—2012 гг.) подчеркивает [5], прежде всего, противоположные трактовки направленности погружения литос-ферной плиты Лавразии относительно Гондваны в Восточном Средиземноморье во время закрытия Тетиса: как в южном, по утверждению А.М.С. 8е^ог, так и в северном направлениях.
Для идентификации геодинамической позиции фрагментов Крымской па-леоостровной дуги, наиболее благоприятных для формирования потенциально рудоносных водонасыщеных магм, которые формируются, прежде всего, в над-субдукционних зонах, мы сделали попытку привлечь систему отношений элементов-индикаторов редких и редкоземельных элементов [6], которые помогают идентифицировать источники магматизма [7 и др.], и способствуют установлению их геодинамической позиции.
Изучение направленности процессов формирования современных островных дуг изотопно-геохимическими методами, основанными на теоретических и экспериментальных исследованиях, в т. ч. общепризнанных установленных коэффициентах распределения в системах минерал — флюид и минерал — расплав с последующим определением коэффициентов распределения: мантия — расплав, плита — флюид или силикатный расплав — мантия — флюид и др., выполненными коллективами исследователей эволюции систем Тихоокеанских островных дуг: Японской, Инзу-Бонинской, Марианской [6, 7] в совокупности с рядом установленных закономерностей направленности мантийно-флюидных потоков, дали возможность определить ряды элементов, концентрирующихся преимущественно в мантийных расплавах либо в магмах надсубдукционных зон, в том числе: совместимых-несовместимых, консервативных-неконсервативных с последующим выявлением отношений наиболее информативных элементов-индикаторов, которые не фракционируют в процессах частичного плавления и фракционной кристаллизации [6].
Наиболее значимы соотношения («proxy», J. Pearce[6]): Nb/Yb — индикатор степени обогащения мантийного источника, Ba/Yb — индикатор общего вклада субдукционной компоненты, Th/Yb — индикатор глубинной компоненты суб-дукционных зон и др.
В процессе исследований содержания REE и TR элементов определяли в ограниченном числе проб вулканических пород Карадага в сертифицированных лабораториях (таблица): чувствительность определения — Nb — 0,1 ppm, более 100 проб— методомрентгено-спектрального анализа, чувствительность — Nb — 2 ppm;) в том числе и из центральных районов палеодуги (мыс Ифигении — Мухолатка и др.).
В значительном числе графиков M/Y — Nb/Y, построенных по данным рентгено-спектрального анализа (не показаны, корреляция Yb — Y не превышает 0,8—0,9), позиция вулканических пород Крымской палеостровной дуги идентична позициям вулканических пород островных дуг западной части Тихоокеанского кольца, преимущественно Марианской [6], аналогично позиции на графиках M/Yb — Nb/Yb (рис. 2—4).
Позиция точек соотношений Th/Yb — Nb/Yb (рис. 2) в вулканических породах отдельных фрагментов дуги позволяет прийти к выводу, что степень обога-щенности источников вулканизма существенно меняется. За исключением базальтов раннего этапа Карадагской группы вулканов наиболее приближенных к тренду базальтов — MORB (диагональная линия тренда источников базальтов срединно-океанических хребтов) — вулканические породы разной кремнекис-лотности второго и третьего этапов вулканизм Карадага и других вулканических массивов Крымского орогена тяготеют к полю островодужних систем, и особенно Марианской, по данным [6, 7]. Отношения Nb/Yb-Th/Yb обогащенности мантии в вулканических породах дуги не изменяются в процессах кристаллизационной дифференциации [7].Отчетливое понижение отношения Nb/Yb от N-MORB тренда демонстрирует возрастание степени деплетации магматических источников вулканических пород Крымской палеоостровной дуги от Кара-дага к западной ее части. Показано минимальное отклонение от источника MORB базальтов раннего этапа.
Наиболее деплетированные источники вулканических пород (Мухолатка, Ифигения — центральная часть дуги) определяются на графиках позицией, присущей деплетированным мантийным источникам, в процессе эволюции значительно обогащенных флюидами надсубдукционой зоны, что также подтверждается индикаторными соотношениями макро- и микроэлементов. На гистограмме освещена степень субдукционного обогащения (проба №1, MgO — 8.6 %, Мухолатка) для нее характерно обогащение Ba, Rb, S и деплетация TR, REE сравнительно с базальтом Карадага (MgO — 6,3 %, проба №15). Наиболее значительное обогащение субдукционной составляющей в западной части дуги (fore-arc).
На графиках процент привноса флюидной компоненты субдукционных зон возрастает по мере удаления от линии тренда, определенной для базальтов MORB, и достигает почти 90 % (обр. 141) на сравнительных диаграммах различных серий современных островных дуг J. Pearce [6 и др.] в ряду Nb/Yb; M/Yb, где M — Th, La, Sr, Nd, Ba, Zr. Отношения Ba/Nb-Ba/Th информативны при определении степени суммарного вклада субдуцированного материала в формирование магматического очага, где Ba/Nb — индикатор суммарного привноса, индикатор Ba/Th позволяет оценить вклад флюидно-магматических систем надсуб-
дукционных зон в отличие от соотношения Th/Ва-индикатора поступления из глубинных корневых частей субдукционной зоны.
Единичные определения изотопного состава кислорода базальтов раннего этапа (S18O — 5,8—6,2 %о smow) свидетельствуют об их мантийной природе, изотопный состав кислорода дацитов дайковой серии (с неизмененным стеклом) варьирует от +6,8 до +10,9 %, что характерно для вулканических пород островных дуг, но не исключает взаимодействия с разнотемпературными флюидами.
Изотопный состав кислорода андезито-дацитов второго этапа изменяется от 19 % в пропилитизованих вулканитах до 1,3 % в локальных зонах гидротермального изменения.
Наличие «back-arc» среднеюрского времени усложняет современные представления о эволюции Тетиса, строении «Silk Road Arc» [8] в строении Крымской палеоостровной дуги, обуславливая необходимость дальнейших исследований. Определенные нами неординарные черты исследуемых объектов должны внести существенные коррективы в представления об истории геологического развития в целом Альпийско-Средиземноморского складчатого пояса, в пределах европейской части которого существуют промышленные месторождения различных генетических типов, в том числе эпитермальные Cu-Au, золотые эрогенные, массивные сульфидные с тонким золотом и другие — «Евразийский метал-логенический пояс». Установлено, что значительная часть известных месторождений Альпийского пояса формируется в субдукционно связанных ситуациях, аналогичных геодинамической ситуации формирования отдельных фрагментов Крымской палеоостровной дуги, определенных нами, то есть благоприятных для генерации водосодержащих магм, во время становления продуцирующих значительные объемы флюидов.
Выводы
Мы впервые идентифицировали геодинамическую позицию отдельных звеньев юрско-меловой Крымской палеостровной дуги на основе полученных минералого-геохимических, изотопных (Nd-Sr) данных, а также основываясь на соотношениях REE и TR элементов — индикаторов геодинамической эволюции, определенных и апробированных международными коллективами, преимущественно английских и австралийских ученых, в процессе изучения вулканических пород Западно-Тихоокеанских современных островных дуг.
Полученная информация позволяет нам утверждать, что вулканические породы Карадагской ветви палеостровной дуги образованы из обособленных мантийных и корово-литосферных источников в системе «island-arc-back-arc» в пределах значительного промежутка времени — 190—70 млн лет и сформированы в едином круто поставленном массиве во время проявлений Альпийского орогенеза.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Левинсон-Лессинг Ф.Ю., Дьяконова-Савельева Е.Н. Вулканическая группа Карадага в Крыму. Лениздат, 1933. 151 с.
2. Палеоостровная дуга севера Черного моря. Под ред. Шнюкова Е.Ф. Киев, 1997. 287 с.
3. Шнюков Е.Ф., Красножина З.В., Сиденко О.Г. Золото и серебросодержащая сульфидная минерализация в вулканитах Горного Крыма. Геол. журн. 1993. № 5. С. 36—47.
4. Шнюков Е.Ф., Красножина З.В. Карадагская группа вулканов. К вопросу об источниках эффузивного магматизма. Геологические проблемы Черного моря. Киев, 2001. С. 207—215.
5. Robertson A.H.F. Sedimentary evidence from the south Mediterranean region (Sicily, Create, Peloponnese, Evia) used to test alternative models for the regional tectonic setting of Tethys during Late Paleozoic — Early Mesozoic time. Geological Society. London, Special Publications January 1. 2006. V. 260. P. 91—154.
6. Julian A. Pearce, Stern R.J Origin of back-arc basin magmas: trace element and isotope perspectives. American Geophysical Union. 2006. P. 84.
7. Erin Todd, A. James, B. Gill, Julian A. Pearce. A variably enriched mantle wedge and contrasting melt types during arc stages following subduction initiation in Fiji and Tonga, southwest Pacific. Earth and Planetary Science Letters. 2012. P. 180—194.
8. Yigit O. Gold in Turkey — a-missing link in Tethyan metallogeny. Ore Geology Reviews. 2006. V. 28. P. 147—179.
Статья поступила 30.06.2019
З.В. Красножина
ГЕОДИНАМ1ЧНА ЕВОЛЮЦ1Я КАРАДАЗЬКОТ ГРУПИ ВУЛКАН1В
Петролого-iзотопно-геохiмiчнi дослщження вулкашчних порщ Кримсько! палеоостровно! дуги (в наземнш частит й акватори Чорного моря), а також дат Nd-Sr Гзотопп разом з установ-леними шформативними стввщношеннями TR та REE елементав — iндикаторiв геотек-тошчно! позицп дають пщстави розглядати продукти вулкашзму дуги як релшти рiзновiкових фрагмента ос^вних дуг Палео-Нео-Тетису, сумщеш в процес Альпшського орогенезу, зокрема щентифжоваш нами прояви «back-arc» вулкашзму Палео-Тетису в складi вулкантв Карадазько! групи вулканiв. Сукупнiсть отримано! iнформацii та стввщношення TR та REE елеменпв — iндикаторiв геотектонiчноI позици допомагае iдентифiкувати базальти нижньо! сери першого етапу вулканiзму Карадагу як продукти «back-arc» задугового вулканiзму, або за-лишково! дуги Палео-Тетису (196)4 млн рр., К/Ar), характеристики джерела магми якого мож-на порiвняти з джерелом базальтiв MORB, зокрема: Nb/Yb —5, Ba/Yb —12; 143Nd/144Nd — 0,5128; 87Sr/86Sr — 0,7039). Вулкашчш породи подальших стадiй вивержень, iз великою ймовiрностю, е продуктами рiзноглибинних деплетованих магматичних джерел послiдовних стадш еволюцп островодужно! системи Мезо-Тетису з рiзномасштабним внеском субдукцiйноI складово! (трахшпарити другого етапу 150)5 млн рр., (К/Ar), Nb/Yb — 0,8, Ba/Yb — 98; 143Nd/144Nd — 0,5126; 87Sr/86Sr — 0,7094; кайнотипнi дацити третього етапу — 74)16 млн рр., (K/Ar); Nb/Yb — 1,15; 143Nd/144Nd — 0,5 1 27 , 87Sr/86Sr — 0,7049, Ba/Yb — 60,9. Породи вшх етатв вулканiзму належать переважно до толеггово! сери диференцiацii, андезито-дацгги, рiолiти заключних стадiй другого етапу — до вапняно-лужно! сери. Iзотопно-мiнералого-геохiмiчнi характеристики вулканiчних порщ центрально! частини дуги (Мухолатка — мис 1фк"ешя): TiO2 < 0,6 мас. %, MgO > 8 мас. %, Ba/Yb > 400 eta, пщтверджують припущення про деплеттоване магматичне джерело в фронтальнiй частинi дуги «fore-arc».
Ключовi слова: Temic, Карадазька група вулкатв, iзотопно-геохiмiчнi тдикатори, «back-arc», Nb/Yb, Nd-Sr, гeодинамiчна еволющя.
Z.V. Krasnozhina
GEODYNAMIC EVOLUTION OF THE KARADAG VOLCANO GROUP
Petrological and isotope-geochemical studies of volcanic rocks of the Crimean paleoarc (in the ground part and the Black sea), including data from the Nd-Sr isotope together with the set of informative ratios TR, REE elements-indicators of geotectonic positions allow us to consider products of arc vol-canism, as relics of a different age of fragments of island arcs of the Paleo-Neo-Tethys, overlap during the Alpine orogeny, in particular, we identified examples of «back-arc» volcanism of Paleo-Tethys in the composition of the volcanic rocks of the Karadag volcano group. The totality of the information received, including the ratio of TR, REE elements-indicators of geotectonic positions allows to identify the basalts of the lower series of the first phase of Karadag volcanism as products «back-arc» volcanism, or residual arc Paleo-Tethys (196)4 Ma, K/Ar), characteristics of the source magma which is
comparable to the source of MORB basalts in the Nb/Yb — 5, Ba/Yb — 12; 143Nd/144Nd — 0,5128; 87Sr/86Sr — 0,7039). The volcanic rocks of the later stages of the eruptions with a high probability are products of different depts and depletion magmatic sources at successive stages of the evolution of the island arc system of the Meso-Tethys with multiscale contribution of the subduction component (tra-chyliparites stage 2 — 150)5 million (K/Ar), Nb/Yb — 0,8, Ba/Yb — 98; 143Nd/144Nd — 0,5126; 87Sr/86Sr — 0,7094; Kainotype dacites 3 phase (74)16 Ma, K/Ar); Nb/Yb — 1,15; 143Nd/144Nd — 0,5127, 87Sr/86Sr — 0,7049, Ba/Yb — 60,9. Rocks of all stages ofthe volcanism mainly relate to tholei-ite series of differentiation, andesite-dacites, rhyolites final of the second stage to the limestone-alkaline series. Isotope-mineralogical and geochemical characteristics of volcanic rocks of the central part of the arc (Muholatka — Iphigenia): TiO2 < 0,6 wt. %. MgO > 8 wt. %, Ba/Yb > 400 etc., confirm the assumption of a depleted magma source in the front arc of «fore-arc».
Keywords: Tethys, Karadag volcanic group, isotope-geochemical indicators, «back-arc», Nb/Yb, Nd-Sr, geodynamic evolution.
