CC BY
48
УДК 552.2+550.4(571.513)
ГЕОХИМИЧЕСКИЕ И Sr-Nd ИЗОТОПНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДЕВОНСКИХ БАЗИТОВ КОПЬЕВСКОГО И НОВОСЕЛОВСКОГО ПОДНЯТИЙ СЕВЕРНОЙ ЧАСТИ МИНУСИНСКОГО ПРОГИБА
А.А. Воронцов, Г.С. Федосеев*
Институт геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН, г. Иркутск E-mail: [email protected] *Новосибирский государственный университет *Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН, г. Новосибирск E-mail: [email protected]
Приведены данные о строении Копьевского и Новоселовского поднятий Чебаково-Балахтинской впадины Минусинского прогиба, рассмотрены геохимические и изотопные особенности базитов этих поднятий и предложена модель формирования источников исходных расплавов. По содержанию петрогенных элементов и редких литофильных элементов базиты сходны между собою, различаясь лишь по обогащенности тяжелыми редкими землями, Rb, Nb и Ta. Показано, что в сравнении с внутриплитовыми суб-щелочными базальтами типа OIB изученные базиты обеднены высокозарядными некогерентными элементами Nb, Ta, Zr, Hf, Ti и обогащены тяжелыми редкими землями, Ba и Sr. Предполагается ассимиляция расплавом типа PREMA карбонатного материала, приведшая к отклонению состава базитов от поля мантийной корреляции в сторону обогащения радиогенным стронцием.
Ключевые слова:
Девонский магматизм, Алтае-Саянская рифтогенная система, геохимические и Sr-Nd изотопные характеристики базитов, магматические источники, геодинамическая обстановка.
Key words:
Devonian magmatism, Altaу-Sayan rift system, geochemical and Sr-Nd isotope characteristics of mafic rocks, magmatic sources, geodynamic setting.
В истории образования каледонид юго-западного обрамления Сибирской платформы особую роль сыграла девонская эпоха, ознаменовавшаяся широкомасштабным проявлением вулканизма и формированием в пределах территории Алтая и Саян многочисленных прогибов и грабенов. В процессе многоплановых исследований геологов нескольких поколений было установлено сложное геологическое строение этих депрессий и непременная приуроченность к тектоническим разломам. Это позволяет объединить разномасштабные структуры в единую Алтае-Саянскую рифтовую область (АСРО), обладающую рядом специфических особенностей, отличающих ее от классических рифтовых провинций [1]. Сходство обобщенных геологических разрезов и характера магматизма в разных сегментах рифтовой системы указывают на то, что АСРО могла сформироваться в результате фрагментации крупного внутриконтинен-тального бассейна, расположенного в тыловой части активной континентальной окраины, достигшей в раннем девоне субплатформенной стадии развития [2]. Одной из крупнейших структур АСРО является Минусинский прогиб, состоящий из нескольких впадин (Назаровская, Чебаково-Бала-хтинская, Минусинская и др.) общей площадью около 100 тыс. км2 (рис. 1). Развитие отдельных впадин было тесно сопряжено с образованием девонских вулкано-плутонических ассоциаций, которые вскрываются по обрамлениям этих впадин и в антиклинальных складках - поднятиях, нередко приуроченных к их внутренним участкам. В Чеба-ково-Балахтинской впадине, например, насчитывается около десяти таких поднятий - Копьевское, Новоселовское, Кокоревское, Тонское и другие [3].
Специфику магматизма в Минусинском прогибе определяют базальтовые, базальт-андезибазальто-вые, базальт-трахитовые, нефелинит-фонотефрито-вые, бимодальные базальт-трахириолит-комендито-вые ассоциации с долеритами, тешенитами, тералитами и щелочными сиенитами. Большинство из них участвует в строении вулканогенно-осадочных толщ и объединяется в раннедевонскую быскарскую серию, которая с несогласием залегает на кембро-ор-довикских отложениях. Среди магматических пород преобладают субщелочные базиты. Однако их слабая и неравномерная изученность современными геохимическими и изотопными методами не позволяет корректно оценивать изменчивость составов магматических источников по площади рифтовой системы, что имеет большое значение при палеогео-динамических реконструкциях [4].
Копьевское поднятие находится в верховьях бассейна р. Чулым, в районе слияния рек Белый и Черный Июс (рис. 1, 2, а) и обнажено на площади более тысячи кв. км. Оно представляет собой изо-метричную антиклинальную структуру, сводовая часть и крылья которой сложены терригенно-вул-каногенными отложениями быскарской серии. С угловым несогласием они залегают на кембро-ор-довикском фундаменте, представленном зеленокаменно измененными эффузивами и серыми кремнистыми сланцами с прослоями метаморфизован-ных известняков и мергелей [5]. В данном разрезе серия разделена на копьевскую и кагаевскую толщи. Копьевская толща (мощность до 1500 м) на 75 % состоит из покровов и силлов лабрадоровых порфиритов (плагиофировых базальтов), перемежающихся с афировыми базальтами, андези- и тра-хибазальтами и с прослоями и пачками (мощно-
90° 92° 94°
Рис. 1. Положение антиклинальных поднятий в Чебаково-Балахтинской впадине Минусинского прогиба: 1, 2 - осадочные и вулканогенно-осадочные отложении: 1 - покровные ФГС), 2 - быскарской серии (Ц); 3 - фундамент (€-0), 4 - тектонические нарушения. Цифрами в кружках обозначены впадины: I - Назаровская, II - Чебаково-Балахтинская, III - Сы-да-Ербинская, IV - Минусинская и прогибы: V - Кузнецкий, VI - Агульский. Цифрами в квадратах обозначены поднятия: 1 - Копьевское, 2 - Новоселовское. КВ - Красноярское водохранилище
стью до 40 м) туфобрекчий, лапиллиевых трахитовых туфов, вулканомиктовых песчаников, мергелей, известняков и валунных конгломератов. В известняках отмечены остатки флоры, в мергелях -пелеципод; некоторые разности известняков трактуются как травертины [6]. В основании перекрывающей кагаевской толщи располагаются покровы трахиандезитов, с прослоями туфов, вулканомикто-вых песчаников, алевролитов и конгломератов. В ней установлены силлы долеритов, разделенные прослоями (мощностью до нескольких десятков метров) брекчиевидных известняков, доломитов, песчаников и туфобрекчий [6], а также немногочисленные дайки и экструзивные тела мелкозернистых трахитов и трахидацитов. Вверх по разрезу количество терригенных пород увеличивается - наряду с красноцветными игнимбритами, вулканомик-товыми конгломератами, гравелитами и песчаниками появляются зеленоцветные алевролиты.
Новоселовское поднятие расположено примерно в 30 км к востоку от Копьевского (рис. 1, 2, б) и имеет сходное с ним строение: толща мощностью более 800 м сложена в основном серией покровов пироксе-новых и плагиоклазовых порфировых базальтов, которые в разрезах чередуются с афировыми базальтами и андезибазальтами и с редкими линзами туфоб-рекчий и красноцветных алевролитов [2]. К верхней части толщи приурочены трахитовые дайки.
Базиты рассматриваемых поднятий представлены афировыми и порфировидными базальтами и долеритами. В порфировидных разновидностях вкрапленники достигают 2 мм в поперечнике, составляют до 10...15 % объема пород и сложены оливином, авгитом и плагиоклазом, соотношения между которыми изменяются в широких пределах. Оливин замещается волокнисто-петельчатым боу-лингитом. Авгит, как правило, обладает хорошей сохранностью, в редких случаях в нем заметны зо-
89°75; 90°15'
Рис. 2. Схемы геологического строения Копьевского (а) и Новоселовского (б) поднятий: 1) четвертичные отложения; 2) девонские нерасчлененные магматиты основного состава;3) девонские субвулканические трахиты и трахидациты; 4) базито-вые силлы; 5) меловые базанитовые трубки взрыва; 6) меловые базанитовые дайки; 7) отложения среднего и позднего девона; 8) отложения раннего карбона; 9) элементы залегания; 10) стратиграфические несогласия; 11) направления напластования; 12) точки взятия проб
Таблица 1. Содержания петрогенных (мас. %), редких и редкоземельных элементов (г/т) в базитах Копьевского и Новоселовского поднятий
Компо- ненты Номера проб
КОП 1/1 КОП 1/4 КОП 1/5 КОП 1/6 КОП 1/8 КОП 1/9 КОП 1/10 КОП 1/11 КОП 1/12 НВС 1/4 НВС 1/5 НВС 2/1
бю2 47,58 48,25 47,84 46,93 47,47 46,35 49,50 47,50 51,55 51,98 51,21 46,9
ТЮ2 1,05 1,27 1,51 1,77 1,09 1,38 1,24 1,18 1,58 1,54 1,55 1,39
АЬОз 15,79 16,07 16,37 16,95 16,54 16,17 17,62 18,15 17,29 17,25 17,47 17,51
Fe203 об. 10,07 9,98 11,09 11,25 9,30 10,04 9,37 10,13 11,56 8,52 8,44 10,06
МпО 0,16 0,20 0,18 0,41 0,24 0,12 0,17 0,15 0,13 0,28 0,42 0,16
МдО 9,26 6,46 6,62 5,79 7,09 7,19 5,20 6,17 2,80 3,56 3,69 5,11
СаО 9,63 8,39 8,41 8,19 9,83 8,95 8,91 8,22 5,65 4,77 4,80 9,93
№20 3,49 3,95 4,33 3,51 2,96 3,42 3,73 3,42 4,52 6,19 6,04 3,94
К20 0,99 1,54 0,86 1,40 1,26 1,09 1,58 1,35 2,25 2,07 2,27 1,25
Р2О5 0,38 0,54 0,62 0,75 0,48 0,48 0,52 0,44 0,73 0,82 0,84 0,74
п.п.п. 1,73 3,57 2,36 3,21 3,54 4,96 2,15 3,23 2,03 2,88 3,21 2,83
Сумма* 100,29 100,40 100,37 100,34 100,27 100,33 100,28 100,14 100,33 100,17 100,21 100,02
КЬ 17,9 25,4 4,9 12,9 11,6 7,0 14,3 12,7 21,1 24,5 24,9 22,2
Ва 483 685 1580 1452 4594 1793 3147 1571 1858 1270 1415 538
Бг 903 1079 1024 974 1139 866 1245 1245 1057 1500 1231 1329
1г 173 276 284 287 188 187 221 137 291 291 382 206
1\1Ь 10,7 15,5 17,8 15,8 12,3 11,0 14,8 8,2 20,6 21,5 26,1 14,5
Hf 3,6 5,3 5,3 5,3 3,7 3,7 4,2 2,8 5,7 5,6 7,0 4,1
Та 0,60 0,90 0,96 0,89 0,67 0,63 0,82 0,45 1,22 1,01 1,47 0,72
Y 23,6 29,1 29,7 32,3 22,3 24,4 24,6 20,3 29,5 35,7 36,9 31,4
ТИ 3,5 6,7 3,1 2,1 3,0 1,9 3,3 2,1 4,9 4,1 5,7 2,1
и 2,13 2,65 1,68 1,10 1,71 0,89 1,89 1,20 1,64 2,47 2,71 1,34
La 28,66 52,30 41,69 40,26 31,92 27,06 38,23 26,85 45,72 46,79 55,24 32,09
Се 64,2 115,9 90,9 91,7 70,6 62,7 82,9 60,2 100,1 103,7 120,8 78,5
Рг 7,4 13,7 10,5 10,8 8,1 7,5 9,5 7,2 11,6 11,1 13,7 8,5
32,9 60,2 44,3 47,4 35,2 33,3 40,1 31,5 49,4 45,7 57,8 35,4
Бт 6,36 11,18 8,69 9,35 6,67 6,79 7,57 6,05 9,01 8,41 10,73 7,70
Ей 1,90 3,04 2,48 2,66 1,95 1,99 2,19 1,85 2,42 3,18 3,00 2,80
Gd 6,15 9,54 8,11 8,82 6,16 6,55 6,97 5,69 8,26 7,83 10,01 7,10
ТЬ 0,84 1,19 1,11 1,19 0,83 0,91 0,93 0,75 1,10 1,05 1,36 0,91
оу 5,09 6,67 6,54 7,20 4,88 5,42 5,46 4,47 6,48 5,89 8,06 5,66
Но 1,04 1,26 1,29 1,40 0,95 1,06 1,06 0,86 1,29 1,21 1,57 1,02
Ег 3,16 3,70 3,66 3,95 2,68 3,06 3,02 2,52 3,83 3,34 4,81 3,01
Тт 0,42 0,48 0,51 0,56 0,38 0,42 0,42 0,35 0,54 0,51 0,63 0,44
YЬ 2,72 3,15 3,34 3,69 2,57 2,73 2,73 2,30 3,60 3,26 4,24 2,90
Lu 0,42 0,48 0,52 0,55 0,39 0,41 0,43 0,36 0,56 0,49 0,64 0,43
Примечание: Петрогенные элементы определены рентгенофлуоресцентным методом в ИГХ СО РАН, микроэлементы - методом ¡СР-МБ в Аналитическом центре коллективного пользования ИНЦ СО РАН (пробоподготовка: сплавление с метаборатом лития).
нальность и структура песочных часов. Плагиоклаз образует удлиненно-таблитчатые кристаллы и отвечает по составу лабрадору. Основная масса состоит из пироксена, плагиоклаза и продуктов их изменения. Пироксен замещается хлоритом, что сопровождается развитием эпидота, карбонатов и прени-та; плагиоклаз альбитизируется и замещается тонкочешуйчатым мусковитом. Основная масса имеет тонкозернистую пойкилоофитовую структуры с
элементами трахитоидности и пятнистую окраску, определяемую разной степенью раскристаллиза-ции. Изменение окраски происходит даже в пределах одного шлифа - менее раскристаллизованные участки имеют темную с коричневым оттенком окраску, а более раскристаллизованные - светлую. Редкие мелкие поры (до 1 мм в поперечнике) выполнены хлоритом, цеолитами, халцедоном или опалом, насыщенным пылевидными включениями
хлорита. Акцессорные минералы представлены гематитом, единичными зернами магнетита и повсеместно развитым тонкоигольчатым апатитом. Иногда встречаются глубоко измененные разности базитов, содержание гематита в которых повышается до 15 %.
Базальты и долериты являются ведущей разновидностью пород, участвующих в строении магматических ассоциаций. Такие породы близки по составу к исходным расплавам, что позволяет оценить составы источников магматизма. Содержание БЮ2 в них изменяется в интервале от 46,4 до 52,0 мас. %, суммарное содержание щелочей варьирует от 4,2 до 8,3 мас. % (табл. 1), что соответствует составам базальтов субщелочного ряда. Все базиты обогащены редкими литофильными, в том числе редкоземельными элементами по сравнению с толеитовыми базальтами срединно-океанических хребтов (МОЯБ) и близки по составу к внутриплитовым субщелоч-ным базальтам типа О1Б (рис. 3). В то же время, по сравнению с О1Б, они обеднены высокозарядными некогерентными элементами №, Та, 2г, ИГ, Т и обогащены Ба, Бг и тяжелыми редкими землями. Эти особенности их состава отражены в появлении на спайдер-диаграмме соответствующих минимумов и максимумов и характерны для источников расплавов, обогащенных водным флюидом и формирующих островодужные вулканические серии в субдукционных условиях [7]. Необходимо отметить, что содержания некогерентных литофильных
элементов находятся в прямой зависимости от кремнекислотности базитов, что свидетельствует о дифференциации исходных расплавов в магматическом очаге. Наиболее заметно увеличение N и Та в высококремнистых базитах Новоселовского поднятия (пробы НВС 1/4 и НВС 1/5).
Дополнительную характеристику изменчивости состава источников расплавов в пределах изучаемых поднятий дают изотопные данные (табл. 2). Точки составов базитов, представленные на графике £Бг(Т - еШ(7) (рис. 4) группируются в линейно вытянутое поле, которое отклоняется от тренда мантийной корреляции. При относительно стабильных значениях еМё это поле составов вытягивается параллельно к оси £Бг(Т от области мантийных источников с параметрами РЯЕМЛ в сторону составов, обогащенных радиогенным стронцием. Максимальное отклонение зафиксировано в базальте Новоселовского поднятия. Подобная закономерность предполагает плавление мантийного субстрата типа РЯЕМЛ и дополнительного компонента с высоким содержанием Бг, повышенной величиной 878г/86Бг и низкими содержаниями РЗЭ. Таким параметрам удовлетворяет карбонатный материал (878г/86Бг в морских карбонатах для возраста 400 млн л составляет около 0,708 по [10]), который, возможно, вовлекался в область плавления надсубдукционной мантии и менял состав первичных магм. Установленные особенности изотопных составов магматических источников корре-
1000
ГЧЬ Ва ТЬ и ЫЬ Та 1_а Се Рг Бг Р N01 гг № Бт Ей Сс1 71 7Ь Оу У Но Ег 7т УЬ 1_и
Рис. 3. График распределения редких и редкоземельных элементов в базитах. Спектры составов: 1) Копьевское и 2) Новосе-ловское поднятия (нормировано по [8]), 3) О!В по [8], 4) АВ по [9]
Таблица 2. Изотопный состав стронция и неодима в базитах Копьевского и Новоселовского поднятий
Проба КОП 1/1 КОП 1/4 КОП 1/5 КОП 1/6 КОП 1/8 КОП 1/9 КОП 1/10 КОП 1/11 КОП 1/12 НВС 1/5
(87Бг/86Бг)±2ст 0,704969±24 0,705080±26 0,704509±9 0,704619±30 0,704942±11 0,704742±10 0,704708±15 0,704659±20 0,705062±15 0,705255±11
4,6 6,1 -2,0 -0,4 4,2 1,4 0,9 0,2 5,9 8,6
(143Ш/144Ш)+2ст 0,512672±11 0,512739±7 0,512651±10 0,512712±7 0,512672±4 0,512646±7 0,512623±7 0,512670±18 0,51264±7 0,512634±9
£ Ш(Т) 4,9 5,9 4,1 5,3 4,8 4,2 4,0 4,7 4,4 4,2
Рис. 4. Изотопный состав базитов Копьевского и Новоселовского поднятий на диаграмме sSr(T) - sNd(T), где T=390 млн л. Ба-зиты, развитые в пределах поднятий: 1) Копьевского, 2) Новоселовского
лируют с геохимическими характеристиками базитов, в которых, как уже отмечалось, наряду с типичными внутриплитовыми метками прослеживаются субдукционные.
Выводы
Геологическое изучение ядерных частей антиклинальных поднятий, располагающихся в центральной части Чебаково-Балахтинской впадины Минусинского прогиба, позволило уточнить гетерогенное его строение. Шряду с преобладающими покровами субщелочных базальтов установлены покровы трахиандезитов с прослоями туфов, доле-ритовые силлы, а также трахит-трахидацитовые экструзивные тела и дайки.
Представленные геохимические и Бг-Ш изотопные характеристики базитов позволяют распознать в их образовании два источника расплавов. Один из них, близкий по параметрам к мантии типа РИЕМЛ, преобладает в составе базитов с геохимическими характеристиками обогащенных мантийных источников типа О1Б и его, по-видимому, следует рассматривать как плюмовый источник. Другой источник можно сопоставить с мантией, мета-соматизированной в надсубдукционных условиях. Его участие в магмообразовании привело к появлению геохимических признаков 1ЛБ и подтверждается заражением пород радиогенным стронцием.
Исследования поддержаны грантами РФФИ 10-05-0055 и 10-05-00730.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Воронцов А.А., Ярмолюк В.В., Сандимиров И.В., Никифоров А.В., Дриль С.И. Изотопный состав и источники магматизма девонской Алтае-Саянской внутриплитной области // Изотопные системы и время геологических процессов: Матер. IV Росс. конф. по изотопной геохронологии. - г. Санкт-Петербург, 2-4 июня 2009. - СПб.: Институт геологии и геохронологии докембрия РАН, 2009. - Т. I. - С. 113-115.
2. Левченко С.В. Доплатформенная металлогения Кузнецко-Ми-нусинского рудного района. - М.: Наука, 1975. - 192 с.
3. Лучицкий И.В. Вулканизм и тектоника девонских впадин Минусинского межгорного прогиба. - М.: АН СССР, 1960. - 276 с.
4. Ярмолюк В.В., Коваленко В.И. Рифтогенный магматизм активных континентальных окраин и его рудоносность. - М.: Наука, 1991. - 263 с.
5. Косоруков А.П., Парначев В.П. Геологическое строение и стратиграфия вулканогенно-осадочной серии западной части Копьевского купола Чебаково-Балахтинской впадины (Минусинская котловина) // Вопросы геологии Сибири. - 1994. -№ 3. - С. 27-36.
6. Охапкин Н .А. Девонские травертины района Копьево (Минусинский межгорный прогиб) // Геология и геофизика. - 1961. -№ 5. - С. 80-82.
7. Ryerson F.J., Watson E.B. Rutile saturation in magmas: Implications for Ti-Nb-Ta depletion in island-arc basalts // Earth Planet. Sci. Lett. - 1987. - V. 86. - P. 225-239.
8. Sun S.S., McDonough W.F. Chemical and isotopic systematics of ocean basalts: implications for mantle composition and processes // Magmatism in the ocean basins. Geol. Soc. Spec. Publ. - 1989. -№42. - P. 313-345.
9. Гриб Е.Н., Леонов В.Л., Перепелов А.Б. Геохимия вулканических пород Карымского вулканического центра // Вулканология и сейсмология. - 2009. - № 6. - С. 3-25.
10. Burke W.H., Denison R.T., Hetherington E.A., Koepnick R.B., Nelson N.F., Otto J.B. Variation of seawater 87Sr/86Sr throughout Phanerozoic time // Geology. - 1982. - V. 10. - P. 516-519.
Поступила 04.05.2010 г.
