Строение, состав и условия образования субвулканических тел бодракского комплекса (Юго-Западный Крым)

УДК 551.242.22

А.И. Сысолин, Н.В. Правикова

СТРОЕНИЕ, СОСТАВ И УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ СУБВУЛКАНИЧЕСКИХ ТЕЛ БОДРАКСКОГО КОМПЛЕКСА (ЮГО-ЗАПДДНЫЙ КРЫМ)1

Детально рассмотрены строение и состав трех тел бодракского субвулканического комплекса, приведены данные по их петрографии и результаты микрозондового и силикатного анализов. Сделан вывод о комагматичности двух тел, выявлен тренд уменьшения глубины их формирования, сделано предположение о разогреве расплава при подъеме. Впервые для этого комплекса приведены составы оливинов по результатам микрозондового анализа. По составу породы относятся к толеитовым сериям островных дуг.

Введение. В Юго-Западном Крыму, в пределах полигона учебной практики геологического факультета МГУ, широко развиты многочисленные мелкие тела позднебайосского магматического бодракского комплекса [Геологическая ..., 2006; Геологическое ..., 1989]. В процессе работы нами наиболее подробно изучены три магматических тела, два из которых находятся в с. Трудолюбовка, а третье — на юго-восточном склоне г. Кременной. Первые два тела отображаются на картах по-разному: либо как отдельные мелкие тела, либо как единое более крупное. Породы тела III макроскопически значительно отличаются от первых двух. В связи с этим основными задачами наших исследований было:

— выявление особенностей строения и состава изучаемых тел,

— выяснение вопроса их комагматичности,

— уточнение условий их образования.

Для решения этих задач были отобраны образцы, описаны шлифы, сделаны силикатный и микрозон-довый анализы. При проведении последнего измерены точные составы шести зерен плагиоклаза, семнадцати зерен пироксенов и четырех зелен оливина.

Микрозондовый анализ проводился в лаборатории локальных методов исследования вещества геологического факультета МГУ. Силикатные анализы сделаны в лабораториях охраны геологической среды и взаимосвязи поверхностных и подземных вод геологического факультета МГУ.

Среднеюрский магматизм Горного Крыма. В Юго-Западном Крыму широко развита ранне-среднемезо-зойская островодужная ассоциация, которая включает в себя среднеюрский допозднебайосский первомай-ско-аюдагский интрузивный комплекс, позднебайос-ские бодракский и карадагский субвулканические комплексы [Геологическое..., 1989; Спиридонов и др., 1990а, б]. Изученные образования относятся к бодракскому субвулканическому комплексу. Он представлен многочисленными субвулканическими телами, дайками; жерловые образования этого ком-

плекса связаны с вулканитами покровной фации ка-радагской серии Качинского поднятия и частью являются подводящими каналами для эффузивов.

Бодракский субвулканический комплекс образован несколькими поколениями внедрений, близких по геологическому и изотопному возрасту. Определенный калий-аргоновым методом возраст пород бодракского комплекса составляет 160—175 млн лет, что отвечает концу средней юры. Комплекс состоит из пород четырех фаз внедрения [Геологическое..., 1989; Спиридонов и др., 1990,а, б].

Тела первой фазы сложены оливин-гиперстен-ав-гитовыми долеритами, долеритовыми порфиритами, двупироксеновыми базальтами. Породы по составу отвечают базальтам от мелано- до лейкократовых, высококальциевым и низкотитанистым, как правило, обогащенным магнием и весьма бедным щелочными элементами (особенно калием) и фосфором.

Порфировые меланократовые оливин-авгитовые, двупироксен-оливиновые, оливиновые базальты, до-лерито-базальты, долеритовые порфириты, долериты, лавобрекчии оливиновых базальтов слагают тела второй фазы комплекса. По составу они отвечают толеитовым меланобазальтам и базальтам низкоглиноземистым, низкотитанистым, низкокалиевым. Породы крайне бедны фосфором, обогащены кальцием и магнием.

Породы третьей фазы представлены миндалека-менными лейкократовыми авгит-гиперстеновыми, гиперстен-авгитовыми, гиперстеновыми базальтами и долеритами. По химическому составу они отвечают базальтам толеитовой серии и в меньшей мере из-вестково-щел очной.

Роговообманковые андезибазальты, андезиты, андезидациты, дациты слагают тела четвертой фазы бодракского субвулканического комплекса.

Геологическая позиция изученных тел. Нами были изучены три субвулканических тела: первые два находятся в с. Трудолюбовка (долина р. Бодрак), а третье — на юго-восточном склоне г. Кременной. Тела прорывают вулканогенно-осадочные породы верхнебодрак-

1 Работа выполнена при поддержке программы Научных школ (грант 5280.2006.5).

ской подсвиты позднебайосского возраста. На территории учебного полигона МГУ перекрывающими породами для изученных образований служат терриген-но-карбонатные отложения нижнего мела, а в районе г. Симферополя — байраклинские конгломераты верхнего келловея или титона [Геологическая..., 2006].

Тело I находится на правом берегу р. Бодрак, в с. Трудолюбовка, в 10 м над полотном дороги Скалистое — Научный. Оно имеет размеры 25x10,5 м, выступает в рельефе, формируя небольшие уступы, сложено порфировыми базальтами, долеритами; во вкрапленниках, занимающих около 10% от всей породы, отмечены крупные идиоморфные кристаллы пироксена размером 3—4 мм. Структура порфировая, структура основной массы мелко-скрытокристаллическая, текстура массивная. Вкрапленники представлены кристаллами пироксена, идиоморфны, средний размер около 3 мм. Тело разбито системами трещин, по которым при выветривании образуется шаровая отдельность, размеры шаров от 4 см до 0,7 м.

Тело II находится в 100 м западнее первого, под "вертолетной площадкой". Здесь размеры выхода x

выветриванию) это тело базальтов очень похоже на тело I, однако резко отличается от него наличием кристаллов плагиоклаза во вкрапленниках и миндалин. Миндалины имеют округлую или вытянутую форму, заполнены хлоритом. Базальты черно-бурые, порфировые, массивные, структура основной массы микрокристаллическая. Макроскопически во вкрапленниках видны черные идиоморфные кристаллы пироксена размером 1—2 мм и белые таблички плагиоклазов со средним размером 3 мм. Тело II также разбито двумя системами трещин, по которым при выветривании формируется шаровая отдельность, но здесь она менее выражена, чем в теле I.

Тело III находится на юго-восточном склоне г. Кременной, в 25 м выше грунтовой дороги, ведущей в с. Трудолюбовка, в основании большой промоины. Здесь в виде одиночной скалы наблюдается дайка базальтов карандашной формы. Мощность дайки составляет несколько метров, тело находится в субвертикальном залегании с субмеридиональным простиранием. Породы порфировые, массивные, гораздо темнее, чем в первых двух телах. Вкрапленники представлены пироксеном таблитчатой формы, размер вкрапленников 1—5 мм.

Петрография. Тело I сложено базальтами, долеритами, структура порфировая мелко-скрытокристаллическая, текстура массивная. Во вкрапленниках присутствуют плагиоклаз, клинопироксен и ортопи-роксен. Плагиоклаз занимает около 60% от всей породы, имеет две генерации: первая — таблитчатые ги-пидиоморфные зерна с нормальной зональностью (коэффициент удлинения 1,5—2), вторая — зерна более вытянутые, коэффициенты удлинения 2—5 при размере зерен 1—2 мм. Пироксен в породе занимает около 35% от всего объема. Клинопироксен представ-

лен гипидиоморфными зернами авгита размером от 0,5 до 3,5 мм, в некоторых зернах наблюдаются полисинтетические двойники. Зерна пироксена неравномерно распределены по породе, местами образуют гломеропорфировые сростки. Ортопироксен также представлен двумя генерациями. Основная масса — агрегаты пироксена (клинопироксен значительно преобладает) и плагиоклаза. Встречаются метельчатые сростки пироксенов. Акцессорные минералы представлены титаномагнетитом, занимающим в породе около 5%.

Тело II также сложено порфировыми базальтами, однако в породе встречено множество миндалин округлой формы со средним размером 0,3 мм, заполненных преимущественно хлоритом. Породы менее раскристаллизованы. Во вкрапленниках, занимающих около 30% от всей породы, помимо плагиоклаза и пироксенов встречены реликты оливинов, основная масса сложена пироксеном и плагиоклазом.

В породе также наблюдаются две генерации вкрапленников плагиоклаза (60—80% от всей породы). Встречаются сростки зерен плагиоклаза диаметром 3—4 мм. Пироксены (10—20%) очень сильно замещены пумпеллиитом и хлоритом, однако можно выделить орто- и клинопироксены, а среди последних угадываются авгиты с полисинтетическими двойниками. Реликты зерен оливина (предположительно не более 10%), имеющие характерную изометричную форму, замещены хлоритом и карбонатом, в них встречаются включения хромшпинелидов. Основная масса представлена лейстами плагиоклаза и мелкими (0,02 мм) кристаллами пироксена. Пространство между ними (10%) заполнено темным слабораскрис-таллизованным стеклом. Акцессорные зерна титано-магнетита занимают 2—5% от всей породы. Породы сильно изменены: пумпеллиитизированы, хлоритизи-рованы и кальцитизированы.

Субвулканическое тело III выполнено долеритами и базальтами, отличающимися наличием множества крупных порфировых вкрапленников, которые занимают около 40% от всей породы и на 30% представлены пироксенами. Порода явно более мелано-кратовая, чем в телах I и II. Зерна клинопироксена, имеющие размер от 1 до 6 мм, изометричные и удлиненные, их большая часть замещена (частично и полностью) карбонатом и хлоритом, распределены в породе неравномерно. Ортопироксен также замещен почти нацело. Реликты изометричных зерен оливина занимают предположительно 15—20% от всей породы. Плагиоклаза в породе содержится около 10%. Породы сильнокарбонатизированы и хлоритизированы. Акцессории представлены титаномагнетитом (около 5% от всей породы).

Таким образом, тела I и II можно отнести к третьей фазе бодракского субвулканического комплекса, а тело III близко к образованиям второй фазы.

Результаты микрозоццового анализа. Почти все плагиоклазы в породе имеют четкую зональность, чаще всего от битовнита в ядре до андезина во внеш-

Таблица 1

Химический состав

Состав А В С D Е F

SiO, 48,58 48,58 49,06 50,63 57,57 59,18

тю, 0 0 0 0 0 0

AI,О, 32,64 32,56 31,74 31,27 26,32 25,62

Fe О 0,9 0,83 1,01 0,75 0,74 0,84

СаО 16,31 15,92 15,59 14,22 9,45 8,12

Na20 2,33 2,29 2,43 3,3 5,76 6,72

К20 0 0 0 0 0,22 0,21

I 100,76 100,19 100,11 100,36 100,25 100,68

An, % 79,5 79,3 78 70,4 46,9 39,6

Ab, % 20,5 20,7 22 29,6 51,8 59,2

OG, % — — — 1,3 1,2

Название Битовнит Лабрадор-битовнит Андезин

ней зоне. К основным характеристикам плагиоклазов относятся их высокая кальциевость, относительно высокая железистость (около 1%) и крайне низкое содержание калия (табл. 1). В центральных частях кристаллов содержание К20 обычно ниже чувствительности прибора, в определимом количестве появляется только в более кислых разностях плагиоклаза (Лабрадор—андезин).

К важнейшим аспектам нашей работы относится описание свежих оливинов в субвулканических образованиях бодракского комплекса. Мы впервые приводим его точные составы (табл. 2). Оливин представлен как самостоятельными зернами, так и включениями в ортопироксенах. Оливин содержит многочисленные

Таблица 3

Химический состав

Состав Центр Край

А В С D

Si02 50,81 50,83 51,68 49,68

тю2 0,37 0,37 0,46 0,56

Сг203 0,61 следы следы следы

А1203 2,53 2,48 1,93 1,37

Fe О 9,18 9,85 10,13 22,13

МпО 0,29 0,19 0,2 0,49

MgO 15,45 15,76 16,13 11,71

СаО 19,08 19,02 18,2 12,95

Na20 0,34 0,31 0,21 0,24

К20 0 0 0 0

I 98,67 98,62 98,75 99,12

/% 25 26 26 52

Ca 40 39 37 28

Mg 45 45 46 35

Fe 15 16 17 37

Т, С° 1100 1100 1050 1150

Название Н изкотитанистый и низкоалюминиевый авгит Ферроавгит

Таблица 2

Химический состав

Состав Образец С1/2 Образец С1/4

А В С D

SiO, 35,65 38,08 37,31 37,02

Fe О 25,02 25,49 26,3 26,27

МпО 0,31 0,39 0,45 0,32

MgO 35,77 35,68 34,72 34,43

NiO следы следы следы следы

СаО 0,24 0,22 0,2 0,19

I 98,99 99,86 98,98 98,23

Fo, % 72 71 70 69

Название Железистый хризолит Хризолит—магнезиаль-

ный гиалосидерит

включения хромшпинелидов [Спиридонов и др., 1989].

Форстеритовый компонент (Fo, %) оливина типичен для базальтов (табл. 2), его количество постепенно увеличивается от центра к краю зерна, варьируя в небольших пределах (69—72%). Содержание СаО небольшое (< 0,25%), содержание NiO определено только в "следах". Также в оливинах встречены многочисленные включения хромшпинелидов.

Абсолютное большинство кристаллов клинопи-роксена представлено авгитом. Часто это зональные вкрапленники, от центра к краю в кристаллах увеличивается содержание железа, и краевые части кристаллов в этом случае по составу отвечают ферроавгиту.

Среди исследованных нами образцов встречены два типа авгитов, принципиально различающихся по содержанию Сг203. В образцах из тел I и II содержание оксида хрома практически всегда ниже чувствительности прибора (табл. 3), в то время как в центре вкрапленника авгита в образце СЗ/З (тело III) его содержание достигает 0,99% (табл. 4). В последнем

Таблица 4

Химический состав

Состав А В С D Е F

SiO, 53,27 52,53 52,58 50,93 50,49 50,38

ТЮ, 0,1 0,1 0,22 0,25 0,44 0,49

Cr,О, 0,99 0,88 0,6 0,52 0,48 0,24

AI,О, 1,86 2,33 2,48 3,83 4,56 4,02

Fe О 3,74 3,63 4,4 5,92 6,03 6,77

МпО следы следы следы следы следы следы

MgO 17,55 17,12 16,98 16,27 15,64 15,33

СаО 22,26 22,2 22,11 22,13 22,02 22,12

Na,О 0,2 0,2 0,24 0,2 0,27 0,24

К,О 0 0 0 0 0 0

I 99,97 98,99 99,61 100,05 99,93 99,59

/ 11 11 13 17 18 20

Ca 45 45 45 45 45 45

Mg 49 49 48 46 45 44

Fe 6 6 7 9 10 11

Т, С° 900 900 900 900 900

образце от центра к краю наблюдается тренд дифференциации с постепенным уменьшением хромистое -ти и увеличением титанистости. Часто в авгите встречаются включения ортопироксена, чаще всего брон-зит-гиперстена (табл. 5), а в них — оливина.

Результаты силикатного анализа. На классификационной диаграмме TAS (рис. 1, А) фигуративные точки составов пород попадают в поле развития анде-зибазальтов и в меньшей степени базальтов.

На классификационных диаграммах FeO*/MgO— ТЮ2 и Р205—Al203/Ti02 (рис. 1, Б, В) большинство точек составов пород попадает в поле развития толеи-товых базальтов островных дуг, однако составы пород тела III на первой диаграмме (рис. 1, Б) тяготеют к полю развития базальтов среднинно-океанических хребтов, а на второй (рис. 1, В) попадают в поле развития толеитовых базальтов океанических поднятий.

На диаграмме AFM (рис. 1, Г) большинство фигуративных точек составов попадает в поле развития пород с толеитовым трендом дифференциации, однако составы пород тела II хотя и тяготеют к границе между полями, попадают в поле развития известково-щелочных пород. На классификационной диаграмме МпОЮ—Р205-Ю—ТЮ2 (рис. 1, Д) составы тел I и II в основном оказываются в поле толеитовых базальтов островных дуг, а тела III — в поле развития известко-во-щелочных базальтов.

В целом (рис. 2) породы характеризуются низкой титанистостью, содержание ТЮ2 не превышает 1%; умеренно высокой глиноземистостью (содержание А1203 около 20%) и низким содержанием Р205 (<0,15%).

Обсуждение результатов. Минеральный состав тел I и II близок. Однако в теле II присутствует множество миндалин, что свидетельствует о меньшей глубине его застывания или формировании его из остаточного расплава, более насыщенного флюидами. Таким образом, можно сделать вывод, что это два отдельных субвулканических тела, предположительно с одним магматическим очагом.

Состав пород тела III отличается от такового у тел I и II — породы содержат крупные кристаллы оливина и в целом более меланократовые (рис. 1, 2).

На большинстве классификационных диаграмм (рис. 1) точки составов изученных пород попадают в поле развития толеитовых базальтов островных дуг. Общая повышенная глиноземистость, низкая тита-нистость и ультранизкое содержание фосфора (рис. 2) также позволяют сделать вывод о близости этих пород к надсубдукционным образованиям [Фролова, Бурикова, 1997].

Таблица 5

Химический состав

Состав А В С D

SiO, 52,87 53,12 53,68 53,67

TÍO, 0,2 0,2 0,21 0,23

Сг,0, 0 0 0 0

А1,0, 1,48 1,91 1,32 1,13

FeO 15,73 16,22 16,39 17,24

МпО 0,3 0,37 0,4 0,45

MgO 25,89 25,1 25,74 24,7

N¡0 0 0 0 0

СаО 1,8 2,32 1,82 2

X 98,27 99,24 99,55 99,42

/ 26 27 27 29

Ca 3,5 5 3,5 4

Mg 71,5 70 70,5 68

Fe 25 25 26 28

Т, С° 900 1000 900 1000

В результате микрозондового анализа в породах определены высококальциевые плагиоклазы — би-товниты, характерные для островодужных формаций. Относительно высокая железистость плагиоклазов подтверждает правильность отнесения пород к толеи-товому тренду, а ультранизкая калиевость позволяет говорить о близости пород к образованиям фронтальных частей островных дуг.

Небольшое содержание Са20 в оливинах свидетельствует о не очень высокой температуре кристаллизации расплава, а NiO, определенный только в "следах", позволяет предположить, что расплав имел основной состав.

Различное содержание хрома во вкрапленниках авгита из разных тел дает основание полагать, что часть вкрапленников имеет мантийное происхождение. Также можно утверждать, что породы тела III сформировались на большей глубине относительно тел I и II. На диаграмме составов пироксенов (рис. 3) видно, что авгиты из тел I и II имеют температуру кристаллизации в среднем 1050— 1100°С, авгиты же тела III сформировались при меньшей температуре — -900—1000°С. Это значит, что породы самого глубинного тела III сформировались при меньшей температуре, чем породы менее глубинных тел I и II. Этот факт дает основания предполагать, что при подъеме расплав разогревался, что подтверждается и расположением точек составов ортопироксенов.

Наши данные позволяют предположить формирование изученных образований в фронтально-центральной части островной дуги, что совпадает с выводами Э.М. Спиридонова, предположившего [Геоло-

Рис. 1. Классификационные диаграммы для пород бодракского субвулканического комплекса: А — (Na20 + К20)—Si02 (TAS-диаграмма); Б — FeO*/MgO—ТЮ2; В — Р205—(А1203/ГЮ2). Поля развития пород (по [Glassley, 1974]): 1 — толеитовые базальты островных дуг; 2 — известково-щелочные базальты островных дуг; 3 — толеитовые базальты срединно-океанических хребтов; 4 — толеитовые базальты океанических поднятий; 5 — щелочные базальты континентальных рифтов; 6 — толеитовые базальты континентальных рифтов; 7 — щелочные базальты океанических островов; 8 — толеитовые базальты океанических островов; Г — А Г VI (по [Irvine, Baragar, 1971]). Поля развития пород: Т — толеитовой и ИЩ — известково-щелочной серий; Д — МпО Ю—ТЮ2—Р205 Ю; 1—4 — породы бодракского субвулканического комплекса от I до IVфазы соответственно, по [Геологическое..., 1989]; 5—7— породы изученных субвулканических тел:

5 — тела I, 6 — тела II и 7 — тела III

Рис. 2. Диаграммы Харкера для пород бодракского субвулканического комплекса. Условные обозначения см. на рис. 1

саРеэ^о дуги намечается латеральная

петрохимическая зональность. Вулканиты Качинского поднятия и Южного берега Крыма относятся преимущественно к из-вестково-щелочному тренду дифференциации с подчиненным количеством толеитов; в бассейне р. Бодрак широко проявлены базиты толеитового типа и то-леиты с отклонением к мариа-нитам и коматиитовым базальтам. Вулканиты Туакского поднятия (Карадагский массив и прилегающие районы) преимущественно шошонитовые, менее известково-щелочные, с убогим количеством толеитовых типов. Вероятно, вулканиты западной части Горного Крыма отвечают центральной и частично фронтально-центральным частям, а вулканиты восточной части Крыма (массив Карадаг) — тыловой части вулканической дуги.

Выводы. 1. Тела I и II предположительно имеют один магматический очаг.

Рис. 3. Диаграмма составов пироксенов пород бодракского субвулканического комплекса: 1 — клинопироксены тела III; 2 — клинопироксены тел I и II; 3 — ортопироксены тела III

гическое..., 1989; Спиридонов и др., 1990а, б], что цепочка вулканических массивов от г. Балаклавы и долины р. Бодрак на западе через район г. Симферополя до Карадагского массива на востоке фиксирует палеоостровную дугу, которая протягивалась далее в район Кавказа. Для этой вулканической островной

2. Тела различаются по глубине формирования, прослеживается тренд от наиболее глубинного тела III к телу II, сформировавшемуся, вероятно, на очень небольшой глубине.

3. В породах бодракского субвулканического комплекса впервые обнаружен "свежий" оливин, в таблицах приведен его состав.

4. Температура формирования пород составляла от 900 до 1100°С, при подъеме магма разогревалась.

5. По химическому составу породы относятся к толеитовым сериям островных дуг и близки к образованиям их центрально-фронтальных частей.

Авторы выражают огромную благодарность Э.М. Спиридонову за неоценимую помощь при написании работы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Геологическая история Бахчисарайского района Крыма: Учебное пособие по Крымской практике. М.: Изд-во МГУ, 2006.

2. Геологическое строение Качинского поднятия Горного Крыма (стратиграфия кайнозоя, магматические, метаморфические и метасоматические образования). М.: Изд-во МГУ, 1989.

3. Спиридонов Э.М., Коротаева H.H., Ладыгин В.М. Хромшпинелиды, титаномагнетит и ильменит островодуж-ных вулканитов Горного Крыма // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 1989. № 6. С. 37-55.

4. Спиридонов Э.М., Федоров Т.О., Ряховский В.М. Магматические образования Горного Крыма. Статья 1 // Бюл. МОИП. Отд. геол. 1990а. Т. 65, вып. 4. С. 119-134.

5. Спиридонов Э.М., Федоров Т.О., Ряховский В.М. Магматические образования Горного Крыма. Статья 2 // Там же. 19906. Т. 65, вып. 6. С. 102-112.

6. Фролова Т. И., Бурикова И.А. Магматические формации современных геотектонических обстановок. М.: Изд-во МГУ, 1997.

7. Glassley W. Geochemistry and tectonics of the Crescent volcanic rocks, Olympic Peninsula, Washington // Bull. Geol. Soc. 1974. Vol. 85. P. 785-794.

8. Irvine T.N., Baragar W.R.A. A guide to the chemical classification of the common volcanic rocks // Canad. J. of Earth Sci. 1971. Vol. 8. P. 523-548.

Поступила в редакцию 16.10.2007