Базальты различного генезиса в зоне сочленения западноhчерноморской впадины, Горного Крыма и Скифской плиты

doi: https://doi.org/10.15407/gpimo2018.04.037

Е.Е. Шнюкова

Институт геохимии, минералогии и рудообразования им. Н.П. Семененко НАН Украины

БАЗАЛЬТЫ РАЗЛИЧНОГО ГЕНЕЗИСА В ЗОНЕ СОЧЛЕНЕНИЯ ЗАПАДНО-ЧЕРНОМОРСКОЙ ВПАДИНЫ, ГОРНОГО КРЫМА И СКИФСКОЙ ПЛИТЫ

Базальты и андезибазальты, являющиеся наиболее информативными с геодинамической точки зрения породами, обнаружены и изучены на трех участках развития магматизма в северной части Черного моря на континентальном склоне и близлежащей суше. На основании петрохимических и геохимических признаков выделено 5петрогенетических типов базальтов и дана их геодинамическая интерпретация.

Ключевые слова: базальты, Черное море, геодинамика.

Выяснение истории и условий формирования Черноморской впадины невозможно без установления генезиса проявлявшегося в течение этой истории магматизма. Индикатором различных геодинамических режимов, сменявших друг друга, является вещественный состав магматических пород. Единственный достоверно установленный район развития магматизма в Черном море находится в северной его части, в зоне сочленения важнейших тектонических структур — Западно-Черноморской впадины, Горного Крыма и Скифской плиты. Из всего разнообразия магматических пород, обнаженных в этом районе на дне Черного моря вблизи Юго-Западного Крыма и на прилегающей суше, базальты являются наиболее информативными с геодинамической точки зрения и, в то же время, наиболее распространенными, что обусловило выбор их в качестве удобного объекта для сопоставлений. Базальты и андезибазальты (в настоящей работе рассматриваются вулканические породы с содержанием кремнекислоты до 57 % после пересчета на сухое вещество) обнаружены и изучены на трех участках района: I — Ломоносовский подводный массив, II — мыс Фиолент и прилегающая часть Гераклейского плато Крыма, III — Форосский выступ континентального склона (рис. 1).

© Е.Е. ШНЮКОВА, 2018

I. Ломоносовский подводный массив (ЛПМ) сложен как вулканическими, так и плутоническими породами, обнаженными на протяжении 40 км вдоль континентального склона к юго-западу от Севастополя на глубинах моря от 800 до 1800 м и не имеющими аналогов на близлежащей суше. ЛПМ можно условно подразделить на три части: восточную, центральную и западную. Западная часть состоит из вулканических пород шошонитовой серии, исключенных здесь из рассмотрения из-за их высокой калиевой щелочности. Вулканические породы нормального ряда занимают восточную и центральную части и представлены полным рядом составов: пикробазальты — базальты — андезибазальты — даци-ты — плагиориодациты — плагиориолиты. По химизму среди них прослеживаются две серии: высокомагнезиальная (ВМ) и умеренномагнезиальная (УМ), однако петрографических различий между одноименными породами разных серий почти нет [1]. Базальты распространены преимущественно в восточной части ЛПМ; андезибазальты встречаются чаще и шире базальтов. Как базальты, так и андезибазальты — преимущественно порфировые: авгитофировые либо плаги-офировые; афировые разновидности имеют подчиненное значение (рис. 2). Афировые базальты и андезибазальты всегда миндалекаменные, порфировые — несколько реже. Структура основной массы обычно апоинтерсертальная с отклонениями до пилотакситовой. Вкрапленники представлены альбитизирован-ным плагиоклазом (в андезибазальтах нередко сохраняется андезин) и авгитом, ортопироксен очень редок, а оливин и первичная роговая обманка не установлены. Основная масса базальтов содержит кварц.

Возраст ЛПМ, согласно многочисленным K-Ar определениям, колеблется от средней юры до палеогена. Конкретно для УМ базальтов получена датировка в 51 млн лет, для УМ андезибазальтов — 124 и 130 млн лет. Возраст ВМ базитов спорный.

В крайней восточной части ЛПМ характер базальтов меняется: наряду с лавовыми потоками, в которых не сохранились темноцветные минералы, появляются лучше раскристаллизованные базальты — фактически стеклосодержащие диабазы (возможно, дайковые) с гиалоофитовой структурой; в них плагиоклаз свежий, основный, а пироксен обилен и разнообразен (рис. 3, а). В самой вос-

Рис. 1. Местоположение наземных и подводных (станции драгирования) выходов базальтов и андезибазальтов Й^^^Н^ на юго-западной оконечности Крыма. Участки: I — Западно-Ломоносовский подводный Черноморская массив, II — мыс Фиолент, ВПЗДИНа III — Форосский выступ _

Скифскг плита

I

III

Рис. 2. Базальты-андезибазальты центральной части ЛПМ. Ник. Х: а — ВМ базальт 67/7; б — УМ андезибазальт 61/1-3г

Рис 3. Базальты восточного края ЛПМ. Ник. Х: а — дайковый базальт 8836/1а; б — «океанический» базальт 5/3; в — базальт 44/1б; г — «океанический» базальт 45/3

точной оконечности ЛПМ во время последних рейсов НИС «Профессор Водя-ницкий» (2011 и 2013 гг.) на четырех станциях были драгированы базальты, которые, как оказалось, отличаются от ранее изученных эффузивных базитов, обнаженных западнее. Это порфировые предположительно дайковые породы с микродиабазой структурой основной массы и крупными вкрапленниками плагиоклаза и пироксена; последний представлен диопсидом (рис. 3, б—г). Миндалины в этих базальтах могут как присутствовать, так и отсутствовать. В них ши-

Рис. 4. Базальты мыса Фиолент. Ник. Х: а, б — дайковые базальты

роко распространены хромшпинелиды. Такие «диабазы» имеют различную маг-незиальность. Возраст этих пород еще не определялся.

II. Ближайшие к ЛПМ наземные магматические выходы сосредоточены на Гераклейском плато вокруг мыса Фиолент на протяжении 7 км вдоль побережья. Они также условно разделены на три части: западную, центральную и восточную. Только в центральной части существенную роль играют кислые породы, в остальных явно преобладают основные. Западную часть преимущественно занимают интрузивные базиты с прослоями ультраосновных пород; основные эффу-зивы немногочисленны и похожи на таковые центральной части. Последняя сложена контрастной базальт-плагиориолитовой толщей вокруг самого мыса Фиолент. Базальты (спилиты) с шаровой или подушечной отдельностью чаще всего афировые, альбитизированы, имеют апоинтерсертальную, изредка толеи-товую структуру. Спилит-плагиориолитовая толща пересечена дайками диабазов, близких по составу к спилитам. Диабазы имеют офитовую структуру (рис. 4, а, б), сложены лейстами измененного, но неальбитизированного плагиоклаза с промежутками, занятыми мелкими свежими зернами клинопироксена двух генераций (авгит и диопсид). Есть также выходы даек субщелочных неальбитизи-рованных магнезиальных базальтов. В восточной части Фиолентского массива, вблизи Мраморной балки, маркирующей Георгиевский разлом, основные эффу-зивы совершенно иные: спилитов нет, а появляются миндалекаменные базальты

Рис. 5. Базальты Форосского выступа. Ник. Х: а — миндалекаменный базальт 5605/12; б — субщелочной магнезиальный базальт 5605/17

с «капельной» структурой основной массы и карбонатом, замещающим оливин, либо с пилотакситовой структурой и оплавленными вкрапленниками плагиоклаза. С ними в виде даек (?) ассоциируют хорошо раскристаллизованные оливи-новые долериты (рис. 4, в, г). Базальты и долериты отмечены также в скважинах на Гераклейском плато.

Возраст Фиолентского массива считается среднеюрским. Сделано только одно K-Ar определение в 174 млн лет для плагиориолита из центральной спи-лит-плагиориолитовой толщи; датировок базитов нет.

III. Магматические породы Форосского выступа континентального склона Черного моря представлены преимущественно базальтами; они драгированы с глубин 1200—1800 м в основании склона. Три из четырех установленных здесь разновидностей базальтов аналогичны таковым восточной части Фиолентского массива. Это миндалекаменные неальбитизированные афировые или редкопор-фировые базальты с гиалоофитовой, интерсертальной, местами пилотакситовой структурой (рис. 5, а); субщелочные магнезиальные базальты (рис. 5, б); долериты. Четвертая разновидность — трахибазальты (часто карбонатизированные) — не имеет аналогов ни на суше, ни в ЛПМ.

Возраст магматитов Форосского выступа в 197 млн. лет определялся в редком даците; базальты не датированы.

При столь скудных петрографических различиях генетическую информацию можно извлечь из петрохимических и, особенно, геохимических особенностей базальтов. Общая петрохимическая черта эффузивных базитов всех трех участков — отсутствие толеитовых пород. Базальты-андезибазальты ЛПМ характеризуются высоким содержанием MgO (ВМ — 8—19 %, УМ — 4—11 %), низким содержанием ТЮ2 (0,4 — 0,8 %) и относятся к известково-щелочным породам, причем новообнаруженные базальты самого восточного его края располагаются на классификационной диаграмме TAS (рис. 6) вдоль границы с субщелочными породами и имеют переменную, преимущественно промежуточную между ВМ и УМ, магнезиальность.

ВМ вулканическая серия ЛПМ была идентифицирована с бонинитовой серией [1], несмотря на ряд минералогических отличий от типичных бонинитов. Последние являются скорее средними, чем основными породами, так что уве-

Высокомагнезиальные вулканиты ЛПМ

• Умеренномагнезиальные вулканиты ЛПМ

п Вулканиты восточного края

ЛПМ о Шошониты ЛПМ

♦ Вулканиты центральной части Фиолента

Вулканиты восточной части Фиолента

Вулканиты западной части Фиолента а Вулканиты Форосского

выступа о Вулканиты из скважин

Гераклейского плато — Раздел нормальных и субщелочных базальтов

Рис. 6. Отделение субщелочных базальтов-андезибазальтов от таковых нормального ряда на классификационной диаграмме кремнезем — сумма щелочей для изученного района. Составы пород пересчитаны на сухое вещество

-я- Долерит восточной части

Фиолента -ш- Миндалекаменный базальт восточной части Фиолента Дайковый базальт центральной части Фиолента

-•- Спилит центральной части

Фиолента -*- Миндалекаменный базальт Форосского выступа

-*- Трахибазальт Форосского выступа

ВМ базальт ЛПМ -»- ВМ андезибазальт ЛПМ УМ андезибазальт ЛПМ

Ьа Се Рг N(1 БтЕиОсИЪ 1>у Но Ег Тт УЬ Ьи

Рис. 7. Нормированные к хондриту спектры распределения РЗЭ в базальтах и андезибазальтах различных участков района

ренно к ним можно относить андезибазальты ЛПМ. А вот базальты, особенно восточного края ЛПМ, могут иметь как бонинитовый, так и иной генезис. Спи-литы и диабазы западной и центральной частей Фиолента, базальты и долериты Форосского выступа и большинство базальтов восточной части Фиолента являются субщелочными породами, преимущественно за счет № (К играет существенную роль лишь в составах трахибазальтов и субщелочных магнезиальных базальтов). Базиты западного и центрального Фиолента содержат MgO в преде-

0,1

0,01

0,001

ис

Non-plume sources

♦

ВМ вулканиты ЛПМ • УМ вулканиты ЛПМ о Шошониты ЛПМ + Плутониты ЛПМ  Вулканиты восточного края ЛПМ

Вулканиты восточной части Фиолента Вулканиты центральной части Фиолента х Плутониты западной части Фиолента

о Вулканиты из скважин на Гераклейском плато  Вулканиты Форосского выступа

Nb line Condie

10

Zr/Y

100

1000

N

Рис. 8. Положение составов изученных базальтов и андезибазальтов, а также некоторых основных-средних плутонических и субщелочных (калиевых) вулканических пород района на диаграммах Zr/Y — №/У (а) и №/ТЬ — Zr/Nb (б) по [2]. иС — верхняя континентальная кора, РМ — примитивная мантия, S — эффект субдукции, Б — эффект порционного плавления

лах 6—15 % и ТЮ2 0,5—1,2 %, а базальтам восточного Фиолента и Форосского выступа присущи низкие содержания MgO (от 2, 5 до 9 %) и относительно высокие — ТЮ2 (0,8—1,8 %).

Различие описанных базальтов хорошо прослеживается на уровне редких элементов. На спектрах распределения редкоземельных элементов (РЗЭ) поро-

10

£ N

Внутриплитные базальты и базальты островных дуг вблизи

континентальных _______окраин________

Базальты океанических островных дуг

1

Высокомагнезиальные вулканиты ЛПМ Умеренномагнезиальные вулканиты ЛПМ Вулканиты центральной части Фиолента Вулканиты восточной части Фиолента

Вулканиты западной части Фиолента

Вулканиты Форосского выступа

Вулканиты восточного края ЛПМ

Вулканиты из скважин Гераклейского плато

10

1000

100 Zr, ppm

Рис. 9. Положение составов изученных базальтов и андезибазальтов на дискриминационной диа-грамме Zr — Zr/Y по [3]

ды ЛПМ расположены ниже уровня 10 относительно хондрита, характеризуются некоторым обогащением легкими РЗЭ и проявляют отрицательную Eu-ано-малию, но при этом спектры базитов ВМ-серии все же не имеют классическую U-образную бонинитовую форму (рис. 7). В расположенных на том же уровне спектрах базитов центральной и западной части Фиолента, напротив, фиксируется обеднение легкими РЗЭ и отсутствие Eu-аномалии. Миндалекаменные базальты как восточной части Фиолента, так и Форосского выступа имеют почти идентичные субгоризонтальные спектры на уровне 10 со стартовым обеднением La, что подчеркивает их родство. Совершенно иной, крутонаклонный спектр с резким обогащением легкими и обеднением тяжелыми РЗЭ имеет трахибазальт Форосского выступа.

Наибольшую геодинамическую нагрузку несут вариации содержаний Ti, Zr, Y, Th и Nb. На диаграмме Zr/Y — Nb/Y по Конди [2] все фигуративные точки базитов юго-западной оконечности Крыма (как наземные, так и морские) попадают в поле non-plume sources, которое, по мнению Конди, охватывает базальты субдукционного островодужного и спре-дингового происхождения либо базальты, контаминированные континентальной корой (рис. 8, а). Исключение составляют недавно обнаруженные базальты самого восточного края ЛПМ: только они пересекают «ниобиевую» линию, отделяющую плюмо-

Рис. 10. Соотношение изотопного состава стронция с кремнекислотностью в некоторых изученных базальтах и андезибазальтах. А — ассимиляция, БС — фракционная кристаллизация. Условные обозначения см. на рис. 6, 8, 9

55 60

Ол 1

0,2 0,4 0,6 0,8

10ТЮ2

Рис. 11. Положение составов изученных базальтов и андезибазальтов на диаграмме БеО* (суммарное железо) — MgO — ЮТ1О2. Условные обозначения см. на рис. 6, интер-претация полей 1—5 дана в тексте

вые источники базальтов от неплюмовых, и попадают в поле базальтов океанических плато. Эти же базальты часто имеют низкое значение индикаторного отношения Ьа/ЫЬ (<1,4), что, по Конди, указывает на океанический источник магмы. На другой диаграмме Конди (ЫЬДЪ — Zr/Nb) изученные базиты (рис. 8, б) оказываются по разные стороны от условной линии, проведенной через точку верхней коры и отделяющей контаминированные корой преимущественно островодужные породы (все точки ЛПМ, а также центра и запада Фиолента) от неконтаминированных несубдукционных пород (вулканиты восточной части Фиолента и Форосского выступа, а также самого восточного края ЛПМ).

При соотнесении Zr/Y с содержанием Zr по Пирсу и Норри [3] почти все породы базальт-андезибазальтового состава Фиолента, Форосского выступа и ЛПМ располагаются выше индикаторной линии Zr/Y = 3, в поле внутриплитных базальтов и базальтов островных дуг вблизи континентальных окраин. Только ВМ вулканиты ЛПМ выходят за пределы поля, что подчеркивает «аномальность» (по Пирсу) бонинитового магматизма (рис. 9). А ниже этой линии, в поле базальтов океанических островных дуг, преимущественно находятся базальты крайней восточной части ЛПМ, в том числе и те, которые ранее относились к ВМ и, единично, УМ сериям.

Дополнительные сведения об источниках магмы изученных пород получены по ЯЬ-8г изотопии (рис. 10). ВМ базальт («диабаз») восточного края ЛПМ характеризуется самыми низкими, мантийными (даже близкими к примитивной мантии) значениями 878г/868г и 87ЯЬ/868г; чуть выше значение 878г/868г у ВМ ба-

зальта ближе к центру ЛПМ; еще выше — у УМ андезибазальта. Более высокое значение (мантийно-коровое) получено для дайкового базальта центральной части Фиолента, а самое высокое, несомненно коровое — для миндалекаменно-го базальта восточной части Фиолента.

В обобщенном виде смену составов базальтов-андезибазальтов всей юго-западной оконечности Крыма (на суше и в море) можно наглядно представить на тройной диаграмме наиболее контрастных петрогенных окислов MgO—FeO*— 10TiO2, которую предлагается использовать вместо традиционной диаграммы Пирса MgO—FeO*—Al2O3 во избежание наложения точек (рис. 11). Интерпретация намеченных полей, соответствующих выделенным ниже типам базальтов, осуществлена с учетом полученной геохимической информации.

Итак, среди фанерозойских магматических образований зоны сочленения Западно-Черноморской впадины, Горного Крыма и Скифской плиты выделено пять главных петрогенетических типов базальтов, сменяющих друг друга в направлении с востока на запад и примерно от более древних к более молодым (см. рис. 11):

1. Раннеюрские (?) миндалекаменные субщелочные коровые базальты восточной части Фиолента и Форосского выступа, образовавшиеся в обстановке пассивной континентальной окраины. Эти два участка до конца юры составляли единое целое, а затем были разбиты Георгиевским разломом со смещением к югу восточного края. Возможно, дораннеюрскими являются внутриплитные континентальные трахибазальты Форосского выступа.

2. Среднеюрские спилиты и дайковые базальты (диабазы) центральной и западной частей Фиолента, имеющие двойственную природу. С одной стороны, эти члены бимодальной толщи формировались в условиях длительного растяжения и несут некоторые признаки базальтов СОХ, а с другой, имеют отдельные субдукционные, островодужные черты. Для них установлен исходный мантий-но-коровый источник и незначительная контаминация корой при внедрении.

3. «Океанические» базальты и диабазы самого восточного края ЛПМ различной магнезиальности; в случае высокой — это мантийные породы, не конта-минированные корой. Возможно, их следует включать не в сам ЛПМ, а в соседнюю, примыкающую с востока структуру, отрисованную по результатам интерпретации сейсмопрофилей.

4. Бониниты — высокомагнезиальные андезибазальты и, менее надежно, базальты восточной части ЛПМ. Изначально мантийные породы, контаминиро-ванные континентальной корой древнего фундамента. Представляют собой фронт палеоостровной дуги, фрагментом которой является ЛПМ (шошониты западной части — это тыл). Образовывались, предположительно [1], начиная с позднего мела при второй стадии субдукционных процессов в изученном районе в результате раскрытия Западно-Черноморской впадины в тылу очень пологой (flat-slab) субдукции северного падения.

5. Известково-щелочные типично островодужные умеренномагнезиальные андезибазальты и, реже, базальты центральной части ЛПМ. Несколько менее мантийные, но также контаминированные корой породы. Образовывались на обеих субдукционных стадиях, но преимущественно при первой субдукции южного наклона в промежутке времени от средней юры до раннего мела.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Шнюкова Е.Е. Магматизм зоны сочленения Западно-Черноморской впадины, Горного Крыма и Скифской плиты. Кшв: Наук. думка, 2016. 235 с.

2. Condie K.C. High field strength element ratios in Archean basalts: a window to evolving sources of mantle plumes? Lithos. 2005. V. 79. P. 491—504.

3. Pearce J.A., Norry M.J. Petrogenetic implications of Ti, Zr, Y and Nb variations in volcanic rocks. Contributions to Mineralogy and Petrology. 1979. 69 (1). P. 33—47.

Статья поступила 10.11.2018.

К.6. Шнюкова

БАЗАЛЬТИ Р1ЗНОГО ГЕНЕЗИСУ

В ЗОН1 ЗЧЛЕНУВАННЯ ЗАХЩНОЧОРНОМОРСЬКО! ЗАПАДИНИ, Г1РСЬКОГО КРИМУ ТА СК1ФСЬКО1 ПЛИТИ

Базальти i авд^базальти е найбшьш шформативними з геодинамiчноi точки зору породами, що виявлеш i вивченi на трьох дшянках розвитку магматизму в пiвнiчнiй частиш Чорного моря на континентальному схилi i прилеглiй сушi. На пiдставi петрохiмiчних i геохiмiчних ознак видшено 5 петрогенетичних типiв базалкив i дано 1х геодинамiчну штерпретацш.

Ключовi слова: базальти, Чорне море, геодинамжа. K.Ye. Shniukova

BASALTS OF VARIOUS GENESIS

IN THE JUNCTION ZONE OF THE WESTERN BLACK SEA, MOUNTAIN CRIMEA AND SCYTHIAN PLATFORM

Basalts and andesibasalts, which are the most informative from a geodynamic point of view, have been discovered and studied within three magmatic areas in the Northern part of the Black Sea on the continental slope and nearby land. Based on the petrochemical and geochemical characteristics, 5 petrogenetic types of basalts have been distinguished; their geodynamic interpretation is given.

Keywords: Basalts, Black Sea, geodynamics.