Геохимические особенности базитов среднепалеозойских палеорифтов восточной части Сибирской платформы

НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ, 2013, №2

УДК 552.321

Геохимические особенности базитов среднепалеозойских палеорифтов восточной части Сибирской платформы

А.Г Копылова, М.Д. Томшин

Разнообразие вещественного состава базитов среднепалеозойских рифтов определяется геодинамическим режимом. Основная часть даек субщелочных долеритов формируется в режиме растяжения. На флангах рифтов в режиме компенсационного сжатия локализуются тела щелочных плагио-долеритов. В условиях долговременного закрытия системы в глубинных промежуточных очагах реализуются возможности анортозитовой и монцоитоидной тенденций дифференциации толеитовых расплавов.

Ключевые слова: среднепалеозойские палеорифты, долериты, микроэлементный состав.

Diversity of the material composition of basites from Middlepaleozoic rifts is specified by geodynamic regime. The majority of dikes of sub-alkali dolerites is formed in extension regime. The bodies of alkali plagiodolerites are localized during compensating compression at the rift flanks. In the deep-seated intermediate magmatic chambers, anorthosite and monzonite trends of tholeiite melt differentiation are realized during long-term system closing.

Key words: Middle Paleozoic paleorift, dolerites, trace element composition.

Восточная периферия Сибирской платформы в среднепалеозойское время отличалась активной магматической деятельностью, связанной с заложением в раннем палеозое серии палеориф-товых систем, сопровождаемых гигантскими дайковыми поясами (рис. 1). Крупнейшими из них являются Вилюйская и Предверхоянская с Оленекским (Кютюнгдинским) и Собопольским ответвлениями [2-4]. Вдоль северо-западного борта Вилюйского палеорифта формировался Вилюйско-Мархинский дайковый пояс (ВМДП), протяженностью 700 км и шириной от 30 км на юге до 150 на севере. На юго-западном борту и в центриклинальном замыкании Оленекского палеорифта рои базитовых даек объединены в Молодинский дайковый пояс (МДП), протяженность которого около 300 км, ширина 180 км. Судя по палеомагнитным исследованиям [5] и по имеющимся определениям абсолютного возраста (380-310 млн. лет), полученными K-Ar, Sm-Nd, Ar-Ar методами, магматическая деятельность в пределах рифтовых зон была продолжительной, а геодинамическая обстановка ее сопровождающая - неоднородной. Режим растяжения неоднократно менялся на обстановку сжатия и обратно. В результате в первом случае формировались мощные дайки часто с хоноли-тообразным расширением, серии сближенных

КОПЫЛОВА Альбина Георгиевна - н.с. Геологического музея ИГАБМ СО РАН, kopylova@diamond. ysn.ru; ТОМШИН Михаил Дмитриевич - к.г.-м.н., с.н.с., зав. Геологическим музеем ИГАБМ СО РАН, tmd@diamond.ysn.ru.

114° 120° 126° 132°

Рис. 1. Схема расположения дайковых поясов среднепа-леозойского рифтогенеза востока Сибирской платформы по [1], с изменениями: 1 - рифты, выполненные терриген-ными отложениями; 2 - дайки базитов; 3 - участки поднятий, сопряженных с рифтами; 4 - разломы

даек, во втором - тела с признаками активного довнутрикамерного глубинного фракционирования расплава в промежуточных очагах. Ограничениями палеорифтовых построек служат рамповые зоны, возникшие в режиме сжатия, в которых компенсируется растяжение за счет смятия и надвиговых деформаций [6]. В рампо-вых зонах образовывались специфичные базиты плагиодолеритового ряда. К этому стоит добавить, что когда дайки долеритов пространственно совмещены с кимберлитовыми трубками (в пределах ВМДП в Накынском кимберлитовом поле и в МДП в Куойкском) их вещественный состав существенно отличается от типичных базитов. Вопросы геохимических особенностей среднепалеозойских базитов обсуждались в ряде работ и ранее [7-9 и др.], но в последнее время по ним получен новый комплексный геохимический материал. Цель статьи дать более полную информацию о геохимическом разнообразии базитов сред-непалеозойских палео-рифтов восточной части Сибирской платформы.

Для центральных частей ВМДП и МДП характерна высокая степень насыщенности дайками линейного простирания. Условия преобладающего растяжения способствуют быстрой транспортировке расплава и количество фенокристаллов в породах краевых зон даек не превышает 3%. Доминирующий тип базитов среднепалео-зойских рифтов сложен плагиоклаз-пирок-сен-оливиновой минеральной ассоциацией с содержанием плагиоклаза (Ап70-55) до 4550%. Петрохимические и геохимические данные показывают близость вещественного состава типичных ба-зитов ВМДП и МДП и принадлежность их к производным субщелочного толеит-базаль-тового расплава (таб-

лица, ан. 1 и 7). Индекс магнезиальности в них Mg# 40-44, содержание ТЮ2 варьирует в пределах 2-3%. Близки они и по величине содержаний микроэлементов, по сумме КЕБ=128,7 и 133,4 соответственно, отношению (Ьа/УЬ)п=4,6 и 4,7 и другим индикаторным показателям (рис. 2, таблица). Отсутствие Та-№ минимума на мультидиаграммах, относительно высокие значения №/№* (1,33 и 0,98) исключают заметное влияние материала коры на состав исходных расплавов.

В рамповой зоне дайковых поясов на удалении 20-70 км от их осевых частей формируются цепочки маломощных кулисообразных даек с признаками интенсивной кристаллизации расплава в докамерной обстановке. Этот процесс сопровождается появлением значительного числа (до 30% объема) фенокристаллов плагиоклаза (Ап60-50) и увеличением общего его содержа-

Рис. 2. Распределение нормированных по хондриту редкоземельных (а) и нормированных по примитивной мантии редких (б) элементов. Нормализация выполнена по [13]. Условные обозначения см. таблицу

ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ БАЗИТОВ СРЕДНЕПАЛЕОЗОИСКИХ ПАЛЕОРИФТОВ

Химические составы представительных разновидностей среднепалеозойских базитов

Вилюйско-Мархинский дайковый пояс

№ обр. 233-1з 562-4 ЛН 24/87-510 24/87-579 24/87-724 Ол-56-1 Ол-1-1 Ол-54-1

№ п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 9

SiO2 48,88 48,64 48,23 46,87 49,55 54,54 50,16 46,94 48,37

TiO2 2,17 4,50 2,60 4,21 3,10 2,52 2,25 3,04 4,41

AI2O3 13,22 13,32 14,46 13,74 14,69 12,26 14,83 13,63 11,86

Fe2O3 1,91 5,41 2,94 3,7 4,44 3 3,8 4,96 5,03

FeO 12,86 7,49 9,82 11,22 8,78 9,51 9,42 8,64 11,25

MnO 0,21 0,1 0,20 0,14 0,15 0,15 0,18 0,17 0,17

MgO 5,91 4,88 5,12 4,62 3,88 3,32 5,17 6,10 4,56

CaO 9,6 7,41 9,04 8,11 7,62 3,23 9,45 7,90 8,38

Na2O 2,54 2,85 2,79 2,86 3,22 2,82 2,34 3,16 2,33

K2O 0,60 2,39 0,99 1,78 1,86 5,06 0,92 2,21 1,17

P2O5 0,29 0,59 0,41 0,67 0,72 0,72 0,29 0,69 0,90

Н2О+ 1,02 1,37 2,61 1,16 1,42 2,11 1,36 2,53 1,58

Сумма 99,40 99,42 99,54 99,26 99,92 99,46 100,17 100,09 100,19

Mg# 41,93 41,29 42,25 36,13 35,11 32,63 41,77 44,51 33,98

Rb 15,68 45,38 29,63 27,6 38,07 148,28 19,48 47,11 32,45

Ba 177 460 355 178 252 629 270 918 256

Th 1,94 5,95 3,20 4,92 6,46 24,02 2,88 2,83 5,76

U 0,53 1,20 0,98 1,43 1,89 6,61 0,55 0,79 1,65

Nb 23,43 50,62 33,65 52,4 61,38 80,09 21,43 38,52 69,02

Ta 1,41 3,92 2,34 3,58 4,17 6,22 1,06 1,99 3,89

Sr 375 561 1058 474 384 357 308 479 323

Zr 181 395 278 467 577 965 187 300 547

Hf 4,46 7,73 6,95 11,04 13,92 24,05 5,20 7,09 14,03

Y 30,67 39,38 40,50 58,01 66,9 88,71 29,1 36,74 64,42

Pb 0,36 6,43 9,38 2,26 4,33 3,03 6,07 12,45 19,22

La 19,38 46,48 29,75 47,74 56,42 112,93 21,95 33,20 51,54

Ce 45,63 103,57 68,20 108 133 254 48,27 77,38 119,72

Pr 6,14 12,86 9,01 13,77 17,41 30,42 6,24 10,30 16,07

Nd 27,51 60,47 38,77 58,92 73,46 123 26,77 44,59 70,52

Sm 6,42 12,69 8,90 14,07 16,71 25,12 6,15 9,40 15,86

Eu 1,99 4,02 3,21 3,58 4,18 5,61 1,81 2,65 4,29

Gd 6,43 10,29 8,91 13,63 16,43 22,55 6,32 8,82 15,75

Tb 1,03 1,35 1,39 2,12 2,5 3,38 0,99 1,28 2,38

Dy 6,01 6,86 8,24 11,7 14,34 18,71 6,02 7,37 13,77

Ho 1,23 1,35 1,68 2,35 2,81 3,67 1,27 1,44 2,75

Er 3,26 3,41 4,49 5,84 7,12 9,1 3,43 3,77 7,10

Tm 0,45 0,50 0,65 0,84 1,02 1,3 0,52 0,54 1,01

Yb 2,82 2,86 3,97 4,96 6,24 7,91 3,17 3,13 5,85

Lu 0,41 0,36 0,58 0,72 0,87 1,11 0,45 0,45 0,83

Cr 136 39,00 130 33,07 8,7 15,62 130,0 84,8 58,19

Co 51,03 46,79 50,33 39,62 30,6 25,82 39,5 45,6 38,0

Ni 133 37,50 95,09 59,75 12,54 23,88 79,6 91,5 68,8

Sc 31,46 26,56 30,68 29,05 27,81 26,84 30,9 29,2 26,9

V 323 326 298 352 215 148 389 352 330

XREE 128,71 267,08 187,76 288,24 352,51 618,81 133,37 204,31 327,43

(La/Yb)n 4,63 11,00, 6,36 6,49 6,10 9,63 4,66 7,34 5,95

(La/Sm)n 1,90 2,30 2,14 2,13 2,12 2,83 2,25 2,23 2,04

(Gd/Yb)n 1,84 2,91 2,16 2,22 2,12 2,30 1,61 2,31 2,17

Eu/Eu* 0,94 1,04 1,11 0,78 0,76 0,71 0,88 0,89 0,82

Nb/Nb* 1,33 1,10 1,24 1,24 1,16 0,56 0,98 1,44 1,45

Молодинский дайковый пояс

Примечание. Оксиды, мас. %, элементы, г/т. n - значения нормализованы по составу хондрита [13]. Mg# =Mg2+x100/ (Mg2++Fe2+ общ), Eu/Eu*=Eun/0,5(Sm+Gd)n, Nb/Nb*=0,3618xNb/VTh x La.

1-3 - ВМДП: 1 - типичные долериты, 2 - плагиодолериты Чимидикянского роя даек, 3 - долериты даек с горизонтом анор-тозитовых габбро-долеритов; 4-6 - дифференциаты Нюрбинской дайки: 4 - мелкозернистые долериты краевых зон, 5 -кварцевые габбро--долериты, 6 - монцонитпорфиры; 7-9 - МДП: 7 - типичные долериты, 8 - плагиодолериты и лейкократо-вые габбро-долериты, 9 - околотрубочные долериты. Определение редких элементов проводилось методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS) в стандартном режиме на приборе Elan 6100 DRC (ИМГРЭ).

ния в породе до 55% (в шлировых обособлениях его доля может доходить до 65-75%.) В ВМДП примером интрузивов рампа служит Чимиди-кянский рой даек плагиодолеритов, расположенный на северном фланге пояса. Магматиты роя отличаются от остальных базитов ВМДП ещё и высоким содержанием окисно-рудных минералов (до 7-8 %), сфена (до 3 %), апатита и практически отсутствием оливина. В периферийных частях МДП это дайки лейкократовых габбро-долеритов с обособлениями плагиодоле-ритов. В них в виде порфировых выделений наряду с лабрадором фиксируются также ранне-магматический оливин (Fa37) и октаэдры тита-номагнетита. Во всех магматитах рамповых зон присутствует калиевый полевой шпат, который частично замещает плагиоклаз и выполняет ме-зостазис. Низкая основность протоплагиоклаза в лейкократовых габбро-долеритах и плагиодоле-ритах, высокая степень окисленности железа, отсутствие в них ранних высокотемпературных и высокобарических железомагнезиальных минералов свидетельствуют о том, что кристаллизация расплава началась в малоглубинной обстановке в верхней части магматической колонны, либо в гипабиссальной промежуточной камере. Кристаллизующиеся в этих условиях маг-матиты обогащены целым комплексом породообразующих элементов (Т^ К, P), в них существенно увеличивается содержание мобильных крупноионных литофилов - Rb, Ba, Sr, Pb, возрастает роль высокозарядных элементов - Zr, Ж, Та. В необычно большом для базитов объеме плагиоклаза происходит активное накопление ЬКЕЕ, за счет чего увеличивается и общая сумма КЕБ. Это же служит причиной максимально высокой в плагиодолеритах ВМДП и МДП степени фракционирования КЕЕ (отношение Ьа/УЬп равно11,0 и 7,3 соответственно). Следует отметить низкое содержание М§, Fe, №, Со, Сг в базитах Чимидикянского роя, что, вероятно, связано с гравитационным осаждением оливина.

Среди секущих интрузий ВМДП есть группа тел с обособлениями анортозитовых габбро-долеритов. Они сформированы расплавом с анортозитовой тенденцией дифференциации, реализующейся в обстановке глубинного промежуточного очага [10]. Среди раннемагмати-ческих минералов в них установлены битовнит, хризолит, хромшпинель, гранат пироп-альман-динового ряда, муассанит. Предполагается, что расплав начал эволюционировать на глубине 35-40 км от палеоповерхности в промежуточном очаге и, как показали результаты гомогенизации расплавных включений в битовните, при температуре1450-1300°С [11]. Анализ распре-

деления микроэлементов в породах, содержащих протофазы основного плагиоклаза, показал, что глубина становления не изменяет направленности дифференциации расплава. Относительно типичных базитов повышается сумма редких земель (£187,76) и отношение La/Ybn = = 6,36. Не так активно, как в плагиодолеритах, накапливаются LILE и HFSE. Отличительной чертой анортозитовых габбро-долеритов является увеличение в 2-3 раза содержания стронция, положительная аномалия европия (Eu/Eu*= = 1,11), что связано с фракционированием высокотемпературных высококальциевых плагиоклазов.

Двухфазная Нюрбинская дайка, интруди-рующая кимберлиты одноименной трубки, с одной стороны, - это околотрубочный интрузив, в долеритах краевых зон которой содержится >4% TiO2, с другой - яркий пример проявления монцоитоидной тенденции дифференциации базитового расплава. Породы краевых зон дайки сменяются кварцевыми габбро-долеритами, а центральная её часть выполнена монцонитпор-фирами второй фазы внедрения. Низкие значения Mg# = 36, пониженные содержания Ni, Co, Cr и повышенные щелочей и несовместимых элементов в породах краевых зон свидетельствуют о фракционировании расплава в магмо-проводнике ещё до подъема в камеру. Во внут-рикамерных условиях происходило дальнейшее разделение расплава с постепенным образованием дифференциатов все более богатых SiO2, щелочами, несовместимыми элементами (таблица). Но резкое увеличение кремнекислотно-сти и калия, при переходе от кварцевых габбро-долеритов к монцонитпорфирам, невозможно объяснить только процессами внутрикамерной дифференциации. Это связано с длительной эволюцией базальтового расплава в промежуточном очаге (15-20 км от палеоповерхности, при P=5-8 кбар) и взаимодействием его с веществом флюида богатого калием, летучими компонентами. Подобный процесс монцоитоидной тенденции дифференциации базальтового расплава был описан в [12]. Повторное раскрытие магмопроводника обусловило разрыв сплошности ранее уже частично раскристаллизованной дайки. Монцоитоидный расплав в виде второй фазы внедрился в центральную часть дайки, образуя четкие контакты с кварцевыми габбро-долеритами, но без зон закалки. Кроме того, в нескольких километрах от дайки установлено самостоятельное тело, сложенное монцонит-порфирами. По вещественному составу монцо-нитпорфиры резко отличаются от всех базитов ВМДП. Это мелкозернистые пористые порфирового облика породы, вкрапленники в которых

ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ БАЗИТОВ СРЕДНЕПАЛЕОЗОЙСКИХ ПАЛЕОРИФТОВ

представлены наиболее кислым плагиоклазом (An57_44), основная масса породы - агрегат кварца и ортоклаза, с призмами роговой обманки, кристаллами апатита, биотита и титаномагнети-та. В монцонитпорфирах установлены максимальные содержания Rb, Th, U, всех элементов циркониевой группы - Nb, Ta, Hf, Y, а также REE (£=618,8), отношение (La/Yb)n увеличивается до значений 9,6. В то же время по сравнению с остальными дифференциатами дайки они имеют относительно пониженные содержания Sr и максимальную отрицательную аномалию европия (Eu/Eu*=0,65), что, несомненно, определяется отсутствием в монцонитпорфирах ран-немагматических фаз плагиоклаза.

В МДП высокотитанистые околотрубочные дайки, так же как и Нюрбинская дайка, сформированы из расплава, прошедшего стадию диф-ференцации до поступления в современную камеру. Об этом можно судить по низкому значению Mg# = 34, высоким содержаниям несовместимых элементов, практически равных их значениям в кварцсодержащих дифференциатах Нюрбинской дайки. Отношение (La/Yb)n=5,95 в околотрубочных базитах МДП выше, чем в доминирующей группе пород МДП. Среди этих даек есть и двухфазные, образованные в результате пульсирующего поступления расплава практически без изменения состава.

Таким образом, в пределах даечных поясов палеорифтов восточной части Сибирской платформы можно выделить несколько групп бази-тов, отличающихся по своему вещественному составу. Наиболее распространены базиты, становление которых происходило в режиме растяжения - магма после ухода из зоны магмообра-зования не испытала заметных преобразований. Это типичные базиты среднепалеозойских па-леорифтов восточной части Сибирской платформы. Группа лейкократовых габбро-долеритов и плагиодолеритов, формирование которых происходило в условиях смены режима растяжения на режим сжатия в периферийных зонах дайковых поясов. Такие магматиты отражают процессы, происходящие с толеитовым расплавом при кратковременном фракционировании его в дока-мерных условиях. Следующую группу составляют тела магматитов, в веществе которых фиксируются процессы длительного фракционирования расплава в докамерной глубинной обстановке. В результате длительного закрытия системы в глубинных очагах реализуются анортозитовый (глубина ~ 35-40 км) или монцоитоидный (глубина ~ 15-20 км) тип дифференциации магмы. И отдельную группу составляют дайки высокотитанистых базитов, группирующихся вблизи ким-берлитовых трубок.

Литература

1. Прокопьев А.В., Парфенов Л.Н., Томшин М.Д., Колодезников И.И. Чехол Сибирской платформы и смежных складчато-надвиговых поясов // Тектоника, геодинамика и металлогения территории Республики Саха (Якутия) - М.: МАИК «Наука / Интерпериодика», 2001. - С. 113-155.

2. Гайдук В.В. Вилюйская среднепалеозойская рифтовая система. - Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1988.

- 122 с.

3. Левашов К.К. Среднепалеозойская рифтовая система востока Сибирской платформы // Советская геология. -1975. - № 10. - С. 49-58.

4. Олейников Б.В., Шпунт Б.Р., Томшин М.Д. Геодинамические обстановки проявлений базитового магматизма на Сибирской платформе в неогее // Магматические формации в геологической истории и структуре Земли. - Свердловск: УрО АН СССР, 1989. - С. 86-108.

5. Константинов К.М., Хузин М.З., Кузменок А.Н. и др. Палеомагнетизм среднепалеозойских базитов из зон влияния Вилюйского и Кютюнгдинского па-леорифтов Сибирской платформы // Палеомагнетизм и магнетизм горных пород: теория, практика, эксперимент. - М.: ГЕОС, 2007. - С. 72-76.

6. Калинин А.И., Земнухов А.Л.Тектоническое подтверждение латеральной зональности северовосточной части Вилюйско-Мархинского дайкового пояса // Проблемы геологии и освоения недр. -Томск, 2002. - С. 121-122.

7. Олейников Б.В. Геохимия и рудогенез платформенных базитов. - Новосибирск: Наука, 1979. - 263 с.

8. Олейников Б.В., Томшин М.Д.,Копылова А.Г., Рихванов Л.П. Петролого-геохимические черты латеральной зональности базитов среднепалеозойских палеорифтов Сибирской платформы // Отечественная геология. - 1997. - №9. - С. 3-7.

9. Земнухов А.Л., Зайцев А.И., Копылова А.Г. и др. Базитовый магматизм Ханнья-Накынского междуречья // Геология алмазов - настоящее и будущее. -Воронеж: Изд-во ВГУ, 2005. - С. 482-494.

10. Олейников Б.В., Томшин М.Д., Округин А.В. Петрологические черты докамерной эволюции магм платформенных базитов // Изв. АН СССР. Сер. геол.

- 1976. - Т.231, №1.- С.177-180.

11. Томшин М.Д., Панков В.Ю. Расплавные включения в протокристаллах плагиоклаза траппов Сибирской платформы и их петрогенетическое значение // Минералогия и геохимия кимберлитовых и трапповых пород. - Якутск, 1979. - С. 100-106.

12. Олейников Б.В., Томшин М.Д., Королева О.В. и др. Глубинная эволюция субщелочной толеит-ба-зальтовой магмы в режиме палеорифтогенеза (на примере Чаро-Синской зоны): препринт. - Якутск: Изд-во ЯФ СО АН СССР, 1984. - 32 с.

13. McDonough W., Sun S. The composition of the Earth // Chem. Geol. - 1995. - V.120, №3-4. - P.223-253.

Поступила в редакцию 27.08.2012