Изотопные и РЗЭ доказательства гетерогенности андезитового вулканизма
Изотопные и
РЗЭ доказательства гетерогенности андезитового
вулканизма.
Б.В.Иванов, В.Н.Голубев, В.А.Ляликова.
В
статье приведены новые данные отношений Sr87/Sr86, Nd143/Nd144
и содержания РЗЭ в андезитах вв. Жупановские Востряки и Кизимен. Показаны
четкие различия в происхождении ранее выделенных /Иванов, 1990/ толеитовых
андезитов I типа мантийного происхождения и известково-щелочных II типа,
мантийно-коровых. Корреляция изотопных данных с данными РЗЭ (по европию,
неодиму и самарию) подтверждает заметное влияние коровой компоненты в
происхождении II типа андезитов.
Рассмотрение
изотопных значений Sr87/Sr86, Nd143/Nd144
и анализ содержаний РЗЭ на примере двух андезитовых вулканов Камчатки: Кизимен
и Жупановские Востряки, позволяют получить новые данные, подтверждающие
сделанные ранее выводы о существовании двух генетических типов андезитов [4].
Андезиты Камчатки по петрохимическим свойствам относятся к толеитовым и
известково-щелочным породам нормальной щелочности, высокой глиноземности и
известковостости. Сравнительный анализ петрохимических и геохимических
параметров андезитов Камчатки и андезитов Тихоокеанского подвижного пояса (ТПП)
свидетельствует о различных путях формирования толеитовых и известково-щелочных
андезитов и об участии в генезисе вторых вещества коры. Этот анализ позволил
выделить андезиты I типа (толеитовые) как мантийные производные, и II типа
(известково-щелочные) как мантийно-коровые.
Под
термином "мантийный" андезитовый вулканизм понимается тип вулканизма,
который характеризуется, во-первых, приуроченностью к линейным сквозькоровым
разломам и рифтовым зонам; во-вторых, достаточно простым глубинным строением
вулканических аппаратов, выражающемся в непосредственной связи с верхней
мантией, т.е. отсутствием системы достаточно крупных (поперечником более 3-5
км) долгоживущих коровых и периферических очагов; в-третьих, широким развитием
базальтоидного вулканизма и всего ряда его производных от андезито-базальтов до
риолитов; в-четвертых, характерным набором типов вулканических извержений
(стромболианский, вулканско-стромболианский, плинианский).
Под
термином "мантийно-коровый" андезитовый вулканизм понимается тип
вулканического процесса, характеризующегося, во-первых, приуроченностью к
разломам корового заложения, оперяющим линейные сквозькоровые разломы, и, как
правило, локализующегося в пределах кальцевых и субкальцевых
вулкано-тектонических структур; во-вторых, сложным глубинным строением
вулканических аппаратов, обусловленным присутствием системы долгоживущих
очагов, промежуточных, глубинных коровых и периферических, как имеющих, так и
не имеющих связи с верхней мантией; в-третьих, широким развитием пород среднего
и субкислого составов с петрохимически двойственной природой, обусловленной
процессами взаимодействия магмы с веществом коры; в-четвертых, определенным
типом вулканических извержений (преимущественно вулканский, направленные
взрывы).
По
минералогическому составу в первом типе преобладают двупироксеновые андезиты
(>50%), во втором - роговообманково-пироксеновые и роговообманковые андезиты
(до 80%). Характерными петрографическими признаками андезитов I типа являются:
менее кальциевый состав вкрапленников клинопироксенов, постоянное присутствие в
основной массе пижонитов, безамфиболовые гомеогенные включения и небольшое
количество ксенолитов. Во II типе андезитов - более кальциевые клинопироксены,
субкальцвый авгит в виде микролитов и субфенокристаллов, в основной массе редко
- пижонит, много ксенолитов дунит-гарцбургитовой, пироксенитовой,
габбро-амфиболитовой и гранитоидной ассоциаций. Значение изотопов Sr87/Sr86
в ксенолитах 0,7037 - 0,7045, ср. 0,7042 [4]. Важной особенностью ксенолитов
являются признаки взаимодействия с магматическими расплавами. К петрохимическим
особенностям андезитов I типа относятся: меньший диапазон содержаний SiO2
(57-59%), Fe2O3+FeO>7%, они менее щелочные, индекс
глиноземистости al' =1,67 - 1,76, индекс фемичности >10. В андезитах II типа
диапазон SiO2 (59-63%), Fe2O3+FeO< 7
андезиты более щелочные и более глиноземистые (al' =1,76 - 2,01) с индексом
фемичности <10. Андезиты I и II типов имеют заметные геохимические отличия:
толеитовые обогащены Mn, V, Co, Zn, Ca, Ti, Sr, Sc; известково-щелочные - K,
Na, Li, Rb, Ba. В первых устойчиво большие значения отношений Sc/Ni,
Ba/Sr<1; во вторых Ba/Sr>1, более высокие значения Hf/Yb, Th/U. Изотопные
отношения стронция имеют низкие значения и меньший разброс (0,7028-0,7038,
среднее 0,7033) в андезитах мантийного питания, и более высокие значения и
большой разброс (0,7030-0,0740, среднее 0,7035) в андезитах корово-мантийного
происхождения [3]. Значение 18О в
андезитах I типа от +4,1 до +7,7%, среднее +5,7%, андезитах II типа от +6,5% до
9,2%, среднее +7,7%. Значения изотопов Sr и O и их флюктуляции свидетельствуют
об участии в образовании андезитов II типа корового вещества [2].
|
Рис. 1
|
По
комплексу экспериментальных, петрографических и петрогеохимических данных
наиболее хорошо согласующимся механизмом образования андезитов является
фракционная кристаллизация андезито-базальтовых магм с умеренным содержанием H2O
(1,5 - 2%) с отделением магнетитовой ассоциации. Этот процесс идет при
пониженном содержании H2O и низкой летучести кислорода в
магматическом канале при образовании андезитов I типа, и повышенных содержаниях
H2O, повышенной летучести кислорода и взаимодействии с веществом
коры в промежуточных и глубинных коровых очагах при образовании андезитов II
типа [4].
Приведенные
доказательства в пользу существования двух типов андезитов нуждались в более
весомых данных на изотопном уровне. Такая возможность появилась с получением
значений изотопов Nd и дополнительных данных по изотопам Sr. Для сравнения были
выбраны два вулкана: вулкан Жупановские Востряки и Кизимен. На первом ярко
проявлены андезиты I типа, на втором - II типа. Как первый, так и второй
находятся в пределах Восточного вулканического пояса. Вулкан Жупановские
Востряки располагается в южной части Жупановской кольцевой структуры, вулкан
Кизимен - в северной части Восточной вулканической зоны на Ю-В борту Щапинского
грабена. Расстояние между вулканами 190 км. На рис. 1 и в табл. 1 представлены
систематика пород вулканов на диаграмме FeO/MgO - SiO2 и химические
составы пород. Совершенно ясно видно разграничение андезитов I и II типов. Это
разграничение заметно также по содержаниям микроэлементов; наиболее сильно - по
содержанию щелочных элементов (Rb, Li, Cs) и Ba/Sr отношениям.
|
Рис. 2
|
На
рис.2 показаны соотношения изотопов неодима и стронция в породах
рассматриваемых вулканов, а в табл.2 - результаты изучения изотопного состава
Sr и Nd. Из приведенного материала отчетливо видна обособленность полей по
изотопным меткам Nd и Sr андезитов I и II типов. Повышенные значения Sr87/Sr86
в андезитах II типа свидетельствует об участии компонентов коры в их
происхождении. Однако может появиться вопрос: не связаны ли повышенные значения
изотопов Sr и Nd как в первом так и втором типах андезитов с различным составом
пород верхней мантии под вулканами? Для разрешения этого вопроса нами были
проведены исследования содержаний РЗЭ в тех же образцах андезитов. На рис. 3
показаны модели РЗЭ в андезитах I и II типа, а в табл. 3 - концентрации РЗЭ.
При сравнении моделей РЗЭ обнаруживается их большое сходство, что
свидетельствует о близком составе верхней мантии под вулканами Жупановские
Востряки и Кизимен. Некоторые отличия улавливаются в значениях Eu/Eu*= Eu,
где [Eu] - измеренное содержание европия, а [Eu*] - его содержание в хондритах
[5]. В андезитах в.Жупановские Востряки Eu - 0,48,
андезитах в.Кизимен 0,95, что свидетельствует о разной степени фракционирования
расплавов андезитов I и II типов. Повышенные значения Eu также указывают
на заметную роль корового материала. Отношение Sm/Nd может быть показателем
степени дифференциации расплавов и процессов ассимиляции. В ходе дифференции Nd
накапливается в остаточных расплавах, в то время , как концентрация Sm увеличивается
незначительно, и породы, в генезисе которых участвует коровая компонента, имеют
низкие Sm/Nd значения [1]. В породах Жупановские Востряки значения Sm/Nd в
базальтах (0,30), андезито-базальтах (0,34) и андезитах (0,26). В
андезито-базальтах и андезитах в.Кизимен значение Sm/Nd заметно ниже
(соответственно 0,28 и 0,25). Значение Nd в двупироксновых
андезитах I типа +9,1, в роговообмонково-пироксеновых андезитах II типа +8,6.
Это означает, что андезиты II типа несут коровую нагрузку.
|
Рис. 3
|
Проведенные
исследования изотопного состав Sr и Nd в андезитах Камчатки позволяют сделать
следующие выводы:
Андезиты
с высокими значениями Sr87/Sr86 и низкими Nd143/Nd144
относятся к известково-щелочным породам мантийно-корового происхождения.
Андезиты
с низкими значениями Sr87/Sr86 и высокими Nd143/Nd144
следует относить к толеитовым андезитам мантийного генезиса.
Корреляция
изотопных данных с данными РЗЭ по европию, неодиму и самарию подтверждает
вышесказанное.
Балашов
Ю.А., Корпенко С.Ф., Филиппов Л.В. Изотопы стронция, неодима, кислорода и
редкоземельные элементы как индикаторы источников и эволюции гранитоидного
магматизма // Геохимия. 1982. N12. C. 1705-1716.
Иванов
Б.В., Устинов В.И. Изотопный состав кислорода в андезитах Камчатки //
Вулканология и сейсмология. 1988. N4. C. 26-31.
Иванов
Б.В., Плюснин Г.С. Изотопный состав стронция в андезитах Камчатки //
Вулканология и сейсмология. 1988. N6. C. 19-25.
Иванов
Б.В. Типы андезитового вулканизма Тихоокеанского подвижного пояса. М.: Наука,
1990. C. 213.
Фор.
Г. Основы изотопной геологии. М.: Мир, 1989. С. 590.