ПЕТРОЛОГИЯ, 2010, том 18, № 6, с. 621-634
УДК 552.3(571.5)
ИЗОТОПНО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ЗОНАЛЬНОСТЬ ДЕВОНСКОГО МАГМАТИЗМА АЛТАЕ-САЯНСКОЙ РИФТОВОЙ ОБЛАСТИ: СОСТАВ И ГЕОДИНАМИЧЕСКАЯ ПРИРОДА МАНТИЙНЫХ ИСТОЧНИКОВ
© 2010 г. А. А. Воронцов*, В. В. Ярмолюк**, Г. С. Федосеев***, А. В. Никифоров**, Г. П. Сандимирова*
*Институт геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН ул. Фаворского, 1а, Иркутск, 664033, Россия; e-mail: voron@igc.irk.ru ** Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН Старомонетный пер., 35, Москва, 109017, Россия; e-mail: volya@igem.ru *** Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН просп. Академика Коптюга, 3, Новосибирск, 630090, Россия; e-mail: fedoseev@uiggm.nsc.ru
Поступила в редакцию 01.04.2010 г.
Получена после доработки 25.04.2010 г.
На основе систематических исследований геохимических и изотопных (Sr, Nd) параметров базитов из разных вулканических районов девонской Алтае-Саянской рифтовой области охарактеризованы составы мантийных источников магматизма и реконструированы геодинамические механизмы их вовлечения в процесс рифтогенеза. Установлено, что в пределах этой области высокотитанистые базиты (4.2 > TiO2 > 2.5 мас. %) обогащены редкими литофильными элементами, в том числе редкоземельными элементами, по сравнению с N-MORB и близки к составу внутриплитовых субщелочных базальтов типа OIB. В отличие от них умеренно-титанистые базиты (2.5 > TiO2 > 1.1 мас. %) в основном обеднены высокозарядными некогерентными элементами Th, U, Nb, Ta (La/Nb = 1.2 — 2.2), в меньшей степени Zr и Hf, а также LREE ((La/Yb)N < 7), но обогащены Ba. Данные характеристики умеренно-титанистых базитов сближают их с породами, сформированными в субдукционных обстановках. Геохимические параметры базитов отличаются явно выраженной неоднородностью, которая, очевидно, отражает гетерогенный характер мантийных источников, участвовавших в образовании рифтовой области. Так, наиболее заметные изменения состава пород, связанные с возрастанием доли источника типа OIB в составе магм, происходят в восточном направлении, т.е. от границы вглубь палеоконтинента. Изотопный состав базитов относительно устойчив в пределах отдельных риф-товых зон области и существенно различается при сравнении базитов разных зон. Изотопные характеристики пород позволяют распознать в их образовании три источника расплавов. Один из них, близкий по параметрам к мантии типа PREMA, является общим компонентом всех наблюдаемых трендов вариаций изотопных составов, независимо от положения соответствующих ассоциаций в строении области. Этот компонент преобладает в составе высокотитанистых базальтов с геохимическими характеристиками производных обогащенных мантийных источников типа E-MORB и OIB и рассматривается как плюмовый источник. Два других изотопных источника расплавов связаны с субдукционными процессами, так как они доминировали при образовании умеренно-титанистых базальтов, для которых характерны геохимические метки (прежде всего, Ta-Nb минимум), типичные для пород вулканических дуг. Эти отличия вполне согласуются с образованием АСРО в сложной геодинамической обстановке, которая предполагает воздействие источников внутриплитного магматизма (мантийного плюма) на область формирования расплавов активной континентальной окраины (на зону субдукции).
В истории Сибирского палеоконтинента особую роль сыграла девонская эпоха, когда в одних его частях существовали обширные осадочные бассейны, а в других он подвергался интенсивной деструкции, сопровождавшейся формированием крупных риф-товых систем. Такая система, выделяемая в настоящей работе как Алтае-Саянская рифтовая область (АСРО), возникла в юго-западном обрамлении Сибирской платформы. Ее элементами стали многочисленные грабены и прогибы, в том числе Минусинский, Тувинский и Делюно-Юстыдский проги-
бы, а также многочисленные грабены СевероЗападной Монголии. Их формирование, особенно на начальной (раннедевонской) стадии становления, сопровождалось крупномасштабным эффузивным магматизмом, существенная роль в котором принадлежала базальтовым излияниям (Лучицкий, 1960; Моссаковский, 1963; Гордиенко, 1987) (рис. 1).
По своим геологическим характеристикам АСРО сопоставляется с крупными изверженными провинциями, образующимися над мантийными плюмами (Coffin, Eldholm, 1992). К числу таких ха-
56°
52°
48°
90°
96°
102°
Рис. 1. Схема размещения раннедевонских магматических ассоциаций в структурах Алтае-Саянской рифтовой области (составлена на основе материалов (Лучицкий, 1960; Государственная ..., 1973)).
1 — складчатое обрамление Сибирской платформы; 2 — Сибирская платформа, 3, 4 — раннедевонские магматические ассоциации: 3 — бимодальные базальт-трахириолит-комендитовые, 4 — субщелочные и щелочные граниты и сиениты; 5 — девонские прогибы, 6 — мезо-кайнозойские впадины; 7 — позднекайнозойские базальты; 8 — разломы. Врезка: Закономерности проявления девонского внутриплитного магматизма в пределах юго-западного обрамления среднепалеозойского Сибирского палеоконтинента.
9 — рифтовые структуры (прогибы: М — Минусинский и Т — Тувинский; грабены: К — Кропоткинский, СЗМ — Северо-Западной Монголии); 10 — складчатое обрамление платформы, 11 — Сибирская платформа, 12 — Палеоазиатский океан. АСРО — Алтае-Саянская рифтовая область.
Цифрами даны пределы вариаций е8г и в породах, рассчитанные на 390 млн. лет. Белыми точками выделены районы опробования базитов для изотопных исследований.
рактеристик относятся крупные размеры области (более 300000 км2) при изометричной форме, большие объемы эффузивных пород основного и среднего-основного составов, сформированных за сравнительно короткий интервал времени в раннем девоне, наличие базитовых силлов и дайковых роев, а также структурный рисунок распределения впадин, который типичен для тройных соединений грабенов (triple-junction, по (Burke, Devey, 1973)). В то же время структурная позиция АСРО определяется близостью к девонской активной окраине Сибирского палеоконтинента и одновременным с ней формированием (Ярмолюк, Коваленко, 1991, 2003; Ярмолюк и др., 2000; Воронцов и др., 1997; Гордиен-ко, 2006). Такое геологическое положение АСРО приводит к разным толкованиям природы геодинамических процессов, приведших к ее образованию, а также к разным представлениям о механизмах, определивших специфику магматизма в ее пределах.
Целью настоящей работы является характеристика мантийных источников магматизма АСРО и реконструкция геодинамических механизмов их вовлечения в процесс рифтогенеза. В основу работы положены результаты систематических исследований состава базитов из разных вулканических районов АСРО, и в первую очередь данные об их геохимических и изотопных (Sr, Nd) параметрах.
КРАТКАЯ ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
Минусинский прогиб объединяет систему обособленных впадин, распределенных по площади около 10000 км2 между горными сооружениями Кузнецкого Алатау, Западного и Восточного Саяна. Наиболее крупными структурами являются Южно-Минусинская, Сыдо-Ербинская и Чебаково-Балахтин-ская впадины, рифтогенный характер которых подчеркивают их разломные (сбросы) борта, сформировавшиеся одновременно с началом магматической активности в их пределах (Лучицкий, 1960). Состав магматических продуктов в этих впадинах типичен для внутриплитных областей и включает ассоциации пород нормального ряда, а также повышенной щелочности и щелочных: базальтовые, базальт-андезибазальтовые, базальт-трахитовые, бимодальные базальт-трахидацит-трахириолитовые, нефелинит-фонотефритовые, с которыми сопряжены их интрузивные эквиваленты: долериты, тешени-ты, тералиты и щелочные сиениты. Эффузивные породы этих ассоциаций традиционно объединяются в раннедевонскую вулканогенно-осадочную быскар-скую серию, залегающую с угловым и азимутальным несогласием на кембрийских отложениях и несогласно перекрытую осадочными отложениями живет-ского яруса. В основании серии часто отмечаются базальные конгломераты. Раннедевонский возраст базитовых магматических пород подтверждается
геологическими и геохронологическими (преобладающая часть датировок лежит в диапазоне 383— 407.5 млн. лет) данными (Fedoseev, 2008).
Тувинский прогиб является одной из крупнейших постаккреционных структур Алтае-Саянской складчатой области. Он контролируется субширотной системой разломов, поперечной к простиранию структур девонской АКО, и протягивается на расстояние более 500 км вглубь палеоконтинента. Начальная (раннедевонская) стадия формирования прогиба была сопряжена с процессами рифтогене-за. В это время в основании прогиба возникли рои базитовых силлов и даек, зафиксировавшие крупноамплитудные вертикальные и горизонтальные растяжения его основания и активный подъем расплавов к поверхности. Непосредственно в пределах рифтовой долины (Геология СССР, 1966) образовывались мощные (более 1000 м) вулканические толщи, сложенные преимущественно лавами низко- и высокотитанистых базальтов нормального и субщелочного рядов щелочности (Sugorakova et al., 2009). Кислые породы (субщелочные риолиты) образуют крупные линзы в средних частях вулканических разрезов. Их доля возрастает в восточной части прогиба, где они становятся преобладающими.
Кропоткинский грабен отвечает восточному окончанию Тувинского прогиба, расположенного за пределами границ АКО в Урда-Хойт-Окинском междуречье Восточного Саяна. Вулканические толщи в его пределах представляют фрагменты лавового поля, вытянутого в субширотном направлении на расстояние более 60 км при ширине около 20 км. В строении этих толщ участвуют серии покровов базальтов, андезибазальтов, трахитов, трахириода-цитов, трахириолитов и комендитов, а также слои и линзы пирокластического материала. В целом ще-лочно-сиалические породы резко преобладают. Согласно данным Rb-Sr изотопного датирования бимодальная вулканическая ассоциация хребта Кропоткина возникла 402 млн. лет назад, то есть в раннем девоне (Воронцов и др., 2008).
Грабены Северо-Западной Монголии сосредоточены в пределах границ раннекаледонской Озерной зоны и контролируются ограничивающими эту зону крупными ра
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.