ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2008, том 419, № 1, с. 112-117
= ГЕОХИМИЯ
УДК 552.313:554+930.26(571.6)
ВАРИАЦИИ ИЗОТОПОВ СТРОНЦИЯ, НЕОДИМА И КИСЛОРОДА В ПОРОДАХ ЩЕЛОЧНОЙ БАЗАЛЬТ-ТРАХИТ-ПАНТЕЛЛЕРИТ-КОМЕНДИТОВОЙ СЕРИИ ВУЛКАНА ПЕКТУСАН
© 2008 г. В. К. Попов, Г. П. Сандимирова, Т. А. Веливецкая
Представлено академиком М.И. Кузьминым 12.02.2007 г. Поступило 22.02.2007 г.
Вариации состава радиогенных изотопов неодима, стронция, а также стабильного изотопа кислорода в породах внутриплитных щелочных базальтовых серий определяются составом глубинных мантийных источников. Работы по изотопно-геохимической систематике базальтов длительно живущих вулканических центров выявили отчетливую эволюцию источников, отраженную в составе пород различных стадий формирования постройки, например вулкана Халеакала на Гавайях [1]. В континентальных рифтовых зонах изотопный состав вулканических пород, кроме того, зависит от процессов смешения мантийных и коро-вых компонентов.
В пределах Восточно-Китайской рифтовой системы в миоцене и плиоцен-четвертичное время происходили извержения щелочных и толеитовых базальтов. В четвертичный период вулканическая активность локализовалась в "горячих" точках и проявилась извержениями щелочных базальтои-дов с различными эволюционными трендами с образованием лейцититов (группа вулканов Удалян-чи), щелочных трахитов и кислых щелочных пород пантеллерит-комендитового ряда (вулкан Пектусан) [2-5]. Несомненный интерес представляет изотопно-геохимическое изучение вулкана Пектусан, где наблюдались неоднократные излияния щелочных и толеитовых базальтов с различными изотопными характеристиками, которые слагают щитовую постройку, а также образуют трубки взрыва и лавовые покровы на конусе вулкана, сложенном трахитами и кислыми щелочными породами [5-7].
В 2002 г. нами проведены полевые исследования на вулкане. Результаты геохимического и
геохронологического изучения вулканических пород изложены в [7-10]. В настоящем сообщении на основе новых результатов изотопно-геохимического изучения неодима, стронция и кислорода рассмотрены некоторые вопросы генезиса кислых щелочных пород.
Вулкан Пектусан (Байтоушань) расположен на границе Кореи и Китая, его координаты: 42°00' с.ш. и 128°04' в.д., высшая отметка 2744 м. Является единственным действующим вулканом на восточной окраине Азиатского материка. Расположен на базальтовом плато Чанбайшань, нижняя часть которого сложена щелочными базальтами, а верхняя - толеитами. Вершинная кальдера (4 х 6 км) с оз. Тяньчи сформировалась в период 969 ± 20 лет н.э. в результате катастрофического направленного взрыва [11]. Последние вулканические события произошли в 1702 г. с извержением внутри кальдеры игнимбритов и туфов трахитового состава. В 1898 г. русским путешественником Н.М. Гарином-Михайловским наблюдалось фреатомагматическое извержение в кратерном озере с выбросом пара, газа и песка, а в 1903 г. произошло эксплозивное извержение с выбросом комендитовой и трахитовой тефры, отложившейся на северном и восточном склонах вулкана [4].
Щелочные породы вулкана Пектусан слагают его конус (лавы, игнимбриты, туфы), а также поля рыхлых пемзовых отложений вокруг вулканической постройки. Вулканические породы представлены щелочными базальтами, трахитами, трахида-цитами, пантеллеритами, комендитами и трахирио-литами (табл. 1). Формирование конуса вулкана началось с извержения трахитов 3.11 млн. лет назад [6]. В дальнейшем происходило периодическое чередование извержений трахитовых лав с трахи-дацитами, пантеллеритами и комендитами. Извержение пемз и обсидианов трахириолитового состава произошло 2.2 млн. лет назад к юго-востоку от вулкана. На склонах вулкана известны трубки взрыва щелочных базальтов, сформированные 245-125 тыс. лет назад [6, 7].
Дальневосточный геологический институт Дальневосточного отделения Российской Академии наук, Владивосток Институт геохимии им. А.П. Виноградова Сибирского отделения Российской Академии наук, Иркутск
Таблица 1. Содержания петрогеииых оксидов (мае. %) и летучих компонентов (мкг/г) в щелочных породах вулкана Пектусан
Компонент П-505/1 П-505 П-508/1 П-509/1 П-509 П-507/4 23C
SiÜ2 50.50 59.36 63.60 66.24 69.25 72.90 73.46
TÍO2 2.69 0.80 0.37 0.34 0.32 0.23 0.05
AI2O3 17.90 19.30 17.60 15.59 13.79 9.98 9.39
Fe2Ü3 5.03 3.25 2.14 2.10 1.04 0.03 0.13
FeO 3.80 2.04 1.95 2.44 3.25 4.13 1.55
MnO 0.13 0.18 0.12 0.13 0.12 0.08 0.04
MgO 4.65 1.08 0.17 Не обн. Не обн. 0.24 Не обн.
CaO 7.90 2.29 1.35 0.89 0.49 0.33 1.55
Na2O 3.86 5.90 6.45 6.30 6.01 5.38 3.25
K2O 2.05 4.39 5.55 5.02 4.64 4.52 4.45
P2O5 0.56 0.44 0.06 0.13 0.05 0.06 Не обн.
H2O- 0.05 0.15 0.02 Не обн. 0.05 0.17 1.44
П.п.п. 0.70 0.32 0.13 0.37 0.49 2.13 5.12
Сумма 99.82 99.50 99.51 99.55 99.50 99.62 100.43
F 467 975 596 1805 1969 2184 Не опр.
Cl 50 80 1200 1500 2650 2400 779
S 30 25 35 95 75 55 Не опр.
Примечание. Здесь и в табл. 2, 3: П-505/1 - щелочной базальт, основание конуса вулкана; П-505 - щелочной трахит, там же; П-508/1 - щелочной сиенит (обломок в пемзовых отложениях на внешнем склоне вершинной кальдеры); П-509/1 - щелочной трахидацит, конус вулкана; П-509 - пантеллерит, привершинная часть конуса вулкана; П-507/4 - комендит, там же; 23С - тра-хириолит, южные отроги вулкана. Химический состав определен методом "мокрой химии", микроэлементный - рентгено-флуоресцентным методом в аналитическом центре ДВГИ ДВО РАН.
Кислые эффузивы сложены стекловатыми разностями. Как правило, породы содержат вкрапленники щелочных темноцветных минералов - ар-федсонита, эгирина, калиевого полевого шпата, а также фаялита, анортоклаза, кислого плагиоклаза. Акцессорные минералы представлены цирконом, апатитом, монацитом, ильменитом. Среди пемзовых отложений встречаются обломки сиенитов. Впервые сиенитовые включения были отмечены Э.Э. Анертом [12], позднее Е.П. Денисовым [13], обнаружившими их на юго-восточной стороне вулкана. Исследователями был изучен их петрографический состав и отмечено, что особенности состава породообразующих минералов трахитовых лав и сиенитовых включений "подтверждают генетическую связь трахитов и сиенитов и указывают на наличие в глубине сиенитового массива" [13, с. 6]. Обнаруженные нами в 2002 г. обломки сиенитов (до 20 см в поперечнике) представлены средне- и крупнозернистыми разностями щелочных нефелиновых сиенитов, сложенных кристаллами кали-натрового полевого шпата, эгирин-авгита, керсутита, гастингсита, оливина гортонолит-фая-литового состава, биотита, мелкозернистыми агрегатами нефелина. Акцессорные минералы представлены апатитом, магнетитом и цирконом. Породы имеют порфировидную структуру и несут
следы динамотермального метаморфизма, выраженные в частичной дезинтеграции и разложении оливина, полевого шпата, биотита и стекла основной массы. По химическому и микроэлементному составу сиенитам близки стекловатые трахиты и трахитовые пемзы, слагающие постройку стратовулкана и имеющие аналогичный состав минералов-вкрапленников [8]. Данные по редкоземельному составу сиенитов и трахитов свидетельствуют о формировании сиенитов в апикальных частях промежуточных магматических камер при кристализации флюидонасыщенных трахитовых расплавов [8].
Для вулканических пород Пектусана характерны высокие концентрации высокозарядных (HFSE), крупноионных литофильных (LILE) и редкоземельных (REE) элементов, как для кислых, так и для базальтоидных пород (табл. 2). В кислых щелочных породах наблюдается высокая степень фракционирования распределения элементов. На диаграммах нормированного распределения элементов кислые породы имеют максимумы по Cs, Rb, Th, U, Hf, Zr и глубокие минимумы по Ba и Sr. Кривые распределения REE для этой группы пород имеют отрицательный наклон с европиевым минимумом [9, 10].
Таблица 2. Концентрации микроэлементов (мкг/г, метод ICP-MS) в щелочных породах вулкана Пектусан
Компонент П-505/1 П-505 П-508/1 П-509/1 П-509 П-507/4 23C
№ 64 2 0.5 2 - - 11
38 2 1 1 - - 1
& 105 - 1 6 13 - 20
V 201 3 Не опр. 3 0.5 0.6 1
^ 32 3 Не опр. 7 9 14 18
Zn 107 129 129 199 274 256 30
Sn 1.9 2.9 5.2 10.3 15.0 17.7 3.5
Mo 2.2 4.6 Не опр. 11.4 16.2 9.3 5.2
Sb 0.01 0.11 Не опр. 0.25 0.32 0.38 0.35
Li 7.1 23.3 Не опр. 37.7 49.8 67.2 32.1
Be 1.73 4.91 6.06 10.83 15.88 17.30 3.42
Sc 20 7 3 3 1 1 2
Ga 22 23 34 38 41 40 13
Ge 1.4 1.4 3.9 2.1 2.4 2.2 1.2
Rb 36 100 136 231 314 345 103
Sr 688 519 35 20 0.5 4 18
Y 22 38 47 78 119 112 12
Zr 231 578 817 1704 2404 2028 71
Nb 35.18 84.69 86.26 168.27 216.99 221.35 16.94
Cs 0.34 0.72 1.56 3.66 4.81 6.13 3.73
Ba 586 1889 74 26 2 14 79
La 34.28 88.80 70.98 155.78 217.40 182.16 29.04
Ce 70.55 181.50 147.86 327.78 471.68 363.72 54.48
Pr 8.62 20.78 Не опр. 33.98 48.60 37.96 5.57
Nd 36.76 73.27 56.03 116.87 171.91 142.64 16.65
Sm 7.50 12.34 15.35 21.00 30.76 28.30 2.70
Eu 2.72 3.37 0.94 0.42 0.53 0.39 0.13
Gd 7.03 15.72 11.23 26.30 38.63 32.78 4.46
Tb 0.33 0.75 1.58 1.30 1.72 2.48 0.14
Dy 5.49 9.18 8.72 16.43 26.91 26.97 2.36
Ш 1.09 1.93 1.74 3.58 5.58 5.59 0.50
Er 2.30 4.49 4.24 8.40 12.97 12.80 1.31
Tm 0.31 0.66 0.58 1.28 1.91 1.92 0.21
Yb 2.69 5.05 4.38 9.26 13.96 13.67 1.52
Lu 0.37 0.72 0.57 1.32 1.96 1.80 0.22
Ш 6.52 15.42 19.27 45.16 65.06 59.03 3.42
Ta 2.59 6.88 4.01 10.53 11.98 12.62 2.33
W 0.95 3.82 1.68 6.09 7.16 8.33 2.70
Pb 3.51 10.44 6.80 21.42 35.78 34.11 17.65
Th 4.12 10.28 13.40 27.74 48.51 48.58 18.47
U 0.79 2.97 2.25 5.59 9.94 10.96 4.14
Примечание. Определения выполнены в лаборатории геохимии изотопов Института геохимии СО РАН.
Таблица 3. Изотопный состав стронция, неодима и кислорода в породах вулкана Пектусан
№ обр. 87Sr/86Sr ± 2s eSr 143Nd/144Nd ± 2s eNd 518O, %c SMOW
П-505/1 0.70489 ± 1 0.05 0.512578 ± 4 -1.2 5.3
П-505 0.70504 ± 1 0.08 0.512639 ± 9 0.02 6.3
П-508/1 0.70504 ± 1 0.08 0.512597 ± 8 -0.8 2.2
П-509/1 0.70800 ± 6 0.49 0.512591 ± 3 -0.9 6.2
П-509 0.512599 ± 10 -0.8
П-507/4 0.70536 ± 2 0.12 0.512596 ± 6 -0.8 6.3
23C 0.71331 ± 1 1.25 0.512735 ± 3 1.9 6.8
Примечание. Анализ изотопов проводился по валовым пробам. Вычисление eNd в породах проводилось по современному зна-
чению /
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.