ПЕТРОЛОГИЯ, 2008, том 16, № 6, с. 657-672
УДК 550.42(574.3)
ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПАЛЕОЗОЙСКИХ ИГНИМБРИТОВ ЦЕНТРАЛЬНОГО КАЗАХСТАНА И ИХ ПЕТРОГЕНЕТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ
© 2008 г. А. М. Курчавов
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН 119017 Москва, Старомонетный пер., 35, Россия; e-mail: petrocom@igem.ru Поступила в редакцию 11.07.2006 г.
Получена после доработки 17.09.2007 г.
Изучены игнимбриты из девонского и позднепалеозойского вулканических поясов Центрального Казахстана. Они формировались в различных геотектонических обстановках и разнообразны по составу. Валовый состав девонских игнимбритов риолитовый. Среди них эйфельские образования Чингизской островодужной системы принадлежат известково-щелочной серии и обогащены Zr, Nb, Y, РЗЭ (преобладают легкие РЗЭ). Франские игнимбриты, формировавшиеся в своеобразных островных дугах средиземноморского типа, относятся к ультракалиевым разностям. По сравнению с эйфельскими игнимбритами содержания Zr, Nb, Y, РЗЭ в них ниже, а Rb, Ba выше. Однако в обеих разновидностях резко выражен Eu-минимум и проявлена Ce-аномалия. Каменноугольные и пермские игнимбриты формировались в пределах окраинно-континентального вулканического пояса. При этом каменноугольные игнимбриты преимущественно дацит-риодацитовые, иногда андезида-цитовые. По сравнению с девонскими игнимбритами они обеднены Zr, Nb, Y и обогащены Ba, имеют более низкую сумму РЗЭ при более заметном преобладании легких РЗЭ, Eu-минимум в них сглажен, Ce-аномалия отсутствует. Пермские игнимбриты имеют преимущественно риолитовый состав. В раннепермских образованиях суммарное содержание РЗЭ близко таковому в каменноугольных, но заметно проявлены Eu-минимум и Ce-аномалия. В позднепермских игнимбри-тах суммарное содержание РЗЭ близко к таковому в девонских, при более резком обогащении первых легкими РЗЭ, и заметно выражены Eu-минимум и Ce-аномалия. Содержания макро- и микроэлементов во фьямме всех разновидностей игнимбритов меняются в зависимости от времени образования фьямме. Характер спектра распределения РЗЭ во фьямме каждого массива индивидуален, но тенденции изменения их содержаний от ранних фьямме к поздним сходны. Наряду с идентичностью изотопных характеристик валовых проб игнимбритов и заключенных в них разновозрастных фьямме, это свидетельствует о формировании игнимбритов не за счет смешения различных расплавов, а в результате направленной эволюции единого, конкретного для каждого массива, исходного расплава.
Своеобразием своего строения игнимбриты постоянно привлекают внимание исследователей. Одни считают их отложениями пирокластиче-ских потоков с последующим спеканием или свариванием частиц; другие исследователи рассматривают игнимбриты как продукты извержения газонасыщенных расплавов - эмульсионных потоков (Проблемы палеовулканизма, 1963; Туфо-лавы и игнимбриты, 1961). Наличие, кроме покровных образований игнимбритов, рвущих тел, сложенных подобными же породами, расположение полосчатости в этих телах параллельно контактам трудно объяснимы с точки зрения пиро-кластической природы данных образований. Подтверждением генезиса игнимбритов из газонасыщенного расплава служат особенности строения фьямме, их соотношения с вмещающим базисом и закономерности изменения состава фьямме (Курчавов, Шатагин, 1999).
Интерес к игнимбритам особенно возрос в связи с развитием представлений о расслоенности кремнекислых магматических расплавов вследствие ликвации, смешения в камере расплавов из разных источников и т.д. Для решения этих проблем многократно привлекались данные по палеозойским игнимбритам Центрального Казахстана, главным образом сведения о распределении петрогенных элементов в соседствующих фьямме и вмещающем их базисе. В то же время геохимические характеристики игнимбритов этого региона, особенно характер распределения микро- и макроэлементов в разных составных частях данных пород, были изучены недостаточно.
В предлагаемой статье впервые рассматриваются особенности содержания микроэлементов в составных частях игнимбритов из массивов, формировавшихся в разных геотектонических обстановках в пределах девонского и позднепалеозойского вулканических поясов Центрального Ка-
захстана. Дополненные результатами изучения Rb-Sr и Sm-Nd изотопных систем составных частей игнимбритов, эти данные представляют общетеоретическое значение для понимания процессов дифференциации кремнекислых расплавов.
методика исследований
Содержания редкоземельных элементов (РЗЭ) определяли в ИГЕМ РАН на плазменном квантометре ICP-MS Plasma Quad 2 (аналитики С.А. Горбачева и А.В. Дубинин). Определение содержаний Sr, Zr, Ba, Rb, Nb, Y было выполнено в ИГЕМ РАН рентгенофлюоресцентным методом на приборах VRA-20 и VRA-30 (аналитик Т.М. Марченко). Точность этого метода с вероятностью 0.95 составляет: для Zr - 14% (30-900 ppm) и 6% (>900 ppm); Nb - 8%, Y - 20%, Sr - 10%, Rb -8%, Ba - 12%. Ряд определений петрогенных и редких элементов сделан на приборе Philips (аналитик А.И. Якушев). Изотопные исследования игнимбритов выполнены К.Н. Шатагиным в ИГЕМ РАН. Для изучения Rb-Sr и Sm-Nd изотопных систем игнимбритов и фьяммевидных обособлений в них химическую подготовку образцов проводили по методике (Шатагин, Волков, 1998). Содержания элементов и значения 87Rb/86Sr и 147Sm/144Nd определены методом изотопного разбавления. Изотопный состав измеряли на масс-спектрометре VG Sector 54 (Англия) в многоколлекторном режиме, с использованием тан-талового одноленточного источника ионов. Учет изотопного фракционирования осуществляли нормированием по 86Sr/®8Sr = 0.1194 и 146Nd/144Nd = = 0.7219. Погрешности изотопного состава Sr и Nd составили 0.002% и 0.001% (2аед) соответственно. Воспроизводимость результатов контролировали измерением стандарта SRM-987, за период проведения работ значение 87Sr/®6Sr составило 0.710256 ± 30 (2аед, по 8 измерениям). Вычисление параметров изохроны проводили по методу (York, 1966). Для расчетов значений eSr и eNd использовали следующие современные параметры CHUR и UR: 87Rb/"Sr = 0.0825, 87Sr/86Sr = 0.7045, 147Sm/144Nd = 0.1967, 143Nd/144Nd = 0.512638. Модельный возраст пород TNd(DM) рассчитывали относительно истощенной мантии с современными параметрами 147Sm/144Nd = 0.21365, 143Nd/144Nd = = 0.513151.
особенности строения палеозойских игнимбритов центрального казахстана
В девонском и иозднепалеозойском орогенных вулканических поясах Центрального Казахстана игнимбриты слагают покровы, дайки, штокооб-разные и экструзивные тела, образуя разнообразные по площади массивы (рис. 1).
Валовый состав изученных девонских игнимбритов преимущественно риолитовый, а поздне-палеозойских (каменноугольно-пермских) игнимбритов более разнообразен: от риолитового до дацитового, иногда - андезидацитового.
Отличительная особенность всех изученных игнимбритов - их насыщенность многочисленными фьямме, которые разнообразны по форме, соотношению с вмещающим базисом, химическому и минералогическому составу и фиксируют стадии и последовательность становления пород. Все фьямме имеют полосчатое строение и заключены в полосчатый базис. Состав фьямме в игним-бритах каждого массива варьирует в широком диапазоне.
Выделяется несколько морфологических типов фьямме (рис. 2). Они свойственны игнимбри-товым телам различных форм залегания и разного возраста. I тип фьямме - это эллипсоидальные обособления длиной до десятков сантиметров при ширине до 10 см и толщине в первые сантиметры. Они резко отграничены от базиса породы, а флюидальные полоски в них как бы срезаются полосками базиса и тесно связанными с ним пламеобразными обособлениями. Фьямме I типа обычно имеют маломощную (шириной в несколько миллиметров) эндоконтактовую зону закаливания более тонкого строения, исключающую их принадлежность к ксеногенным образованиям. Одни фьямме имеют закругленные окончания на флангах, другие - постепенно утоняющиеся окончания. Первая разновидность является наиболее ранней и обычно содержит вкрапленники роговой обманки, биотита и плагиоклаза. Вторая разновидность эллипсоидальных обособлений более поздняя и содержит немногочисленные вкрапленники анортоклаза и калиевого полевого шпата. II тип фьямме -уплощенные пламеобразные обособления. Они нечетко отграничены от базиса, имеют изгибающиеся и расщепляющиеся окончания, которые постепенно сливаются с базисом породы, как бы растворяясь в нем. Эти фьямме более мелкие (длина несколько сантиметров при ширине и толщине в десятые доли сантиметров) и более поздние. Во вкрапленниках у них обычно развит альбит, калиевый полевой шпат и кварц.
Петрохимические параметры указанных разновидностей фьямме существенно различаются. Фьямме I типа обеднены кремнеземом и калием и обогащены алюминием и натрием. Фьямме II типа, наоборот, обогащены кремнеземом и калием и обеднены алюминием и натрием. Эта закономерность прослежена на многих массивах игнимбритов разного возраста и различного геологического залегания. Детальное изучение игнимбри-товых массивов выявило целый спектр разновидностей фьямме, являющихся промежу-
72° в.д.
76° в.д.
20 0 20 40 км
I_I_I_I
HEi
V—"V"
2
~ X X XX XX Xj А 33 ХХХХХХХ 4
^5 ^6
50° с.ш.
48° с.ш.
Рис. 1. Схема расположения изученных массивов игнимбритов.
1 - додевонские образования Чингизской островодужной системы, 2 - девонский вулканический пояс на краю каледонского континента, 3 - девонские континентальные вулканиты Чингизской островодужной системы, 4 - франские континентальные вулканиты, 5 - позднепалеозойские континентальные вулканиты Токрауской и Северо-Балхаш-ской впадин, 6 - Джунгаро-Балхашская герцинская подвижная область, 7 - Центрально-Казахстанский разлом. Среднедевонские массивы игнимбритов хребта Чингиз: 1 - Машан, 2 - Достар, 3 - Кайнар. Франские массивы: 4 - Та-стау, 5 - Караэспэ. Позднепалеозойские массивы Токрауской впадины: 6 - Аксоран, 7 - Коргантас, 8 - Кангашты, 9 -Кызылсуран, 10 - Жельтау, 11 - Улькен-Каракуу, 12 - Жантау.
точными между указанными выше морфологическими типами. Установлено, что петрохимиче-ские параметры и содержания микроэлементов фьямме меняются
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.