ПЕТРОЛОГИЯ, 2013, том 21, № 1, с. 20-33
УДК 550.42
ИЗОТОПНЫЙ СОСТАВ СВИНЦА И ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЧЕТВЕРТИЧНЫХ ЛАВ ВУЛКАНА ЭЛЬБРУС, БОЛЬШОЙ КАВКАЗ: ДАННЫЕ ВЫСОКОТОЧНОГО МЕТОДА MC-ICP-MS © 2013 г. А. В. Чугаев, И. В. Чернышев, В. А. Лебедев, А. В. Еремина
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН Старомонетный пер., 35, Москва, 119017, Россия; e-mail: chug@igem.ru Поступила в редакцию 01.03.2012 г.
Получена после доработки 26.04.2012 г.
Проведено систематическое изучение вариаций изотопного состава Pb в четвертичных лавах одного из крупнейших вулканов Европы — Эльбруса. Исследование было выполнено с помощью высокоточного анализа методом многоколлекторной масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (MC-ICP-MS). Погрешность измерения изотопных отношений Pb, оцененная по результатам параллельных анализов международных стандартных образцов горных пород BCR-1 и AGV-1, составила ±0.03% (±2SD). На основе изучения представительной коллекции образцов дацитов, характеризующих все три фазы магматической активности вулкана Эльбрус, установлен относительно небольшой масштаб вариаций изотопного состава Pb в его лавах: 20брь/204рь _ 18.621-18.670, 207Pb/204Pb - 15.636-15.659 и 20Spb/204pb _ 38.762-38.845. Полученные новые свинцово-изотопные геохимические характеристики в совокупности с ранее опубликованными для этих же пород Sr-Nd данными указывают на смешанное мантийно-коро-вое происхождение материнских магм Эльбруса, образовавшихся в результате взаимодействии глубинных расплавов с веществом континентальной коры Большого Кавказа в условиях континентальной коллизии Евразийской, Аравийской, Турецкой и Иранской плит.
Б01: 10.7868/80869590313010056
ВВЕДЕНИЕ
Большой Кавказ, являющийся звеном протяженного Альпийско-Гималайского складчатого пояса, известен как регион, в пределах которого широко проявлен разнообразный по составу магматизм четвертичного возраста. Вулканическая деятельность здесь развивалась на территории трех неовулканических областей — Центрально-Грузинской, Казбекской и Эльбрусской (Милановский, Короновский, 1973 и др.). В последних двух локализованы крупные стратовулканы — Казбек и Эльбрус, потенциально опасные на возобновление магматической активности. Согласно существующим представлениям развитие четвертичного вулканизма на Большом Кавказе протекает в сложной геодинамической обстановке — активность горячей точки мантии на фоне коллизии Аравийской и Евразийской литосферной плит (Бубнов, 2003; Яр-молюк и др., 2004 и др.). Специфика геодинамического режима, в котором проявился новейший магматизм Большого Кавказа, а также петрологическое разнообразие состава интрузивных и вулканических пород могут свидетельствовать об участие в их петрогенезисе вещества как мантийных, так и коро-вых источников. Идентификация этих источников и определение роли каждого из них в магмообразу-ющих процессах имеют фундаментальное значение при разработке петрогенетических моделей развития магматизма в регионе.
В статье представлены результаты Pb-Pb изотопно-геохимического изучения позднечетвертичных лав вулкана Эльбрус - одного из крупнейших вулканических образований Европы. Настоящая работа является первым в России систематическим исследованием вариаций изотопного состава Pb в магматических породах, проведенным с помощью высокоточного метода изотопного анализа Pb -многоколлекторной масс-спектрометрии с ионизацией в индуктивно связанной плазме (MC-ICP-MS). Его использование позволяет на качественно новом уровне точности по сравнению с традиционно применяемым в геохимии изотопов методом термоионизационной масс-спектрометрии (TIMS) оценить реальный масштаб и выявить тонкую структуру вариаций изотопного состава Pb в горных породах, что, в свою очередь, дает возможность надежно идентифицировать источники вещества магматических расплавов.
ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ОЧЕРК И ОСНОВНЫЕ ПЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛАВ ВУЛКАНА ЭЛЬБРУС
Вулкан Эльбрус (5642 м) расположен на северном склоне горной цепи Большого Кавказа в истоках рек Кубань, Малка и Баксан. Его магматический аппарат локализован над зоной Главного
Кавказского взброса, вдоль которой происходит поддвиг Закавказской микроплиты под Евразийскую, и приурочен к району пересечения двух крупных региональных тектонических нарушений — субширотной Пшекиш-Тырныаузской су-турной зоны и поперечного по отношению к ней Эльбрусского разлома. Согласно опубликованным геофизическим данным (Шемпелев и др., 2011), континентальная земная кора в Приэль-брусье имеет увеличенную мощность (до 65 км), при этом глубина залегания поверхности Конрада составляет от 30 до 40 км. Осадочный чехол в зоне Главного Кавказского хребта практически отсутствует, а в строении верхней коры главным образом принимают участие палеозойские метаморфические образования и интрузии гранитои-дов. Отметим, что кристаллическое основание постройки Эльбруса, вскрытое из под лавовых потоков вплоть до высот около 4000 м, на поверхности сложено среднепалеозойскими слюдяными сланцами и гнейсами макерской серии, а также каменноугольными гранитоидами с возрастом 350—300 млн. лет.
Результаты сейсмического и гравиметрического зондирования (Шемпелев и др., 2011) свидетельствуют о том, что роль магмоподводящего канала в районе Эльбруса играла зона Главного Кавказского взброса, корни которой прослеживаются до астеносферы. Приповерхностные магматические камеры вулкана расположены на глубине от 3—5 до 12—15 км; геофизические данные указывают на присутствие в них расплава и в настоящее время. Интересно, что на глубине 30—40 км под вулканом, т.е. в нижней части гранитно-метаморфического слоя диагностируются участки частичного плавления пород верхней коры, происходящего, по-видимому, вследствие как тектонических деформаций, так и поступления высокотемпературных мантийных магматических расплавов вдоль зоны Главного Кавказского взброса.
Эльбрус сформировался во время последнего (четвертичного) этапа позднекайнозойского магматизма Большого Кавказа (Чернышев и др., 2002); его последние извержения, возможно, происходили в голоцене (Богатиков и др., 1998). В настоящее время он представляет собой двуглавый стратовулкан, состоящий из сросшихся в основании конусов — западного (5642 м) и восточного (5621 м), от которых во всех направлениях спускаются протяженные (до 15—20 км) лавовые потоки.
Изучением геологического строения Эльбруса, стратиграфии лавовых потоков и минералого-петрологических характеристик продуктов его активности занимались многие отечественные ученые. Впервые в качестве современного вулкана Эльбрус описан в работе академика Г. Абиха (Абих, 1852), в которой также приведена и краткая петрографическая характеристика новейших лав. В последующее время целенаправленные исследования вулканизма в Приэльбрусье проводи-
ли В.В. Дубянский, А.П. Герасимов, С.П. Соловьев, К.Н. Паффенгольц, Ю.П. Масуренков, Е.Е. Милановский, Н.В. Короновский и ряд других известных российских геологов. Особо отметим работы двух последних из упомянутых исследователей (Короновский, 1968; Милановский, Короновский, 1973 и др.), которые с использованием собственных и опубликованных к тому времени результатов изучения геологического строения Эльбрусского неовулканического центра, впервые на основании геоморфологических и стратиграфических данных сделали попытку расчленить молодые эффузивы, выделить отдельные фазы магматизма и проследить эволюцию вулканизма в этом регионе.
Новый этап в изучении геологии Эльбруса начался на рубеже XX и XXI столетий и был связан с отнесением этого вулкана к категории потенциально активных. Основной акцент на современном этапе научных исследований был сделан на изотопно-геохронологическом изучении лав (Чернышев и др., 2001, 2002; Лебедев и др., 2010 и др.) с использованием новых возможностей K-Ar метода датирования для расшифровки истории развития вулканической активности в Приэль-брусье, а также определении петролого-минера-логических (Бубнов, 2003; Газеев, 2003 и др.) и изотопно-геохимических (Бубнов, 2003; Лебедев и др., 2010 и др.) характеристик четвертичных вулканитов с целью установления петрогенезиса молодых магм Эльбруса. Для Эльбрусского неовулканического центра также получен значительный объем геофизических данных (Руденко и др., 2011 и др.); сделан прогноз возможных катастрофических последствий для природных экосистем, населения и экономики Северного Кавказа в случае возобновления извержений на территории Приэльбрусья (Богатиков и др., 2004).
Первые проявления позднекайнозойской магматической активности на территории Приэль-брусья имели место в середине плиоцена (около 2.7 млн. лет назад; Чернышев и др., 2011), когда в истоках р. Малка и ее притоков происходили предположительно трещинные излияния риоли-товых игнимбритов. На рубеже эоплейстоцена и неоплейстоцена (800—700 тыс. лет назад) в нескольких километрах к западу от современной постройки Эльбруса образовался и проявлял активность его вулкан-предшественник — Палео-Эльбрус. В результате его вулканической активности сформировались мощные толщи игним-бритов и лав дацитового состава, километровые разрезы которых в настоящее время вскрыты в истоках р. Кубань (стены Уллу-Кам и Кюкюртлю) (Чернышев и др., 2001; Лебедев и др., 2011).
Согласно полученным изотопно-геохронологическим данным (Лебедев и др., 2010 и др.), возникновение непосредственно вулкана Эльбрус произошло в среднем неоплейстоцене — около 250—200 тыс. лет назад. Его магматическая актив-
ность носила выраженный дискретный характер, когда периоды масштабных извержений сменялись продолжительными (десятки тысяч лет) временными промежутками покоя. На основании K-Ar датировок выделено три фазы активности Эльбруса: средненеоплейстоценовая (225—170 тыс. лет), поздненеоплейстоценовая (110—70 тыс. лет) и поздненеоплейстоцен-голоценовая (менее чем 35 тыс. лет). Опубликованные радиоуглеродные данные (Богатиков и др., 1998) ограничивают верхний возрастной предел для лав третьей фазы 6—4 тысячами лет. По нашим данным, аппарат западного конуса Эльбруса был активен в течение I, II и начала III фаз магматичес
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.