Петрологическое, геохимическое исследования синий

Бай Кайинь, Ли Ючжу, Цзян Чанъи
Чанъанский технический университет, Китай
ПЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ, ГЕОХИМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СИНИЙ–
КЕМБРИЙСКИХ ОСНОВНЫХ ВУЛКАНИТОВ KULUKETAGE РАЙОНА
СИНЬЦЗЯНА КИТАЯ, МАГМАТИЧЕСКАЯ ЭВОЛЮЦИЯ И СОСТАВ
МАГМАТИЧЕСКОГО ОЧАГА
Мақалада Қытайдың Синьцзян провинциясының Қулы кетау ауданында тараған
негізгі вулканиттер петрологиялық, геохимиялық тұрғыдан жүйелі түрде зерттеліп,
олар тектоникалық фонға сəйкес континенталдық созылу нəтижесінде пайда болды
деген қорытынды жасалған.
Have carried on systematic research to basic volcanic rocks of Kuluketage region in
Xinjiang of China, such as petrology geochemistry ,etc., drawing a couclution that they formed
at the environment of the continental expande
1. Геологический фон и время образования магмы
Синьцзянский Kuluketage блок находится на северо-восточной периферии Таримской
впадины, является одним из районов краевого блокового поднятия последней. В
Kuluketage районе широко обнажаются метаморфонные отложения Dagelagebulаkе,
Xingditage и др. cерий от архейской до древней протерозойской эры включательно, на
которые накрываются синий-кембрийские отложения.
Вулканиты относятся соответственно к Beiyixi синийского периода, к Zhamoketi и Shuitian
позднесинийской эпохе и к Xishanbulake свитам кембрийского фундамента. Вулканиты первой
свиты широко распространены и прерывисто простираются на 300 км или более в восточном
направлении, а 3 другие свиты, в основном, наблюдаются в средней и западной частях
Kuluketage района. В разных участках района мощность вулканитов колеблется в огромных
масштабах. Мощность Xishanbulake, Shuiquan и Zhamoketi свит варьируется в интервале от
десятков до сотен метров. Максимальная мощность Beiyixi свиты достигает до 1408 м (рис. 1).
Рис.1. Тектонический фон вулканитов и их пространственное распределение
Kuluketage района
II. Фациальность
Основные вулканиты данного района (основная масса) характеризуются 3 главными
структурами: диабазовой, интеркриптомерной и интергранулярной. Для первых трёх структур
характерными являются в основном клинопироксен, оливин и стекло (редко более поздний
кристаллизованный биотит), которые заполняют пространства между зернами основного
плагиоклаза в виде длинных таблитчатых. Спилиты состоят из альбита, актинолита, эпидота,
хлорита, кварца и кальцита. Некоторые породы обладают порфировидной структурой.
Фенокристаллы представлены главным образом лабрадором, пироксенами, редко оливином.
Акцессорные минералы представлены длинопризматическим апатитом, ильментом, анатазом,
сфеном, магнетитом и цирконом. В некоторых шлифах содержание апатита достигает до 3—5
%. Основные вулканиты данного района часто подвергались термальным изменениям:
хлоритизации, актинолизации, кальцитизации и сапонитизации. Часто наблюдается, что
миндалевидная текстура миндалины заполнена в основном хлоритом, альбитом и
актинолитом.
III. Петрохимический состав и ассоциация вулканитов
Авторами отобраны 32 пробы для анализа химического состава вулканитов, 4 из них
собрали из Xishanbulake, 5 – из Shuiquan, 15 – из Zhamoketi и 8 – из Beiyixi свит
(химический состав вулканитов сокращен). Все вулканиты разделяются на щелочной и
субщелочной ряды (рис. 2), а последний ряд подразделяется в свою очередь на
толейитовую и кальцево-щелочную серии (рис. 3). Согласно такой классификации,
вулканиты Xishanbulake и Shuiquan могут быть отнесены к щелочному ряду базальтов,
который преобладает, и толейитовая серия занимает незначительное место в Zhamoketi
свите. 6 проб относятся к щелочному ряду базальтов и 2— к кальцево-щелочной серии,
все пробы Xishanbulake и Shuiquan свит — к щелочным базальтам, пробы Zhamoketi
свиты большой частью относятся к щелочным базальтам, а малой – к толейитам.
Рис.2. Диаграмма SiO2--Na2O+K2O
А—щелочный базальт: S—субщелочный
базальт
Рис.3. Диаграмма SiO2 – FeO/MgO, ТВ:
толеитовые базальты; САВ – кальциевощелочные базальты
IV. Геохимия РЗЭ и микроэлементов, а также тектоническая обстановка
РЗЭ основных вулканитов всех свит характеризуется явно насыщенным лёгким РЗЭ
типом (рис. 4) и проявляет тенденцию постепенного снижения по обилию с La элемента к Lu.
Базальты этого района в общем приближаются к внутриконтинентальным щелочным, в
которых содержание Na2O преобладает над K2O, и по особенностям распределения РЗЭ и по
их обилию.
Вулканиты (рис. 5) в общем бедны Ta и Nb и диоксидом титана, что отличает их от базальтов,
проявляющихся на периферии схождённых двух плит. Повышенная в них концентрация
высоконесовместимых элементов (K, Rb, Ba, Th и U) и, наоборот сильное обеднение
среднесовместимых (Y, Yb и др.) отличает их от базальтов СОХ Е-типа.
Рис. 4. Распределение нормированных по хондриту РЗЭ:
A—Xishanbulake, B—Shuiquan, C—Zhamoketi, D—Beiyixi свиты.
Рис. 5. Распределение нормированных по базальтам СОХ
микроэлементов:
A–Xishanbulake; B – Shuiquan; C–- Zhamoketi; D – Beiyixi свиты
V. Контролирование химического состава магматическим процессом
В вулканитах четырёх свит 2 пробы (спилит) из Zhamoketi и 1 проба (базальт) из
Beiyixi свит имеют отрицательную Eu аномалию. Это свидетельствует о том, что их
плагиоклаз прошёл разностепенную фракционную кристаллизацию. По сравнению с
отрицательной Eu аномалией Sr обилие базальта в неравной степени снижается, что также
связывается с фракционной кристаллизацией плагиоклаза.
В процессе плавления разных мантийных веществ, например, перидотитов, из-за
низкой температуры плавления образованная магма обладает низким содержанием
кремнезёма и образовавшийся магматический расплав находится в состоянии
ненасыщенности. Соответственно в магме больше концентрируются несовместимые
элементы и происходит обеднение совместимыми элементами, повышением температуры
плавления содержание кремнезёма и его насыщенность в магме постепенно повышаются,
что приводит к уменьшению концентраций несовместимых элементов и наоборот, к
повышению содержания несовместимых элементов. Соответственно и, отношение
несовместимых и совместимых элементов повышается. Породы Zhamoketi свиты
относятся к недосыщенным кремнезёмам, в которых содержание MgO обычно выше, чем
в породах других свит. Соответственно в горных породах Zhamoketi свиты обилие лёгкого
РЗЭ (La), среднего РЗЭ (Gd) и других несовместимых элементов, как Sr, Th, Nb, Ta, Ba,
относительно низкое (рис. 6). Это значит, что степень плавления магмы в районе
мантийного очага была выше, чем в других. Наоборот, содержание La, Ga, Th, Ba, Nb, Ta и
других несовместимых элементов вулканитов Xishanbulake и Shuiquan свит относительно
выше, чем Zhamoketi свиты, что указывает на низкую степень плавления района их
мантийного очага. Из рис. 5 видно, что вулканиты Xishanbulake и Shuiquan свит имеют
видную отрицательную Zr и Hf аномалию. Это значит, когда эта магма начинает
кристаллизоваться
циркон, как остаточный минерал, еще находится в рестите
магматического очага. Вулканиты Zhamoketi и Beiyixi свит, наоборот, в основном, не
имеют отрицательную Zr и Hf аномалию. Это значит, что цирконий большей частью
вступил уже в реакцию с магмой и не находился в остаточном расплаве. Это
свидетельствует о том, что когда образовалась магма, из которой кристаллизовались
вулканиты Xishanbulake и Shuiquan свит, степень плавления района мантийного очага была
слишком низкой, а когда образовалась магма, вулканиты Zhamoketi и Beiyixi свит, степень
плавления района мантийного очага была слишком высокой.
Рис. 6. Диаграмма содержания в породах изученных вулканитов MgO-микроэлементов
VI. Состав района мантийного очага
Континентальная литосферная мантия главным образом состоит из шпинель- и
гранат-лерцолита. Вследствие того, что в шпинель-лерцолите более тяжёлые РЗЭ для
главных минералов не имеют очень высокий коэффициент распределения, поэтому эти
элементы в основном пробеляются по главным породообразующим и акцессорным
минералам. Магма, образованная частичным плавлением шпинель-лерцолита, обычно
имеет более ровную форму распределения тяжёлых РЗЭ. В гранат-лерцолите тяжёлые РЗЭ
имеют очень высокий коэффициент для граната и циркона, но из-за малого количества
циркона геохимическое поведение тяжёлых РЗЭ контролировалось главным образом
гранатом. Когда степень плавления была более низкой, гранат большой частью остался в
районе магматического очага. Образованная магма обладает значительной концентрацией
РЗЭ, особенно тяжёлых РЗЭ.
Это характерно для вулканитов всех свит, что свидетельствует об их кристаллизации
из гранат-лерцолита. Если некоторые элементы высоко несовместимы в главных
мантийных минеральных фазах или они имеют валовые приближающие коэффициенты, то
их отношение не зависит от степени частичного плавления и кристаллического процесса,
они претерпели лишь некоторое влияние этих магматических процессов. Таким образом,
отношение этих элементов, как и Sr-, Nd-, Pb-изотоп, может выявить состав района
магматического очага. На рис. 7 видно, что все вулканиты четырёх свит происходят из
района обогащенной мантии и проявляют геохимические особенности мантии типа ЕМ1.
Это значит, что район магматического очага был контаминирован древними отложениями.
Последние обладают высоким соотношением литофильных элементов с большим ионным
радиусом (LILE) к элементам с высокой магнитной силой (HFSE), лёгких РЗЭ (LREE) – к
элементам с высокой магнитной силой, a также к отношениям Ва/Th. Ba/La и Ba/Nb. Из
приведенных данных вытекает, что район вулканитов мантийного очага Shuiquan свиты
претерпел незначительную контаминацию от этих отложений, поэтому отношение La/Nb и
Ba/La приближается к примитивной мантии.
Рис.7. Отношения несовместимых элементов, выражающие состав мантии:
A—по данным Fodor etal (1998)([21]) и по Hoernle et al(1993)([22]); B—изменение по данным Weaver(1991)[20])
VII. Заключение
1. Вулканиты Xishanbulake и Shuiquan свит относятся к щелочному ряду базальтов.
Для вулканитов Zhamoxike свиты сосуществуют щелочный и толейитовый базальты, но
первый больше последнего; Вулканиты Beiyixi свиты и их обстановка образования
отражают то, что эти основные вулканиты были сформированы в тектоническом фоне
континентального растяжения.
2. Обилие РЗЭ и распределение этих вулканитов выражают особенности
распределения микроэлементов внутриплитных базальтов (в виде большого купола);
3. Разность этих вулканитов в областях фракционной кристаллизации и частичного
плавления приводит к разным обилиям главных элементов, РЗЭ и микроэлементов;
4. Все эти вулканиты произошли из гранат-лерцолита континентальной литосферной
мантии, район их очага обладает геохимическими особенностями обогащенной мантии типа
EMI.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ван Чжунган, Юй Сюеюань и др. Геохимия РЗЭ. Пекин: Наука, 1989 (на
китайском языке).
2. Чжан Бошэн, У Вэнькуй. Волнисто-мозаичная структура земной коры
Kawabulaketage–восточного Kuluketage юго-восточного конца горы Тяньшань. Сиань:
Шэньсиское науч.-техн. изд. 1982, С. 38—49 (на китайском языке).
3. У Вэнькуй. О геологической текстуре и некоторых вопросах по рудообразованию
Синцзянского Тяньшаня/Синцзянская геология.1985, 3 (4). С.1—10 (на китайском языке).
4. У Вэнькуй, Цзян Чанъи. Эволюция палеозойской земной коры и закономерность
рудообразования Kumishi района Синьцзян-уйгурского автономного района /Шэньсиское
науч.-техн. изд-во, 1992 (на китайском языке).
5. Ху Айцинь и др. Изотопная геохимия северного Синьцзяна и эволюция земной
коры. Прогресс твёрдая земная наука. Пекин: Наука, 1993 (на китайском языке).
6. Первая партия регионально-геологического исследования синьцзянского
управления геологии и полезных ископаемых. //Сборник изотопных данных района
Синьцзяна /Синьцзянская геология. 1987. 5 (4).
7. Gruan.G., Tourpin.S., Fourcade.S. & Blais.S.,1992, Loss of isotopic(Nd,O) and
chemical(REE) memory during metamouphism of koma-tiites:new evidence from eastrn
Finland.Contributions to Mineralogy and Petrology.Vol.112,pp66-82
8. Henderson P. 1984. Rare earth element geochemisty. Amsterdam: Elsevier Seience
Pabliers B. V., 275 307
9. Hong Dawei, Wang Shiguang, Han Baofu and Jin Manyuan,1995, The classification
oftectonic environment and discrimination symbol of alkali granite. Science in China (B),
25:418 426(in Chinese) 104. Irvine,T.N. and Barrgar,W.R.A.,1971, A guide to the chemical
classification of the common volcanic rocks.Can.J.Earth Sci.,8:523 548
10. James B.Gill.1981, Orogenic Andesites and Plate tectonics.by Springerverglag
Berlin,Heidelberg New York.
11. Jiang Changyi, Wu Wenkui, Xie Wencheng and LI Wuping,1993, The character of
Carboniferous period volcanic rock and trenchare-basin system of north part of western
Tianshan. Acta Petrologica et Mineralogiza, 12:224 231 (in Chinese with English abstract)
Статья рекомендована д-ром геол.-минер. наук, проф. Бейсеевым О.Б.
08. 02. 2006 г.