Геохимия и геодинамические обстановки формирования базальтов Катунского аккреционного комплекса Горного Алтая

И. Ю. Сафонова

Институт геологии и минералогии СО РАН, Новосибирск, inna@uiggm.nsc.ru

Проблемы определения геодинамических обстановок формирования вулканических пород из древних аккреционных комплексов, образованных на месте закрытия палеоокеанов, широко обсуждаются в последние годы с точки зрения тектоники литосферных плит. По взаимоотношению с океаническими осадками и характеру распределения породообразующих и редких элементов вулканиты из аккреционных комплексов обычно сопоставляются с внутриплитными, спрединговыми и надсубдукционными обстановками.

Катунская зона Горного Алтая является частью аккреционной призмы Кузнецко-Алтайской островной дуги, сформированной на окраине Сибирского континента в результате субдукции коры Палео-Азиатского океана (ПАО), и включает две разновозрастные группы базальтов: 1) раннекембрийские базальты манжерокской и эсконгинской свит, входящие в состав Катунского аккреционного комплекса (АК), и 2) среднекембрийские базальты усть-семинской свиты, которая несогласно перекрывает образования АК [1]. Базальты манжерокской свиты ассоциируют с отложениями карбонатной ╚шапки╩ и склоновых фаций палеоострова, а эксконгинской свиты √ со склоновыми отложениями и осадками морского дна. Отложения АК прорываются мощными субвертикальными дайками крупнопорфировых базальтов усть-семинской свиты.

Раннекембрийские базальты АК по содержанию TiO₂, LREE и Nb представлены деплетированными и обогащенными разностями (рис. 1, 2). По соотношению Nb/Y и SiO₂ они соответствуют субщелочным и щелочным базальтам, а по Al₂O₃-TiO₂+FeO*-MgO - высоко-Fe толеитам. В деплетированной группе SiO₂=45,1-52,6; Fe₂O₃=7,2-14,5; TiO₂=0,86-1,52; Al₂O₃=12,7-20,6; P₂O₅=0,1-0,66 масс.%; Mg#=33-64; Ba/Rb=3-300; Zr/Nb=19-84. По низким La_Nср=12,6 и La/Yb_N=0,5-2,4, Nb минимумам на мультикомпонентных спектрах (Nb/La_pm=0,16-0,96; Nb/Th_pm=0,24-0,69) и низкому Th (0,2-0,6 ppm) породы близки по составу к N-MORB. В обогащенной группе SiO₂=43,6-52,3; Fe₂O₃=9,4-15,5; TiO₂=1,4-2,9; P₂O₅=0,14-0,72; Al₂O₃=12,9-16,8 мас.%; Mg#=39,5-60,8; Ba/Rb=4-170; Zr/Nb=3-6. Обогащение LREE (La_Nср=52,8; La/Sm_N=1,3-3,65; Gd/Yb_N=1,4-3,4) сочетается с Nb максимумами относительно La и Th (Nb/La_pm=1,23-2,87; Nb/Th_pm=1,85-4,75; рис. 2), что свидетельствует об их близости к базальтам океанических островов (OIB), образованных в результате действия горячей точки или мантийного плюма.

Различный состав породообразующих и некогерентных элементов в раннекембрийских базальтах предполагает различные степени и глубину частичного плавления: высокие на уровне шпинелевой фации для базальтов типа MORB (Gd/Yb_n=0,8-1,4; Mg#_ср=53) и переходных базальтов горячих точек (Gd/Yb_n<=1,3-1,6; Mg#_ср=57) и низкие на уровне гранатовой фации (Gd/Yb_n>2; Mg#_ср=41) для большинства обогащенных базальтов типа OIB (рис. 1).

Среднекембрийские базальты представлены толеитовыми и переходными разностями, различающимися по содержанию MgO (5,75 и 14,77) и Al₂O₃(7,51 и 20,61); SiO₂=45-49,9, TiO₂=0,36-1,2, MnO=0,17-0,24, P₂O₅=0,04-0,21 масс.%, #Mg=49,9-76,1. Спектры REE меняются от плоских до деплетированных. На мульти-компонентных спектрах наблюдаются четкие минимумы Nb (Nb/La_pm=0,3-0,7; Nb/Th_pm=0,2-0,8; рис. 2). Для части образцов, как и для надсубдукционных базальтов, характерно Th/Nb_pm>La/Nb_pm. Другие ближе к базальтам типа N-MORB, но отличаются пониженными HFSE (Ti, Nb, Zr, Y) и повышенными Al₂O₃ и MgO. В целом, по содержанию как породообразующих, так и редких элементов базальты усть-семинской свиты ближе всего к толеитам о. Кунашир и влк. Ключевская Сопка [2], но имеют более высокий уровень REE. По характерной порфировой структуре с крупными вкрапленниками диопсида и плагиоклаза (до 5 мм) эти породы иногда классифицируются как лампрофиры. Для всех базальтов характерны широкие вариации щелочей и LILE (Na₂O=0,8-3,8; K₂O=0,2-3,34; Rb=1,1-69; Sr=3,5-817), что, вероятно, связано с подвижностью этих элементов при постмагматических процессах.

Весь комплекс геологических и геохимических данных показывает, что обогащенные базальты Катунского АК (тип OIB) образовались в обстановке океанического острова и связаны с действием мантийного плюма; высокие отношения Nb/La_pm(>1) предполагают участие в источнике компонента рециклированного слэба [3]. Базальты MORB-типа образовались в обстановке спрединга океанического дна, что подтверждается их ассоциацией с кремнистыми осадками, более низкими TiO₂, деплетированными спектрами REE, наличием Nb минимума (рис. 1, 2).

Рис. 1. График Al₂O₃/TiO₂ √ Gd/Yb_n для базальтов Катунской зоны, показывающий степень обогащения титаном и степень частичного плавления. Символы √ см. рис. 2.

Рис. 2. Мульти-компонентная диаграмма редких элементов, нормированных к примитивной мантии [5].

Переходные и деплетированные базальты усть-семинской свиты характеризуются низкими TiO₂, Nb и LREE при средних до высоких MgO . По экспериментальным данным высоко-Mg толеиты островных дуг выплавляются вблизи вулканического фронта, на глубинах близких к границе кора-мантия [4]. Поэтому базальты этой группы, вероятно, образовались в надсубдукционной обстановке, в результате плавления материала субдуцируемого слэба при достаточно низкой температуре с участием флюидной фазы, что привело к отделению Ti-содержащих фаз и формированию низко-Ti расплавов.

Таким образом, внутриплитные раннекембрийские внутриплитные базальты океанических островов и океанического дна, формирующие их основание, образовались в ПАО и были аккретированы к островной дуге. По мере погружения океанического слэба в зону субдукции на глубине образовывались обедненные TiO₂ базальтовые расплавы. В среднем кембрии они изливались на поверхность в виде островодужных лав и мощных даек в обстановке рифтинга.

Работа поддержана грантом РФФИ-ЯОПН ╧ 07-05-91211.

Список литературы

1. Buslov M.M., Berzin N.A., Dobretsov N.L., Simonov V.A. Geology and Tectonics of Gorny Altai. Novosibirsk: UIGGM Publ., 1993, 122 p.

2. Фролова Т.И., Бурикова И.А. Магматические формации современных геотектонических обстановок. М.: Изд-во МГУ, 1997, 319 с.

3. Saunders A.D., Norry M.J., Tarney J. Origin of MORB and chemically-depleted mantle reservoirs: trace element constrains // J. Petrology. Spec. Lithosphere Iss., 1988, p. 415-455.

4. Tatsumi Y. Origin of subduction zone magmas based on experimental petrology // Physical Chemistry of Magma, 1991, v. 9, p. 268-301.

5. Sun S., McDonough W.F. Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: Implications for mantle composition and processes // A.D. Saunders, M.J. Norry (Eds.) Magmatism in the Ocean Basins. Geol. Soc. London, Spec. Publ., 1989. p. 313-345.

зеркало на сайте "Все о геологии"