Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2020, T. 492, № 2, стр. 44-48

ГАЮИНОВЫЕ ЩЕЛОЧНЫЕ БАЗАЛЬТОИДЫ НА МАЛОМ КАВКАЗЕ (КАПАНСКИЙ РАЙОН, АРМЕНИЯ) И ИХ СРЕДНЕПЛЕЙСТОЦЕНОВЫЙ ВОЗРАСТ

В. А. Лебедев 1*, академик И. В. Чернышев 1

1 Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии Российской академии наук
Москва, Россия

* E-mail: leb@igem.ru

Поступила в редакцию 20.01.2020
После доработки 20.03.2020
Принята к публикации 20.03.2020

Полный текст (PDF)

Аннотация

Обсуждаются результаты изотопно-геохронологического изучения четвертичного основного вулканизма Капанского центра (Южная Армения). Изученные породы представлены уникальными для Кавказского региона щелочными базальтоидами (орданшиты и гаюиновые базаниты), в которых ведущим фельдшпатоидом является гаюин. На основе результатов K–Ar датирования показано, что лавы Капанского центра образовались в калабрийском веке плейстоцена в течение двух отдельных импульсов магматической активности – 1.1–1.2 и ~0.9 млн лет назад. Состав изверженных пород, в первую очередь, определялся пространственной локализацией вулканических аппаратов при отсутствии заметной корреляции петролого-минералогических характеристик лав со временем их образования. Новейшая магматическая активность Капанского центра является отголоском масштабно проявленного в середине плейстоцена вулканизма соседнего Сюникского нагорья, но, очевидно, имеет специфические геохимические характеристики своего мантийного источника.

Ключевые слова: четвертичный вулканизм, Малый Кавказ, Армения, щелочные базальтоиды, гаюин, орданшиты, гаюиновые базаниты, изотопная геохронология

Щелочные базальтоиды, в минеральном составе которых ведущим фельдшпатоидом является гаюин (сульфатсодержащий силикат из группы содалита), имеют на Земле ограниченное распространение. В первую очередь они известны в ассоциациях магматических пород, образовавшихся в кайнозое в областях континентального внутриплитного вулканизма (Овернь, Франция [1]), зонах рифтогенеза (Восточная Африка, Тасмания, Эйфель ([2] и др.)), океанических горячих точках (Таити, Канарские острова ([3] и др.)). Значительно реже Hyn-содержащие лавы встречены в тыловых зонах активных континентальных окраин (Италия, Эквадор, Колорадо ([4] и др.)). Редкость и специфические петролого-геохимические условия образования данных изверженных пород делают их важным маркером при определении геодинамических и геотектонических обстановок, в которых зарождалась магматическая активность в конкретных регионах нашей планеты (как в современное время, так и в прошлом), при установлении геохимических характеристик мантийных источников и выявлении роли различных физико-химических процессов в петрогенезисе щелочных изверженных пород.

В результате данного исследования впервые инструментально подтвержден четвертичный возраст недавно классифицированных нами Hyn-содержащих лав Малого Кавказа. Показано, что гаюиновые базальтоиды могут образовываться (помимо известных ранее геотектонических обстановок) и на поздних этапах развития постколлизионного континентального магматизма. Настоящая работа выполнена в рамках научного сотрудничества между Институтом геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН и Центром эколого-ноосферных исследований Республики Армения. Авторы хранят благодарную память о безвременно ушедшем из жизни профессоре Армене Карленовиче Сагателяне, поддержка которого обеспечила возможность проведения полевых работ и плодотворных совместных исследований.

В неоген-четвертичную эпоху Кавказский сегмент Альпийского пояса стал одной из крупнейших неовулканических провинций мира; однако, единственным регионом в пределах этой части Земли, где к настоящему времени обнаружены молодые Hyn-содержащие основные лавы, является Капанский неовулканический центр на юге Армении (рис. 1). Он расположен в междуречье рек Воротан и Вохчи в нескольких километрах к СВ от известного Капанского медного месторождения [5].

Рис. 1.

Геологическая карта Капанского неовулканического центра (Южная Армения). Составлена с использованием материалов из [5, 7], полевых наблюдений авторов и результатов дешифрирования космических снимков. 1 – осадочные образования (Q), 2–4 – четвертичные вулканиты Капанского центра (2 – орданшиты, 3 – гаюиновые базаниты, 4 – пикробазальты), 5 – известняки, мергели, песчаники, туфопесчаники, туфоконгломераты и туфобрекчии (K1), 6 – порфириты, туфобрекчии с прослоями известняков и песчаников (J3–K1), 7 – туфоконгломераты, туфобрекчии, порфириты (J3, киммеридж), 8 –порфириты, туфопесчаники, туфобрекчии, песчаники и известняки (J2, байос), 9 – интрузивы различного состава (MZ–CZ1), 10 – активные разломы.

В тектоническом плане Капанский блок представляет собой фрагмент Малокавказской континентальной палео-окраины, активной в мезозое и обрамлявшей с севера бассейн океана Неотетис. Породы фундамента здесь представлены юрскими вулканогенными толщами (иногда с прослоями осадочных пород), во многих местах прорванными интрузиями пестрого состава (рис. 1). На восточной окраине блока распространены известняки и песчаники валанжина–апта. В начале позднего мела территория современной Южной Армении поднялась над уровнем моря; к этому времени относится и окончание мезозойского вулканизма в этой части Кавказа.

Проявления молодого основного магматизма Капанского неовулканического центра впервые исследованы А.Г. Эрном в 1910 г. [6]. Подробное описание продуктов новейшей эндогенной активности в пределах рассматриваемой части Армении, первые данные об их химическом составе и петрографическом облике приведены в [5]. Авторами было обнаружено несколько моногенных шлаково-лавовых конусов – центров излияния потоков щелочных базальтоидов и выделено два главных петрографических типа последних (амфиболовые и оливиновые). Образование капанских вулканитов по геоморфологическим признакам было отнесено к антропогену.

Авторы недавней статьи [7], посвященной новейшему магматизму Капанского центра, приурочивают молодые конусы (всего 5) к двум активным разломам СЗ–ЮВ простирания (вдоль р. Ачанан и уступа меловых известняков на востоке региона). При этом упомянуты следующие вулканические аппараты: Норашеник – центр излияния Халаджского лавового потока в долине р. Ачанан (левый приток р. Вохчи); Кармракар, Эркенанц (Чапни), Кахнут и Какачасар – вдоль шоссе Горис–Капан на его участке между селами Давит-Бек и Арцваник (рис. 1). В статье также приводятся значения двух дискордантных Ar–Ar датировок (1.03 и 0.74 млн лет), полученных для лав Халаджского потока и конуса Кармракар соответственно. К сожалению, отсутствие в [7] таблиц с аналитическими данными, возрастных спектров, описания использованной методики и оценок погрешности датировок не позволяет сделать выводы о надежности обсуждаемых данных и требует их подтверждения дополнительными изотопно-геохронологическими исследованиями.

Впервые устойчивое присутствие гаюина (микровкрапленники и микролиты) во всех разностях лав Капанского центра было отмечено в [8] на основе результатов микрозондового анализа. По петрографическим характеристикам нами выделено три типа щелочных базальтоидов: (1) орданшиты или Hyn-Amp-тефриты (Oln < 10%) вулканов Кармракар, Кахнут и Какачасар; (2) Hyn-Ol-базаниты (Oln > 10%) конуса Норашеник и Халаджского потока; (3) Ol-пикробазальты вулкана Эркенанц. Согласно [8], фенокристы орданшитов представлены Amp, Cpx(Aug), Hyn и Pl (второстепенные фазы – Qz, Ol, Ano, Phl, Ap и Mag). В базанитах ведущая роль среди фенокристов принадлежит Ol; вместе с ним встречены Cpx, Hyn, Pl и Mag, крайне редко – микровкрапленники Amp. Пикробазальты вулкана Эркенанц сильно изменены в результате воздействия наложенных процессов; их первичный минералогический состав, вероятно, был близок к таковому для базанитов.

В [7, 8] были предложены альтернативные модели петрогенезиса молодых базальтоидов Капанского центра. Согласно [7], генерация щелочных магм под регионом происходила в мантии в обогащенном источнике, дважды метасоматизированном в результате привноса в него субдукционной компоненты в юре и палеогене. Роль коровой контаминации была незначительной. По данным [8], капанские вулканиты образовались в результате ассимиляции первичными мантийными расплавами OIB-типа нижнекорового вещества, или мезозойской субдукционной компоненты, или материала субконтинентальной литосферной мантии.

Задачи настоящего исследования: (1) установление возраста Hyn-содержащих лав Капанского центра и, в том числе, выявление возможной разницы во времени образования трех петрографических типов щелочных базальтоидов; (2) определение места новейшей вулканической активности Капанского центра в региональной хронологической шкале неоген-четвертичного магматизма Малого Кавказа.

Нами проведено K–Ar датирование образцов пород всех известных конусов Капанского центра и их лавовых потоков (табл. 1). Примененный вариант K–Ar метода был разработан авторами в ИГЕМ РАН специально для изучения новейших вулканитов [9]. В качестве геохронометра использовалась основная масса пород.

Таблица 1.

Результаты датирования четвертичных лав Капанского центра

Образец Координаты (WGS84), с.ш./в.д. Калий, % 40Arрад (нг/г) ± σ 40Arатм, % (обр.) Возраст, млн лет ± 2σ
Вулкан Кармракар, конус и лавовый поток (орданшиты)
СЮ-38 39°18′46.2″/46°28′57.9″ 2.20 ± 0.03 0.171 ± 0.005 92.4 1.12 ± 0.08
Ая-2 39°18′50.9″/46°29′11.5″ 1.30 ± 0.02 0.084 ± 0.010 97.8 0.93 ± 0.20
Вулкан Кахнут, лавовый поток (орданшиты)
СЮ-39 39°16′02.1″/46°28′39.1″ 2.63 ± 0.03 0.228 ± 0.009 94.0 1.25 ± 0.15
Вулкан Какачасар, Cеверный Арцваникский лавовый поток (орданшиты)
Ая-7 39°15′34.8″/46°27′42.2″ 0.960 ± 0.015 0.0596 ± 0.0008 57.2 0.90 ± 0.04
Вулкан Какачасар, Южный Арцваникский лавовый поток (орданшиты)
Ая-5 39°15′14.0″/46°28′27.3″ 1.13 ± 0.02 0.115 ± 0.007 96.2 1.4 ± 0.3
Вулкан Норашеник (конус) и Халаджский лавовый поток (базаниты)
СЮ-40 39°12′23.8″/46°27′55.3″ 2.26 ± 0.03 0.147 ± 0.002 34.8 0.94 ± 0.04
Ая-3 39°13′43.6″/46°26′20.8″ 0.567 ± 0.010 0.044 ± 0.003 96.3 1.13 ± 0.16
Ая-4 39°15′49.1″/46°23′29.6″ 1.65 ± 0.02 0.1270 ± 0.0014 66.9 1.11 ± 0.04
Вулкан Эркенанц, лавовый останец (пикробазальты)
Ая-8 39°16′21.1″/46°27′08.5″ 0.387 ± 0.010 0.038 ± 0.003 82.5 1.4 ± 0.3

В целом, полученные нами для базальтоидов Капанского центра K–Ar датировки характеризуются заметным разбросом (0.9–1.4 млн лет, табл. 1). Отметим, что изученные лавы оказались весьма сложным для датирования материалом: многие образцы пересыщены контаминированным атмосферным аргоном (40Arатм/40Arобщ > 94%) при том, что некоторые базаниты и пикробазальты отличаются низким содержанием калия (~0.5 мас. %). Эти факторы стали той причиной, по которой почти половина K–Ar датировок имеет увеличенную итоговую погрешность (15–20% отн., ±2σ) относительно ее уровня, обычного при датировании раннечетвертичных вулканитов [9].

Рассмотрим изотопные данные подробнее, отдавая предпочтение при их интерпретации K–Ar датировкам, обладающим меньшей погрешностью. Вероятный интервал времени, в течение которого произошло извержение моногенного конуса Кармракар и образование его лавового потока, мы оцениваем как 1.04–1.20 млн лет назад (табл. 1). Близкое, совпадающее с этим интервалом в пределах погрешности значение возраста получено для орданшитов вулкана Кахнут (1.25 ± ± 0.15 млн лет), поток которых над с. Арцваник перекрыт более молодыми лавами вулкана Какачасар.

Конус Какачасар стал центром излияния двух лавовых потоков (Северного и Южного Арцваникских) протяженностью 3–4 км (рис. 1). Их породы по своему составу несколько отличаются от наблюдаемых здесь же более ранних базальтоидов вулкана Кахнут, хотя также представлены орданшитами. K–Ar данные показывают, что извержение конуса Какачасар произошло 0.90 ± ± 0.04 млн лет назад, т.е. через 200–300 тысяч лет после извержения вулкана Кахнут. Таким образом, в середине плейстоцена в районе современного с. Арцваник имело место два импульса магматической активности (1.1–1.2 и ~0.9 млн лет назад), в течение которых последовательно возникли сложенные орданшитами конусы Кахнут и Какачасар, а также их лавовые потоки.

Значения K–Ar возраста для базанитов конуса Норашеник и нижней части разреза Халаджского потока совпадают между собой в пределах погрешности (~1.1 млн лет, табл. 1). Однако, по образцу СЮ-40, отобранному из верхних горизонтов Халаджского потока в его конечной части, получена более молодая датировка (0.94 ± 0.04 млн лет). Образец СЮ-40 заметно отличается по своим геохимическим характеристикам от двух других изученных нами базанитов конуса Норашеник. Это дает основание полагать, что извержения базальтоидов и образование Халаджского потока в долине р. Ачанан происходили в течение двух импульсов магматизма, проявленных синхронно здесь и в окрестностях современного с. Арцваник.

По лавам вулкана Эркенанц, сохранившимся в виде двух небольших останцов измененных пикробазальтов под одноименным селом, полученная K–Ar датировка обладает максимальной погрешностью (1.4 ± 0.3 млн лет). С учетом этого обстоятельства можно предполагать, что пикробазальты были извержены 1.1–1.2 млн лет назад, одновременно с большинством других вулканических образований Капанского центра.

Сопоставление наших K–Ar данных с Ar–Ar датировками [7], показывает близость результатов для ранних базанитов вулкана Норашеник (K–Ar – 1.11 ± 0.04 и 1.13 ± 0.16 млн лет, Ar–Ar – 1.03 млн лет). В то же время, для лав вулкана Кармракар Ar–Ar датировка (0.74 млн лет) значительно моложе полученных нами значений K–Ar возраста (~1.1 млн лет). Обсуждать причину наблюдаемого различия изотопных возрастов для вулкана Кармракар в силу уже отмеченной выше неполноты информации о приводимых в [7] Ar–Ar данных сейчас не представляется возможным.

ВЫВОДЫ

(1) Вулканизм Капанского центра, продукты активности которого представлены гаюиновыми щелочными базальтоидами (орданшиты, гаюиновые базаниты и пикробазальты), развивался в середине плейстоцена (калабрий, 0.9–1.2 млн лет назад) на постколлизионном этапе развития Малого Кавказа. (2) Выявлено два импульса новейшего вулканизма – 1.1–1.2 (активность конусов Кармракар, Кахнут и Норашеник, начало формирования Халаджского потока) и ~0.9 млн лет назад (повторные извержения конуса Норашеник, образование вулкана Какачасар). Вулканическая деятельность, возобновившаяся ~0.9 млн лет, фактически на месте тех же самых аппаратов, которые были активны на первом импульсе магматизма, скорее всего, была обусловлена реактивацией тектонических разломов СЗ–ЮВ простирания, которые контролируют размещение конусов Капанского центра. (3) Отсутствует корреляция между составом пород (орданшиты, базаниты) и их возрастом, но очевидна его связь с пространственным размещением вулканов: в восточной части Капанского центра были извержены исключительно орданшиты, а в западной – базаниты. (4) Новейший вулканизм Капанского центра, вероятно, является слабым отголоском масштабной магматической активности, проявленной 0.9–1.2 млн лет назад [11] в пределах расположенного в 15–20 км к северу Сюникского нагорья. Уникальные петрологические характеристики капанских щелочных вулканитов (одновозрастные эффузивы Сюникского нагорья имеют пестрый состав, данные о присутствии гаюина во встречающихся там щелочных лавах отсутствуют), скорее всего, объясняются региональной спецификой мантийного источника и особыми физико-химическими условиями петрогенезиса магм.

Список литературы

  1. Vatin-Perignon N. // B. Soc. Geol. Fr. 1964. V. S7–VI. № 2: P. 188–191.

  2. Baudouin C., Fleurice P. // Am. Mineral. 2015. V. 100. № 10. P. 2308–2322.

  3. Tracy R.J. // Dev. Volcano. 2003. V. 5. P. 163–184.

  4. Garrson et al. // Contrib. Mineral. Petr. 2018. V. 173. № 1. P. 6.

  5. Ширинян К.Г., Нагапетян Л.Б. Четвертичный базальтовый вулканизм Кафанского района. Научный отчет. Ереван: ИГН АН АрмССР, 1974. 108 с.

  6. Эрн А.Г. // Материалы для геологии Кавказа. Серия 3. Книга IX. Тифлис: Кавказское горное управление, 1910.

  7. Меликсетян Х., Никогосян И., Джрбашян Р. и др. // Известия НАН Республики Армения. Науки о Земле. 2019. Т. 72. № 2. С. 19–42.

  8. Бубнов С.Н., Гольцман Ю.В., Олейникова Т.И., и др. // Сб. материалов IX Всероссийской научной конференции “Вулканизм, биосфера и экологические проблемы”. Майкоп: изд-во “Магарин О.Г.”, 2018. С.4–8.

  9. Лебедев В.А., Чернышев И.В., Чугаев А.В. и др. // Геохимия. 2010. № 1. С. 4–73.

  10. Ollivier V., Nahapetyan S., Roiron P. et al. Quatern. Int. 2010. V. 223–224 P. 312–326.

Дополнительные материалы отсутствуют.