1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Доклады Российской академии наук. Науки о Земле
  4. T. 511, № 1, 2023

Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2023, T. 511, № 1, стр. 38-45

Условия формирования девонских базитов Вилюйско-Мархинского дайкового пояса Вилюйского палеорифта (Сибирская платформа)

В. А. Симонов 1, О. П. Полянский 1, А. В. Котляров 1, *, Н. С. Карманов 1, О. В. Королева 2, А. В. Прокопьев 2

1 Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук
Новосибирск, Россия

2 Институт геологии алмаза и благородных металлов Сибирского отделения Российской академии наук
Якутск, Россия

* E-mail: kotlyarov@igm.nsc.ru

Поступила в редакцию 01.03.2023
После доработки 23.03.2023
Принята к публикации 28.03.2023

Полный текст (PDF)

Аннотация

Изучены расплавные включения в минералах образца из дайки долеритов Вилюйско-Мархинского дайкового пояса, расположенного на северо-западном плече Вилюйского палеорифта. Данные по составам гомогенных стекол расплавных включений в минералах дали возможность установить РТ-параметры мантийных источников исходных глубинных расплавов, ответственных за формирование габбро-долеритов Вилюйского палеорифта. Установлено два уровня генерации исходных расплавов для долеритов: в интервалах 95–65 км при 1480–1400°С и 55–45 км при 1360–1320°С. Предсказано наличие двух промежуточных камер в земной коре, где происходила кристаллизация расплавов, на глубинах около 12 и 9‒4 км при снижении температуры до 1175–1125°С. Двухуровневое расположение очагов магмогенерации, а также неоднородность химического состава изученных минералов позволяют объяснить наличие двух импульсов девонского базитового магматизма.

Ключевые слова: дайковый пояс, расплавные включения, долерит, термобарогеохимия, базитовый магматизм, Сибирская платформа, Вилюйский палеорифт

ВВЕДЕНИЕ

На Сибирской платформе в среднем и позднем палеозое был проявлен рифтогенез, сопровождавшийся импульсами магматической активности и формированием протяженных дайковых поясов [1–3]. Импульсы базитового магматизма в пределах Якутско-Вилюйской крупной изверженной провинции (ЯВКИП) сопряжены с девонским синрифтовым этапом формирования депрессии, а рои даек на ее плечах являются индикаторами тектонического режима растяжения [4, 5].

С целью определения физико-химических условий магматических процессов формирования дайковых поясов с помощью методов термобарогеохимии была изучена коллекция среднепалеозойских мафитовых пород. Наиболее представительные данные по расплавным включениям были получены для образца MIR-12-51, отобранного из дайки долеритов, вскрытой на руднике кимберлитовой трубки Мир (рис. 1). Дайка относится к Вилюйско-Мархинскому дайковому поясу, располагающемуся на северо-западном плече Вилюйского палеорифта [5].

Рис. 1.

Геологическое строение трубки Мир и сопряженной с ней трубки Спутник по [6], с изменениями. Местоположение показано на врезке. 1‒3 ‒ кимберлиты трубки Мир разных фаз внедрения: 1 ‒ первой, 2 ‒ второй, 3 ‒ третьей; 4 ‒ зона эндоконтакта, 5 ‒ ксенолиты осадочных пород, 6 ‒ кимберлитовая дайка, 7 ‒ дайка долеритов, 8 ‒ трубка Спутник, 9 ‒ вскрытые карьером пласты вмещающих карбонатных пород, 10 – местоположение изученного обр. MIR-12-51.

При исследовании расплавных включений использовался метод гомогенизации [7]. Опыты с включсь в микротермокамере с инертной средой [8] с применением опубликованных ранее методик [9, 10]. Для выяснения состава расплава, из которого кристаллизовались минералы, анализировались гомогенные стекла, образовавшиеся при переплавлении и закалке всего силикатного содержимого первичных включений в ходе термометрических экспериментов. Химические составы гомогенных стекол, а также минералов-хозяев определены в ЦКП многоэлементных и изотопных исследований СО РАН (ИГМ СО РАН, г. Новосибирск) на электронном сканирующем микроскопе MIRA 3 LMU (“Tescan Orsay Holding”) с системой микроанализа Aztec Energy XMax 80 (“Oxford Instruments Nanoanalysis Ltd”) при ускоряющем напряжении 20 кВ, токе электронного пучка 1.5 нА и живом времени набора спектров 20 с. В качестве образцов сравнения использованы минералы и чистые элементы из блока MAC-55 (“Microanalysis Consultant ltd.”).

Образец MIR-12-51 представлен полнокристаллическим габбро-долеритом пойкилоофитовой или порфировой структуры, сложенным слабо измененными клинопироксеном и плагиоклазом размерами обычно до первых миллиметров. Взаимоотношения минералов свидетельствуют об опережающей кристаллизации клинопироксена по сравнению с плагиоклазом.

Клинопироксен (табл. 1) соответствует авгиту. По соотношениям SiO2, TiO2, CaO и Na2O минерал отвечает главным образом пироксенам из пород щелочной серии. Для зональных кристаллов клинопироксена устанавливается два этапа кристаллизации, фиксируемых по резкому изменению состава минерала.

Таблица 1.

Представительные анализы составов клинопироксенов (1‒15) и плагиоклазов (16‒21) рядом с расплавными включениями

№ п/п № анализа SiO2 TiO2 Al2O3 Cr2O3 FeO MnO MgO CaO Na2O K2O Сумма
1 4 50.40 1.73 4.50 0.29 9.43   14.16 18.20 0.67 0.31 99.69
2 5 51.28 1.73 4.44 0.19 9.84 0.25 15.36 17.03 0.50 0.28 100.90
3 6 51.37 1.07 2.72 0.00 10.47 0.28 15.59 18.79 0.30 0.00 100.59
4 21 49.76 1.27 2.85 0.31 9.87 0.21 14.48 19.41 0.30 0.00 98.46
5 22 50.36 1.18 2.55 0.34 10.10 0.23 14.69 19.03 0.35 0.00 98.83
6 26 50.00 1.23 3.12 0.00 10.09 0.26 14.53 19.53 0.35 0.00 99.11
7 27 50.42 1.20 2.85 0.31 9.83 0.00 14.64 19.97 0.36 0.00 99.58
8 34 50.40 1.28 2.76 0.32 9.64 0.26 14.78 19.60 0.31 0.00 99.35
9 35 50.04 1.28 2.83 0.32 9.66 0.25 14.73 19.35 0.28 0.00 98.74
10 45 48.73 1.77 3.72 0.00 11.45 0.27 12.70 19.98 0.30 0.00 98.92
11 46 50.75 1.13 1.95 0.28 9.65 0.00 14.97 20.05 0.35 0.00 99.13
12 47 50.90 1.12 1.95 0.00 9.71 0.31 14.83 20.16 0.27 0.00 99.25
13 54 50.83 1.25 3.08 0.00 10.02 0.25 14.92 19.32 0.35 0.00 100.02
14 55 51.30 1.13 2.21 0.00 9.67 0.00 15.29 19.84 0.22 0.00 99.66
15 56 49.46 1.73 4.12 0.00 11.62 0.25 12.90 19.66 0.35 0.00 100.09
16 97 54.92 0.00 27.25 0.00 0.40 0.00 0.00 10.52 5.27 0.48 98.84
17 98 54.60 0.00 27.44 0.00 0.48 0.00 0.00 11.04 5.03 0.46 99.05
18 105 53.03 0.00 27.93 0.00 0.51 0.00 0.00 11.64 4.76 0.41 98.28
19 111 54.17 0.00 28.46 0.00 0.48 0.00 0.00 11.64 5.05 0.37 100.17
20 112 54.02 0.00 28.68 0.00 0.51 0.00 0.00 11.84 4.83 0.36 100.24

Плагиоклазы (табл. 1) представлены лабрадором (An 51‒56) и относительно обогащены калием (Or 2.0‒2.8).

Расплавные включения в клинопироксене (рис. 2 а) и в плагиоклазе (рис. 2 в) содержат светлые и темные кристаллики, а также стекло с газовым пузырьком. После высокотемпературных опытов и закалки включения заполнены светлым прозрачным стеклом (рис. 2 б, г). Включения в клинопироксене становятся полностью гомогенными в диапазоне температур от 1165 до 1210°С. Для включений в плагиоклазе установлены более низкие температуры гомогенизации (1110‒1150°С), что согласуется с наблюдаемыми в шлифах взаимоотношениями минералов.

Рис. 2.

Расплавные включения в клинопироксене (а, б) и в плагиоклазе (в, г) из габбро-долерита Вилюйского палеорифта: до (а, в) и после (б, г) высокотемпературных экспериментов.

Анализы гомогенных стекол прогретых и закаленных включений в минералах (табл. 2) позволили выяснить особенности состава расплавов, принимавших участие в формировании рассмотренного долерита. Состав включений (табл. 2) показывает обогащение магм щелочами. На диаграмме K2O–SiO2 (рис. 3) точки составов стекол прогретых включений располагаются в полях высококалиевых и умереннокалиевых серий, совпадая по этому параметру с породами Вилюйско-Мархинского дайкового пояса. Выявленные характеристики расплавов соответствуют особенностям, установленным ранее для среднепалеозойского магматизма региона [11, 12].

Таблица 2.

Представительные анализы составов гомогенных стекол прогретых расплавных включений в клинопироксене (1‒23) и в плагиоклазе (24‒35)

№ п/п № анализа SiO2 TiO2 Al2O3 FeO MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5 Сумма
1 2 50.75 2.50 8.03 14.85 0.23 8.24 11.84 1.97 0.64 0.25 99.30
2 3 50.75 2.40 8.05 14.85 0.22 8.44 11.85 1.87 0.65 0.00 99.08
3 9 48.41 3.59 10.13 14.10 0.22 5.82 9.81 2.68 1.19 0.48 96.43
4 10 50.94 2.90 10.60 12.32 0.00 5.36 9.16 2.95 1.59 0.46 96.28
5 12 50.17 2.82 10.90 13.02 0.00 5.69 9.67 2.75 1.17 0.34 96.53
6 13 50.70 2.70 11.17 12.67 0.00 5.72 9.40 2.82 1.23 0.41 96.82
7 16 48.93 3.59 10.73 14.13 0.00 5.39 9.32 2.78 1.14 0.50 96.51
8 17 49.25 3.64 10.92 14.29 0.26 5.79 9.61 2.80 1.22 0.55 98.33
9 23 50.30 2.87 9.26 11.03 0.00 7.15 11.32 2.18 2.36 0.30 96.77
10 25 50.96 2.95 9.28 11.54 0.26 6.80 10.75 2.20 2.51 0.44 97.69
11 28 53.44 1.92 12.04 9.85 0.19 5.42 9.07 3.28 1.33 0.55 97.09
12 36 53.93 1.90 11.94 9.98 0.00 4.99 8.79 3.32 1.58 0.41 96.84
13 37 53.08 1.80 11.62 10.47 0.00 5.12 9.21 3.05 1.52 0.32 96.19
14 38 53.40 1.95 11.79 10.50 0.00 5.09 9.07 3.36 1.46 0.55 97.17
15 39 53.10 1.97 11.66 10.60 0.22 5.09 9.19 3.07 1.48 0.37 96.75
16 42 48.97 3.65 10.41 13.82 0.00 5.94 10.00 2.62 1.14 0.48 97.03
17 43 49.14 3.67 10.32 13.53 0.00 6.22 10.09 2.59 1.16 0.46 97.18
18 44 49.10 3.70 10.49 13.80 0.28 5.95 9.91 2.70 1.11 0.37 97.41
19 48 51.07 2.87 9.52 13.12 0.00 6.57 11.14 2.57 1.13 0.50 98.49
20 49 50.85 2.84 9.50 13.29 0.00 6.47 11.17 2.59 1.08 0.39 98.18
21 50 51.17 2.87 9.50 13.15 0.00 6.67 11.14 2.53 1.13 0.41 98.57
22 93 49.87 3.14 13.13 11.44 0.00 3.53 10.12 4.14 1.78 0.27 97.42
23 94 50.87 2.45 14.38 9.69 0.00 3.17 9.08 4.46 2.07 0.44 96.61
24 95 51.88 2.55 14.34 9.70 0.23 3.18 9.05 4.65 2.08 0.27 97.93
25 96 52.54 2.64 14.78 9.78 0.00 3.30 9.18 4.81 2.00 0.30 99.33
26 99 49.10 3.04 13.98 12.53 0.00 3.68 9.51 4.37 1.37 0.39 97.97
27 100 48.11 3.27 13.89 12.57 0.25 3.73 9.65 4.34 1.39 0.37 97.57
28 101 49.18 3.10 13.87 12.83 0.00 3.98 9.63 4.45 1.39 0.34 98.77
29 102 48.37 3.19 13.81 12.79 0.21 3.86 9.51 4.54 1.30 0.32 97.90
30 103 47.96 3.09 13.26 12.49 0.21 3.73 9.44 4.35 1.33 0.37 96.23

Относительно низкие суммы в анализах стекол включений связаны, наиболее вероятно, с повышенными содержаниями воды в расплаве.

Рис. 3.

Диаграмма К2О–SiO2 для гомогенных стекол прогретых расплавных включений (мас. %). Включения: в клинопироксене (1) и в плагиоклазе (2) из габбро-долерита Вилюйского палеорифта. 3 ‒ породы Вилюйско-Мархинского дайкового роя [3, 5]. Звезда – изученный образец. Серии пород: высококалиевые (I), умереннокалиевые (II), низкокалиевые (III) по [13]. Составы пород и включений приведены к 100%.

Для расчета РТ-параметров образования клинопироксена из габбро-долеритов была использована программа, основанная на соотношениях составов пироксена и расплава, из которого он кристаллизуется [14]. Состав расплава оценен в результате анализа гомогенных стекол прогретых включений. Установлено, что клинопироксен начинал кристаллизоваться на глубинах около 12 км при температуре 1185°С. Массовое образование пироксена происходило на глубине 9‒4 км при снижении температуры от 1175 до 1125°С. Этот расчетный температурный режим согласуется с экспериментальными температурами гомогенизации включений в клинопироксене – от 1165 до 1210°С. Следует отметить, что процессы кристаллизации клинопироксена на этом уровне были достаточно устойчивыми и относительно долговременными, что отразилось в последовательном снижении температур образования минерала до 1135‒1125°С при стабильном давлении (рис. 4 а).

Рис. 4.

Параметры кристаллизации клинопироксенов и условия генерации первичных магм для габбро-долеритов Вилюйского палеорифта. а ‒ глубина (L km) и температура кристаллизации (Т°С) клинопироксенов. б – глубина (Z km) и температура (Т°С) магмогенерации (1). I, II ‒ уровни плавления мантии. Melt – подъем глубинного расплава. Cryst – область кристаллизации, детально рассмотренная на рис. 4 а.

На основе данных по составам плагиоклазов и находящихся в них расплавных включений с использованием геотермометра плагиоклаз‒расплав [15] рассчитаны температуры образования полевого шпата. Установлено, что вкрапленники плагиоклаза, в которых были изучены включения, кристаллизовались при температурах 1130‒1145°С, хорошо согласующихся с данными по гомогенизации расплавных включений (1110‒1150°С).

Полученные данные по составам гомогенных стекол расплавных включений в минералах дали возможность установить РТ-параметры мантийных источников исходных глубинных расплавов, ответственных за формирование габбро-долеритов Вилюйского палеорифта с использованием методики [16, 17]. Данная модель декомпрессионного плавления [17] предполагает, что плавление мантии происходит в непрерывной магматической колонне в интервале давлений от начального P0 до финального Pf с увеличением степени плавления на 1.2 об. % на 1 кбар давления при подъеме к основанию коры, где достигается максимальная доля расплава. Расчет глубины очага магмогенерации основан на зависимости температуры ликвидуса базальта от давления в виде Т0 = 1150 + 12 P0, где Т0 и P0 – начальные температура (°С) и давление (кбар). Давление пересчитывается в глубину по литостатическому закону, принимая плотность мантии 3270 кг/м3 в области стабильности плагиоклазового лерцолита и 3340 кг/м3 в области стабильности гранатового и шпинелевого лерцолита. Основой расчетов параметров глубинных магм с помощью этого метода служат обычно данные по базальтовым стеклам, наиболее полно отвечающим составам существовавших расплавов. Стекла прогретых первичных включений играют ту же роль, соответствуя составам реальных расплавов, из которых рос минерал.

Методика была использована нами ранее для расчета глубин магмогенерации для платобазальтовых комплексов Сибирской платформы и базальтов района плато Онтонг Джава на юго-западе Тихого океана [18], а также для базальтов архипелага Земля Франца-Иосифа [19].

Результаты расчетного моделирования по программе [17] с использованием составов гомогенных стекол расплавных включений показали, что исходные магмы для габбро-долеритов Вилюйского палеорифта генерировались на двух мантийных уровнях: 85‒60 км (1480‒1400°С) и 55‒40 км (1360‒1320°С) (рис. 4 б).

Максимальная установленная глубина очага 90‒95 км магмогенерации (рис. 4 б) попадает в область стабильности гранатового перидотита и соответствует оценкам состава источника базитового магматизма ЯВКИП по соотношению Sm/Yb–La/Yb [20]. Двухуровневый характер генезиса глубинных магм, предсказанный на основании анализа составов по редким и редкоземельным элементам эффузивов и долеритовых даек Вилюйско-Мархинского пояса [11] подтверждается полученными данными по расплавным включениям. Вместе с тем оценки глубин магмогенерации, сделанные в рамках модели [16, 17], следует рассматривать как заниженные, т.к. в указанной модели базальтовые расплавы кристаллизуются в основании тонкой океанической коры в отличие от 40-км континентальной коры ЯВКИП Сибирской платформы [2].

Широкий диапазон давлений, характеризующих глубину образования исходного расплава, говорит о наличии множественных очагов магмогенерации, составляющих протяженную мантийную магматическую колонну. Наши результаты имеют значение для дискуссии о структуре очага исходных магм: они подтверждают представления [16] о многоуровневом полибарическом плавлении в мантии под океаническим рифтом. По-видимому, и для внутриконтинентального рифтогенеза, проявленного в Вилюйском палеорифте, реализуется механизм многокамерной генерации и пульсационного подъема базитовой магмы.

ВЫВОДЫ

Результаты проведенных исследований расплавных включений и минералов подтверждают повышенную щелочность магм, формирующих среднепалеозойские габбро-долериты Вилюйско-Мархинского дайкового пояса Вилюйского палеорифта.

Установлено два уровня генерации исходных расплавов для девонских долеритов Вилюйского палеорифта: в интервалах 95‒65 км при 1480‒1400°С и 55‒45 км при 1360‒1320°С. Основная кристаллизация минералов происходила при снижении температуры до 1175‒1125°С на небольшой глубине (9‒4 км).

В работах [5, 11, 20] указывается на проявление двух пиков базитового магматизма с возрастами около 374 млн лет на рубеже франского и фаменского времени и около 363 млн лет в конце позднего девона. Впервые получены петрологические данные, независимо подтверждающие возможность пульсационного характера магматизма. Результаты проведенных исследований показывают, что двухуровневое расположение очагов магмогенерации, а также неоднородность химического состава изученных минералов может объяснять существование двух импульсов базитового магматизма.

Список литературы

  1. Гайдук В.В. Вилюйская среднепалеозойская рифтовая система. Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1988. 126 с.

  2. Полянский О.П., Прокопьев А.В., Королева О.В., Томшин М.Д., Ревердатто В.В., Бабичев А.В., Свердлова В.Г., Васильев Д.А. Природа теплового источника базитового магматизма при формировании Вилюйского рифта на основе данных о возрасте дайковых поясов и численного моделирования // Геология и геофизика. 2018. Т. 59. № 10. С. 1519‒1541.

  3. Kiselev A.I., Ernst R.E., Yarmolyuk V.V., Egorov K.N. Radiated rifts and dyke swarms of the middle Paleozoic Yakutsk plume of eastern Siberian craton // Journal of Asian Earth Sciences. 2012. V. 45. P. 1‒16.

  4. Ernst R.E. Large igneous provinces // Cambridge Univ. Press, 2014. 653 p.

  5. Polyansky O.P., Prokopiev A.V., Koroleva O.V., Tom-shin M.D., Reverdatto V.V., Selyatitskiy A.Yu., Travin A.V., Vasiliev D.A. Temporal correlation between dyke swarms and crustal extension in the middle Palaeozoic Vilyui rift basin, Siberian platform // Lithos. 2017. V. 282‒283. P. 45‒64.

  6. Тектоника, геодинамика и металлогения территории Республики Саха (Якутия). М.: Наука/Интерпериодика, 2001. 571 с.

  7. Соболев В.С., Бакуменко И.Т., Костюк В.П. О возможности использования расплавных включений для петрологических реконструкций // Геология и геофизика. 1976. № 5. С. 146‒149.

  8. Соболев А.В., Слуцкий А.Б. Состав и условия кристаллизации исходного расплава сибирских меймечитов в связи с общей проблемой ультраосновных магм // Геология и геофизика. 1984. № 12. С. 97‒110.

  9. Симонов В.А. Петрогенезис офиолитов (термобарогеохимические исследования). Н.: Изд-во ОИГГМ СО РАН, 1993. 247 с.

  10. Sobolev A.V., Danyushevsky L.V. Petrology and geochemistry of boninites from the north termination of the Tonga Trench: constraints on the generation conditions of primary high-Ca boninite magmas // Journal of Petrology. 1994. V. 35. P. 1183‒1211.

  11. Масайтис В.Л. Девонский вулканизм Патомско-Вилюйского авлакогена: многократное плавление неоднородных мантийных источников // Региональная геология и металлогения. 2006. № 29. С. 27‒49.

  12. Олейников Б.В. Геохимия и рудогенез платформенных базитов. Новосибирск: Наука, 1979. 263 с.

  13. Петрографический кодекс России. Магматические, метаморфические, метасоматические, импактные образования. Издание третье, исправленное и дополненное. Санкт-Петербург, Издательство ВСЕГЕИ, 2009. 200 с.

  14. Yavuz F., Yıldırım D.K. A Windows program for pyroxene-liquid thermobarometry // Periodico di Mineralogia. 2018. V. 87. № 2. P. 149‒172.

  15. Putirka K.D. Thermometers and barometers for volcanic systems // Rev. Mineral. Geochem. 2008. V. 69. № 1. P. 61‒120.

  16. Klein E.M., Langmuir C.H. Global correlations of ocean ridge basalt chemistry with axial depth and crustal thickness // J. Geophys. Res. 1987. V. 92. P. 8089‒8115.

  17. Schilling J.-G., Ruppel C., Davis A.N., McCully B., Tighe S.A., Kingsley R.H., Lin J. Thermal structure of the mantle beneath the equatorial Mid-Atlantic Ridge: Influences from the spatial variation of dredged basalt glass compositions // J. Geophys. Res. 1995. V. 100. № B7. P. 10057‒10076.

  18. Симонов В.А., Ковязин С.В., Васильев Ю.Р., Махо-ни Дж. Физико-химические параметры континентальных и океанических платобазальтовых магматических систем (данные по расплавным включениям) // Геология и геофизика. 2005. Т. 46. № 9. С. 908‒923.

  19. Симонов В.А., Карякин Ю.В., Котляров А.В. Физико-химические условия базальтового магматизма архипелага Земля Франца-Иосифа // Геохимия. 2019. Т. 64. № 7. С. 700‒725.

  20. Прокопьев А.В., Полянский О.П., Королева О.В., Васильев Д.А., Томшин М.Д., Ревердатто В.В., Новикова С.А. Среднепалеозойский и среднетриасовый импульсы траппового магматизма на востоке Сибирской платформы: результаты первых 40Ar-39Ar-датировок долеритовых силлов // ДАН. 2020. Т. 490. № 1. С. 7‒11.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Доклады Российской академии наук. Науки о Земле

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал