1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Петрология
  4. T. 31, № 3, 2023

Петрология, 2023, T. 31, № 3, стр. 321-346

Сульфидная минерализация в пирометаморфизованных верхнекоровых ксенолитах вулкана Безымянный, Камчатка

В. О. Давыдова a, *, В. Д. Щербаков a, Н. А. Некрылов b, П. Ю. Плечов a, b, В. О. Япаскурт a

a Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Геологический факультет
Москва, Россия

b Минералогический музей им. А.Е. Ферсмана
Москва, Россия

* E-mail: vestadav@gmail.com

Поступила в редакцию 08.11.2022
После доработки 16.01.2023
Принята к публикации 24.01.2023

Аннотация

Во время извержений вулкана Безымянный на поверхность выносится множество ксенолитов, отражающих состав коры, вмещающей магматическую систему, и протекающие в ней процессы. Нами приведены данные по химическому и минеральному составу верхнекоровых ксенолитов вулканических пород, подвергшихся перекристаллизации и частичному плавлению в водоненасыщенных условиях приповерхностного очага вулкана Безымянный (пирометаморфизованных). Часть ксенолитов сохраняет реликты первичных магматических ассоциаций, часть несет следы допирометаморфических гидротермальных изменений. Это позволило реконструировать протолиты пирометаморфизованных пород, а для разностей, предварительно измененных с участием флюидов, – типы гидротермальных процессов. Большая часть ксенолитов представляет собой умеренно-K андезиты, андезибазальты и базальты вулканов Камень и Безымянный, в которых за счет пирометаморфизма формируется новообразованный микрогранобластовый парагенезис, сложенный гомогенными зернами пироксенов, плагиоклаза, Fe-Ti оксидов и интерстициальным вулканическим стеклом. Менее распространены ксенолиты платобазальтов основания Ключевской группы (высоко-K трахиандезибазальтов). Часть из них содержит кварц-карбонат-сульфидную минерализацию, сформировавшуюся до захвата ксенолитов и их пирометаморфизма. Плавление и перекристаллизация гидротермально-измененных пород после захвата ксенолитов магмой привели к формированию нестандартной для вулкана Безымянный Fe-волластонит-геденбергитовой ассоциации (иногда с гранатом), данные ксенолиты также аномально обогащены медью (до 1500 ppm).

Ключевые слова: вулкан Безымянный, коровые ксенолиты, пирометаморфизм, сульфиды, медь

Список литературы

  1. Давыдова В.О., Щербаков В.Д., Плечов П.Ю., Перепелов А.Б. Характеристика мафических включений в продуктах современных извержений вулкана Безымянный 2006–2012 гг. // Петрология. 2017. Т. 25. № 6. С. 609–634.

  2. Давыдова В.О., Плечов П.Ю., Щербаков В.Д., Перепелов А.Б. Ксенолиты высококалиевых трахиандезибазальтов в пирокластических отложениях вулкана Безымянный (Камчатка) // Геология и геофизика. 2018а. Т. 59. № 9. С. 1357–1371.

  3. Давыдова В.О., Щербаков В.Д., Плечов П.Ю. Оценки времени смешения магм в системе вулкана Безымянный (Камчатка) по данным диффузионной хронометрии // Вестн. МГУ. Сер. 4. Геология. 2018б. № 4. С. 52–58.

  4. Иванов Б.В. Некоторые особенности вулканизма Ключевской группы вулканов в связи с ее глубинным строением // Глубинное строение, сейсмичность и современная деятельность Ключевской группы вулканов. Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1976. С. 52–61.

  5. Иванов Б.В., Попруженко С.В., Апрелков С.Е. Глубинное строение Центрально-Камчатской депрессии и структурная позиция вулканов // Геодинамика и вулканизм Курило-Камчатской островодужной системы. 2001. С. 45–57

  6. Малышев А.И. Жизнь вулкана. Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 2000. 260 с.

  7. Мелекесцев И.В. Вулканизм и рельефообразование. М.: Наука, 1980. 212 с.

  8. Мелекесцев И.В., Волынец О.Н., Ермаков В.А. и др. Вулкан Шивелуч // Действующие вулканы Камчатки. М.: Наука, 1991. Т. 1. С. 82–97.

  9. Пийп Б.И. Ключевская сопка и ее извержения в 1944–1945 гг. и в прошлом // Тр. Лаборатории вулканологии. М.: Изд-во АН СССР, 1956. Вып. II. 309 с.

  10. Флеров Г.Б., Овсянников А.А. Вулкан Ушковский // Действующие вулканы Камчатки. М.: Наука, 1991. Т. 1. С. 156.

  11. Чурикова Т.Г., Гордейчик Б.Н., Иванов Б.В. Петрохимия пород вулкана Камень: сравнение с соседними вулканами Ключевской группы // Вулканология и сейсмология. 2012. № 3. С. 23–45.

  12. Almeev R.R., Kimura J-I., Ariskin A.A., Ozerov A.Yu. Decoding crystal fractionation in water-rich calk-alkaline magma from Bezymianny volcano, Kamchatka, Russia, using mineral and bulk rock chemistry // J. Volcanol. Geotherm. Res. 2013. V. 263. P. 141–171.

  13. Anderson A.T., Lindsley D.H. Model for the Ti magnetite or ilmenite geothermometers and oxygen barometers // Trans. Amer. Geophys. Union. 1985. V. 66. P. 416.

  14. Beard J.S., Lofgren G.E. Dehydration melting and water-saturated melting of basaltic and andesitic greenstones and amphibolites at 1, 3, and 6. 9 kb // J. Petrol. 1991. V. 32. № 2. P. 365–401.

  15. Beyer C., Frost D.J., Miyajima N. Experimental calibration of a garnet–clinopyroxene geobarometer for mantle eclo-gites // Contrib. Mineral. Petrol. 2015. V. 169. № 2. P. 1–21.

  16. Braitseva O.A., Melekestsev I.V., Ponomareva V.V., Sulerzhitsky L.D. Ages of calderas, large explosive craters and active volcanoes in the Kuril-Kamchatka region, Russia // Bull. Volcanol. 1995. V. 57. № 6. P. 383–402.

  17. Braschi E., Francalanci L., Vougioukalakis G.E. Inverse differentiation pathway by multiple mafic magma refilling in the last magmatic activity of Nisyros Volcano, Greece // Bull. Volcanol. 2012. V. 74. № 5. P. 1083–1100.

  18. Calkins J.A. 40Ar/39Ar geochronology of Khapitsa plateau and Studyonaya river basalts and basaltic andesites in Central Kamchatka Depression, Kamchatka, Russia // Linka-ges Among Tectonics, Seismicity, Magma Genesis, and Eruption in Volcanic Arcs. IV International Biennial Workshop on Subduction Processes Emphasizing the Japan–Kurile–Kamchatka–Aleutian Arcs. Petropavlovsk-Kamchatsky: IVS FEB RAS, 2004. P. 53–54.

  19. Churikova T.G., Gordeychik B.N., Ivanov B.V., Wörner G. Relationship between Kamen Volcano and the Klyuchevskaya group of volcanoes (Kamchatka) // J. Volcanol. Geotherm. Res. 2013. V. 263. P. 3–21.

  20. Churikova T.G., Gordeychik B.N., Iwamori H. et al. Petrological and geochemical evolution of the Tolbachik volcanic massif, Kamchatka, Russia // J. Volcanol. Geotherm. Res. 2015. V. 307. P. 156–181.

  21. Churikova T., Dorendorf F., Wörner G. Sources and fluids in the mantle wedge below Kamchatka, evidence from acros-sarc geochemical variation // J. Petrol. 2001. V. 42. № 8. P. 1567–1593.

  22. Dachs E., Geiger C.A. Thermodynamic behaviour of grossular–andradite, ${\text{C}}{{{\text{a}}}_{3}}{{({\text{A}}{{{\text{l}}}_{x}}{\text{Fe}}_{{1 - x}}^{{3 + }})}_{2}}{\text{S}}{{{\text{i}}}_{{\text{3}}}}{{{\text{O}}}_{{12}}},$ garnets: a calorimetric study // Eur. J. Mineral. 2019. V. 31. № 3. P. 443–451.

  23. Davydova V.O., Shcherbakov V.D., Plechov P.Y., Koulakov I.Y. Petrological evidence of rapid evolution of the magma plumbing system of Bezymianny volcano in Kamchatka before the December 20th, 2017 eruption // J. Volcanol. Geotherm. Res. 2022. V. 421. P. 107422.

  24. Ganino C., Libourel G., Bernard A. Fumarolic incrustations at Kudryavy volcano (Kamchatka) as a guideline for high-temperature (>850°C) extinct hydrothermal systems // J. Volcanol. Geotherm. Res. 2019. V. 376. P. 75–85.

  25. Georgatou A., Chiaradia M., Klaver M. Deep to shallow sulfide saturation at Nisyros active volcano //Geochem. Geophys. Geosyst. 2022. V. 23. № 2. P. e2021GC010161.

  26. Graham I.J. Petrography and origin of metasedimentary xenoliths in lavas from Tongariro Volcanic Centre // N. Z. J. Geol. Geophys. 1987. V. 30. № 2. P. 139–157.

  27. Grant J.A. Isocon analysis: A brief review of the method and applications // Phys. Chem. Earth, Parts A/B/C. 2005. V. 30. № 17–18. P. 997–1004.

  28. Grapes R. Pyrometamorphism. Springer Science & Business Media, 2011.

  29. Green R.G., Sens-Schönfelder C., Shapiro N. et al. Magmatic and sedimentary structure beneath the Klyuchevskoy volcanic group, Kamchatka, from ambient noise tomography // J. Geophys. Res.: Solid Earth. 2020. V. 125. № 3. P. e2019JB018900.

  30. Harker R.I., Tuttle O.F. Experimental data on the P (sub co 2)–T curve for the reaction; calcite-quartz $\left\langle - \right\rangle $ wollastonite-carbon dioxide // Amer. J. Sci. 1956. V. 254. № 4. P. 239–256.

  31. Iacono-Marziano G., Le Vaillant M., Godel B.M. et al. The critical role of magma degassing in sulphide melt mobility and metal enrichment // Nat. Commun. 2022. V. 13. № 1. P. 1–10.

  32. Ionov D.A., Bénard A., Plechov P.Yu., Shcherbakov V.D. Along-arc variations in lithospheric mantle compositions in Kamchatka, Russia: First trace element data on mantle xenoliths from the Klyuchevskoy Group volcanoes // J. Volcanol. Geothermal Res. 2013. V. 263. P. 122–131.

  33. Jarosewich E., Nelen J.A., Norberg J.A. Reference samples for electron microprobe analysis // Geostandards Newsletter. 1980. V. 4. № 1. P. 43–47.

  34. Koulakov I., Abkadyrov I., Al Arifi N. et al. Three different types of plumbing system beneath the neighboring active volcanoes of Tolbachik, Bezymianny, and Klyuchevskoy in Kamchatka // J. Geophys. Res.: Solid Earth. 2017. V. 122. № 5. P. 3852–3874.

  35. Koulakov I., Plechov P., Mania R. et al. Anatomy of the Bezymianny volcano merely before an explosive eruption on 20.12. 2017 // Sci. Rep. 2021. V. 11. № 1. P. 1–12.

  36. Lee C.T.A., Tang M. How to make porphyry copper deposits // Earth Planet. Sci. Lett. 2020. V. 529. P. 115868.

  37. Lee C.T.A., Luffi P., Chin E.J. et al. Copper systematics in arc magmas and implications for crust-mantle differentiation // Science. 2012. V. 336. № 6077. P. 64–68.

  38. Lepage L.D. ILMAT: an Excel worksheet for ilmenite-magnetite geothermometry and geobarometry // Comput. Geosci. 2003. V. 29. № 5. P. 673–678.

  39. Lesher C.M. Roles of xenomelts, xenoliths, xenocrysts, xenovolatiles, residues, and skarns in the genesis, transport, and localization of magmatic Fe-Ni-Cu-PGE sulfides and chromite // Ore Geol. Rev. 2017. V. 90. P. 465–484.

  40. López-Moro F.J. EASYGRESGRANT—A Microsoft Excel spreadsheet to quantify volume changes and to perform mass-balance modeling in metasomatic systems // Comput. Geosci. 2012. V. 39. P. 191.

  41. Martel C., Pichavant M., Di Carlo I. et al. Experimental constraints on the crystallization of silica phases in silicic magmas // J. Petrol. 2021. V. 62. № 1. P. egab004.

  42. Melekhova E. Camejo-Harry M., Blundy J. et al. Arc crust formation of Lesser Antilles revealed by crustal xenoliths from Petit St. Vincent //J. Petrol. 2022. V. 63. № 5. P. egac033.

  43. Moecher D.P., Chou I.M. Experimental investigation of andradite and hedenbergite equilibria employing the hydrogen sensor technique, with revised estimates of Delta f G 0 (sub m, 298) for andradite and hedenbergite // Amer. Mineral. 1990. V. 75. № 11–12. P. 1327–1341.

  44. Nachit H., Ibhi A., Ohoud M.B. Discrimination between primary magmatic biotites, reequilibrated biotites and neoformed biotites // C. R. Geosci. 2005. V. 337. №. 16. P. 1415–1420.

  45. Nakamura D. A new formulation of garnet–clinopyroxene geothermometer based on accumulation and statistical analysis of a large experimental data set // J. Metamorph. Geol. 2009. V. 27. № 7. P. 495–508.

  46. Palin R.M., White R.W., Green E.C. et al. High-grade metamorphism and partial melting of basic and intermediate rocks // J. Metamorph. Geol. 2016. V. 34. № 9. P. 871–892.

  47. Portnyagin M., Duggen S., Hauff F. et al. Geochemistry of the Late Holocene rocks from the Tolbachik volcanic field, Kamchatka: Quantitative modelling of subduction-related open magmatic systems // J. Volcanol. Geothermal Res. 2015. V. 307. P. 182–199.

  48. Pure L.R., Charlier B.L., Wilson C.J. et al. Chemical and isotopic changes induced by pyrometamorphism in metasedimentary xenoliths at Tongariro volcano, New Zealand // Lithos. 2021. V. 400. P. 106404.

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

  50. Rutstein M.S. Re-examination of the wollastonite-hedenbergite (CaSiO3–CaFeSi2O6) equilibria // Amer. Mineral. 1971. V. 56. № 11–12. P. 2040–2052.

  51. Seryotkin Y.V., Sokol E.V., Kokh S.N. Natural pseudowollastonite: Crystal structure, associated minerals, and geological context // Lithos. 2012. V. 134. P. 75–90.

  52. Shcherbakov V.D., Plechov P.Y., Izbekov P.E., Shipman J.S. Plagioclase zoning as an indicator of magma processes at Bezymianny Volcano, Kamchatka // Contrib. Mineral. Petrol. 2011. V. 162. P. 83–99.

  53. Shimazaki H., Yamanaka T. Iron-wollastonite from skarns and its stability relation in the CaSiO3–CaFeSi2O6 join // Geochem. J. 1973. V. 7. № 2. P. 67–79.

  54. Sillitoe R.H. Porphyry copper systems // Econ. Geol. 2010. V. 105. № 1. P. 3–41.

  55. Sun W., Liang H.Y., Ling M.X. et al. The link between reduced porphyry copper deposits and oxidized magmas // Geochim. Cosmochim. Acta. 2013. V. 103. P. 263–275.

  56. Sun W., Shang X. In situ experiments reveal mineralization details of porphyry copper deposits // J. Oceanol. Limnol. 2022. V. 40. № 1. P. 110–112.

  57. Tanner S.B., Kerrick D.M., Lasaga A.C. Experimental kinetic study of the reaction; calcite + quartz <–> wollastonite + carbon dioxide, from 1 to 3 kilobars and 500 degrees to 850 degrees C // Amer. J. Sci. 1985. V. 285. № 7. P. 577–620.

  58. Taylor B.E., Liou J.G. The low-temperature stability of andradite in COH fluids // Amer. Mineral. 1978. V. 63. № 3–4. P. 378–393.

  59. Taylor S.R., McLennan S.M. The geochemical evolution of the continental crust // Rev. Geophys. 1995. V. 33. № 2. P. 241–265.

  60. Turner S.J., Izbekov P.E., Langmuir C. The magma plumbing system of Bezymianny Volcano: Insights from a 54 year time series of trace element whole-rock geochemistry and amphibole compositions // J. Volcanol. Geothermal Res. 2013. V. 263. P. 108–121.

  61. Warr L.N. IMA–CNMNC approved mineral symbols // Mineral. Mag. 2021. V. 85. №. 3. P. 291–320.

  62. Zajacz Z., Seo J. H., Candela P.A. et al. The solubility of copper in high-temperature magmatic vapors: a quest for the significance of various chloride and sulfide complexes // Geochim. Cosmochim. Acta. 2011. V. 75. № 10. P. 2811–2827.

  63. Zelenski M., Kamenetsky V.S., Nekrylov N., Kontonikas-Charos A. High sulfur in primitive arc magmas, its origin and implications // Minerals. 2022. V. 12. № 1. P. 37.

  64. Zelenski M., Taran Y., Galle B. High emission rate of sulfuric acid from Bezymianny volcano, Kamchatka // Geophys. Res. Lett. 2015. V. 42. № 17. P. 7005–7013.

  65. Zelenski M., Simakin A., Taran Y. et al. Partitioning of elements between high-temperature, low-density aqueous fluid and si-licate melt as derived from volcanic gas geochemistry // Geochim. Cosmochim. Acta. 2021. V. 295. P. 112–134.

Дополнительные материалы

скачать ESM_1.xlsx
Supplementary 1: ESM_1. - ESM_13.
 
 
скачать ESM_2.docx
Supplementary 2: ESM_1. SAMPLES DESCRIPTION

Инструменты

предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Петрология

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал