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

Петрология, 2023, T. 31, № 3, стр. 221-237

Происхождение оливиновых базальтов горы Медвежья (Авачинская группа вулканов, Камчатка): свидетельство ассимиляции сульфидсодержащих кумулатов

Д. П. Савельев a, *, Н. В. Горбач a, М. В. Портнягин c, В. Д. Щербаков b

a Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН
Петропавловск-Камчатский, Россия

b Московский Государственный университет им. М.В. Ломоносова
Москва, Россия

c GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research Kiel
Kiel, Germany

* E-mail: savelyev@kscnet.ru

Поступила в редакцию 06.05.2022
После доработки 04.11.2022
Принята к публикации 18.11.2022

Аннотация

Роль и условия ликвационного отделения или кристаллизации сульфидной фазы в процессе эволюции магм в зонах субдукции – это дискуссионные вопросы, имеющие отношение к механизму формирования медно-порфировых месторождений и эволюции континентальной коры. Нами изучены редкие вулканические породы с включениями магматических сульфидов в оливине – базальты горы Медвежья в Авачинской группе вулканов. Породы относятся к примитивным (Mg# = 66 мол. %) островодужным оливиновым базальтам умеренно-К серии. Среди вкрапленников оливина преобладают (~98%) кристаллы с нормальной зональностью и типичным для базальтов Камчатки составом, за исключением необычного тренда увеличения содержания MnО от 0.20 до 0.55 мас. % и понижения Fe/Mn от 60 до 35 при изменении состава оливина от Fo87.8 до Fo78.2. Оливин этой группы содержит многочисленные включения минералов группы шпинели, варьирующие по составу от хромистой шпинели до магнезиального магнетита. Вкрапленники оливина с сульфидными включениями отличаются отсутствием или слабой обратной зональностью, пониженными содержаниями Ca, Ni, Mn, Cr и Al. Оцененные температуры кристаллизации оливина преобладающего типа составляют 1036–1241°С, для сульфидсодержащего оливина – 1010–1062°С. Полученные данные позволяют предположить, что кристаллизация основной популяции оливина происходила в относительно малоглубинных условиях и сопровождалась сильным окислением магм. Характер зональности и особенности состава сульфидсодержащего оливина, напротив, предполагают его ксеногенную природу и вероятную кристаллизацию в глубинных коровых условиях из низкотемпературных высоководных и/или низко-Са магм. Полученные результаты подтверждают возможность насыщения окисленных островодужных магм сульфидной фазой в условиях нижней коры, но показывают редкость этого процесса и его нетипичность для низкобарической стадии кристаллизации.

Ключевые слова: оливин, шпинель, сульфидное насыщение, базальт, Камчатка

Список литературы

  1. Масуренков Ю.П., Егорова И.А., Пузанков М.Ю. и др. Авачинский вулкан // Действующие вулканы Камчатки. Т. 2. М.: Наука, 1991. С. 246–254.

  2. Николаев Г.С., Арискин А.А., Бармина Г.С. и др. Тестирование Ol–Oрx–Sp оксибарометра Балльхауса–Берри–Грина и калибровка нового уравнения для оценки окислительного состояния расплавов, насыщенных оливином и шпинелидом // Геохимия. 2016. № 4. С. 323–343.

  3. Портнягин М.В., Миронов Н.Л., Матвеев С.В., Плечов П.Ю. Петрология “авачитов” –высокомагнезиальных базальтов Авачинского вулкана, Камчатка: II. Расплавные включения в оливине // Петрология. 2005. Т. 13. № 4. С. 358–388.

  4. Пузанков М.Ю. Геохимическая зональность в островной дуге (на примере Авачинского ряда вулканов) // Геохимическая типизация магматических и метаморфических пород Камчатки. Научн. ред. А.П. Кривенко. Новосибирск, 1990. С. 114–128.

  5. Тобелко Д.П., Портнгяин М.В., Крашенинников С.П. и др. Состав и условия образования примитивных магм Карымского вулканического центра (Камчатка) по данным изучения расплавных включений и микроэлементной термобарометрии // Петрология. 2019. Т. 27. № 3. С. 258–281.

  6. Хубуная С.А., Гонтовая Л.И., Соболев А.В., Хубуная В.С. К вопросу о магматических очагах под вулканом Ключевской (Камчатка) // Вулканология и сейсмология. 2018. № 2. С. 14–30.

  7. Ariskin A.A., Barmina G.S. An empirical model for the calculation of spinel-melt equilibria in mafic igneous systems at atmospheric pressure: 2. Fe-Ti oxides // Contrib. Mine-ral. Petrol. 1999. V. 134. P. 251–263.

  8. Ariskin A.A., Barmina G.S. COMAGMAT: Development of a magma crystallization model and its petrological applications // Geochem. Int. 2004. V. 42. Suppl. 1. P. 1–157.

  9. Ariskin A.A., Danyushevsky L.V., Bychkov K.A. et al. Mode-ling solubility of Fe-Ni sulfides in basaltic magmas: the effect of nickel // Econom. Geol. 2013. V. 108. P. 1983–2003.

  10. Amosova A.A., Panteeva S.V., Chubarov V.M., Finkelshtein A.L. Determination of major elements by wavelength-dispersive X-ray fluorescence spectrometry and trace elements by inductively coupled plasma mass spectrometry in igneous rocks from the same fused sample (110 mg) // Spectrochim Acta. Part B. 2016. V. 122. P. 62–68.

  11. Bai Z.-J., Zhong H., Hu R.-Z., Zhu W.-G. Early sulfide saturation in arc volcanic rocks of southeast China: implications for the formation of co-magmatic porphyry–epithermal Cu–Au deposits // Geochim. Cosmochim. Acta. 2020. V. 280. P. 66–84.

  12. Batanova V.G., Thompson J.M., Danyushevsky L.V. et al. New olivine reference material for in situ microanalysis // Geostand. Geoanal. Res. 2019. V. 43. P. 453–473.

  13. Blundy J., Melekhova E., Ziberna L. et al. Effect of redox on Fe–Mg–Mn exchange between olivine and melt and an oxybarometer for basalts // Contrib. Mineral. Petrol. 2020. V. 175. P. 103.

  14. Chen K., Rudnick R.L., Wang Z. et al. How mafic was the Archean upper continental crust? Insights from Cu and Ag in ancient glacial diamictites // Geochim. Cosmochim. Acta. 2019. V. 278. P. 16–29.

  15. Coogan L.A., Saunders A.D., Wilson R.N. Aluminum-in-oli-vine thermometry of primitive basalts: evidence of an anomalously hot mantle source for large igneous provinces // Chem. Geol. 2014. V. 368. P. 1–10.

  16. Fonseca R.O.C., Campbell I.H., O’Neill H.S.C., Fitzgerald J.D. Oxygen solubility and speciation in sulphide-rich mattes // Geochim. Cosmochim. Acta. 2008. V. 72. № 11. P. 2619–2635.

  17. Gavrilenko M., Herzberg C., Vidito C. et al. A Calcium-in-olivine geohygrometer and its application to subduction zone magmatism // J. Petrol. 2016. V. 57. P. 1811–1832.

  18. Herzberg C. Identification of source lithology in the Hawaiian and Canary Islands: implications for origins // J. Petrol. 2011. V. 52. № 1. P. 113–146.

  19. Humayun M., Qin L., Norman M.D. Geochemical evidence for excess iron in the mantle beneath Hawaii // Science. 2000. V. 306. P. 91–94.

  20. Ionov D.A. Petrology of mantle wedge lithosphere: new data on supra-subduction zone peridotite xenoliths from the andesitic Avacha volcano, Kamchatka // J. Petrology. 2010. V. 51. № 1–2. P. 327–361.

  21. Jenner F.E, O’Neill H.S.C., Arculus R.J., Mavrogenes J.A. The magnetite crisis in the evolution of arc-related magmas and the initial concentration of Au, Ag and Cu // J. Petrol. 2010. V. 51. № 12. P. 2445–2464.

  22. Kamenetsky V.S., Zelenski M., Gurenko A. et al. Silicate-sulfide liquid immiscibility in modern arc basalt (Tolbachik volcano, Kamchatka): Part II. Composition, liquidus assemblage and fractionation of the silicate melt // Chem. Geol. 2017. V. 471. P. 92–110.

  23. Kepezhinskas P., Berdnikov N., Kepezhinskas N., Konovalova N. Metals in Avachinsky peridotite xenoliths with implications for redox heterogeneity and metal enrichment in the Kamchatka mantle wedge // Lithos. 2022. 106610.

  24. Krasheninnikov S.P., Bazanova L.I., Ponomareva V.V., Portnyagin M.V. Detailed tephrochronology and composition of major Holocene eruptions from Avachinsky, Kozelsky, and Koryaksky volcanoes in Kamchatka // J. Volcanology and Geothermal Res. 2020. V. 408. 107088.

  25. Lee C.-T.A., Tang M. How to make porphyry copper depo-sits // Earth Planet. Sci. Lett. 2020. V. 529. 115868.

  26. 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.

  27. Libourel G. Systematics of calcium partitioning between oli-vine and silicate melt: implications for melt structure and calcium content of magmatic olivines // Contrib. Mineral. Petrol. 1999. V. 136. P. 63–80.

  28. Li C.S., Ripley E.M. Empirical equations to predict the sulfur content of mafic magmas at sulfide saturation and applications to magmatic sulfide deposits // Mineral. Deposita. 2005. V. 40. № 2. P. 218–230.

  29. Li Y., Audetat A. Partitioning of V, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, As, Mo, Ag, Sn, Sb, W, Au, Pb, and Bi between sulfide phases and hydrous basanite melt at upper mantle conditions // Earth Planet. Sci. Lett. 2012. V. 355. P. 327–340.

  30. Liu Y., Samaha N.-T., Baker D.R. Sulfur concentration at sulfide saturation (SCSS) in magmatic silicate melts // Geochim. Cosmochim. Acta. 2007. V. 71. P. 1783–1799.

  31. Matjuschkin V., Blundy J.D., Brooker R.A. The effect of pressure on sulphur speciation in mid- to deep-crustal arc magmas and implications for porphyry the formation of copper deposits // Contrib. Mineral. Petrol. 2016. V. 171. P. 66.

  32. Mironov N., Portnyagin M., Botcharnikov R. et al. Quantification of the CO2 budget and H2O–CO2 systematics in subduction-zone magmas through the experimental hydration of melt inclusions in olivine at high H2O pressure // Earth Planet. Sci. Lett. 2015. V. 425. P. 1–11.

  33. Mungall J.E., Brenan J.M., Godel B. et al. Transport of me-tals and sulphur in magmas by flotation of sulphide melt on vapour bubbles // Nature Geosci. 2015. V. 8. P. 216–219.

  34. Nekrylov N., Portnyagin M.V., Kamenetsky V.S. et al. Chromium spinel in Late Quaternary volcanic rocks from Kamchatka: implications for spatial compositional variability of subarc mantle and its oxidation state // Lithos. 2018. V. 322. P. 212–224.

  35. Nekrylov N., Kamenetsky V.S., Savelyev D.P. et al. Platinum-group elements in Late Quaternary high-Mg basalts of eastern Kamchatka: evidence for minor cryptic sulfide fractionation in primitive arc magmas // Lithos. 2022. V. 412–413. March 2022. 106608

  36. Park J.-W., Campbell I.H., Kim J., Moon J.-W. The role of late sulfide saturation in the formation of a Cu- and Au-rich magma: insights from the platinum group element geochemistry of Niuatahi–Motutahi Lavas, Tonga Rear Arc // J. Petrol. 2015. V. 56. P. 59–81.

  37. Richards J.P. The oxidation state, and sulfur and Cu contents of arc magmas: implications for metallogeny // Lithos. 2015. V. 233. P. 27–45.

  38. Savelyev D.P., Kamenetsky V.S., Danyushevsky L.V. et al. Immiscible sulfide melts in primitive oceanic magmas: evidence and implications from picrite lavas (Eastern Kamchatka, Russia) // Amer. Mineral. 2018. V. 103. № 6. P. 886–898.

  39. Zelenski M., Kamenetsky V.S., Mavrogenes J.A. et al. Silicate-sulfide liquid immiscibility in modern arc basalt (Tolbachik volcano, Kamchatka): Part I. Occurrence and compositions of sulfide melts // Chemical. Geol. 2018. V. 478. P. 102–111.

  40. 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.

Дополнительные материалы

скачать ESM.xls
Supplementary: ESM_1. – ESM_10.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Петрология

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал