Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Вулканизм полей Рунгве и Удокана (Восточно-Африканская и Байкальская рифтовые системы)

ВАК РФ 04.00.08, Петрография, вулканология

Автореферат диссертации по теме "Вулканизм полей Рунгве и Удокана (Восточно-Африканская и Байкальская рифтовые системы)"

На правах рукописи

Иванов Алексей Викторович

ВУЛКАНИЗМ ПОЛЕЙ РУНГВЕ И УДОКАНА (Восточно-Африканская и Байкальская рнфтовые системы)

Специальность 04.00.08 - петрология, вулканология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-мннералогнческих наук

Иркутск - 1997

Работа выполнена в Институте земной коры Сибирского отделения Российской академии наук.

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук

С.В. Рассказов

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук

Г.Д. Феоктистов

доктор геолого-минералогических наук А.И. Альмухамедов

Ведущая организация: Объединенный институт Геологии,

Геофизики и Минералогии СО РАН

Защита состоится СШЛйиЛ-1997 г. в " " часов на заседании диссертационного Совета Д 003.07.01 при Институте земной коры СО РАН, по адресу: 664033 г. Иркутск, ул. Лермонтова 128, ИЗК СО РАН

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института земной коры СО РАН.

Автореферат разослан "/У " МЛШгтиЬ-1997 г.

Ученый секретарь > /; /

диссертационного Совета, к.г.-м.н.у{/Л ^ Ю.В. Меньшагин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования.

Важность изучения вулканических пород в кайнозойских рифтовых системах определяется возможностью разработки наиболее достоверных моделей глубинных процессов, протекающих в ныне активных тектоно-термаль-ных системах с применением комплекса геологических, геофизических, геохимических и изотопно-геохимических методов исследований. В настоящее время не вызывают сомнений различные условия магмообразования при рифтогенезе в континентальной и океанической обстановках. Остается неясным, в чем заключается общность условий магматизма в осевых частях классических кайнозойских континентальных рифтовых систем.

Геофизические исследования показывают значительные неоднородности строения и свойств коры и мантии, обусловленные глубинными процессами. На современном этапе приоритетными и достоверными могут считаться модели глубинного магматизма, базирующиеся только на прецизионных определениях изотопного возраста, микроэлементных и изотопных характеристиках продуктов вулканических извержений. С этой точки зрения достаточно изучен глубинный магматизм в осевых частях континентальных рифтовых систем Запада США, Китая, Центральной Европы и Кенийской ветви Восточно-Африканской рифтовон системы (Белоусов и др., 1974; Dungan et al„ 1985; Perry et al„ 1988; Zhi et al., 1990; Zhang et al„ 1995; Woner et al., 1986; Hay et al., 1995 и др.). Глубинный магматизм Западной ветви Восточно-Африканской и Байкальской рифтовых систем менее изучен.

Цель исследования: изучить закономерности вулканизма в осевых структурах Западной ветви Восточно-Африканской и Байкальской рифтовых систем на примере полей Рунгве и Удокана.

Основные задачи.

1. Определить временные соотношения вулканических извержений на полях Рунгве и Удокана с тектоническими событиями в рифтовых системах Восточной Африки и юга Сибири и с событиями на границах Африканской и Евразиатской лнтосферных плит.

2. Изучить пространственно-временные закономерности изменения состава лав.

3. Определить вероятные глубинные источники магматических расплавов.

Защищаемые положения.

7. Вулканизм полей Рунгве и Удокана развивался прерывисто. На поле Рунгве извержения происходили в интервалах 8.6-5.6, 2.3-1.6 и 0.57-0 млн, лет назад, а на Удоканском поле -14, 9.6-7.4, 4-2.4 и 1.8-0 млн. лет назад. Вулканические эпизоды совпадали с крупными тектоническими событиями соответственно в Восточно-Африканской и Байкальской рифтовых системах и/или с событиями на межплитных границах.

2. Около 14 и 3.2-2.4 млн. лет назад на Удоканском поле и последние 0.57

млн. лет назад па поле Рунгве осевые рифтовые структуры имели повышенную проницаемость для недифференцированных щелочноультраосновных и щелочнобазалыповых магматических расплавов. По латерали осевых рифто-вых структур изливались дифференцированные щелочнобазальтоидные лавовые серии.

3. Под Удоканским полем магматизм протекал при более высоких степенях частичного плавления мантии, чем под полем Рунгве. Щелочноультра-основные и щелочпобазальтовые лавы обоих полей содержали материал континентальной литосферной мантии с геохимическими характеристиками, отличающимися ont базальтов океанических островов. В лавах Удокан-ского поля, кроме материала литосферной мантии, присутствовал пижпе-коровый и, возможно, подлитосферный материал.

Научная попщпа работы: Настоящая работа отличается от предшествующих исследований вулканизма полей Рунгве и Удокана, в первую очередь, более высокоточными аналитическими данными. Составы лав обоих полей впервые были исследованы методом индуктивно-спаренной плазменной масс-спектрометрии (ICP-MS). Возраст лав Удоканского поля был изучен К-Аг методом в двух лабораториях: во фламандском Свободном университете Брюсселя и в Институте земной коры СО РАН.

По данным К-Аг датирования на Удоканском поле выделены разновозрастные вулканические ареалы. По микроэлементным характеристикам и изотопному составу Sr в лавах поля Рунгве определены три основных компонента плавящейся литосферной мантии, показана многокомпонент-ность магматических источников под Удоканским полем.

Практическая ценность работы. Выявленная эпизодичность позднекай-нозойских извержений поля Рунгве составляет основу для прогноза вероятных катастрофических вулканических событий в Танганьика-Руква-Ма-лавийской зоне. Установленный контроль вулканизма Удоканского поля структурами Байкальской и Олекмо-Становой подвижных систем имеет важное значение для разработки новых подходов к оценке сейсмической опасности этих территорий. Данные о концентрациях микроэлементов в вулканических породах, полученные методом ICP-MS, были использованы для калибровки программы измерения V, Zr, Y, Nb, La, Ce, Rb, Ba методом рентгено-флуоресцентного анализа в Институте земной коры СО РАН.

Фактический материал, личный вклад автора и аналитические методы исследований. Основой для прецизионных аналитических исследований вулканитов полей Рунгве и Удокана явилась коллекция образцов, собранных при совместных российско-бельгийских полевых работах на этих полях в 1994-1996 гг и коллекция образцов C.B. Рассказова по Удоканскому полю. Использованы также 23 образца с Удоканского поля из коллекции сотрудника Института геохимии СО РАН В.Г. Иванова и представленные им данные о содержаниях в породах петрогенных оксидов и Sr.

Широкий спектр микроэлементов в 58 образцах с поля Рунгве и в 79 образцах с Удоканского поля был изучен методом ICP-MS в Королевском Музее Центральной Африки (аналитик: Л. Андре). На уровне концентра-

цин элемента 1 г/т, погрешность общей воспроизводимости определений (2ст при пробоподготовке и инструментальной воспроизводимости) составляет менее 10 % (Navez et al., 1995). Содержания петрогенных элементов определялись классической "мокрой" химией в Институте земной коры СО РАН (аналитики: О.В. Агалакова, А.И. Курбатова) и методом рентгеновской флуоресценции в Королевском Музее Центральной Африки. Концентрации Li и Sr измерены методами атомной абсорбции в Институте земной коры СО РАН (аналитики: О.В. Агалакова, А.И. Курбатова). Результаты измерений концентраций Sr корректировались с учетом его контрольных определений методом изотопного разбавления. Содержания Cr, Ni, Со определены Г.И. Петровой и Т.А. Ясныгиной методом рентгеновской флуоресценции в Институте земной коры СО РАН.

Изотопные отношения Sr, Pb, Nd в лавах Удоканского поля измерялись в Королевском Музее Центральной Африки на масс-спектрометре Varianw МАТ260 (аналитик: Ж.-П. Лиежуа) и в Массачусетском технологическом институте на масс-спектрометре фирмы Micromass" (Рассказов и др., 1995). Изотопные отношения Sr в лавах поля Рунгве определены М.Н. Масловской в Институте земной коры СО РАН на масс-спектрометре МИ-1201ТМ выпуска 1993 г (г. Сумы).

Возраст лав поля Рунгве изучен K-Ar и ^Аг-^Аг методами (Ebinger et al., 1989; 1993; Delvaux et al., 1993; данные геохронологической лаборатории фламандского Свободного университета Брюсселя). Возраст лав Удоканского поля измерялся K-Ar методом (Рассказов и др., 1996; 1997; Логачев и др., 1996). Высокая достоверность результатов достигалась согласованием датировок, полученных в геохронологической лаборатории фламандского Свободного университета Брюсселя (измерения А. Бовена и автора) и в лаборатории изотопни и геохронологии Института земной коры СО РАН (измерения И.С. Брандта и С.Б. Брандта).

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на семи международных, пяти всероссийских и трех региональных совещаниях, в том числе на двух международных рабочих совещаниях "Continental rift tectonics and evolution of sedimentary basins" по программе INTAS (Тервюрен, 1995; Новосибирск, 1996), на 30-ом Международном Геологическом Конгрессе (Пекин, 1996), на международном совещании "Закономерности эволюции земной коры" (С-Петербург, 1996) и на Первом Всероссийском Петрографическом совещании (Уфа, 1995).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 35 работ, из них 4 статьи в журналах и 3 статьи в тематических сборниках.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения общим объемом 109 страниц машинописного текста. В ней содержатся 61 иллюстрация, 11 таблиц, 5 приложений и список литературы из 161 наименования.

Работа была начата в лаборатории неотектоники и геоморфологии и завершена в лаборатории изотопии и геохронологии Института земной

коры СО РАН. Существенную помощь при ее написании оказана научным руководителем C.B. Рассказовым. В своих исследованиях автор постоянно чувствовал поддержку H.A. Логачева, С.Б. Брандта, И.С. Брандта, М.Н. Масловской, Л.З. Резчицкого, А.И. Мельникова, A.A. Конева, A.M. Рога-чева. В окраске шлифов для определения фельдшпатоидов помощь оказал Н.В. Владыкин. Полевые работы на поле Рунгве в 1994 г. проводились автором совместно с C.B. Рассказовым, А. Бовеном, Е.Б. Темо, П. Кафуму. На Удоканском поле в полевых работах, кроме автора, принимали участие C.B. Рассказов, А. Бовен, С.З. Смирнов, Д.В. Кузьмин, К.Д. Литасов, A.B. Головин, В.А. Саньков и H.H. Демонтерова. Прецизионные аналитические работы стали возможными благодаря заинтересованному участию в работе Я. Клеркса, А. Бовена, Л. Андре, Л. Пунзалан, С.А. Бауринга, Д. Колмана и Н. Харрис. Автор благодарен всем перечисленным коллегам и друзьям за доброжелательное отношение к этой работе.

Полевые и аналитические работы осуществлялись при частичной финансовой поддержке по проектам 1NTAS 93-134 и РФФИ 95-05-14277.

Глава 1

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВУЛКАНИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ

Байкальская рифтовая система и Западная ветвь Восточно-Африканской рифтовой системы относятся к "щелевым" (Милановский, 1976) или "слабовулканическим" (Логачев, 1977) структурам. Вулканические поля Рунгве и Удокана находятся в их осевых частях. Размеры полей сопоставимы между собой. Вулканиты поля Рунгве занимают площадь более 3000 км2, а их объем составляет более 500 км3. Лавы Удоканского вулканического поля изливались на площади около 3000 км2. Объем извергнутого материала превышает 450 км3. Пространственное положение обоих полей определяется поздекайнозойской активизацией древних структурных неоднород-ностей коры.

Поле Рунгве отчетливо контролируется активизированным сочленением протерозойских поясов Убенде и Усагару. Сочленение унаследовано рифто-выми впадинами Руква, Каронга и Усангу (рис. 1). Две первые впадины простираются в СВ направлении, являясь составной частью Танганьика-Руква-Малавийской зоны (Tiercelin et al., 1988; Chorowich, 1989). Поздне-кайнозойский вулканизм протекал в обстановке меняющихся по ориентировке растягивающих усилий в коре (Ring et al., 1992; Delvaux et al., 1992).

Рнфтовые впадины северо-восточного фланга Байкальской рифтовой системы протягиваются по территории Байкало-Витимского террейна и западному краю Алданского террейна Алданского щита (рис. 2). Большая часть Алданского щита в позднем кайнозое испытывала сжатие и относится к Олекмо-Становой подвижной системе.

Удоканское поле находится между структурами Байкальской и Олекмо-Становой подвижных систем. Вулканизм северной части поля контролировался развитием рифтовых структур при северо-западном растяжении коры в активизированной Кодаро-Удоканской ослабленной зоне. Вулканизм южной и центральной частей поля определялся активизацией в позднем кайнозое правосторонних сдвиговых смещений в Становой (Парфе-

Рис. 1. Структурное положение вулканического поля Рунгве. Схема составлена на основе геологической карты Танганьики 1:2 ООО ООО (Geological map .... 1956) с использованием данных работ (Белоусов и др., 1974; Ebinger, 1989) с изменениями и упрощениями. I - позднеканнозойские вулканиты; 2 - позднекайнозойские суходольные впадины; 3 - озерные впадины; 4 - докайнозойский фундамент нерасчлененный; 5 - вулканиты бангвелу (~ 1850 млн. лет); 6 - метаморфические породы архея.

нов и др., 1985; Имаев и др., 1994) и Чукчудинской ослабленных зонах при северо-западном сжатии коры.

В Танганьика-Руква-Малавийской зоне Западной ветви Восточно-Африканской рифтовой системы величина растяжения верхней части земной коры составляет 5-9 % (Kilembe, Rosentahl, 1992; Ebinger et al., 1993). В Царской впадине Муя-Удоканского сегмента Байкальской рифтовой системы растяжение коры было слабее - около 1% (Зорин, Корделл, 1991).

В районах полей Рунгве и Удокана проявлен различный предшествующий мантийный магматизм. В районе поля Рунгве распространены до-кайнозойские карбонатиты. Северная часть Удоканского поля находится в пределах ареала проявления протерозойского габбро-норитового магматизма (чннейский комплекс), а южная и центральная части пространственно соответствуют зоне трахибазальт-риолнтового магматизма, сопровождавшего образование мезозойского Чукчудинского грабена (Ступак, 1995).

Глава 2

МЕТОДИКА К-Ar ДАТИРОВАНИЯ ВУЛКАНИЧЕСКИХ ПОРОД Исследования возраста вулканических пород полей Рунгве и Удокана

0 0 о

112 116 120

Рис. 2. Структурное положение Удоканского вулканического поля. Главные структурные элементы докайнозойского фундамента показаны по данным работ (Melnikov et al„ I994; Гусев, Xöhh, I995) с изменениями. I - чехол Сибирской платформы; 2 - край Сибирской платформы, прогибавшийся в протерозое и рифее; 3 -поднятый кран Сибирской платформы (Алданский щит); 4 - палеозойский террейн; 5 - суходольные впадины Байкальской рифтовой системы; 6 - позднекайнозойские сегменты растяжения: РВА - Рель-Верхнеангарский, ЦМ - Цыпа-Муяканский, МУ -Муя-Удоканский; 7 - озерная впадина северного Байкала; 8 - кайнозойские вулканические поля; 9 - шов Сибирской платформы (зоны разломов: Д - Джелтулакская, Ч -Чукчудинская, Ж - Жуинская, БВ - Байкало-Витимская); 10 - Становой шов; 11 -позднекайнозойские сдвиговые смешения.

показали существенные межлабораторные расхождения данных изотопного датирования (Tiercelin et al., 1988; Ebinger et al., 1989; Багдасарьян и др., 1981; Поляков, Багдасарьян, 1986; Рассказов и др., 1997). В этой главе приводится характеристика методик K-Ar датирования, применяемых в лаборатории изотопии и геохронологии Института земной коры СО РАН и в лаборатории геохронологии фламандского Свободного университета Брюсселя.

В настоящей работе надежность измерений K-Ar возрастов вулканитов Удоканского поля достигалась тщательным подбором материала для дати-

рования и необходимых параметров для температурной тренировки проб (Boven, 1992; Брандт и др., 1995; Рассказов и др., 1996; 1997). Контроль за точностью измерений осуществлялся при помощи эталонов, повторных измерений и межлабораторных сопоставлений полученных результатов.

Глава 3

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ ВУЛКАНИЗМА

Поле Рунгве. Первые извержения на поле Рунгве произошли около 8.6 млн. лет назад (Ebinger et al, 1986; 1993). С небольшими перерывами вулканизм продолжался до 5.65 млн. лет назад. Лавы этого возрастного интервала находятся на поднятых блоках фундамента Мбея и Мбака, на плато Уфипа и Элтон, во впадине Каронга и в долине Сонгве на южном окончании впадины Руква. Следующий эпизод вулканизма проявился в интервале 2.4-1.6 млн. лет назад. Вулканиты этого эпизода слагают крупные постройки Тукую и Катете во впадине Каронга, гряду Порото в районе структурного сочленения трех впадин и маломощные покровы в долине Сонгве и во впадине Усангу. В интервале от 1.6 до 0.57 млн. лет назад вулканическая деятельность отсутствовала. Вновь начавшиеся извержения продолжались до настоящего времени. Последнее извержение произошло приблизительно в 1800 году (Harkin, 1960). Во время третьего эпизода во впадине Каронга возникли крупные вулканы Рунгве и Киеджо, а севернее гряды Порото - около сорока моногенных вулканов.

Удоканское поле. Развитие вулканизма на Удоканском поле происходило в разновозрастных ареалах. В активизированной Кодаро-Удоканской ослабленной зоне находится Северный вулканический ареал. Вдоль активизированной Чукчудинской ослабленной зоны выделяются Восточный, Центральный и Западный ареалы. Между Северным и Западным ареалами протягивается Северо-Западный ареал.

Северный ареал является наиболее ранним. Извержения в нем происходили около 14 млн. лет назад. По результатам геологического картирования, в Восточном ареале были выделены три свиты: нижняя базисная, средняя амнанакачинская и верхняя несмураканская. Нижняя и верхняя свиты сложены щелочнобазальтовыми лавами, средняя - представлена днф-ференциатами муджиерит-трахитового состава (Ступак, 1987). Полученные K-Ar датировки трахитов находятся в интервале 9.9-7.5 млн. лет. В Центральном ареале трахитовые потоки залегают в основании лавовой толщи и венчают ее. Интервал датировок - от 4 до 2.7 млн. лет. В Северо-Западном ареале вулканизм начался около 3.2 млн. лет назад и завершился около 2.4 млн. лет назад. Начиная с 1.8 млн. лет назад, вулканизм локализовался в Западном ареале. Возраст продуктов последних извержений вулкана Чепе 2.1 тыс. лет определен радиоуглеродным методом по погребенному в шлаках стволу дерева (Девирц и др., 1981).

Корреляции тектонических и вулканических событии. Начало вулканической деятельности на поле Рунгве в интервале 8.6-5.6 млн. лет назад совпало по времени с резким изменением в кинематике движений Африканской и окружающих ее литосферных плит, произошедшем 7-10 млн. лет

10

Вулканические >люоды полл Рунгве

Шыененне а кхнеывтиге движений Африканской ■ огру-жахтаа « плут

Иыпульсы тектонических

_движений_

Впадины

Впадина Каронга

Плато К.Жной и Восточной Африки

¡щфтаадД доаь

н

Лжтивитшня pavtCMo» Вогшыанне Прогибание Перекос Сдвиговые Датировании Вероятный интервал ^ — блоков тодечнв

назад (Roer, Sandwell, 1990; Hartnady, Partridge, 1995) (рис. 3). Приблизительно в это же время, около 7 млн. лет назад, началось быстрое погружение впадин в Кенийской рифтовой зоне (Williams et al„ 1983). Затухание вулканизма 5.6 млн. лет назад произошло в обстановке начавшегося быстрого прогибания впадины Каронга (Ebinger et al., 1993) на фоне воздымання плато Южной и Восточной Африки (Hartnady, Partridge, 1995). Вулканический эпизод поля Рис. 3. Корреляция вулканических событий поля рунгве 2.4-1.6. МЛН. лет назад Рунгве с тектоническими событиями Южной и

Восточной Африки, событиями на границах Афри- не им!ет Достаточно опреде-капской и окружающих ее литосферных плит, ленной связи с тектоничес-Использованы данные работ (Williams et al., 1983; кими движениями, хотя сле-Fitch et al, 1985; Ebinger et al, 1989; 1993; Roer, дует отметить, ЧТО перекос Sandwell, 1990; Hartnady, Partridge, 1995). блоков BO впадине Каронга

произошел около 2.3 млн. лет назад после первых извержений вулкана Тукую. Извержения заключительного вулканического эпизода происходили при сдвиговых смещениях в Танганьика-Руква-Малавийской рифтовой системе (Delvaux etal., 1992).

На Удоканском поле первая вспышка вулканизма около 14 млн. лет назад в активизированной Кодаро-Удоканской ослабленной зоне совпала по времени с объемными лавовыми извержениями на других вулканических полях рифтовой системы (Rasskazov, 1994). Одновременно начала прогибаться Чарская впадина (рис. 4). Следующий интервал вулканизма 3.2-2.4 млн. лет назад в этой зоне соответствовал начавшемуся прогибанию малых впадин (Ингамакитскои, Лурбунской и др.). Извержения трахитов в Восточном, Центральном и Западном ареалах, по-видимому, соответствовали трем импульсам активизации Становой и Чукчудинской ослабленных зон в интервалах 9.9-7.5, 4.0-2.6, 1.8-0.002 млн. лет назад.

Возникновение сжимающих напряжений в направлении северо-запад -юго-восток в Олекмо-Становой подвижной системе связывается с проявлением сжимающих импульсов на границе Евразиатской плиты с Филип-пиноморской и Тихоокеанской плитами. Сжатие вызвано столкновением Идзу-Бонинской дуги с дугой Хонсю (Jolivet et al., 1994). Началу извержений в Восточном ареале Удоканского поля предшествовал импульс сжатия около 11-12 млн. лет назад во впадине Уллеунг в южной части Японского моря (Yoon, Cough, 1995). Сжимающее силовое поле отчетливо выражено в Японском архипелаге, начиная с 4 млн. лет назад (Sato, 1994).

На территории Внутренней и Восточной Азии, кроме Удоканского поля, позднекайнозойские трахиты известны только на поле Шангбашан Восточ-

10

12

14

Актив тирован к ал Код аро- Удо*анс*ая ослаблении зоне Чарссаа впадина Малые »падины

■ шш

- t

_ '<"'У ]

»

2 4 6 а ю 12

Ахтав тированная Поле Чугчудннсгвл осла- Шзнгбшлш бледная 1онй

Зона столкновения Цдту-ПонннскоД дуги е дугой Хон<но

щ.

Л'/'1''

^ 'У'''"''

ш

ByjDcampiccicmí Начало Усиление эпизод прогибания сжатия

~Г__?

Рис. 4. Корреляция вулканических и тектонических событии на Удоканском поле и поле Шангбашан, в Муя-Удоканском сегменте растяжения и в зоне столкновения Идзу-Бонинской дуги с дугой Хонсю. Использованы данные работ (Zhou et al., 1988; Sato, 1994; Jolivet et al, 1994: Yoon, Cough, 1995).

но-Китайской рифтовой системы. Извержения трахитовых и пантеллери-товых лав на этом поле происходили приблизительно в одно время с извержениями трахитов на Удоканском поле: около 4.2, 2.6, 1.5, 0.6-0.09 млн. лет назад и в последние 12 тыс. лет. Совпадение импульсов трахитового вулканизма на Удоканском поле и поле Шангбашан, вероятно, отражает общий прерывистый характер послесреднемиоценового сжатия коры восточной окраины Азии, включая Олекмо-Становую подвижную систему.

Наиболее отчетливо влияние межплитного взаимодействия на внутри-плитные процессы выражено в пространственно-временном распределении четвертичного вулканизма в юго-восточной части Евразиатской плиты (Рассказов, Иванов, 1996). Эпизоды четвертичной вулканической деятельности по данным K-Ar и ^Аг/^Аг датирования показаны в таблице 1. Синхронность вулканических событий на полях Удокана и Шангбашана, в Восточном Саяне, на Тибете и на Хангае, так же как асннхронность извержений на этих полях с извержениями на Джидинском, Тункинском и Витим-ском полях центральной части Байкальской рифтовой системы показывают действие единого деформационного механизма во внутренней части Евразиатской плиты, обеспечившего попеременную вулканическую деятельность по крайней мере в последние 2 млн. лет.

Глава 4

СОСТАВ ПРОДУКТОВ ИЗВЕРЖЕНИЙ

Номенклатура вулканитов определяется по их петрографическому и химическому составам, положению на диаграмме щелочи-кремнезем и соотношениям минералов в системе CIPW согласно рекомендациям Петрографического комитета ОГГГГН РАН и Международного Союза Геологи-

8

Таблица 1. Интервалы вулканической активности в четвертичное время на вулканических полях юго-восточной части Евразнатской плиты_

Вулканические поля Время, млн. лет назад

Западный Китай (Тибет) (Deng, 1996) 1.65-1.1 и с 0.67 по настоящее время

Юго-западная часть Байкальской рифтовой системы (Хангай и Восточный Саян) (Рассказов и др., 1996) 1.9-1.79, 1.6-1.2 и с 0.52 до голоцена

Центральная часть Байкальской рифтовой системы (Тункинское, Джидинское и Витимское поля) (Рассказов и др., 1996) ~1.73, 1.1-0.6 (на Тункинском поле также -0.25-0.1)

Северо-восточная часть Байкальской рифтовой системы (Удоканское поле) (Рассказов и др., 1997) 1.78-1.7 и с 0.48 до голоцена

Северо-восточный Китай (Шангбашан) (Zhang, 1996) 1.66-1.0 и с 0.61 по настоящее время

ческих наук (Магматические..., 1985; Le Bas, 1989; Le Bas, Streckeisen, 1991). Химические составы пород приводятся к 100% на безводной основе. При расчетах нормативных минералов и магнезиального числа (Mg# = 100Mg/(Mg+Fe2+) содержания окисного железа рассчитываются: Fe3+ = 0.15Fe,>Gm (а.к.).

Поле Рунгве. Лавы поля Рунгве образуют дифференцированную серию и разделяются в ней на три группы: 1) базальт-базанитовых членов серии (часть из них имеет щелочноультраосновной состав) - пироксеновых мела-нефелинитов, базаннтов, щелочных оливиновых базальтов, оливиновых толеитов (MgO 6-11 мас.%, S1O2 41-48 мас.%), 2) промежуточных членов серии - фонобазанитов, гавайитов, муджиеритов (MgO 3.5-5.5 мас.%, SiOî 47-52 мас.%) и 3) конечных членов серии - бенмореитов, трахитов и фонолитов (MgO<2.5 мас.%, SiOî 55.5-63 мас.%). Дифференцированные лавовые серии изливались во время всех трех вулканических эпизодов.

К особой группе щелочноультраосновных лав поля Рунгве относятся оливиновые меланефелиниты (MgO 13-17.1 мас.%, 8Юг 41-43 мас.%), изливавшиеся в последние 0.57 млн. лет назад. Севернее гряды Порото лавы оливиновых меланефелинитов и щелочных базальтов этого эпизода приурочены к южной части впадины Руква - осевой структуры Танганьика-Руква-Мала-вийской рифтовой зоны, а на удалении от нее (по направлению к впадине Усангу) они последовательно сменяются породами более дифференцированного состава.

Щелочноультраосновные и щелочнобазальтовые лавы поля Рунгве имеют линии нормированных концентраций к примитивной мантии, отличающиеся от состава базальтов океанических островов (Sun, McDonough, 1989). Они характеризуются отчетливо выраженной отрицательной аномалией Zr и Hf. Лавы, наиболее обедненные этими элементами, имеют троги К, Rb и пик Ва, а лавы, менее обедненные Zr и Hf, обогащены РЬ. В отличие от частичных выплавок из карбонатсодержащих мантийных пород с высокими Zr/Hf отношениями около 85 (Dupuy et al., 1992; Rudnick et al., 1993; Ionov et al., 1993), они имеют отношения этих элементов в интервале типичных внутриплитных базальтов и ниже.

Наиболее важные геохимические характеристики лав в сопоставлении с характеристиками эталонных составов мантийных и коровых пород при-редены в таблице 2. По изотопному составу Nd и Sr (табл. 3) щелочно-

ультраосновные и щелочнобазальтовые лавы поля Рунгве являются производными обогащенной мантии. В трахите впадины Усангу измерено наиболее высокое отношение 873г/8б8г (0.70762).

Удоканское поле. На Удоканском поле в пределах активизированной Кодаро-Удоканской ослабленной зоны отчетливо выражена временная смена составов лав. Около 14 млн. лет назад изливались оливиновые мелалейцититы и высокомагнезиальные базаниты 65-71, Ю=()11+АЬ+Ог+Ме+1<с1+Кк 23-30). После длительного перерыва, в интервале 3.2-2.7 млн. лет назад, изливались щелочные оливиновые базальты и гавайиты. Около 2.6 млн. лет назад спектр лав был весьма широким - от оливинового толеита до оливннового лейцитнта. В это время произошла резкая смена умереннощелочного магматизма высокощелочным. В интервале 2.6-2.4 млн. лет назад изливались лавы базанитового состава 42-67, ГО 30-52). Лавы дифференцированных

базальтоидных серий 5-60, ГО 56-87) изливались во время эпизодов 9.97.5, 4-2.6 и 1.8-0 млн. лет назад в вулканических ареалах, расположенных в активизированной Чукчудинской ослабленной зоне. По латерали рифтовых структур степень дифференциации лав последовательно возрастает от Север-

Таблица 2. Геохимические характеристики щелочноультраосновных и щелочнобазаль-товых лав полей Рунгве и Удокана__

Порода Zr/Sm Zr/Hf Ce/Pb 1 KTNb 1 Y/Ho U/Nb Ba/Rb

Поле Рунгве

ОМН 3.3-18 38-52 6.9-19 184-316 30-32 0.017-0.029 14-25

БЗН-ПМН 1.8-19 24-54 12-34 51-258 29-31 0.015-0.024 30-101

ОТ-ЩОБ 5.3-20 28-52 8.3-28 85-238 29-30 0.013-0.024 19-101

Удоканское поле

Кодаро-Удоканская зона

ОМЛ 19-23 32-34 14-20 325-344 22 0.030-0.036 16-23

БЗН 19-43 29-51 8.8-18 239-593 22-30 0.018-0.040 16-30

ОТ-ЩОБ 15-31 33-47 5.1-27 239-598 22-29 0.016-0.070 18-29

Чукчудинская зона

БЗН 25-29 36-44 15-28 110-434 4.8-28 0.017-0.037 13-21

ОТ 26-32 35-44 10-16 264-485 24-31 0.015-0.033 21-25

ЩОБ 24-28 30-36 8.6-16 330-430 21-25 0.026-0.050 17-33

Средние составы недифференцированной мантии (РМ), базальтов океанических островов (OIB) (Sun, McDonough, 1989) и нижней коры (LC) (Taylor, McLennan, 1985)

РМ 25 36 9.6 351 28 0.029 II

OIB 28 36 25 250 27 0.021 11.3

LC 22 33.3 5.75 467 25 0.047 28.3

Примечание: ОМН - оливиновый меланефелинит; ПМН - пироксеновый меланефелинит; ОМЛ - оливиновый мелалейцитит; БЗН - базанит; ЩОБ - щелочной оливиновый базальт; ОТ - оливиновый толеит.

Таблица 3. Интервалы изотопного состава Nd и Sr в щелочноультраосновных и щелочно-базальтовых лавах полей Рунгве н Удокана___

Вулк. поля Вулканиты Интервал значений eNd Интервал отношений ^Sr/^Sr

Рунгве Все вулканиты -0.4 -4.5 0.70457 - 0.70557

Удоканское Базаниты +4.68 +3.75 0.703645 - 0.704024

Щелочные оливиновые базальты +3.69 -7.2

Примечание: использованы данные работ (Рассказов и др., 1995; 1997; Furman, Graham, 1994) и новые данные автора.

ного и Северо-Западного ареалов к Восточному, Центральному и Западному.

Наименее дифференцированные лавы Удоканского поля щелочноультраос-новного и щелочнобазальтового состава имеют широкие интервалы концентраций несовместимых микроэлементов, отношений Zr/Sm, Ce/Pb, K/Nb, Y/Ho и сравнительно узкий диапазон отношений Ba/Rb, Zr/Hf, U/Nb (табл. 2). На диаграммах нормирования к недифференцированной мантии они показывают пик свинца. Базаниты характеризуются обедненным, а щелочные оливиновые базальты - обедненным и обогащенным изотопным составом Nd (табл. 3).

Глава 5

ГЛУБИННЫЙ ПЕТРОГЕНЕЗИС

Поле Рунгве. Давления формирования первичных расплавов оцениваются с использованием диаграммы AS (Дмитриев, 1973), калиброванной с учетом экспериментальных данных плавления шпинелевых лерцолитов НК-66 и KLB-I в "сухих" условиях (Hirose, Kushiro, 1993), и составляют более 30 кбар. Между тем, широкий интервал вариации в лавах отношений Rb/Sr и Ba/Rb при сравнительно узком диапазоне отношений Ba/Sr (особенно в лавах вулканов Тукую и Киеджо) указывает на присутствие в плавящемся материале амфибола. Выплавки из амфиболсодержащей мантии ограничиваются давлением устойчивости амфибола 32 кбар (Merrill, Wyllie, 1975). Сопоставимые давления (30-45 кбар) получены для расплавов калиевой и натровой серий Восточно-Африканской рифтовой системы (Гуренко, 1991).

Аномально низкие Zr/Sm и Hf/Sm отношения в лавах поля Рунгве указывают на частичное плавление мантии, обедненной Zr и Hf по отношению к легким РЗЭ. Такие мантийные породы, по-видимому, являются результатом глубинного метасоматоза.

Микроэлементное моделирование показывает, что щелочноультраоснов-ные и щелочнобазальтовые магмы поля Рунгве выплавлялись при сравнительно низких степенях частичного плавления гранатовых перидотитов со слюдой и/или амфиболом (F=l-5%) (рис. 5).

Вариации микроэлементных характеристик, изотопного состава Nd и Sr в лавах указывают на плавление неоднородной обогащенной континентальной литосферы. В расплавах выделяются, по крайней мере, три мантийных компонента (рис. 5, 6). Компонент А (или Amph) соответствует апа-титсодержащему гарцбургиту или амфиболсодержащему лерцолиту с аномально низкими отношениями Zr/Sm (~1.3) и отношениями 87Sr/86Sr в интервале 0.7048-0.7051. Два других компонента (Б и В) представлены метасо-матизированными лерцолитами. Они характеризуются отношениями Zr/Sm >20, близкими к отношению этих элементов в хондрите (недифференцированной мантии). Компонент Б имеет отношения ^Sr/^Sr <0.7043 и концентрации Yb в 5 раз выше хондритовых. Компонент В отличается более высокими отношениями "Sr/^Sr (>0.7057) и концентрациями Yb в 7 раз выше хондритовых.

В оливиновых меланефелинитах, базанитах вулкана Рунгве и моногенной постройки вблизи города Мбея тренд одновременного увеличения изотопных отношений стронция и отношений 1/Sr и Rb/Sr может указывать на смешение компонента А с компонентом древней обогащенной рубидием

Sm, г/т

2.7$/ / > /

7 W/s 10/

15/ /10

/ 15

S / //

А

0 Щ1 Zr, г/т 1 / » î .

1 3 10 30 1М 300 0 5 10 15 20

Рис. 5. Расчеты равновесного частичного плавления по уравнению Д.М. Шоу (Show, 1977) в координатах Sm-Zr и нормированных к хондриту (La/Yb)n - (Yb)„ дня щслочпоультраосновных и щслочнобазальтовых расплавов, излившихся на поле Рунгве. Коэффициенты распределения минерал-расплав использованы по данным работ (Watson, Green, I981; Green, I994; Hart, Dunn, I993; Dalpé, Baker, 1993; 1994). Составы лав: I - оливиповый мелансфелииит: 2 - пнроксеиовый мслаисфелинит и базаиит; Î - щелочной оливиповый базальт и оливиповый толеит. Полябаза-нитов и щелочных базальтов-. 4-е отношением Zr/Sm< 3; 5 - с отношением Zr/Sm>3. 6 - модельный состав мантийных пород (см. текст). 7 - линии частичного плавления (числа обозначают степень частичного плавления в процентах). Коэффициенты нормирования по (Sun, McDono-ugh, 1989).

мантии (компонент В). Увеличение Rb/Sr отношения при снижении 87Sr/86Sr, характерное для лав вулкана Киеджо может интерпретироваться как смешение компонента А с компонентом мантии, претерпевшей сравнительно "молодой" мантийный метасоматоз (компонент Б).

Удоканское поле. Мантия под Удоканским полем, вероятно, начинала плавиться приблизительно в таком же интервале глубин, как и под полем Рунгве,

Zr/Sm ■—'

Недифференцированная 0 мантия

Б V./T) 1* ' Впк. Ту кую / ' **

Влк. Киеджо ob У 87Sr/86Sr

0.7044

Рис. 6. Мантийные компоненты щслочпоультраосновных и щслочнобазальтовых расплавов поля Рунгве в координатах Zr/Sm - "Sr/S6Sr. Усл. обозн. см. рис. 5. Состав недифференциро- но в плавление оказались вовле-ванной мантии по данным работы (Sun, McDonough, ченными самая верхняя часть

^?o!;>e^Sr'/"sr.CPBaJI 2а п0грсш,|0сп1 измерений мантии, а также нижняя часть

коры. Соотношения (La/Yb) п И (La)n в лавах Удоканского поля указывают на более высокие степени частичного плавления мантийных пород в интервале 6-10% (рис. 7).

Образование широкого спектра составов лав активизированной Кодаро-Удоканской ослабленной зоны объясняется смешением, по крайней мере, четырех компонентов (рис. 8): 1) компонента, близкого в микроэле-меитном отношении к составу недифференцированой мантии, 2) компонента мантии, обедненной РЬ и Y, 3) компонента мантии, обедненной Y, и 4) компонента нижней части коры. В лавах активизированной Чукчудин-ской ослабленной зоны появляется компонент, подобный базальтам океа-

нических островов (01В). Появление трога Zr и Ш и вариации Ва/ЯЬ, отражающие присутствие в плавящихся породах амфибола и слюды, показывают слабое проявление в литосфере под Удоканским полем метасомати-ческих процессов подобных процессам под полем Рунгве.

Кодаро-Удоканская зона

Чукчудинская зона

14 *

омл

3.2-2.7 2.6 О ф ОТ, Щ0Б ОЛ.ОТ.

ЩОБ

2.6-2.4

БЗН

<Yb)n

4.0-3.5 <1.8 млн. лет назад ♦ X $

БЗН ЩОБ ЩОБ, ГВ

Рис. 7. Сопоставление расчетов равновесного частичного плавления в координатах нормированных к хондрнту (La/Yb)„ - (Yb)„ с составами щелочноультраосновных и щелочнобазальтовых расплавов, излившихся на Удоканском поле. Линии частичного плавления: SP - шпинелевого перидотита, GP - гранатового перидотита, PSP - шпине-левого перидотита с флогопитом, PGP - гранатового перидотита с флогопитом (Zhang et al., 1995). Нанесены линии частичного плавления, показанные на рис. 5, шпинелевого (Spl) и гранатовых (А и Б) перидотитов. ОЛ - оливиновый лейцитит, ГВ - гавайит. Условные обозначения для остальных разновидностей пород см. табл. 2.

КОДАРО-УДОКАНСКАЯ ЗОНА

ЧУКЧУДИНСКАЯ ЗОНА

Недифференцированная ,мантия

Обедненные компоненты

□

%хх

m

жй

X хХф ♦ ♦♦♦

□

15 Се/РЬ

20

30

Рис. 8. Мантийные и коровый компоненты щелочноультраосновных и щелочнобазальтовых магм Удоканского поля в координатах Y/Ho - Се/РЬ. Условные обозначения см. рис. 7. Показаны компоненты: Y - обедненный иттрием, Y-Pb - обедненный иттрием и свинцом, OIB - базальтов океанических островов, недифференцированной мантии (Sun, McDonough, 1989) и нижней коры (Taylor, McLennan, 1985).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изотопное датирование лав полей Рунгве и Удокана показывает прерывистый характер вулканических процессов в Западной ветви Восточно-АЛпиканской и на северо-востоке Байкальской пшЬтовых систем. На поле

Рунгве выделяются три, а на Удоканском поле четыре эпизода вулканической деятельности. Эпизодичность извержений на поле Рунгве, вероятно, отражает импульсную разрядку тектонических напряжений в Танганьика-Руква-Малавийской зоне Западной ветви, а эпизодичность изверженнй на Удоканском поле - тектонические процессы не только в Байкальской, но и в Олекмо-Становой подвижных системах.

Подобно океаническим рифтовым системам, толеитовые базальты нередко изливаются в осевых структурах континентальных рифтовых систем. Вне этих структур одновременно происходят извержения щелочных базальтов (Lipman, 1969 и др.). Такая латеральная смена состава магм обусловлена относительным увеличением степени частичного плавления на сравнительно малых глубинах под осевыми рнфтовыми структурами. Изучение пространственно-временных вариаций состава магматических расплавов полей Рунгве и Удокана показало иной характер латер;шьного изменения состава вулканитов - от щелочноультраосновных к дифференцированным. По-видимому, эта смена состава лав свойственна ослабленным в результате рифтогенеза проницаемым зонам мощной метасоматизиро-ванной континентальной литосферы.

Выявленная более высокая степень частичного плавления мантийного материала под Удоканским полем, чем под полем Рунгве, согласуется с геофизическими данными, свидетельствующими о более существенном утонении литосферы под Байкальской рифтовой системой, чем под впадинами Танганьика-Руква-Малавийской рифтовой системы. Глубина зарождения первичных расплавов под полями Рунгве и Удокана сопоставима.

По микроэлементным и изотопным характеристикам лав установлено, что под полями Рунгве и Удокана в плавление вовлекался материал континентальной литосферы, отличающийся от материала, служившего источником для океанических базальтов. Существенные различия химического состава и изотопных характеристик магм в активизированных Кодаро-Удо-канской и Чукчудинской ослабленных зонах может отражать отличия глубинных частей литосферы на границе двух разновозрастных блоков. В лавах Кодаро-Удоканской зоны представлен глубинный материал архейского Алданского щита, частично или полностью модифицированный протерозойскими или более поздними тектоно-термальными процессами. Материал лав Чукчудинской зоны относится к литосферной мантии, образованной при глубинной фанерозойской конвекции и/или к мантии Байк;шо-Витимского террейна, субдуцированного под Алданский щит в палеозое.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Рассказов C.B., Иванов A.B., Богданов Г.В., Медведева Т.Н. Состав орто-пироксенов и типизация глубинных включений из лав Верхне-Окинского и Тункинского сегментов Байкальской рифтовой системы // Доклады РАН. 1994. Т. 338. №5. С. 649-654.

2. Иванов A.B. Вулканические поля Рунгве и Удокана Восточно-Африканской и Байкальской рифтовых систем (обзор материалов) И XVII Региональная молодежная конференция "Структурная и вещественная эволю-

ция Центрально-Азиатского складчатого пояса". Тезисы докладов. Иркутск: ИЗК СО РАН, 1995. С. 25-26.

3. Рассказов С.В., Бауринг С.А., Харрис Н., Jlyp Дж.Ф., Иванов A.B. Вариации изотопного состава Pb, Sr и Nd в щелочных дифференцированных сериях Удоканского вулканического поля Байкальской рифтовой системы // XIV симпозиум по геохимии изотопов. Тезисы докладов. М.: ГЕОХИ РАН, 1995. С. 198-199.

4. Иванов A.B., Рассказов С.В., Брандг И.С., Брандг С.Б., Бовен А., Андре Л. Время извержений и источники магм Рунгве и Удокана Восгочно-Афри-канской и Байкальской рифтовых систем // Закономерности эволюции земной коры. Тезисы докл. Международной конференции. Санкт-Петербург: ИЗК СПбГУ, 1996. Т. 2. С. 90.

5. Логачев H.A., Рассказов С.В., Иванов A.B., Леви К.Г., Бухаров A.A., Кашик С.А., Шерман С.И. Кайнозойский рифтогенез в континентальной литосфере //Литосфера Центральной Азии. Новосибирск: Наука, 1996. С. 57-80.

6. Рассказов С.В., Иванов A.B. Эпизоды и геодинамическая обстановка четвертичного вулканизма Байкальской рифтовой системы юго-восточной окраины Евразиатской литосферной плиты // Доклады РАН. 1996. Т. 349, № 6. С. 804-807.

7. Рассказов С.В., Кунк М.Дж., Лур Дж.Ф., Бауринг С.А., Брандг И.С., Брандг С.Б., Иванов A.B. Эпизоды извержений и вариации состава четвертичных лав Байкальской рифтовой системы (Ar-Ar и K-Ar датирование вулканизма бассейна Джиды) // Геология и геофизика. 1996. Т. 37. № 6. С. 3-15.

8. Brandt S., Rasskasow S., Brandt I., Iwanow A. Betrachtungen zur anspeiche-rung radiogenen argons in mineralen bei gleichzeitiger deffusion // Freiberger Isotopen Kolloquium 1996 Proceedings. Freiberg: Technishe Universität Bergakademie, 1996. P. 35-46.

9. Ivanov A.V., Rasskazov S.V., Boven A., Andre L., Maslovskaya M.N. Sources of alkaline ultrabasic and basic lavas in the Rungwe volcanic field of the East African rift system II Continental rift tectonics and evolution of sedimentary basins. N. Dobretsov, J. Klerkx, M. Buslov (Eds). International workshop. Novosibirsk, 1996. P. 12-14.

10. Logatchev N.A., Rasskazov S.V., Ivanov A.V. Late Cenozoic tectonic and volcanic episodisity in the Baikal rift system: Comparisons with southern and eastern margins of the Eurasian plate // 30th International Geological Congress Abstracts. V. 1. Beijing, China, 1996. P. 245.

11. Rasskazov S.V., Ivanov A.V., Boven A., Andre L., Brandt I.S., Brandt S.B. Evolution of the Late Cenozoic Udokan magmatism in the structures of the Baikal and Olekma-Stanovaya mobile systems // Continental rift tectonics and evolution of sedimentary basins. N. Dobretsov, J. Klerkx, M. Buslov (Eds). International workshop. Novosibirsk, 1996. P. 36-37.

12. Рассказов C.B., Бовен А., Андре Л., Лиежуа Ж.-П., Иванов A.B., Пунзапан Л. Эволюция магматизма северо-востока Байкальской рифтовой системы // Петрология. 1997. Т. 5. № 2.

13. Rasskazov S.V., Ivanov A.V., Boven А., Andre L.Late Cenozoic reactivation of the Early Pre-Cambrian Aldan Shield: trace element constraints on magmatic sources beneath the Udokan ridge, Siberia, Russia // Proceedings of 30-th Geol. Congr. Li et al. (Eds) Vol. 15, 1997.