Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Эволюция и изотопно-геохимические параметры позднекайнозойского магматизма

ВАК РФ 25.00.04, Петрология, вулканология

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Саранина, Елена Владимировна

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ПРОБЛЕМА ВЫДЕЛЕНИЯ МАНТИЙНЫХ И КОРОВЫХ

КОМПОНЕНТОВ В ВУЛКАНИЧЕСКИХ ПОРОДАХ

1.1. Конечные компоненты океанических базальтов

1.2. Подходы к выделению конечных компонентой континентальных базальтов

1.3. Предшествующие работы по компонентному составу вулканических пород юго-восточной части Евразиатской плиты

Глава 2. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГЕОЛОГИЧЕСКОГО

СТРОЕНИЯ ЮГА ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА

2.1. Южное Приморье

2.2. Среднее Приамурье

Глава 3. СТРОЕНИЕ ВУЛКАНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ

3.1. Предшествующие исследования вулканических пород

3.2. Систематика и петрографическая характеристика вулканических пород

3.3. Южное Приморье 2д

3.4. Среднее Приамурье

Глава 4. МИКРОЭЛЕМЕНТЫ И ИЗОТОПЫ СТРОНЦИЯ

ВУЛКАНИЧЕСКИХ ПОРОД

4.1. Южное Приморье

4.1.1. Изотопы стронция

4.1.2. Редкие земли

4.1.3. Микроэлементы меловых вулканических пород

4.1.4. Мантийные и коровые компоненты

4.2. Среднее Приамурье

4.2.1. Изотопы стронция

4.2.2. Редкие земли

4.2.3. Другие микроэлементы

4.2.4. Микроэлементы меловых вулканических пород

4.2.5. Мантийные и коровые компоненты

Глава 5. СОПОСТАВЛЕНИЕ МАГМАТИЗМА И ГЕОДИНАМИКИ ЯПОНОМОРСКОЙ И БАЙКАЛЬСКОЙ ПОДВИЖНЫХ СИСТЕМ

5.1. Геодинамические факторы глубинного-магмообразования при рифтогенезе во внутренней части и на окраине континента

5.2. Геодинамика магматизма Япономорской подвижной системы

5.2.1. Импульсная астеносферная подпитка

5.2.2. Вариации изотопного состава вулканических пород в зависимости от конфигурации границы Тихоокеанской плиты

5.2.3. Развитие магматизма как отражение «пассивного» растяжения литосферы

5.3. Геодинамика магматизма в Байкальской подвижной системе

5.3.1. Временные вариации изотопных отношений Pb, Nd и Sr в базальтах Восточного Саяна ^

5.3.2. Мантийные компоненты

5.3.3. Аномалия DUPAL

5.3.4. Признаки развития мантийных процессов в позднем кайнозое

5.3.5. Происхождение компонентов

5.3.6. Импульсная подпитка подлитосферным материалом

5.3.7. Развитие магматизма как отражение «активного» рифтогенеза

5.4. Сравнительный анализ

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Эволюция и изотопно-геохимические параметры позднекайнозойского магматизма"

Актуальность исследования. Рифтогенез - процесс растяжения и утонения литосферы - протекает неравномерно в пространстве и времени. Его эпизодическое усиление и ослабление отражается в вариациях компонентов подлитосферной мантии и литосферы в продуктах вулканической деятельности. Наиболее мощное поднятие горячего мантийного материала выражается в разрыве литосферы (спрединге) с -^вулканическими—извержениями—астеносферных магм,- Время усиления растяжения литосферы определяется по преобладанию в вулканических продуктах подлитосферного материала. На территории Центральной, Южной и Восточной Азии кайнозойский рифтогенез и сопровождающий его магматизм обусловлены тремя главными геодинамическими факторами: 1) конвективным подъемом с мантийных глубин горячего материала, 2) коллизионным взаимодействием Евразиатской плиты с Индийской на юге, с Северо-Американской на северо-востоке и Идзу-Бонинской дуги с дугой Хонсю на востоке, а также 3) субдукцией Тихоокеанской и Филиппиноморской океанических плит под восточную окраину Еразиатской континентальной плиты [ТоНуй й а1., 1994; Рассказов и др., 1998; 2000]. Механизм астеносферной подпитки при задуговом рифтогенезе и спрединге отчетливо выражен в Япономорской подвижной системе. Разными авторами [Мартынов, 1999; Та1зшш е1 а1., 1989; Рошпшег е1 а!., 1994; ОЫа а1., 1994; РоисМ е1 а1., 1995 и др.] раскрытие Японского моря относится к временным интервалам 40-30, 32-12, 30-23 млн лет назад, короткому эпизоду после 17 млн лет назад или эпизоду около 15 млн лет назад, а в ряде работ прекращение спрединга коры Японского моря связывается с коллизией Идзу-Бонинской дуги с дугой Хонсю. В классических внутриконтинентальных рифтовых системах (таких как Байкальская, Восточно-Африканская), по-видимому, могли действовать различные механизмы, обеспечившие глубинное магмообразование, но часть из них (к примеру, позднекайнозойская субдукция) должны быть исключены. В работе рассматривается проблема различия и сходства развития задуговой Япономорской и внутриконтинентальной Байкальской подвижных систем с позиций изучения глубинных магматических процессов.

Цель исследования - выявить характер магматической геодинамики в Япономорской и Байкальской подвижных системах

Основные задачи

1. Изучить позднекайнозойские последовательности вулканических пород Южного Приморья и Среднего Приамурья.

2. Определить мантийные и коровые компоненты вулканических пород по изотопным и микроэлементным данным и пространственно-временные вариации их соотношений в процессе развития глубинного магматизма.

3. Выполнить сравнительный анализ геодинамических обстановок развития магматизма в Япономорской и Байкальской подвижных системах.

Защищаемые положения

1. Развитие позднекайнозойского магматизма континентальной части российского Юга Дальнего Востока выражено последовательной сменой состава изверженного материала во временных интервалах 15-13,12-8, 8-5 и 5-3 млн лет назад.

2. Вариации компонентного состава вулканических пород континентальной части российского Юга Дальнего Востока обусловлены латеральной сменой магматических источников, связанной с геологическим строением фундамента.

3. Магматизм Япономорской и Байкальской подвижных систем имел сходный импульсный характер развития в рамках позднекайнозойского магматического цикла при менее обедненном составе подлитосферной мантии Байкальской системы.

Научная новизна. Установлена стратиграфическая последовательность вулканических пород Южного Приморья и Среднего Приамурья, определена зависимость компонентного состава позднекайнозойских магматических расплавов от геологического строения фундамента и показано сходство развития позднекайнозойского магматизма в Япономорской и Байкальской подвижных системах при различном компонентном составе литосферного и подлитосферного материала.

Практическая значимость работы. Выявлены геохимические особенности позднекайнозойских лав, излившихся в различных аккретированных террейнах. В частности, обозначены переходы от коры континентального типа Ханкайского массива к океаническому типу коры Самаркинского террейна и от аккреционного клина фундамента Средне-Амурской впадины к Анюйскому микроконтиненту и Баджальскому террейну.

Установленное сходное импульсное развитие позднекайнозойского магматизма Япономорской и Байкальской подвижных систем может использоваться при разработке подходов к оценке сейсмической опасности территорий.

Фактический материал, методика исследований и личный вклад автора.

Диссертационная работа выполнена в лаборатории изотопии и геохронологии Института земной коры СО РАН. Коллекция образцов вулканических пород Юга Дальнего Востока была собрана в 1999-2001 гг при совместных работах с Дальневосточным Геологическим Институтом ДВО РАН (Ю.А. Мартынов, A.A. Чащин, С.О. Максимов, В.П. Нечаев), Приморской поисково-съемочной экспедицией (C.B. Коваленко) и Институтом тектоники и геофизики ДВО РАН (B.C. Приходько). Частично использовались образцы из коллекций Ю.А. Мартынова, С.О. Максимова, A.A. Чащина, B.C. Приходько и В.Г. Семеновой. Измерения проводились по 117 образцам позднекайнозойских вулканических пород. Параллельные исследования с участием автора проводились на вулканических полях юго-западной части Байкальской рифтовой системы, в том числе в Восточном Саяне. Содержания петрогенных оксидов определялись классической "мокрой химией" в лаборатории геохимии ДВГИ ДВО РАН (аналитик JI.B. Шкадюк) и в аналитическом центре ИЗК СО РАН (аналитик М.А. Смагунова). Шестнадцать образцов вулканических пород, в том числе девять с территории Южного Приморья датированы К-Ar методом (измерения радиогенного аргона С.Б. Брандта и И.С. Брандта, измерения концентраций калия М.А. Смагуновой). Широкий спектр микроэлементов во всех отобранных образцах вулканических пород определен методом ICP-MS на приборе PlasmaQuad 11+ (пробоподготовка М.Е. Марковой и автора, измерения и расчеты В.И. Ложкина , Е.П. Чебыкина и Т.А. Ясныгиной). Изотопные отношения Sr и Nd измерялись на масс-спектрометре Finnigan МАТ 262 (пробоподготовка автора, для образцов Восточного Саяна частично - Е.И. Демонтеровой, определения М.Н. Масловской). Значения изотопного стандарта стронция NBS-987 в период измерений составили 0,71030±0,00016 (2g), а значения изотопного стандарта неодима Ames - 0,512085±0,000013 (2g). Изотопные отношения Pb, Sr и Nd вулканических пород Восточного Саяна измерялись также в Массачусетском технологическом институте США (Harris, 1998).

Апробация работы и публикации. Результаты исследований представлены на пяти международных и четырех всероссийских конференциях, в том числе на симпозиуме «Rifting in intracontinental setting: Baikal Rift System and other Continental Rifts" (Иркутск8

Тервюрен, 1999), на 25-ой Генеральной ассамблее Европейского геофизического союза (Ницца, 2000), на 1-ом Всероссийском петрографическом совещании (Сыктывкар, 2000), на совещании «Суперконтиненты в геологическом развитии докембрия» (Иркутск, 2001), на симпозиуме «Строение, геодинамика и металлогения Охотского региона и прилегающих частей северо-западной Тихоокеанской плиты» (Южно-Сахалинск, 2002), и других. По теме диссертации опубликовано и принято к печати 27 работ, в том числе девять статей в журналах и семь статей в тематических сборниках.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и пя ти приложений общим объемом 143 страницы машинописного текста. В пей содержатся

Заключение Диссертация по теме "Петрология, вулканология", Саранина, Елена Владимировна

По полученным прецизионным аналитические данными по вулканическим породам Южного Приморья и Среднего Приамурья установлена их стратиграфическая последовательность, выделены четыре временных интервала позднекайнозойского магматизма, характеризуюгцих его общее развитие на континентальной окраине российского Юга Дальнего Востока. Выявлена зависимость компонентного состава магматических расплавов от геологического строения фундамента. Из результатов о сходном импульсном развитии позднекайнозойских процессов. Одинаковая миграция магматизма с востока на запад во внутренней части Евразиатской плиты и на ее восточном краю может быть следствием ее смещения в восточном направлении над подлитосферными термальными аномалиями.