Статья: Соотношения пород примитивной мантии, реститов и метасоматитов во включениях базанитов вулкана Карьерный (Западное Прибайкалье)

^{1Иркутский государственный университет}

²Университет Аль-Фурат

³Институт земной коры СО РАН

Соотношения пород примитивной мантии, реститов и метасоматитов во включениях базанитов вулкана Карьерный (Западное Прибайкалье)

^1,2Ю. Лило, ^1,3С.В. Рассказов,

^1,3И. С. Чувашова, ³Т. А. Ясныгина

г. Дейр-эз-Зор, Сирия, г. Иркутск, Россия

Аннотация

Глубинные включения вулканов Карьерный и Сухой восточной части Тункинской долины маркируют северную границу распространения глубинного зеленого (с хромдиопсидом) ксеногенного материала на территории Хамар-Дабанского террейна, совпадающую с изоградой гиперстена фации гранулитового метаморфизма Слюдянского кристаллического комплекса.

Изучено новое местонахождение глубинных включений в лавах вулкана Карьерный, в котором были найдены зеленые перидотиты (с хромдиопсидом) и черные пироксениты (с авгитом).

Изучение зеленых перидотитов показало преобладание среди них шпинелевых и бесшпинелевых лерцолитов при подчиненной роли флогопитовых верлитов, шпинелевых гарцбургитов и оливиновых вебстеритов.

По содержаниям петрогенных оксидов выделены: 1) породы, близкие к примитивной мантии, 2) реститы и 3) метасоматиты. На диаграмме ТЫУЪ - Та/УЪ породы первой группы соответствуют мантийному направлению, а породы двух других групп смещены в область коровых составов. Исходя из температурных оценок 845-971 °С (термометр Нимиса-Тэйлора), полученных для преобладающей группы реститов, предполагается их происхождение из слоя литосферы мощностью порядка 3 км, в подошве которого находятся породы, близкие к примитивной мантии (температура 967 °С), а в кровле - метасоматиты (температуры 825-863 °С).

Ключевые слова: мантия, литосфера, базальт, глубинное включение, Тункинская долина.

Введение

Включения из щелочных базальтоидов несут информацию о составе и температурном состоянии пород хрупкой оболочки (литосферы) и области перехода от нее к подстилающей пластичной среде (астеносфере).

Особый интерес представляют глубинные породы, захваченные базальтоидными расплавами в осевых структурах рифтовых зон, поскольку появляется возможность тестирования гипотетических моделей развития рифтового процесса.

Одной из ключевых территорий, на которой можно получить непосредственную информацию о глубинных породах коры и подстилающей мантии по включениям из щелочных базальтоидов, является Тункинская долина, заложенная вдоль простирания метаморфических зон Слюдянского кристаллического комплекса - метаморфического субтеррейна Хамар-Дабанского террейна, столкнувшегося с фундаментом Сибирского континента [Террейны Байкал-Хубсугульского ... , 2006].

В вулканических породах Тункинской долины глубинные включения были впервые отмечены Н. Я. Волянюком и др. [Волянюк, Семенова, 1975а, б] в породах некка Сухой (хр. Камар восточного окончания долины) и лав р. Хобок (Тункинская впадина центральной части долины).

Позже в центральной части долины была выявлена поперечная смена состава глубинных включений в направлении с севера на юг, от Тункинских гольцов через впадину к южному склону хр. Хамар-Дабан.

Ассоциации включений обозначили породы коры и коро-мантийного перехода, отторженные поднимавшимися щелочно-базальтовыми и базанитовыми расплавами вдоль главного рельефообразующего разлома, погружающегося от Тункинских гольцов под Хамар-Дабан [Рассказов, Богданов, Медведева, 1992]. Состав включений менялся от амфиболсодержащих на Тункинских гольцах через преимущественно черные включения (с авгитом) в центральной части Тункинской впадины (Хобок), зеленые фассаитсодержащие породы в ее юго-восточной части (Иркут) к ассоциации черных (с авгитом) и зеленых (с хромдиопсидом) на склоне хр. Хамар-Дабан (Козья Шейка). Степень окисленности железа в клинопироксенах и шпинели менялась в соответствии с метаморфической зональностью Слюдянского комплекса.

В зоне гранулитового метаморфизма, соответствующей центральной части Тункинской впадины, включения характеризовались восстановленным железом. При переходе в зону амфиболитового метаморфизма степень окисленности железа варьировала от восстановленного до окисленного состояния.

Кроме местонахождения некка Сухой восточной части долины, глубинные включения были обнаружены в базанитовом покрове на структурной перемычке между Быстринской и Торской впадинами. В 2015 г. базани- товый покров был вскрыт карьером, в котором обнажились кластотуфы вулканической постройки, получившей название вулкана Карьерный [Базальты Быстринской зоны ... , 2018].

Благодаря карьерной выработке появилась возможность отбора представительной коллекции глубинных пород и их сопоставления с глубинными породами прежде изученных местонахождений. В настоящей работе приводятся первые результаты изучения состава глубинных включений зеленой группы с хромдиопсидом с определением их систематики и вероятного происхождения из единого литосферного слоя мантии.

Методика аналитических исследований

Содержания петрогенных оксидов в вулканических породах и их глубинных включениях определялись методом «мокрой химии» (химик- аналитик - Е.Г. Колтунова), микроэлементов - методом индуктивносвязанной плазменной масс-спектрометрии (ИСП-МС) с использованием масс-спектрометра Agilent 7500се (пробоподготовка химика-аналитика М. Е. Марковой, измерения А. П. Чебыкина). Методика исследований приведена в работе [Калиевая и калинатровая ... , 2012].

Элементный анализ оливинов, пироксенов и шпинелей выполнен с использованием электронно-зондового микроанализатора Superprobe JXA-8200 фирмы Jeol (Япония) (аналитик - Л. Ф. Суворова). Проводилась съемка пятью спектрометрами c волновой дисперсией при аналитических условиях: ускоряющее напряжение 20 кВ, ток пучка электронов 20 нА, диаметр пучка электронов 1 мкм, время счета импульсов 10 с на пике линии, фона - по 5 с с каждой стороны от линии. Для регистрации аналитического сигнала микрокомпонентов использовался светосильный Н-тип рентгеновского спектрометра.

Структурное положение и возраст вулкана Карьерный

Тункинская рифтовая долина примыкает к Южно-Байкальской впадине с запада и состоит из шести впадин (с запада на восток): Мондинской, Хойтогольской, Туранской, Тункинской, Торской и Быстринской. Впадины разделены междувпадинными перемычками. Долина ограничена с севера крутым склоном Тункинских гольцов, а с юга - пологим склоном хребтов Мун- ку-Сардык, Ургудеевский и Хамар-Дабан.

Средний сегмент долины составляет наиболее крупная (65 »32 км) Тункинская впадина глубиной более 2500 м. Другие впадины, расположенные восточнее и западнее, имеют меньшие размеры и глубины.

На западном побережье оз. Байкал вулканизм проявился в трех зонах: Камарской, Становой и Быстринской. Камарская и Быстринская зоны протягиваются на 20 км каждая. Между ними приблизительно такое же расстояние. Протяженность Становой зоны на одну треть меньше. Расстояние между Камарской и Становой зонами составляет не более 10 км (рис. 1).

Рис. 1. Геологическая схема фундамента

Вулканы: а - с глубинными включениями: КР - Карьерный, СХ - Сухой, КШ - Козья Шейка; б - без глубинных включений: КЛ - Култукский, ШР - Широкий, МТ - Метео, АН - Анчукский, ЗР - Зыркузунский; вулканические зоны: БС - Быстринская, КМ - Камарская, СТ - Становая; впадины: ТН - Тункинская, ТР - Торская. Схема составлена с использованием работ [Шафеев, 1970; Култукский вулкан: пространственно ... , 2013]

Докайнозойский фундамент территории представляет собой коллизионную границу Слюдянского блока, аккретированного к краю архейского Шарыжалгайского кристаллического блока Сибирской платформы в раннем палеозое, около 480 млн лет назад.

В Слюдянском зональном метаморфическом комплексе Камарская и Быстринская вулканические зоны заключены в блоке гранулитового метаморфизма и утыкаются в главный Саянский разлом, тектониты которого круто погружаются в северо-северо-восточном направлении, под Шарыжалгайский блок. вулканический порода щелочной базальтоид

Становая зона находится во внутренней части Слюдянского блока и, в отличие от двух других зон, пересекает изограду гиперстена. Глубинные включения вулканов Карьерный и Сухой восточной части Тункинской долины маркируют северную границу распространения глубинного зеленого (с хромдиопсидом) ксеногенного материала на территории Хамар-Дабанского террейна, совпадающую с изоградой гиперстена фации гранулитового метаморфизма.

Молодые впадины Тункинской рифтовой долины унаследовали коллизионную границу. Камарская и Быстринская вулканические зоны пересекают осевую структуру рифтовой долины.

Камарская выходит непосредственно на край Южно-Байкальской впадины, Быстринская - находится на перемычке между Быстринской и Торской впадинами.

Быстринская впадина активно прогибалась с накоплением неоген-четвертичных отложений, но в неоплейстоцене была вовлечена в инверсионные восходящие движения.

Датирование образца ТК-15-05 вулкана Карьерный К-Лг-методом показало возраст вулкана 13,2±1,5 млн лет(К₂0 = 1,85 мас. %, ⁴⁰Лг_рад = 7,92* 10^-4 нмм³/г, Лг_возд = 92 %).

Эта датировка сопоставляется с интервалом датировок 13,4-11,7 млн лет, полученным для пород верхнего пакета вулкана Сухой Камарской зоны [Култукский вулкан: пространственно ... , 2013]. Таким образом, вулканы с глубинными включениями (Карьерный и Сухой) проявили активность в Быстринской и Камарской зонах в одно время (около 13 млн лет назад) [Базальты Быстринской зоны ... , 2018].

Общая характеристика включений

В лавах вулкана Карьерный глубинные включения представлены зелеными перидотитами (с хромдиопсидом) и черными пироксенитами (с авгитом). Собранная коллекция включений составляет около 200 образцов. Размер включений - до 20 см.

По соотношениям оливина (Ol), ортопироксена (Opx) и клинопироксена (Cpx) [Streckeisen, 1973] в составе зеленых пород преобладают шпинелевые и бесшпинелевые лерцолиты, реже встречаются флогопитовые верлиты, шпинелевые гарцбургиты и оливиновые вебстериты.

Шпинелевые лерцолиты макроскопически представляют собой светлозеленые полнокристаллические породы, сложенные бесцветным до бледножелтого оливином (40-70 %), светлым коричнево-серым, иногда с зеленоватым оттенком, ортопироксеном (10-25 %), изумрудно-зеленым хромдиопсидом (10-25 %), смоляно-черной хромшпинелью (до 15 %) (образцы: BS- 16-1, BS-16-3, BS-16-4, BS-16-6, BS-16-8, BS-16-9, BS-16-10, BS-16-11, BS- 16-12, BS-16-14, BS-16-15 и BS-16-16).

Структура шпинелевых лерцолитов - от мелко- до среднезернистой. Зерна оливина и ромбического пироксена достигают 3 мм. Шпинель редко превышает 1 мм.

Ортопироксен обычно представлен индивидуальными зернами. Иногда встречаются его крупные порфировидные выделения. В образце BS-16-11 ортопироксен включает зерна шпинели.

Диопсид представлен зернами от 2 мм до зерен мельчайшего размера. Хромшпинель ксеноморфна по отношению к силикатным минералам. Под бинокуляром имеет черную окраску, в проходящем свете под микроскопом - бурую. В шпинели наблюдаются включения оливина.

Бесшпинелевые лерцолиты представляют собой зеленые породы, сложенные бесцветным до бледно-желтого оливином, светло-коричнево-серым, иногда с зеленоватым оттенком, ортопироксеном, изумрудно-зеленым хромдиопсидом. Шпинель отсутствует в образце BS-16-7.

Флогопитовые верлиты зеленоватой окраски, среднезернистой структуры сложены оливином (40-50 %), клинопироксеном (30-35 %), слюдой (10-15 %) и черной акцессорной хромшпинелью. Флогопит обнаружен в верлите образца BS-16-2.

Шпинелевые гарцбургиты - бутылочно-зеленые породы, сложенные бледно-желтым оливином (60-70 %), светло-коричнево-серым ортопироксеном (15-20 %), черной хромшпинелью (10 %) и акцессорным изумруднозеленым хромдиопсидом (5 %). От лерцолитов данная порода отличается меньшим содержанием клинопироксена (эти породы характеризуют лерцо- литовым парагенезисом минералов). Гарцбургитовый состав характеризует образец BS-16-13.

Оливиновые вебстериты - темно-зеленые среднезернистые породы, сложенные оливином (35-40 %), ортопироксеном (40-45 %), клинопироксеном (20 %) и черной акцессорной шпинелью. Такой состав имеет образец BS-16-5.

На диаграмме MgSiO₃- FeSiO₃-CaSiO₃ [Paldervaart, Hess, 1951; Ginzburg, 1975] клинопироксены зеленых глубинных включений попадают в область диопсида, ортопироксены - в область энстатита. По данным микро- зондового анализа (табл. 1), в состав минералов шпинелевых лерцолитов входят: оливин (89-91 % форстерита), диопсид Эн_48-50Во_47-48Фс_3-5, энстатит Эн_89-91Во₁Фс_8-10 и хромшпинель (100*Mg/(Mg+Fe) = 67-72).

Таблица 1

Концентрации оксидов (мас. %) в породообразующих минералах глубинных включений из базанитов вулкана Карьерный