ізотопного та РЗЕ докази гетерогенності андезитового вулканізму.

Б. В. Іванов, В. М. Голубєв, В. А. Ляликова.

В статті наведені нові дані відносин Sr87/Sr86, Nd143/Nd144 та вмісту РЗЕ в андезиту ст. Жупановскіе Востряков і Кизим. Показані чіткі відмінності в походженні раніше виділених/Іванов, 1990/толеітових андезитів I типу мантійних походження і вапняно-лужних II типу, мантійних-корову. Кореляція ізотопних даних з даними РЗЕ (по Європі, неодиму та Самара) підтверджує помітний вплив коровою компоненти в походження II типу андезитів.

Розгляд ізотопних значень Sr87/Sr86, Nd143/Nd144 і аналіз змістів РЗЕ на прикладі двох андезитового вулканів Камчатки: Кизим і Жупановскіе Востряков, дозволяють отримати нові дані, що підтверджують зроблені раніше висновки про існування двох генетичних типів андезитів [4]. Андезити Камчатки по петрохіміческім властивостей відносяться до толеітовим і вапняно-лужним породам нормальної лужності, високою глиноземного і ізвестковостості. Порівняльний аналіз петрохіміческіх і геохімічних параметрів андезитів Камчатки і андезитів Тихоокеанського рухомого пояса (ТПП) свідчить про різні шляхи формування толеітових і вапняно-лужних андезитів і про участь у генезі другу речовини кори. Цей аналіз дозволив виділити андезити I типу (толеітовие) як мантійні похідні, і II типу (вапняно-лужні) як мантійних-корову.

Під терміном "мантійних" андезитового вулканізм розуміється тип вулканізму, який характеризується, по-перше, приуроченість до лінійних сквозькоровим розломів і рифтових зонам, по-друге, досить простим глибинним будовою вулканічних апаратів, що виражається в безпосередньому зв'язку з верхньою мантією, тобто відсутністю системи досить великих (діаметром більше 3-5 км) довгоживучих корови і периферичних вогнищ; по-третє, широким розвитком базальтоідного вулканізму і всього ряду його похідних від андезито-базальтів до ріолітов; по-четверте, характерним набором типів вулканічних вивержень (стромболіанскій, вулканско-стромболіанскій, плініанскій).

Під терміном "мантійних-корови" андезитового вулканізм розуміється тип вулканічного процесу, що характеризується, по-перше, приуроченість до розламах коров'ячого закладення, Оперяють лінійні сквозькоровие розломи, і, як правило, локалізуються в межах Кальцева і субкальцевих вулкана-тектонічних структур, по-друге, складним глибинним будовою вулканічних апаратів, обумовленим присутністю системи довгоживучих вогнищ, проміжних, глибинних корови і периферичних, як мають, так і що не мають зв'язку з верхньою мантією; по-третє, широким розвитком порід середнього і субкіслого складів з петрохіміческі двоїстої природою, обумовленої процесами взаємодії магми з речовиною кори; по-четверте, визначеним типом вулканічних вивержень (переважно вулканскій, спрямовані вибухи).

За мінералогічному складу в першому типі переважають двупіроксеновие андезити (> 50%), у другому - роговообманково-піроксенових і роговообманковие андезити (до 80%). Характерними ознаками петрографічні андезитів I типу є: менше кальцієвий складу вкрапленніков клінопіроксенов, постійна присутність в основній масі піжонітов, безамфіболовие гомеогенние включення і невелике кількість ксенолітов. В II типі андезитів - більш кальцієві клінопіроксени, субкальцвий Авгіт у вигляді мікролітів і субфенокрісталлов, в основній масі рідко - Піжон, багато ксенолітов Дуніт-гарцбургітовой, піроксенітовой, габро-амфіболітовую і гранітоїдними асоціацій. Значення ізотопів Sr87/Sr86 в ксенолітах 0,7037 - 0,7045, Ср 0,7042 [4]. Важливою особливістю ксенолітов є ознаки взаємодії з магматичними розплавами. До петрохіміческім особливостям андезитів I типу відносяться: менший діапазон змістів SiO2 (57-59%), Fe2O3 + FeO> 7%, вони менш лужні, індекс глиноземистому al '= 1,67 - 1,76, індекс фемічності> 10. У андезиту II типу діапазон SiO2 (59-63%), Fe2O3 + FeO <7 андезити більш лужні і більше глиноземисті (al '= 1,76 - 2,01) з індексом фемічності <10. Андезити I і II типів мають помітні геохімічні відмінності: толеітовие збагачені Mn, V, Co, Zn, Ca, Ti, Sr, Sc; вапняно-лужні - K, Na, Li, Rb, Ba. У перші стійко великі значення відносин Sc/Ni, Ba/Sr <1; у другому Ba/Sr> 1, більш високі значення Hf/Yb, Th/U. Ізотопні відносини стронцію мають низькі значення і менший розкид (0,7028-0,7038, середнє 0,7033) в андезиту мантійних харчування, і більш високі значення і великий розкид (0,7030-0,0740, середня 0,7035) в андезиту корів-мантійних походження [3]. Значення 18О в андезиту I типу від 4,1 до 7,7%, середня 5,7%, андезиту II типу від 6,5% до 9,2%, середня 7,7%. Значення ізотопів Sr і O і їх флюктуляціі свідчать про участь в освіті андезитів II типу коров'ячого речовини [2].        

Рис.   1     

По комплексу експериментальних, петрографічних і петрогеохіміческіх даних найбільш добре узгоджується механізмом освіти андезитів є фракційна кристалізація андезито-базальтових магми з помірним вмістом H2O (1,5 - 2%) з відділенням магнетитової асоціації. Цей процес йде при зниженому змісті H2O і низькою летючості кисню в магматичної каналі при освіту андезитів I типу, і підвищеним вмістом H2O, підвищеної летючості кисню і взаємодії з речовиною кори в проміжних і глибинних корови вогнищах при утворенні андезитів II типу [4].

Наведені докази на користь існування двох типів андезитів потребували більше вагомих даних на ізотопним рівні. Така можливість з'явилася з отриманням значень ізотопів Nd і додаткових даних по ізотопів Sr. Для порівняння були вибрані два вулкана: вулкан Жупановскіе Востряков і Кизим. На першому яскраво проявлені андезити I типу, на другому - II типу. Як перший, так і другий знаходяться в межах Східного вулканічного поясу. Вулкан Жупановскіе Востряков розташовується в південній частині Жупановской кільцевої структури, вулкан Кизим - в північній частині Східної вулканічної зони на Ю-В борту Щапінского грабена. Відстань між вулканів 190 км. На рис. 1 і в табл. 1 представлені систематика порід вулканів на діаграмі FeO/MgO - SiO2 та хімічні склади порід. Абсолютно ясно видно розмежування андезитів I і II типів. Це розмежування помітно також щодо змісту мікроелементів; найбільш сильно - по змісту лужних елементів (Rb, Li, Cs) і Ba/Sr відносин.        

Рис. 2     

На рис.2 показані співвідношення ізотопів неодіма і стронцію в породах розглянутих вулканів, а в табл.2 - результати вивчення ізотопного складу Sr і Nd. З наведеного матеріалу виразно видно відособленість полів за ізотопним матюками Nd і Sr андезитів I і II типів. Підвищені значення Sr87/Sr86 в андезиту II типу свідчить про участь компонентів кори в їх походження. Однак може постати питання: чи не пов'язані підвищені значення ізотопів Sr і Nd як у першого так і другого типах андезитів з різним складом порід верхньої мантії під вулканами? Для вирішення цього питання нами були проведені дослідження змістів РЗЕ в тих же зразках андезитів. На рис. 3 показані моделі РЗЕ в андезиту I і II типу, а в табл. 3 - концентрації РЗЕ. При порівнянні моделей РЗЕ виявляється їх велику схожість, що свідчить про близьку складі верхньої мантії під вулканами Жупановскіе Востряков і Кизим. Деякі відмінності уловлюються в значеннях Eu/Eu *= Eu, де [Eu] - виміряне зміст європію, а [Eu *] - його вміст в хондрити [5]. У андезиту в.Жупановскіе Востряков Eu - 0,48, андезиту в.Кізімен 0,95, що свідчить про різного ступеня фракціонування розплавів андезитів I та II типів. Підвищені значення Eu також вказують на помітну роль коров'ячого матеріалу. Відношення Sm/Nd може бути показником ступеня диференціації розплавів і процесів асиміляції. У ході діфференціі Nd накопичується в залишкових розплавах, у той час, як концентрація Sm збільшується незначно, і породи, у генезі яких бере участь Коровая компонента, мають низькі Sm/Nd значення [1]. У породах Жупановскіе Востряков значення Sm/Nd в базальтах (0,30), андезито-базальтах (0,34) і андезиту (0,26). У андезито-базальтах і андезиту в.Кізімен значення Sm/Nd помітно нижче (відповідно 0,28 і 0,25). Значення Nd в двупірокснових андезиту I типу 9,1, у роговообмонково-піроксенових андезиту II типу 8,6. Це означає, що андезити II типу несуть корову навантаження.        

Рис.   3     

Проведені дослідження ізотопного складу Sr і Nd в андезиту Камчатки дозволяють зробити наступні висновки:

андезити з високими значеннями Sr87/Sr86 і низькими Nd143/Nd144 відносяться до вапняно-лужним породам мантійних-коров'ячого походження.

андезити з низькими значеннями Sr87/Sr86 і високими Nd143/Nd144 слід відносити до толеітовим андезиту мантійних генезису.

Кореляція ізотопних даних з даними РЗЕ по Європі, неодиму та Самарії підтверджує вищесказане.

Список літератури

Балашов Ю.А., Корпенко С.Ф., Філіппов Л.В. Ізотоп стронцію, неодіма, кисню і рідкоземельні елементи як індикатори джерел і еволюції гранітоїдними магматизму// Геохімія. 1982. N12. C. 1705-1716.

Іванов Б.В., Устинов В.І. Ізотопний склад кисню в андезиту Камчатки// Вулканологія і сейсмологія. 1988. N4. C. 26-31.

Іванов Б.В., Плюснин Г.С. Ізотопний складу стронцію в андезиту Камчатки// Вулканологія і сейсмологія. 1988. N6. C. 19-25.

Іванов Б.В. Типи андезитового вулканізму Тихоокеанського рухомого пояса. М.: Наука, 1990. C. 213.

Фор. Г. Основи ізотопної геології. М.: Світ, 1989. С. 590.