Введение к работе
Актуальность исследований
Проблема образования и эволюции мантийных магм остается одной из наиболее актуальных в петрологических исследованиях. В последнее десятилетие существенный вклад в решение этой проблемы был сделан на основе изучения материнских расплавов магматических пород по данным составов расплавных включений в минералах (Костюк, Панина, 1990; Соболев, 1996; Бакуменко и др., 1999; Наумов и др., 2004; Соловова и др., 1998, 2008; Danyushevsky et. al., 2002; Коваленко и др., 2006, 2007; и др.). Эти исследования существенно расширили представления о составе и эволюции расплавов, формирующихся в различных геодинамических обстановках. Вместе с тем пока слабо изучены условия зарождения и исходные составы щелочных расплавов, участвующих во внутриконтинентальной внерифтовой внутриплитной активности (Панина и др., 1996; Соловова и др., 2006). Известно, что успешное решение многих задач в геологии зависит от возможности получения максимального количества генетической информации, значительный объем которой содержат расплавные и флюидные включения. Термобарогеохимические методы в мировой науке широко распространены, а в связи с современным развитием и усовершенствованием аналитических возможностей изучения индивидуальных включений (масс-спектрометрия вторичных ионов -SIMS, масс-спектрометрия с лазерной абляцией - LA-ICP-MS, и другие методы) стали одним из самых точных научно-исследовательских инструментов. Достоверную прямую информацию о петрогенном и геохимическом составе, первичных содержаниях Н20 и других летучих компонентов в мантийных расплавах в настоящее время можно получить только методами исследования первичных включений расплава в самых ранних минералах базит-ультрабазитовых пород.
Таким образом, актуальность проводимых нами исследований базанитов из трубок взрыва Северо-Минусинской впадины определяется необходимостью получения современными термобарогеохимическими методами петрологических и геохимических прямых данных об условиях генерации, составе и эволюции внутриплитного щелочнобазальтового типа магм. Цель и задачи исследований
Цель данной работы - на основе результатов изучения включений расплава в минералах базанитов из трубок взрыва Северо-Минусинской впадины определить источник, состав, термобарометрические и геохимические особенности кристаллизации и эволюции базанитовых расплавов.
Для осуществления поставленной цели автором решались следующие задачи:
-
Минералогическое и геохимическое изучение базанитов из трубок взрыва Тергешская, Красноозерская и Конгаровская.
-
Определение Р-Т параметров и фугитивности кислорода при кристаллизации базанитов, выявление состава и характера эволюции исходного расплава в процессе кристаллизации.
-
Определение концентраций летучих компонентов в исходном базанитовом расплаве.
-
Выявление состава и характера эволюции источника первичных расплавов.
Защищаемые положения и научные результаты:
-
Согласно полученным температурам гомогенизации порядок кристаллизации фенокристов базанитов был следующим: оливин (Т>1300С) — клинопироксен (Т>1200-1250С). Минимальное давление кристаллизации фенокристов оливина составляло Р>3.5 кбар, образование минералов основной массы происходило в приповерхностных условиях. Фугитивность кислорода на начальном этапе кристаллизации базанитов соответствовала буферу NNO.
-
Исходные базанитовые расплавы имели миаскитовый характер и натровый тип щелочности. Эволюция базанитового расплава трубок взрыва Северо-Минусинской впадины в процессе кристаллизации была направлена в сторону повышения Si02, А1203, щелочей и снижения фемических компонентов и постепенно смещалась от щелочно-базальтовых в сторону тефрифонолитовых-трахиандезитовых составов. Содержания Н20 (0.02-0.16 мас.%), F (0.12-.20 мас.%) и С1 (0.08-0.1 мас.%) в гомогенизированных и исходно стекловатых расплавных включениях позволяют утверждать, что первичные базанитовые расплавы были достаточно сухими. Основным летучим компонентом была С02.
-
Базаниты из трубок взрыва Северо-Минусинской впадины не были модифицированы в результате коровой контаминации. Состав их первичных расплавов отражает характеристики мантийного источника, сформировавшегося в две стадии: 1) раннюю - обеднения некогерентными элементами и отражающуюся в деплетированных изотопных характеристиках; 2) позднюю - обогащения легкими редкоземельными элементами и высокозарядными элементами.
Практическая значимость работы
Полученные прямые данные на основе применения современных методов изучения расплавных включений могут использоваться для построения физико-химических моделей реконструкций условий кристаллизации и эволюции щелочных расплавов, оценки содержания воды и других летучих компонентов в исходных магмах.
Фактический материал, личный вклад автора и методы исследований
В основу работы положен фактический материал, полученный в результате исследования коллекции образцов базанитов из трубок взрыва Тергешская, Конгаровская и Красноозерская. Значительная часть каменного материала была отобрана автором во время полевых работ в 2001-2003 гг. Кроме того, часть образцов для исследований была любезно предоставлена автору д.г.-м.н., профессором А.Э. Изохом.
Для всех образцов базанитов из трубок Тергешская, Красноозерская и Конгаровская автором были изготовлены и исследованы полированные пластинки. В ходе работ автором применялись различные высокоточные аналитические методы. Валовый состав базанитов трубок взрыва был изучен рентгенофлюоресцентным анализом (РФА) в Институте геологии и минералогии СО РАН (г. Новосибирск). Микроэлементный состав пород анализировался методом РФА-СИ (синхротронное излучение) в Институте ядерной физики СО РАН (г. Новосибирск) и методом ICP-MS в Институте геохимии им. Виноградова (г. Иркутск). На рентгеноспектральном микроанализаторе "Camebax-micro" (ИГМ СО РАН, г. Новосибирск) были проанализированы породообразующие минералы базанитов и включения расплава (прогретые, непрогретые, дочерние фазы). Микроэлементный состав породообразующих минералов, а также гомогенизированных и остаточных стекол из расплавных включений и стекла основной массы базанитов анализировался методом вторично-ионной масс-спектрометрии (SIMS) на ионном зонде Cameca IMS-4f в Институте Микроэлектроники РАН (г. Ярославль). Диагностика мелких (менее 5 мкм) дочерних фаз в расплавных включениях проводилась на сканирующем микроскопе JSM-63801а в ИГМ СО РАН. Для включений расплава в породообразующих минералах базанитов проведены термометрические эксперименты с визуальным контролем в термокамерах с инертной (аргоновой) средой. Составы и плотность флюидных включений и флюидных обособлений в расплавных включениях определялись методами криометрии и КР-спектроскопии. Научная новизна
Впервые для данного региона проведено комплексное минералого-геохимическое и термобарическое исследование для базанитов одновременно из нескольких трубок взрыва. Выявлены состав и характер эволюции щелочнобазальтового расплава, определены содержания летучих компонентов в нем, охарактеризован источник. Апробация работы
Основные научные результаты представлялись на I Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле (г. Новосибирск, 2002), XX Всероссийской молодежной конференции "Строение литосферы и геодинамика" (г. Иркутск, 2003), 41 и 43
Международных научных студенческих конференциях (г. Новосибирск, 2003, 2005), XVIIth ECROFI (г. Будапешт, Венгрия, 2003), XVIIIth ECROFI (г. Сиена, Италия, 2005), ACROFI I (г. Нанкин, Китай, 2006), Всероссийском совещании "Геохимия, петрология, минералогия и генезис щелочных пород" (г. Миасс, 2007), Международной молодежной конференции "Ломоносов" (г. Москва, 2007), Международном совещании "Щелочной магматизм Земли и его рудоносность" (г. Донецк, Украина, 2007), XVIII молодежной научной конференции, посвященной памяти К.О. Кратца (г. Санкт-Петербург, 2007), Всероссийском семинаре "Геохимия магматических пород. Щелочной магматизм Земли" (г. Санкт-Петербург, 2008), Всероссийском семинаре "Глубинный магматизм, его источники и плюмы" (г. Владивосток, 2008).
По теме диссертации опубликовано 18 работ с участием автора, из них 2 статьи в рецензируемых российских журналах, 2 статьи в сборниках и 14 тезисов в трудах международных и российских конференций и семинаров. Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы. Материал изложен на 146 страницах, сопровождается 35 рисунками и 17 таблицами. Список литературы содержит 120 наименований.
В первой главе автором обобщена литературная информация о геологическом строении Северо-Минусинской впадины, приведены результаты предшествующих исследований. Во второй главе рассматриваются методы исследований, применявшихся при выполнении данной работы. Третья и четвертая главы содержат полученный автором оригинальный фактический материал (минералогия и геохимия базанитов, результаты термометрических, криометрических и КР-спектроскопических экспериментов с расплавными и флюидными включениями в минералах базанитов, сведения о петрогенном и геохимическом составах включений). В пятой главе приводятся обобщение и интерпретация полученных автором данных. Благодарности
Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю д. г.-м. н. А.А. Томиленко за участие в формировании научных взглядов, руководство в проведении исследовательской работы и всестороннюю поддержку. За оказанное плодотворное влияние на работу, ценные советы и помощь в интерпретации результатов автор крайне признателен к.г.-м.н. Л.И. Паниной и к.г.-м.н. В.В. Шарыгину. За поддержку, сотрудничество и обсуждения различных вопросов автор выражает благодарность коллективу Лаборатории термобарогеохимиии ИГМ СО РАН. Автор благодарен к.х.н. Л.Н. Поспеловой и СВ. Ковязину
за оказанную помощь при микрозондовых и ионно-зондовых исследованиях, Л.М. Усольцевой и к.г.-м.н. Е.И. Петрушину за помощь в проведении термометрических экспериментов. За обсуждение и ценные советы автор благодарит д.г.-м.н., О.М. Туркину. Автор признателен д.г.-м.н. А.Э. Изоху за предоставленную коллекцию образцов.
Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ лаборатории Термобарогеохимии ИГМ СО РАН, а также при финансовой поддержке проектов РФФИ (гранты №06-05-65015, № 08-05-00134), СО РАН (интеграционный проект 6.15) и Фонда содействия отечественной науке.
