Петролого-геохимическая эволюция кайнозойского базальтоидного вулканизма Приморья в связи с проблемой его сапфироносности

Актуальность работы.

Исследованиями последних десятилетий прошлого столетия установлено широкое развитие обширных базальтовых плато на всём протяжении восточного края Австралии и Азии. По объёму излияний, формам залегания и составу исходных магм они были выделены В. А. Кутолиным в траппы молодых платформ [Кутолин, 1972]. Приуроченность их к приконтинентальным частям западно-тихоокеанских окраинных морей (задуговых бассейнов) позволяет связывать формирование этого пояса базальтоидов с кайнозойской деструкцией краёв Австралийского и Азиатского континентов.

Указанные базальтоиды издавна привлекали к себе внимание геологов. Это обусловлено двумя причинами. С одной стороны, во всех случаях они несут включения глубинных перидотитов, что позволяет оценивать глубины и условия выплавления магм, что важно для выявления геодинамического режима формирования границы океан-континент. С другой стороны, с этими базальтоидами связаны промышленные россыпи драгоценного корундасапфира, которые разрабатываются в Австралии с конца 19 века. Несмотря на всё сказанное, детальные минералого-геохимические исследования этого комплекса начались в последние десятилетия прошлого века. Наиболее тщательно они изучены в Австралии, есть разрозненные данные по Таиланду, Камбодже, Лаосу, Вьетнаму, Китаю [O'Reilly, Zhang, 1995; Oakes et al., 1996; Nguyen et al., 1996; Zhang, O’Reilly, 1997; Zhou, Mukasa, 1997; Sutherland et al., 1998a- 19 986- Hoang, Flower, 1998; Zou et al., 2000; Sutherland, Fanning, 2001; Zhang et al., 2001]. На российской части указанного пояса они наиболее изучены в Сихотэ-Алине [Гапеева, 1957; Малеев, 1963; Сахно, Денисов, 1963; Берсенев, Денисов, 1971; Кутолин, 1972; Щека, 1978а- 1983; 1984; Приходько и др, 1985; Попов, 1986; Есин и др., 19 926- и мн. др.] и в северо-восточной части пояса [Белый, 1978; 1994; 1998; Котляр и др, 1981; Говоров и др, 1983 и др.]. Этими авторами основное внимание уделялось изучению геологического положения и строения комплекса, составу пород. Детально освещены петрология и минералогия гипербазитовых включений в базальтах [Сахно, Денисов, 1963; Аблесимов, Бехтольд, 1978; Щека, 1983; Приходько и др., 1985; Акинин, Апт, 1994 и др.]. Геохимия базальтоидов изучалась лишь на уровне эмиссионного спектрального анализа [Голубева, 1975; Говоров и др, 1984 и др.]. Приводятся единичные данные по минералогии базальтоидов, особенно толеитовых. Лишь в последние годы появились сведения по корректной геохимии, изотопии и абсолютному возрасту пород в основном для северной части Сихотэ-Алиня [Есин и др., 1992аМартынов, 1995; 1999а- 19 996- Мартынов и др, 2002; Приходько и др., 1996; Окашига et а1., 1998; Рассказов и др., 2003]. В Приморье были обнаружены россыпи сапфира, а затем и проявления его в отдельных вулканах [Высоцкий и др., 2002]. В то же время практически отсутствуют сведения по летучим компонентам (С1, Б, Р, Б, В, С02) базальтоидов, хотя известно, что они оказывают определяющее влияние на состав и рудоносность магматических расплавов. Определение этих элементов химическими методами очень трудоёмко и чревато крупными ошибками анализа. Всё вышеизложенное не вызывает сомнения в актуальности поставленной работы.

Цель и задачи работы.

Основная цель работы — установление геохимических особенностей кайнозойских базальтоидов Приморья в связи с проблемой их сапфироносности. Перед диссертантом были поставлены следующие задачи:

1. Разработка методов рентгенофлуоресцентного определения летучих и других доступных элементов на имеющейся в институте аппаратуре.

2. Изучение поведения их в процессе эволюции базальтоидной магмы в Приморье на протяжении 15 млн. лет.

3. Выявление петролого-геохимических индикаторов сапфироносности базальтоидов.

Методика исследований.

Объектом исследований послужили коллекции базальтоидов Приморья, предоставленные В. К. Поповым, С. А. Щекой, A.A. Чащиным и детально изученные в геологическом и петрологическом отношениях. Кроме того, использована коллекция базальтов и трахитов из современного вулкана Пектусан (Китай), отобранная В. К. Поповым. Диссертант имел также возможность кратковременного посещения ряда вулканов с отбором образцов. Для проведения работы был использован рентгенофлуоресцентный спектрометр VRA-30 производства «Карл Цейс» (Иена, ГДР) с рентгенооптической схемой по Соллеру, дающей пределы обнаружения до 0,0001%. Всего проанализировано около 120 образцов на 14 элементов (более 1500 элементо-определений). Кроме собственных анализов, были использованы определения концентраций петрогенных элементов, выполненные традиционным химическим методом и определения В и F, выполненные атомно-эмиссионным и ионометрическим методами в лабораториях ДВГИ ДВО РАН. Определения концентраций микроэлементов также были проведены на рентгенофлуоресцентном спектрометре S4 PIONEER немецкой компании «Bruker» и показали совпадение результатов с определениями на спектрометре VRA-30 в пределах метрологических характеристик.

Научная новизна работы.

1. Адаптированы методики анализа под определение концентраций традиционных для рентгенофлуоресцентного метода элементов (Т1, Ие, V, Сг,.

Со, №, Ва, Ш), Б г, Ъх, №>) в базальтоидах на спектрометре УЯА-ЗО. Установлены или уточнены концентрации этих элементов в породах Шуфанского и Шкотовского плато, вулканов Вострецовской группы, современного вулкана Пектусан (Китай), Болоньского вулкана (Приамурье) и вулкана Эребус (Антарктида).

2. Впервые использован рентгенофлуоресцентный метод для комплексного определения содержаний летучих компонентов в базальтоидах Приморья. Установлен диапазон концентраций фосфора, серы, хлора в различных группах базальтов.

3. На уровне геохимии микроэлементов показана генетическая связь толеитового и щелочного магматизма. Установлено, что на территории Приморья наблюдается постепенное ощелачивание магмы от толеитовых через переходные разности к щелочным и фонолит-трахитовым составам, что наиболее показательно по концентрациям №>, который может служить индикатором щёлочности. Концентрация №> в исследованных базальтах составляет: в толеитовых: 3−16 г/тв переходных: 17−30 г/тв щелочных: 39−148 г/т.

4. Наличие отчётливой корреляции хлора и фтора с цирконием позволяет говорить о том, что в процессе развития базальтового магматизма Приморья магматический источник одновременно с обогащением некогерентными элементами пропорционально обогащается галогенами.

5. Установлено, что сапфироносные магмы характеризуются высокими концентрациями микроэлементов (Эг, 7х, Мэ) и аномально высокими концентрациями летучих компонентов (С1, Б, Р, Б, В). При этом коэффициент агпаитности ((К+№)/А1) варьирует в узком диапазоне (в среднем около 0,65 ат. кол.).

Практическая ценность.

Разработанные методики анализа позволяют проводить на современном уровне геохимические исследования магматических горных пород. Данные о концентрации микроэлементов в базальтоидах Приморья могут использоваться для сопоставления с вулканическими проявлениями других регионов. Выявленные индикаторы сапфироносности кайнозойских базальтоидов являются геохимическими индикаторами при поисково-разведочных работах на сапфиры и гиацинты.

Апробация работы.

Результаты работы докладывались на XXI Всероссийском семинаре по геохимии магматических пород (г. Апатиты Мурманской области, 2003), на Всероссийском совещании, посвященном 100-летию со дня рождения акад. Ю. А. Кузнецова (г. Новосибирск, 2003), на международной конференции «Тектоника, магматизм и металлогения», IAGOD Conference (г. Владивосток, 2004) и на VII конференции «Аналитика Сибири и Дальнего Востока» (г. Новосибирск, 2004).

По теме диссертации опубликовано 5 работ.

Объём работы.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы из 149 наименований. Изложена на 157 страницах, включая 68 рисунков и 25 таблиц.

1. Востока с помощью эффекта Мессбауэра//Доклады АН СССР. 1978. т. 239.№ 3. 694−697.

2. Агафонов Л. В., Намсрай Т., Лхамсурэн Ж., Пальчик Н. А. Ассоциациякорунда, циркона и плагиоклаза в щелочных базальтоидах Шаварын-Царама (МНР). // Геология и геофизика. 1992. № 9. 78−84.

3. Акинин В. В., Апт Ю. Е. Энмеленские вулканы (Чукотский п-ов):^> петрология щелочных лав и глубинных включений. — Магадан: СВКНИИ 1. ДВОРАН, 1994.-97 с.

4. Афонин В. П., Гуничева Т. Н. Рентгеноспектральный флуоресцентныйанализ горных пород и минералов. — Новосибирск: Наука, 1989. — 110 с.

5. Афонин В, П., Гуничева Т. Н., Пискунова Л.Ф.

6. Рентгенофлуоресцентный силикатный анализ. — Новосибирск: Наука, 1984.224 с.

7. Афонин В. П., Комяк Н. И., Николаев В. П. и др.

8. Рентгенофлуоресцентный анализ. — Новосибирск: Наука, 1991. — 173 с.•^ ' Баскина В. А. Магматизм рудоконцентрирующих структур Приморья. 1. М.: Наука, 1982.-260 с.

9. Бахтиаров А. В. Возможности способа стандарта — фона врентгеноспектральном флуоресцентном анализе. // в кн.: «Аппаратура и методы рентгеновского анализа». Д.: Машиностроение, 1978. вып.21. 3 — 5.

10. Бахтиаров А. В. Рентгеноспектральный флуоресцентный анализ вгеологии и геохимии. — Д.: Недра, 1985. — 144 с.

11. Белый В. Ф. Окраинно-континентальные тектоно-магматические пояса^ Тихоокеанского сегмента Земли, — Магадан: СВКНИИ ДВО РАН, 1998. — 58 с. •^.