ИСТИНА

Актуальность работы. При исследовании бимодальных магматических серий первостепенными являются вопросы о составе, эволюции и источниках базитовых и щелочно- салических расплавов, а также о генетической связи между ними. По современным изотопно- геохимическим представлениям источниками базитовых магм бимодальных серий могут быть деплетированная мантия типа PREMA и в разной степени обогащенная мантия (Коваленко и др., 2002). Считается, что щелочно-салические породы бимодальных магматических ассоциаций могли образоваться в результате следующих процессов: 1) кристаллизационной дифференциации первичных базальтовых магм (Макдональд, 1974; Civetta et al.; 1998, Коваленко и др., 2001); 2) частичного плавления щелочных базитов в нижних частях континентальной коры (Trua et al., 1999); 3) смешения корового и мантийного материала (Davies, Macdonald, 1987; Jarrar et al, 1992). Вместе с тем, единой модели образования бимодальных магматических ассоциаций до сих пор нет, в том числе и из-за противоречий в интерпретации исходных данных в части установления генетических связей между разными по составу породами этих ассоциаций. Важную информацию в таких исследованиях могли бы дать сведения о составе расплавов, участвовавших в формировании бимодальных серий пород, на основе метода изучения расплавных включений, который позволяет наиболее полно раскрыть особенности формирования «длинных» магматических серий. Одним из наиболее ярких проявлений современного бимодального магматизма является вулкан Чанбайшань Тяньчи (корейское название – Пектусан), возникший в пределах кайнозойской внутриплитной провинции Центральной и Восточной Азии (Ярмолюк и др., 2011). Его продукты относятся к щелочнобазальт-трахит-пантеллерит-комендитовой серии и отвечают разным по составу расплавам, изливающимся из общего вулканического центра. Интерес к этому вулкану вызван еще и тем, что он, являясь действующим, знаменит своими катастрофическими извержениями, в частности, комендитовых и пантеллеритовых пеплов в историческое время. Так, мощнейшая эксплозия в истории вулкана произошла 1000 лет назад (1024 г. н.э.) (Wei et al., 2007б), когда из жерла было выброшено около 100 км3 тефры трахит- комендит-пантеллеритового состава, достигшей северных Японских островов (Сахно, 2008) и юга Приморья России. В настоящее время в литературе накоплены данные, касающиеся возрастных характеристик основных этапов формирования вулкана Чанбайшань Тяньчи (Геология…, 1993; Liu, 1987; Liu et al., 1994; Wei et al., 2003; Liu et al., 1998; Wei et al., 2007б; Wei et al., 2007б; Сахно, 2008), петрохимического и изотопного состава пород вулкана (Zou et al., 2008; Kuritani et al., 2009; Kuritani et al., 2011; Сахно, 2007; Сахно, 2008; Попов и др., 2008). Что же касается вопросов изучения состава и эволюции магматических расплавов (по включениям минералообразующих сред) вулкана, то такая информация в литературе практически отсутствуют. Имеются лишь единичные данные исследования расплавных включений в минералах пород этого объекта. Так, в работе (Horn, Schmincke, 2000) приводятся результаты изучения расплавных включений во вкрапленниках комендитовой пемзы извержения 1024 г. н.э. Авторами охарактеризован состав расплава (петрогенные и летучие компоненты), отвечающего за образование этой породы, при этом редкоэлементный состав стекол таких включений остался практически не изучен (в публикации приведены лишь данные по содержаниям Zr и H2O). В другой работе, также посвященной исследованию расплавных включений в щелочных пемзах (Ni et al., 2008), приведены лишь результаты их термометрического изучения. Совершенно очевидно, что на основе таких фрагментарных данных невозможно проследить вещественную эволюцию магм вулкана Чанбайшань Тяньчи. В этой связи, проведенное автором изучение включений минералообразующих сред во вкрапленниках главных типов пород вулкана в комплексе с геологическими, петрологическими и изотопно-геохимическими исследованиями этих пород – является первым, оригинальным и имеет ключевое значение для разработки модели эволюции магматических расплавов при формировании этого уникального объекта. Все выше сказанное определяет актуальность представленного исследования и его результатов. Цели и задачи работы. Главная цель исследований заключалась в определении физико- химических условий кристаллизации, состава, генезиса и эволюции магматических расплавов в ходе формирования вулкана Чанбайшань Тяньчи на основе данных изучения расплавных включений в минералах-вкрапленниках пород вулкана. Для ее достижения предполагалось решение следующих конкретных задач: 1. Определение минерального, химического, изотопного составов главных типов пород вулкана; 2. Оценка физико-химических параметров (температура, давление, окислительно- восстановительный режим) минералообразования в различных по составу (как основных, так и кислых) породах вулкана; 3. Исследование химического состава расплавов, ответственных за формирование различных пород вулкана; 4. Характеристика источников магм вулкана, закономерностей их эволюции и выяснения генетической связи между базитовыми и щелочно-салическими образованиями; 5. Оценка роли природных процессов, приводящих к концентрированию редких и редкоземельных элементов в щелочно-салических породах бимодальной ассоциации вулкана Чанбайшань Тяньчи. Научная новизна: 1. Определены температуры, давления и окислительно- восстановительные условия кристаллизации магм вулкана Чанбайшань Тяньчи; 2. Установлено, что характерной особенностью эволюции его магматической системы является резкое изменение окислительно-восстановительного режима при подъеме магм к поверхности, которое на определенном этапе вызывает расслоение магматического расплава на сульфидную и силикатную несмешивающиеся жидкости; 3. Определены составы (как главные компоненты, так и элементы-примеси) и особенности эволюции расплавов при формировании всей серии пород вулкана от базальтов до комендитов и пантеллеритов; 4. Выявлена генетическая связь между щелочно-салическими и базитовыми расплавами при формировании бимодальной серии пород вулкана; 5. Установлено, что ведущая роль при образовании пород вулкана принадлежит процессу кристаллизационной дифференциации магм в системе периферических внутрикоровых камер, в ходе которой принципиально допускается возможность накопления редких и редкоземельных элементов вплоть до рудных концентраций; 6. Получены геохимические и изотопные характеристики всего спектра пород вулкана Чанбайшань Тяньчи, позволяющие уточнить их мантийные источники. Практическая значимость. С кислыми породами бимодальных серий нередко сопряжена разнообразная редкометальная и редкоземельная минерализации (РЗЭ, Zr, Nb, Ta, Li, Ве и др.). На основе данных изучения включений минералообразующих сред во вкрапленниках всего спектра пород вулкана, была показана схема эволюции магм, приводящая к возникновению редкометальной минерализации. Установленные в работе особенности эволюции магм вулкана, связанные с длительной кристаллизационной дифференциацией в системе малоглубинных магматических камер, являются основой для разработки новых критериев оценки потенциальной рудоносности магматических комплексов. Фактический материал и методы исследований. В основу работы положен оригинальный материал, собранный автором в течение трех полевых сезонов на вулкане Чанбайшань Тяньчи в 2011-2012 и 2014 гг. Были изучены разрезы северного, западного и южного склонов, а также щитовой постройки вулкана. Полевыми работами были охвачены также районы вулкана Ван-Тянь и ряда проявлений кайнозойского магматизма в пределах рифтовой структуры Тань-Лу, материалы по которым были использованы в сравнительном плане. Для характеристики магматизма вулкана Чанбайшань Тяньчи было отобрано 50 образцов главных типов пород, обработка и пробоподготовка которых осуществлялась автором. Кроме того, было изучено несколько проб из коллекций В.И.Финько и В.Г.Сахно. Полученные по ним данные находятся в полном соответствие с результатами по авторской коллекции, что позволило говорить о ее достаточной полноте для проводимых исследований. Основным методом исследования служил метод изучения минералообразующих сред во вкрапленниках пород. Изучение состава пород вулкана проведено комплексом методов: петрографическим, РФА, ICP, изотопным (Sr, Nd) и методом рентгеноспектрального микроанализа (РСМА) в лабораториях ИГЕМ РАН. За время работы было изучено 130 шлифов главных типов пород вулкана, более 800 включений минералообразующих сред во вкрапленниках этих пород, в том числе проведено более 600 термометрических и криометрических экспериментов с расплавными и флюидными включениями, выполнено около 1500 микрозондовых анализов, в числе которых изучение фазового состава негретых расплавных включений, гомогенизированных стекол этих включений, а также кристаллических включений, сингенетичных расплавным. Исследование состава дочерних фаз и стекол расплавных включений в минералах-вкрапленниках пород, а также самих минералов осуществлено методами рентгеноспектрального микроанализа (РСМА) и вторично-ионной масс-спектрометрии (SIMS) в лабораториях ИГЕМ РАН, ГЕОХИ РАН, ЯФ ФТИАН РАН. Подробная характеристика методов приведена во второй главе диссертации. Защищаемые положения. 1. На основе метода изучения включений минералообразующих сред определен состав расплавов, участвовавших в формировании базальтов, трахиандезибазальтов, комендитов и пантеллеритов бимодального вулканического комплекса вулкана Чанбайшань Тяньчи, оценены физико-химические условия их образования. Показано, что эти расплавы кристаллизовались в широком интервале температур (от 1220 до 700o C), давления (от 3100 до 1000 бар) и окислительно-восстановительного потенциала (ΔlgfO2 относительно буфера NNO: +0.92 – +1.42 для базальтовых, -1.61 – -2.09 для трахиандезибазальтовых, -2.63 – -1.89 для комендитовых и -2.09 – -3.15 для пантеллеритовых расплавов). 2. Установлено, что кислые породы по изотопному составу Nd идентичны базальтам вулкана, но отличаются от них по изотопному составу Sr. Вариации последнего коррелируют с величиной 87Rb/86Sr, что свидетельствует о накоплении радиогенного стронция в расплаве с высоким 87Rb/86Sr (1200-2700) за геологически короткий интервал времени. 3. Эволюция расплавов вулкана Чанбайшань Тяньчи определялась процессами кристаллизационной дифференциации родоначальных базальтовых магм. Возникновение щелочно-салических пород связано с системой малоглубинных магматических камер (13-3.4 км), в пределах которых расплавы испытали глубокую дифференциацию, приведшую к образованию пантеллеритов и комендитов, резко обогащенных редкими элементами (Th, Nb, Ta, Zr, REE). 4. Исходные магмы, ответственные за формирование серии пород вулкана Чанбайшань Тяньчи, сопоставляются с магмами базальтов океанических островов и были образованы в результате плавления обогащенного мантийного протолита в зоне стабильности граната. Специфические геохимические особенности – базальтов (Ba до 1020 ppm и P2O5 до 1.4 мас.%) связываются со взаимодействием мантийного плюма с веществом субдуцированного слэба. Апробация работы и публикации. Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 12 статьях и тезисах докладов. Основные результаты были представлены на 14- ой международной конференции по термобарогеохимии, TBG-14, и III Азиатском симпозиуме по флюидным включениям, ACROFI-III (г. Новосибирск, Россия, 2010 г.), на конференции «Граниты и процессы рудообразования» (г. Москва, Россия, 2011 г.), на Европейском симпозиуме по флюидным включениям, XXI ECROFI (г. Леобен, Австрия, 2011 г.), на Европейском геологическом симпозиуме, EGU-2012 (г. Вена, Австрия, 2012 г.), на XV Всероссийской конференции по термобарогеохимии (г. Москва, Россия, 2012 г.), на международной конференции «Эволюция континентальной коры» (г. Портсмут, Великобритания, 2013 г.), на геологической конференции молодых ученых (г. Будапешт, Венгрия, 2014 г.), на международном геохимическом симпозиуме Goldschmidt-2015 (г. Прага, Чехия, 2015 г.). Личный вклад автора. Все полученные результаты основаны на самостоятельно отобранном полевом материале. Изучение шлифов главных типов пород вулкана, детальные исследования расплавных и флюидных включений в минералах этих пород, проведение термометрических и криометрических экспериментов с расплавными и флюидными включениями, анализ и обобщение полученных результатов, разработка петролого- геодинамической модели формирования вулкана Чанбаньшань Тяньчи выполнены лично автором. Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, 7 глав, заключения, списка литературы (98 библиографических наименований) и приложений П1-П8. Общий объем составляет 178 страниц, включая 38 рисунков, 16 таблиц и 8 приложений.