Мантийные включения в щелочных базальтоидах вулкана Сверре, архипелаг Шпицберген: петрография, геохимия, платиноносность тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 04.00.08, кандидат геолого-минералогических наук Маслов, Всеволод Александрович

• Маслов, Всеволод Александрович
• кандидат геолого-минералогических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат геолого-минералогических наук Маслов, Всеволод Александрович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВУЛКАНА СВЕРРЕ, РАЙОНА ВУД-ФИОРДА, (АРХИПЕЛАГ ШПИЦБЕРГЕН)

1.1. Геологическое положение вулкана Сверре

1.2 Общая характеристика ксенолитов

1.3. Основные черты геологического строения района Вуд-фиорда

Выводы

ГЛАВА II. ПЕТРОГРАФИЯ МАНТИЙНЫХ ВКЛЮЧЕНИЙ ИЗ БАЗАНИТОВ ВУЛКАНА СВЕРРЕ, АРХИПЕЛАГ ШПИЦБЕРГЕН

2.1. Структурные типы мантийных ксенолитов

2.2. Признаки реакционного взаимодействия ультрамафических ксенолитов вулкана Сверре с базанитовым расплавом

2.3. Базаниты вулкана Сверре, вулканические стекла в мантийных ксенолитах

2.4. Анатектические стекла в мантийных ксенолитах вулкана Сверре

Выводы

ГЛАВА III. МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ МАНТИЙНЫХ КСЕНОЛИТОВ ВУЛКАНА СВЕРРЕ

3.1. Расчет количественно-минерального состава мантийных ксенолитов

3.2. Породообразующие минералы мантийных ксенолитов вулкана Сверре

3.3. Акцессорные минералы в мантийных ксенолитах вулкана Сверре

Выводы

ГЛАВА IV. ХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ

МАНТИЙНЫХ КСЕНОЛИТОВ ВУЛКАНА СВЕРРЕ

4.1. Геохимические особенности петрогенных элементов включений

4.2. Геохимические особенности редких элементов 108 включений

4.3. Платиноносность мантийных включений

Выводы

ГЛАВА V. ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИСТОРИЯ МАНТИЙНЫХ

КСЕНОЛИТОВ ВУЛКАНА СВЕРРЕ

5.1. Мантийный период

5.2. Период подъема 130 Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Мантийные включения в щелочных базальтоидах вулкана Сверре, архипелаг Шпицберген: петрография, геохимия, платиноносность»

Актуальность темы. Щелочные базальтоиды, пользующиеся распространением в различных районах мира, выносят на земную поверхность глубинные, мантийные включения. Исследование ксенолитов позволяет определить состав и элементы структуры литосферы, ее тепловой режим, глубины зарождения магматических расплавов, с которыми связаны месторождения многих полезных ископаемых. Изучаемый материал дает основу для выяснения степени гетерогенности вещества верхней мантии, оценки различных петрологических гипотез происхождения исследуемых вулканитов, содержащих ксенолиты. Развитие представлений о составе верхней мантии и геологических процессах в ней - это одна из важнейших проблем теоретической геологии. Изучение платиноносности мантийных включений, а в частности первые данные о содержании элементов платиновой группы (ЭПГ) и их геохимической специализации в ксенолитах Шпицбергена, дает возможность выяснить потенциальный источник появления ЭПГ в природе. Платиноиды относятся к благородным металлам, которые имеют большую ценность, этим обуславливается необходимость увеличения их сырьевой базы.

Цель работы. Изучены структурные, минералогические и химические особенности глубинных ксенолитов вулкана Сверре архипелага Шпицберген, термобарометрические условия их образования. Специально рассмотрены закономерности распределения элементов платиновой группы, определены минеральные фазы рудных, в том числе, благородных металлов.

На защиту выносятся следующие защищаемые положения.

Первое защищаемое положение. Мантийные ксенолиты вулкана Сверре представляют собой структурную эволюционную серию, представленную четырьмя типами в разной степени перекристаллизованных катаклазитов по ультрамафитам (шпинелевым гарцбургитам, шпинелевым лерцолитам, шпинелевым пироксенитам). I тип демонстрирует крупнозернистую протогранулярную структуру с наименьшей степенью катаклаза протоультрамафитов. П тип обнаруживает более высокую степень катакластических преобразований и обладает порфирокластической структурой со следами перекристаллизации. Ш и IV типы обладают рогоеиковой структурой и гетерогранобластовой структурой, соответственно. Структурный рисунок рассматриваемых ксенолитов сформировался в две стадии метаморфических изменений: мантийную (I и II типы) и стадию подъема в базанитовом расплаве (Ш и IV типы).

Второе защищаемое положение. На стадии подъема под действием флюидного щелочно-карбонатного метасоматоза мантийные ксенолиты вулкана Сверре обогатились петрогенными элементами (Ка, Са), элементами магматических эманаций (Р, 8, Бе), некоторыми некогерентными элементами (Сг, Ва, Ьа, Се, Ц). Ксенолиты испытали процесс карбонатизации, клинопироксенизации, пшинелизации, формирования анатектических стекол и рудных микрофаз.

Третье защищамое положение. Содержание элементов платиновой группы (ЭПГ) в мантийных ксенолитах вулкана Сверре соответствует среднему уровню концентраций ЭПГ в мантии и имеет характер распределения Рс!>1ЧЖи>08>1г>КЬ. Ксенолиты с большим содержанием хромистой шпинели содержат большее количество ЭПГ, ксенолиты с меньшим ее содержанием меньшее количество ЭПГ. Собственный минерал ЭПГ представлен впервые обнаруженным рустенбургитом.

Научная новизна. Впервые исследованы структурно-минералогические типы ксенолитов вулкана Сверре, поведение ряда литофильных элементов, изучена рудная минерализация и платинометаяльная специализация мантийных включений.

Фактический материал и методы исследования. Данные исследования основываются на материалах, собранных автором в ходе полевых работ в составе Шпицбергенской партии Полярной Морской Геологоразведочной Экспедиции (ГППМГРЭ) на арх. Шпицберген в районе Вуд-фиорда, в 1995 г. Коллекция образцов представляет собой мантийные включения перидотитов и пироксенитов, обнаруженные в составе базанитов вулкана Сверре (о. Западный Шпицберген). Кроме того, в работе использованы образцы пород из коллекций сотрудников

Шпицбергенской партии. Всего в работе, в той или иной степени, исследовано около 45 мантийных ксенолитов и вмещающих их базанитов.

Аналитические исследования включают 15 полных силикатных анализов химического состава пород на 12 петрогенных элементов и 12 элементов-примесей (лаборатория ЛХиСА ВСЕГЕИ, Санкт-Петербург, аналитик Б. А. Цимошенко, А. Н. Матвеева). Элементы платиновой группы анализировались пробирно (РЬ) - химико-спектральным методом, Ов - кинетическим, в лаборатории ЗАО «Механобр - Аналит», Санкт-Петербург, (аналитик Л. А, Упшнская), контроль качества проведен по СОП 334-85 (институт «Гипроникель»), По методике В. В. Кнауфа из мантийных ксенолитов вулкана Сверре был выделен тяжелый концентрат, исследованный в дальнейшем на микрозондовой установке (АВТ-55(Япония) с энергодисперсионным спектрометром «ЬШК», чувствительность анализа 0,1%) ИГГД РАН (7 определений, аналитики М.Д. Толкачев, М.Р. Павлов). Также при помощи микрозондовой микроскопии были установлены химические составы породообразующих минералов (52 определения, аналитик И. М. Гайдамако, СПбГГИ). Статистическая обработка полученных результатов осуществлялась с применением современных программных пакетов для ЮМ РС. В работе обобщены и суммированы результаты некоторых более ранних исследований, а также обработан обширный литературный материал по объектам подобного рода в различных районах мира.

Апробация результатов исследования. Основные положения диссертации обсуждались на заседаниях кафедры минералогии, кристаллографии и петрографии СПбГГИ (ТУ). Отдельные аспекты были представлены в материалах и докладах на Научных конференциях молодых ученых СПбГГИ (ТУ) «Полезные ископаемые России и их освоение» в 1996 - 1999 гг., научной конференции «Чтения А.Н. Заварицкого ИГиГ УрО РАН (Екатеринбург, 2000 г.) научном семинаре «Геохимия магматических горных пород», ГЕОХИ (Москва, 2000 г.).

Диссертационная работа была представлена для рассмотрения на конкурс грантов аспирантов и молодых ученых Санкт-Петербурга в 1998 г., где автор стал одним из победителей конкурса.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Содержит 140 страниц машинописного текста, 20 таблиц, 25 рисунков и фотографий, а также список литературы из 80 наименований. В первой главе дается геологическая характеристика вулкана Сверре, района Вуд-фиорд. Во второй главе рассматриваются структурные типы мантийных включений, признаки реакционного взаимодействия ультрамафических ксенолитов вулкана Сверре с базанитовым расплавом, обсуждаются вопросы классификации базанитов вулкана Сверре, вулканические и анатектические стекла в мантийных ксенолитах. Третья глава посвящена минеральному составу мантийных ксенолитов вулкана Сверре, в ней обсуждается химический состав минералов, методика расчета формул минералов и пересчета на минеральный состав пород, Особое внимание уделяется акцессорной минерализации, в том числе минералам платины, самородным металлам, другим рудным микрофазам. Четвертая глава посвящена геохимическим особенностям мантийных ксенолитов вулкана Сверре. В пятой главе обсуждается генетическая история мантийных включений.

Заключение диссертации по теме «Петрография, вулканология», Маслов, Всеволод Александрович

ВЫВОДЫ

Оценивая в целом поведение мантийных ксенолитов вулкана Сверре в ходе их подъема к поверхности Земли следует заключить:

1. Даже, возможно, кратковременный период пребывания ксенолитов в базанитовом расплаве не прошел для них бесследно. Базанитовый расплав вызывал общую перекристаллизацию ксенолитов и локальные процессы щелочно-карбонатной (неоднородной, избирательной) метасоматической переработки, а также клинопироксенизацию и шпинелизацию. Элементы платиновой группы при этом частично привносились метасоматическими флюидами и концентрировались в шпинели, а также образовывал собственные минеральные фазы.

2. Метасоматический процесс способствовал образованию дискретных мелких капель анатектического расплава, состав которых изменяется от нормальных и щелочных риолитов до трахитов и фонолитов.

3. Петрохимический состав мантийных включений вулкана Сверре не испытал сильных изменений, тогда как состав элементо-примесей и, особенно, элементов магматических эманаций изменился достаточно сильно.

4. Все превращения ксенолитов находятся в полном соответствии с механизмом переработки ксенолитов в магмах в процессе нормального гибридизма. Как видно, этот процесс справедлив не только для коровых, но и для мантийных ксенолитов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Из общего рассмотрения мантийных ксенолитов в базанитах вулкана Сверре можно сделать следующие общие выводы:

1. При расшифровке генетической истории мантийных ксенолитов большой интерес представляет анализ структурных признаков, демонстрирующих эволюцию катакластических превращений ксенолитов на мантийной стадии их существования и процессов роговиковой и метасоматической перекристаллизации на стадии подъема в базанитовом расплаве.

2. В процессе подъема мантийные ксенолиты испытывают разную степень процесса реакционного взаимодействия с базанитовым расплавом в полном соответствии с принципами нормального гибридизма, насыщаясь теми компонентами, которыми обогащены базаниты и отдавая те, которыми обогащены ультрамафиты, т.е. выравнивая свой состав с составом базанитов. Минералогически это проявляется в клинопироксенизации и шпинелизации ксенолитов.

3. Одной из форм взаимодействия мантийных ксенолитов с базанитовым расплавом являются процессы частичного плавления минералов ксенолитов под действием флюидной фазы базанитов, проникающей в них по микротрещинам и порам. Состав расплавных фаз оказывается достаточно разнообразным и неравновесным. Он складывается из смеси вещества расплавленных минералов ксенолитов и привнесенных компонентов флюидной фазы, т.е. является гибридным.

4. Содержание ЭПГ в мантийных ксенолитах вулкана Сверре является таким же низким, как и в мантийных включениях других районов земного шара. Обращает на себя внимание хромшпинелевый контроль ЭПГ на стадии шпинелизации мантийных включений, возможно с некоторым привносом ЭПГ из базанитовго расплава. На это же обстоятельство указывает и находка относительно низкотемпературной платиновой микрофазы в межзерновых пространствах ксенолитов. Возможно, часть ЭПГ была привнесена в ксенолиты из базанитового расплава флюидной фазой, т.е. в непереработанных мантийных включениях и в мантии содержание ЭПГ было еще более низким.

Список литературы диссертационного исследования кандидат геолого-минералогических наук Маслов, Всеволод Александрович, 2000 год

1. Ащепков И.В. Глубинные ксенолиты Байкальского рифта. Новосибирск: Наука, 1991.

2. Бергер Г.С., Ефимов И.А. Методы выделения мономинеральных фракций. Госгеолтех, 1963.

3. Булах А.Г. Руководство и таблицы для расчетов формул минералов. М.: Недра, 1967.

4. Глубинные ксенолиты и верхняя мантия. Новосибирск: Наука, Сиб. отд., 1975.

5. Грачев А.Ф., Николайчик В.В., Трубицын В.П. О природе правильной формы ультраосновных ксенолитов в базальтах и закономерностях их распределения по размерам // ДАН СССР, 1985, Т. 285, №6, С. 14331436.

6. Заварицкий А.Н. Изверженные горные породы. М.: АН СССР, 1956. Зильберштейн А.Х. Термобарометрия и оптические свойства деформированных кристаллов. Л.: Наука, 1992.

7. Кабри Л.Дж., Наидретт А.Жд. Природа распределения и концентрации элементов платиновой группы в различных геологических средах. // 27-й Международный геологический конгресс. Доклады, 10, минералогия. М.: Наука, 1984, с 10-27.

8. Казицын Ю.В., Рудник В.А. Руководство к расчету баланса вещества и внутренней энергии при формировании метасоматических пород. М.: Недра, 1968.

9. Кепежинскас В.В. Кайнозойские щелочные базальтоиды Монголии и их глубинные включения. М.: Наука, 1979.

10. Кутолин В.А. Проблемы петрологии базальтов. Новосибирск: Наука, 1972.

11. Лазаренков В.Г. Формационный анализ щелочных пород континентов и океанов. Л.: Недра, 1988.

12. Лазаренков В.Г., Лутков B.C. Распределение элементов платиновой группы в «зеленых» и «черных» клинопироксенах из мантийных включений в щелочно-базальтоидных трубках южного Тянь-Шаня // ДАН, 1993,331, №5,668-681.

13. Лутц Б.Г. Химический состав континентальной коры и верхней мантии Земли. М.: Наука, 1975. 166 с.

14. Магматические горные породы. Под ред. O.A. Богатикова. Т. 1 6, 1987.

15. Маслов В.А., Лазаренков В.Г. Первые данные о распределении элементов платиновой группы в мантийных включениях шпинелевых перидотитов из базанитов вулкана Сверре (Шпицберген). // Реферативный журнал ВИНИТИ, 2000, с. 23.

16. Маслов В. А., Лазаренков В.Г. Структурные типы мантийных ксенолитов из базанитов вулкана Сверре (Шпицберген). // Известия ВУЗов: Геология и Разведка, 1999, №6, с. 45 52. Мантийные ксенолиты и проблема ультраосновных магм. Новосибирск: 1983.

17. Маракушев A.A. Петрография. М.: Изд-во МГУ, 1986.

18. Методы минералогических исследований. Справочник. М.: Наука,1985.

19. Мозгова H.H., Цепин А.И. Блеклые руды. М.: Наука, 1983.

20. Петрография изверженных пород. Типичные структуры. Методические указания. Л.: СПГГИ, 1991.

21. Петрология и минералогия базитов Сибири. М.: Наука, 1984. Петрология и структурный анализ кристаллических образований. Л.: Наука, 1970.

22. Плаксенко А.Н. Типоморфизм акцессорных хромшпинелидов ультрамафит-мафитовых магматических формаций. Воронеж: Изд. Воронеж. Ун., 1989.

23. Похиленко Н.Г., Соболев Н.В., Бойд Ф.Р., Пирсон Д.Г. Мегакристаллические пироповые перидотиты в литосфере Сибирской платформы: минералогические, геохимические особенности // Геология и геофизика, 1993, №1, с.74-85.

24. Проблемы петрологии ультраосновных и основных пород. М.: Наука, 1972.

25. Рудашевский Н.С., Мочалов А.Г. Состав включений хрошпинелида в зернах платиноидов из пород ультрамафической формаций. // Геология и геофизика, 1985, №8, С. 56-69.

26. Рудник В.А. Объемно и нормативно-атомные петрохимические системы пересчетов. М.: Недра, 1978.

27. Семевский Д.В. К вопросу о возрасте вулкана Сверре // Материалы по геологии Шпицбергена. Л.: НИИПА, 1965, С. 260-271.

28. Семенова В.Г., Соловьева Л.В., Владимиров Б.М. Глубинные включения в щелочных базальтах Токинского становика. Новосибирск: Наука, 1984.

29. Сироткин А.Н., Шарин В.В. Возраст проявлений четвертичного вулканизма в районе Бокк-фьорда (архипелаг Шпицберген) // Геоморфолгия, 2000, №1, с.95 105.

30. Соболев B.C. Глубинные ксенолиты и верхняя мантия. М.: Наука, 1975. Сульфосоли, платиновые минералы и рудная микроскопия. М.: Наука, 1980.

31. Татарский В.Б. Кристаллооптика и иммерсионный метод. М.: Недра, 1965.

32. Шпинелиды мантийных пород. Киев: Наукова думка, 1989.

33. Шубина H.A., Уханов A.B., Геншафт Ю.С., Колесов Г.М. Редкие ипородообразующие элементы в перидотитовых нодулях из базальтов

34. Северо-западного Шпицбергена: К проблеме неоднородности верхнеймантии//Геохимия, 1997, №1, С. 21-30.

35. Электронная микроскопия в минералогии. М.: Мир, 1979.

36. Amundsen H.E.F. Evidence for liquid immiscibility in the upper mantle //

37. Nature. 1987. V. 327. P. 692 695.

38. BVTP, Basaltic volcanism on the terrestrial planets (Lunar and Planetary Institute). 1981.

39. Carter N.L., Ave'Lallement H.G. Higt-temperature flow dunite and peridotite // Bull. Geol. Soc. Amer. 1970. V. 81. P. 53 63.

40. Fumes H., Pedersen R.B., Maaloe S. Petrology and geochemistiy of spinel peridotite nodules and host basait, Vestspitsbergen // Norsk Geologisk Tidsskrift. 1986. V. 66. P. 53 68.

41. Harte B. Rock nomenclature mith particular relation to deformation and reciystallization in olivine bearing xenolith. // Jour. Geol. 1977. V. 85. P. 279 Hess Paul S. Origins of igneoces Rocks. 1989

42. Me Donough W.F., Sun S.S. The composition of the Earth // Chemical Geology. 1995. V. 120. P. 223 253.

43. Mercier J.C., Nicolas A. Textures and fabrics of upper mantle peridotites as illustrated by xenoliths from basalts // J. Petrol. 1975. V. 16. 101- 119(454 -487).

44. Naldrett A. J., Gorton M.P. The origin of the fractionation of platinum -group elements in terrestrial magmas. // Ghem. Geol. 1985. V. 53. № 3/4. P. 303-323

45. Raleigh C.B. Mechanisms of plastic deformations of olivine // J. Geophys. Res. 1968. V. 73. P. 5391-5406.

46. Schiano P., Bourdon B. On the preservation of mantle information in ultramafic nodules: glass inclusions within minerals versus interstitial glasses. // EPSL, 1999, v. 169,173 189.

47. Kogarko L.N., Henderson C.H., Pacheco H. Primary Ca-rich carbonatite magma and carbonate-silicate-sulphide licuid unmisibility in the upper mantle. CMP, 1994,v. 121, p. 267 274.153

48. Евдокимов A.H., Германов Е.В., Дашевская Д.М., Друбецкой Е.Р. Кайнозойский вулканизм, гидротермальная активность и рудоносность разломной зоны Экман-фьорд Вуд-фьорд (Шпицберген). JL: Отчет НПО «Севморгеология», ВНИИ «Океангеология», 1991.