Роль земной мантии в развитии вулканизма океанских островов в раннем палеозое (по данным геохимии OIB юго-востока Горного Алтая)

Главная

Статья в Elpub

РУС ENG

Геосферные исследования. 2017; : 28-38

Роль земной мантии в развитии вулканизма океанских островов в раннем палеозое (по данным геохимии OIB юго-востока Горного Алтая)

Врублевский В. В., Крупчатников В. И., Гертнер И. Ф.

https://doi.org/10.17223/25421379/2/4

Аннотация

В юго-восточной части Горного Алтая (р. Ирбисту) среди раннепалеозойских метафлишоидов горноалтайской серии проявлены высокотитанистые К-субщелочные (TiO₂ 3-4; Na₂O+K₂O 3,4-7,7 мас. %; K₂O/Na₂O до 1,8-2,2) базальты. По уровню обогащения большинством LILЕ и HFSE (Rb 30-40, Ba 240377, Zr 350-485, Nb 55-100, REE 190-300 г/т) и фракционирования лантаноидов (La/Yb ~ 12-14), величине индикаторных отношений (Nb/U 45-56; Th/La 0,11-0,13; Th/Nb 0,07-0,08; Rb/Nb 0,31-0,54; Ba/Nb 3-4,7; La/Nb 0,57-0,64) вулканиты сопоставимы с производными OIB-магматизма, имеющего внутриплитную плюмовую природу. Широкие вариации изотопного состава Nd и Sr (s_NdT 1,7-5,0;⁸⁷Sr/⁸⁶Sr_T 0,7026-0,7039, s_SrT от -18 до +0,1) позволяют предположить гетерогенность источников мантийного базальтового расплава и исключить его взаимодействие с супракрустальным материалом. Об этом же свидетельствуют первичные отношения изотопов свинца²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb 17,75-17,85,²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb 15,48-15,49,²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb 37,3537,62. Рассматривается вероятность магмогенерации в условиях смешения вещества умеренно дебетированной (PREMA) и обогащенной (ЕМ 1) мантии, но без участия HIMU-домена, нередко инициирующего OIB-вулканизм. Установленное в породах распределение LREE и HREE могло быть вызвано 7-8%-ным равновесным плавлением модельного гранатового лерцолита мантии, которое приводило к возникновению родоначальной магмы наподобие среднего OIB. Допускаются присутствие в источнике незначительного количества шпинели или смешение расплавов перидотита разного состава.

Список литературы

1. Волкова Н.И., Ступаков С.И., Третьяков Г.А. и др. Глаукофановые сланцы Уймонской зоны - свидетельство ордовикских аккреционно-коллизионных событий в Горном Алтае // Геология и геофизика. 2005. Т. 46 (4). С. 367-382

2. Врублевский В.В., Крупчатников В.И., Изох А.Э., Гертнер И.Ф. Щелочные породы и карбонатиты Горного Алтая (комплекс эдельвейс): индикатор раннепалеозойского плюмового магматизма в Центрально-Азиатском складчатом поясе // Геология и геофизика. 2012. Т. 53 (8). С. 945-963

3. Врублевский В.В., Котельников А.Д., Крупчатников В.И. Позднедокембрийский OIB-магматизм Кузнецкого Алатау, Сибирь: геохимические особенности вулканитов кульбюрстюгской свиты // Доклады Академии наук. 2016. Т. 469 (4). С. 457460

4. Гусев А.И. Метабазиты Алтая, близкие к мантийным базальтоидам Dupal-аномалии // Природные ресурсы Горного Алтая. 2014. № 18 (1-2). С. 13-23

5. Добрецов Н.Л., Буслов М.М., Сафонова И.Ю., Кох Д.А. Фрагменты океанических островов в структуре Курайского и Катунского аккреционных клиньев Горного Алтая // Геология и геофизика. 2004. Т. 45 (12). С. 1381-1403

6. Крупчатников В.И., Врублевский В.В., Гертнер И.Ф., Кривчиков В.А. Базальты OIB-типа бассейна р. Ирбисту, юго-восток Горного Алтая: свидетельство HIMU-компонента в магматическом источнике // Доклады Академии наук. 2011. Т. 439 (5). С. 665-668

7. Крупчатников В.И., Врублевский В.В., Крук Н.Н. Раннемезозойские лампроиты и монцонитоиды юго-востока Горного Алтая: геохимия, Sr-Nd изотопный состав, источники расплавов // Геология и геофизика. 2015. Т. 56 (6). С. 1057-1079

8. Рассказов С.В., Брандт С.Б., Брандт И. С., Иванов А.В. Радиоизотопная геология в задачах и примерах. Новосибирск : Изд-во ГЕО, 2005. 268 с

9. Сафонова И.Ю. Геохимическая эволюция внутриплитного океанического магматизма Палеоазиатского океана от позднего неопротерозоя до раннего кембрия // Петрология. 2008. Т. 16 (5). С. 527-547

10. Сафонова И.Ю., Симонов В.А., Буслов М.М., Ота Ц., М^уяма Ш. Неопротерозойские базальты Палеоазиатского океана из Курайского аккреционного клина (Горный Алтай): геохимия, петрогенезис, геодинамические обстановки формирования // Геология и геофизика. 2008. Т. 49 (4). С. 335-356

11. Сафонова И.Ю., Буслов М.М., Симонов В.А. и др. Геохимия, петрогенезис и геодинамическое происхождение базальтов из Катунского аккреционного комплекса Горного Алтая (Юго-Западная Сибирь) // Геология и геофизика. 2011. Т. 52 (4). С. 541-567

12. Armienti P., Gasperini D. Do we really need mantle components to define mantle composition? // Journal of Petrology. 2007. V. 48 (4). Р. 693-709

13. Bi J.H., Ge W.C., Yang H et al. Geochronology, geochemistry and zircon Hf isotopes of the Dongfanghong gabbroic complex at the eastern margin of the Jiamusi Massif, NE China: Petrogensis and tectonic implications // Lithos. 2015. V. 234/235. Р. 27-46

14. Bo L., Bao-Fu H., Zhao X. et al. The Cambrian initiation of intra-oceanic subduction in the southern Paleo-Asian Ocean: Further evidence from the Barleik subductionrelated metamorphic complex in the West Junggar region, NW China // Journal of Asian Earth Sciences. 2016. V. 123. Р. 1-21

15. Condiе K.C. Mantle plumes and their record in Earth history. Cambridge : Cambridge Univ. Press, 2001. 305 p. Condie K.C. High field strength element ratios in Archean basalts: a window to evolving sources of mantle plumes? // Lithos. 2005. V. 79. Р. 491-504

16. Dickin A.P. Radiogenic isotope geology. N.Y. : Cambridge University Press, 2005. 492 p

17. Hart S.R. A large scale isotope anomaly in the Southern Hemisphere mantle // Nature. 1984. V. 309. Р. 753-757

18. Hart S.R., Hauri E.H., Oschmann L.A, Whitehead J. A. Mantle plumes and entrainment: isotopic evidence // Science. 1992. V. 256. Р. 517-520

19. Hofmann A.W. Sampling mantle heterogeneity through oceanic basalts: isotopes and trace elements // Treatise on Geochemitry. Elsevier Ltd., 2003. V. 2. Р. 61-101

20. Jackson M.G., Hart S.R., Koppers A.A.P., Staudigel H., Konter J., Blusztajn J., Kurz M., Russell M.A. The return of subducted continental crusr in Samoan lavas // Nature. 2007. V. 448. Р. 684-687

21. Klemme S., O'Neill H. StC. The near-solidus transition from garnet lherzolite to spinel lherzolite // Contrib. Mineral. Petrol. 2000. V. 138. Р. 237-248

22. Meibom A., Anderson D.L. The statistical upper mantle assemblage // Earth and Planetary Science Letters. 2003. V. 217. Р. 123139

23. Niu Y., Wilson M., Humphreys E.R., O'Hara M.J. A trace element perspective on the source of ocean island basalts (OIB) and fate of subducted ocean crust (SOC) and mantle lithosphere (SML) // Episodes. 2012. V. 35 (2). Р. 310-327

24. Pearce J.A. Geochemical fingerprinting of oceanic basalts with applications to ophiolite classification and the search for Archean oceanic crust // Lithos. 2008. V. 100. Р. 14-48

25. Pilet S., Hernandez J., Sylvester P., Poujol M. The metasomatic alternative for ocean island basalt chemical heterogeneity // Earth and Planetary Science Letters. 2005. V. 236. Р. 148-166

26. Robinson J.A.C., Wood B.J. The depth of the spinel to garnet transition at the peridotite solidus // Earth and Planetary Science Letters. 1998. V. 164 (1/2). Р. 277-284

27. Saccani E. A new method of discriminating different types of post-Archean ophiolitic basalts and their tectonic significance using Th-Nb and Ce-Dy-Yb systematics // Geoscience Frontiers. 2015. V. 6. Р. 481-501

28. Safonova I.Yu., Sennikov N.V., Komiya T., Bychkova Y.V., Kurganskaya E.V. Geochemical diversity in oceanic basalts hosted by the Zasur'ya accretionary complex, NW Russian Altai, Central Asia: Implications from trace elements and Nd isotopes // Journal of Asian Earth Sciences. 2011. V. 42. Р. 191-207

29. Stacey J.C., Kramers J.D. Approximation of terrestrial lead isotope evolution by a two-stage model // Earth and Planetary Science Letters. 1975. V. 26. Р. 207-221

30. Stracke A., Bizimis M., Salters V.J.M. Recycling oceanic crust: Quantitative constraints // Geochemistry Geophysics Geosystems. 2003. V. 4 (3). DOI 10.1029/2001GC000223

31. Stracke A., Hofmann A.W., Hart S.R. FOZO, HIMU, and rest of the mantle zoo // Geochemistry, geophysics, geosystems. 2005. V. 6 (5). Р. 1-20

32. Sun S., McDonough W.F. Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: implications for mantle composition and processes // Magmatism in the ocean basins / eds by A.D. Saunders, M.J. Norry. Geol. Soc. Spec. Publ., 1989. V. 42. Р. 313-345

33. Wang K., Plank T., Walker J.D., Smith E.I. A mantle melting profile across the Basin and Range, SW USA // Journal of Geophysical Research. 2002. V. 107 (B1). DOI: 10.1029/2001JB000209

34. Weaver B.L. The origin of ocean island basalt end-member compositions: trace element and isotopic constraints // Earth and Planetary Science Letters. 1991. V. 104 (2-4). Р. 381-397

35. Xu Y.G., Ma J.L., Frey F.A., Feigenson M.D., Liu J.F. Role of lithosphere-asthenosphere interaction in the genesis of Quaternary alkali and tholeiitic basalts from Datong, western North China Craton // Chemical Geology. 2005. V. 224. Р. 247-271

36. Zartman R.E., Doe B.R. Plumbotectonics - the model // Tectonophysics. 1981. V. 75. Р. 135-162

37. Zartman R.E., Haines S.M. The plumbotectonic model for Pb isotopic systematics among major terrestrial reservoirs - A case for bi-directional transport // Geochimica et cosmochimica acta. 1988. V. 52. Р. 1327-1339

38. Zindler A., Hart S.R. Chemical geodynamics // Ann. Rev. Earth Planet. Sci. 1986. V. 14. Р. 493-571

Geosphere Research. 2017; : 28-38

The role of earth mantle in the development of early Paleozoic oceanic islands volcanism (for the geochemical data of OIB from SE Altai Mountains)

Vrublevskii V. V., Krupchatnikov V. Iv., Gertner I. F.

https://doi.org/10.17223/25421379/2/4

Abstract

In southeastern part of Gorny Altai (Irbistu River), high-Ti K-subalkaline basalts (TiO₂ 3-4; Na₂O + K₂O 3,4-7,7 wt. %; K₂O/Na₂O up to 1,8-2,2) were found among Early Paleozoic metaflysch. Volcanics have similar level of enrichment in LILE and HFSE (Rb 3040, Ba 240-377, Zr 350-485, Nb 55-100, REE 190-300 ppm), fractioning of lanthanides (La/Yb = 12-14) , and number of indicator ratios (Nb/U 45-56; Th/La 0,11-0,13; Th/Nb 0,07-0,08; Rb/Nb 0,31-0,54; Ba/Nb 3-4,7; La/Nb 0,57-0,64) to derivatives of OIB mag-matism with intraplate plume nature. Wide ranges of isotopic composition of Nd and Sr (е_шТ 1,7-5,0;⁸⁷Sr/⁸⁶Sr_T 0,7026-0,7039, s_SrT from -18 to +0,1) suggest heterogeneity of sources of mantle basalt melt and absence of its interaction with supracrustal material. Primary ratios of Pb isotopes (²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb 17,75-17,85,²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb 15,48-15,49,²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb 37,35-37,62) also indicate the above scenario. We are considering possibility of magma generation under conditions of PREMA mixing with EM 1, but without participation of HIMU component, which often initiates OIB volcanism. Distribution of LREE and HREE determined in the rocks could be caused by 7-8% equilibrium melting of standard garnet-bearing mantle lherzolite, which lead to generating of primary magma similar to middle OIB. Presence of insignificant amount of spinel in the source or mixing of peridotite with different composition is also possible.

References

1. Volkova N.I., Stupakov S.I., Tret'yakov G.A. i dr. Glaukofanovye slantsy Uimonskoi zony - svidetel'stvo ordovikskikh akkretsionno-kollizionnykh sobytii v Gornom Altae // Geologiya i geofizika. 2005. T. 46 (4). S. 367-382

2. Vrublevskii V.V., Krupchatnikov V.I., Izokh A.E., Gertner I.F. Shchelochnye porody i karbonatity Gornogo Altaya (kompleks edel'veis): indikator rannepaleozoiskogo plyumovogo magmatizma v Tsentral'no-Aziatskom skladchatom poyase // Geologiya i geofizika. 2012. T. 53 (8). S. 945-963

3. Vrublevskii V.V., Kotel'nikov A.D., Krupchatnikov V.I. Pozdnedokembriiskii OIB-magmatizm Kuznetskogo Alatau, Sibir': geokhimicheskie osobennosti vulkanitov kul'byurstyugskoi svity // Doklady Akademii nauk. 2016. T. 469 (4). S. 457460

4. Gusev A.I. Metabazity Altaya, blizkie k mantiinym bazal'toidam Dupal-anomalii // Prirodnye resursy Gornogo Altaya. 2014. № 18 (1-2). S. 13-23

5. Dobretsov N.L., Buslov M.M., Safonova I.Yu., Kokh D.A. Fragmenty okeanicheskikh ostrovov v strukture Kuraiskogo i Katunskogo akkretsionnykh klin'ev Gornogo Altaya // Geologiya i geofizika. 2004. T. 45 (12). S. 1381-1403

6. Krupchatnikov V.I., Vrublevskii V.V., Gertner I.F., Krivchikov V.A. Bazal'ty OIB-tipa basseina r. Irbistu, yugo-vostok Gornogo Altaya: svidetel'stvo HIMU-komponenta v magmaticheskom istochnike // Doklady Akademii nauk. 2011. T. 439 (5). S. 665-668

7. Krupchatnikov V.I., Vrublevskii V.V., Kruk N.N. Rannemezozoiskie lamproity i montsonitoidy yugo-vostoka Gornogo Altaya: geokhimiya, Sr-Nd izotopnyi sostav, istochniki rasplavov // Geologiya i geofizika. 2015. T. 56 (6). S. 1057-1079

8. Rasskazov S.V., Brandt S.B., Brandt I. S., Ivanov A.V. Radioizotopnaya geologiya v zadachakh i primerakh. Novosibirsk : Izd-vo GEO, 2005. 268 s

9. Safonova I.Yu. Geokhimicheskaya evolyutsiya vnutriplitnogo okeanicheskogo magmatizma Paleoaziatskogo okeana ot pozdnego neoproterozoya do rannego kembriya // Petrologiya. 2008. T. 16 (5). S. 527-547

10. Safonova I.Yu., Simonov V.A., Buslov M.M., Ota Ts., M^uyama Sh. Neoproterozoiskie bazal'ty Paleoaziatskogo okeana iz Kuraiskogo akkretsionnogo klina (Gornyi Altai): geokhimiya, petrogenezis, geodinamicheskie obstanovki formirovaniya // Geologiya i geofizika. 2008. T. 49 (4). S. 335-356

11. Safonova I.Yu., Buslov M.M., Simonov V.A. i dr. Geokhimiya, petrogenezis i geodinamicheskoe proiskhozhdenie bazal'tov iz Katunskogo akkretsionnogo kompleksa Gornogo Altaya (Yugo-Zapadnaya Sibir') // Geologiya i geofizika. 2011. T. 52 (4). S. 541-567

12. Armienti P., Gasperini D. Do we really need mantle components to define mantle composition? // Journal of Petrology. 2007. V. 48 (4). R. 693-709

15. Condie K.C. Mantle plumes and their record in Earth history. Cambridge : Cambridge Univ. Press, 2001. 305 p. Condie K.C. High field strength element ratios in Archean basalts: a window to evolving sources of mantle plumes? // Lithos. 2005. V. 79. R. 491-504

16. Dickin A.P. Radiogenic isotope geology. N.Y. : Cambridge University Press, 2005. 492 p

17. Hart S.R. A large scale isotope anomaly in the Southern Hemisphere mantle // Nature. 1984. V. 309. R. 753-757

18. Hart S.R., Hauri E.H., Oschmann L.A, Whitehead J. A. Mantle plumes and entrainment: isotopic evidence // Science. 1992. V. 256. R. 517-520

19. Hofmann A.W. Sampling mantle heterogeneity through oceanic basalts: isotopes and trace elements // Treatise on Geochemitry. Elsevier Ltd., 2003. V. 2. R. 61-101

20. Jackson M.G., Hart S.R., Koppers A.A.P., Staudigel H., Konter J., Blusztajn J., Kurz M., Russell M.A. The return of subducted continental crusr in Samoan lavas // Nature. 2007. V. 448. R. 684-687

21. Klemme S., O'Neill H. StC. The near-solidus transition from garnet lherzolite to spinel lherzolite // Contrib. Mineral. Petrol. 2000. V. 138. R. 237-248

22. Meibom A., Anderson D.L. The statistical upper mantle assemblage // Earth and Planetary Science Letters. 2003. V. 217. R. 123139

24. Pearce J.A. Geochemical fingerprinting of oceanic basalts with applications to ophiolite classification and the search for Archean oceanic crust // Lithos. 2008. V. 100. R. 14-48

25. Pilet S., Hernandez J., Sylvester P., Poujol M. The metasomatic alternative for ocean island basalt chemical heterogeneity // Earth and Planetary Science Letters. 2005. V. 236. R. 148-166

26. Robinson J.A.C., Wood B.J. The depth of the spinel to garnet transition at the peridotite solidus // Earth and Planetary Science Letters. 1998. V. 164 (1/2). R. 277-284

29. Stacey J.C., Kramers J.D. Approximation of terrestrial lead isotope evolution by a two-stage model // Earth and Planetary Science Letters. 1975. V. 26. R. 207-221

30. Stracke A., Bizimis M., Salters V.J.M. Recycling oceanic crust: Quantitative constraints // Geochemistry Geophysics Geosystems. 2003. V. 4 (3). DOI 10.1029/2001GC000223

31. Stracke A., Hofmann A.W., Hart S.R. FOZO, HIMU, and rest of the mantle zoo // Geochemistry, geophysics, geosystems. 2005. V. 6 (5). R. 1-20

33. Wang K., Plank T., Walker J.D., Smith E.I. A mantle melting profile across the Basin and Range, SW USA // Journal of Geophysical Research. 2002. V. 107 (B1). DOI: 10.1029/2001JB000209

34. Weaver B.L. The origin of ocean island basalt end-member compositions: trace element and isotopic constraints // Earth and Planetary Science Letters. 1991. V. 104 (2-4). R. 381-397

36. Zartman R.E., Doe B.R. Plumbotectonics - the model // Tectonophysics. 1981. V. 75. R. 135-162

38. Zindler A., Hart S.R. Chemical geodynamics // Ann. Rev. Earth Planet. Sci. 1986. V. 14. R. 493-571

Роль земной мантии в развитии вулканизма океанских островов в раннем палеозое (по данным геохимии OIB юго-востока Горного Алтая)

Аннотация

The role of earth mantle in the development of early Paleozoic oceanic islands volcanism (for the geochemical data of OIB from SE Altai Mountains)

Abstract

События