Кайнозойский вулканизм Монголии

Петрохимические типы, закономерности пространственно-временных вариаций

Рис. 2. Диаграмма Ле Мэтра   K2O-SiO2 для кайнозойских базальтов Монголии

Рис.3.Диаграмма Na2O/K2O - Alk для монгольских базальтов с выделением полей Na и К серий.

В основу рассмотрения особенностей состава кайнозойских базальтов Монголии были положены данные о химизме более 700 отобранных авторами образцов из всех упомянутых выше ареалов. Все анализы выполнены методами "мокрой" химии в лаборатории "Укрчерметгеологии", г. Керчь с 1976 по 1986 гг. По петрохимическим данным вулканиты относятся к щелочно-оливиновой серии слабо дифференцированных базальтов преимущественно K-Na типа [Классификация..., 1981]. Разные классификационные схемы вулканических горных пород по химическому составу приводят к различным номенклатурным определениям рассматриваемых пород Монголии. Так, по известным классификациям Х. Йодера и К. Тилли [Yoder and Tilley, 1962], Д. Кумбса и Дж. Уилкинсона [Coombs and Wilkinson, 1969], Д. Грина [Green, 1970], Т. Ирвина и У. Барагара [Irvine and Baragar, 1971], Р. Ле Мэтра [Le Maitre, 1968, 1989] и др. кайнозойские вулканиты Монголии были подразделены на щелочно-базальтовые, толеитовые и известково-щелочные серии, отнесенные к ассоциациям натровых и калиевых базальтоидов [Кепежинскас, 1979], объединяемых в пять основных групп: щелочные оливиновые базальты, базаниты, оливиновые толеиты, оливиновые базальты, кварцевые толеиты [Салтыковский и др., 1980]. Согласно [Le Maitre, 1989], по абсолютному содержанию К₂О подавляющее большинство образцов принадлежит к полю высококалиевых пород. Значительно меньшая часть относится к полю умеренно калиевых пород, а к натровому типу принадлежит только один (!) образец базальтоидного андезита халхингольского ареала (рис. 2). По классификации [Middlemost, 1975], все изученные образцы

Рис. 4. Диаграмма факторных нагрузок для районов и ареалов кайнозойского вулканизма Монголии

распределяются в поля Na и K серий. Если за основу выделения Na и K типа пород взять отношение оксидов Na₂O/K₂O [Классификация..., 1981], то, как отмечалось выше, наиболее распространены вулканиты калий-натриевого типа (рис. 3), а к собственно Na и К типам принадлежат по 4% от всего количества проанализированных образцов. Авторы настоящей работы уже отмечали условность и несовершенство такого рода классификаций и выделения так называемых натриевых и калиевых серий щелочных пород [Салтыковский, Геншафт, 1985]. Известны единичные находки пород, содержащих модальный лейцит, на Дариганге [Каминский, Храпов, 1980] и в Тарятском ареале [Агафонов, Еркушев, 1984; Каминский, 1980; Кононова и др., 1993], тогда как на диаграммах, по которым производят выделение указанных типов щелочных пород [Le Maitre, 1989], подавляющая часть фигуративных точек вулканитов почти из всех рассматриваемых ареалов Монголии попадает в поле калиевых серий. В средних анализах базальтовых пород Гобийского Алтая, Тарятского, Хануйского и Орхонского ареалов [Barry and Kent, 1998; табл. 1] приведены исключительно высокие содержания K₂O (более 6 мас.%) и суммы щелочей (более 10 мас.%), кстати не согласующиеся с диаграммой "щелочи - кремнезем", показанной в цитируемой работе на рис. 4. Ошибочность приведенных цифр несомненна и не заслуживает обсуждения.

Химические составы изученных образцов, их модальный минеральный состав позволяют придти к выводу, что кайнозойские вулканиты Монголии принадлежат в основном к серии щелочно-оливиновых пород и меньшая часть - к серии субщелочных (толеитовых) и переходных разностей.

В табл. 1 приведены средние химические составы вулканитов из различных районов и ареалов кайнозойского вулканизма Монголии и стандартные отклонения от средних значений. Использование методов многомерной статистики (факторного анализа по методу главных компонент и иерархического кластерного анализа) позволяет сопоставить вулканиты по их химизму. Факторный анализ показал, что основная изменчивость составов вулканитов обусловлена прежде всего вариациями в содержании щелочей, кремнезема, оксидов, магния, титана и железа (первый и второй факторы, совокупный вклад которых в общую изменчивость вулканитов составляет 62%). Далее существенны вариации в содержании титана и трехвалентного железа (третий и четвертый факторы). Значения факторных нагрузок приведены в табл. 2.

Рис. 5.Кластерная дендрограмма для районов и ареалов кайнозойских базальтов Монголии

Кластеризация рассматриваемых районов и ареалов показала, что при любых вариантах учета переменных, по которым проводится анализ (т.е. совокупности петрогенных элементов от полного набора до минимального количества, определяемого факторными нагрузками в первом и втором факторах), вулканиты в долине р. Нумургийн обособляются от всех остальных. Примером тому служат дендрограммы, построенные при учете первых двух факторов (рис. 4) и совокупности следующих переменных SiO₂, TiO₂, FeO, MgO, Na₂O, K₂O, Alk, #MgO, K₂O/Na₂O (рис. 5). Достаточно обособлены по особенностям химического состава базальтоиды из осевой части Гобийского Алтая и района Алтан-Ширэ. К базальтам Дариганги по составу ближе всего вулканиты Ундэр-Шильского и Мандал-Гобийского ареалов. При разных выборах переменных при кластеризации к базальтам Дариганги оказываются близки базальты долины р. Ихэ-Тулбури и Дзабханского ареала. Базальты Прихубсугулья близки по химизму к породам более южных районов - бассейна р. Селенга и Хангайского нагорья.

С учетом данных анализа химизма вулканитов методами многомерной статистики и на диагностических петрологических диаграммах, заложенных в компьютерные программы IGPET, NEWPET и другие, в петрохимическом отношении достаточно четко противопоставляются вулканиты ареалов, расположенных восточнее 106^o в.д. (ареалы Дариганга, Ундэр-Шильский, Мандал-Гобийский, Алтан-Ширэ) и в субмеридиональной полосе западнее этого меридиана (табл. 1). В "восточном" сегменте вулканиты характеризуются пониженными содержаниями SiO₂, Al₂O₃, K₂O, суммы щелочей, пониженными величинами отношения K₂O/Na₂O, повышенными содержаниями MgO, CaO, TiO₂, суммарного железа в виде FeO, а также повышенной величиной отношения SiO₂/Alk. Гистограмма распределения содержаний Na₂O в "восточных" вулканитах асимметрична относительно моды с пологим спуском в сторону меньших концентраций, т.е. модальное значение меньше среднего арифметического для рассматривваемой выборки. Обратное соотношение модальных и средних значений устанавливается для вулканитов "центральной" и "северной" частей Монголии. Последняя формально может быть выделена как принадлежащая к Байкальской рифтовой зоне [Грачев и др., 1981]. В нее входят Хубсугульские ареалы и Тэсингольский. В целом следует отметить хорошую сходимость модальных и средних арифметических значений содержаний основных петрогенных элементов в выделенных трех сегментах кайнозойского вулканизма Монголии: "восточной", "центральной" и "северной".

Рис. 6.Пространственные вариации состава кайнозойских базальтов Монголии.

В предыдущих публикациях были показаны закономерные площадные изменения в содержании отдельных петрогенных элементов в кайнозойских вулканитах Байкало-Монгольского региона [Грачев и др., 1981; Cалтыковский и др., 1980]. Для Центрально-Монгольской зоны было показано особое положение Хануйгольского ареала, относительно которого различным образом изменяются латерально основные петрогенные элементы. Настящие исследования позволяют в более общем виде выделить Хангайское нагорье в виде особого структурного элемента Монголии, относительно которого в субмеридиональном и субширотном направлениях (а также в диагональных - в сторону Байкальского рифта и в юго-восточном направлении к Дариганге) закономерно меняются такие характеристики вулканитов, как содержания щелочей, кремнезема, оксидов железа, магнезиальность, калиевость пород (рис. 6). В целом базальтам Хангайского нагорья свойственна в первую очередь изменчивость состава, обусловленная вариациями в содержаниях щелочей, фосфора, кремнезема и в меньшей степени темноцветных компонентов. В сторону Байкальского рифта и особенно Дариганги увеличивается роль оксидов железа в характере изменчивости состава вулканитов.

Построения изолиний отдельных петрохимических показателей при сглаживании методом наименьших квадратов показали, что относительно Хангая в вулканитах восточных ареалов содержание кремнезема заметно уменьшается в направлении к Дариганге и увеличивается в сторону Гобийского Алтая. Хангайские эффузивы содержат наибольшие количества щелочных компонентов относительно восточных и северных ареалов. Магнезиальность пород также возрастает при приближении к Хангаю с севера и с юга и при дальнейшем движении от Хангая в сторону Дариганги.

Обобщенная корреляционная матрица (табл. 3) показывает, что наиболее значимы меридиональные изменения SiO₂, Al₂O₃, K₂O, Alk, TiO₂, MgO, CaO, FeO,причем первые четыре параметра убывают с запада на восток, а остальные - возрастают. Это согласуется с тем противопоставлением восточных ареалов центрально-монгольским, которое отмечалось выше при рассмотрении особенностей химизма вулканитов. В целом субширотные вариации выражены менее отчетливо, но тем не менее можно отметить тенденцию в увеличении с юга на север кремнезема, глинозема, щелочей и уменьшении оксидов кальция и магния.

Возрастные изменения состава вулканитов выражены неотчетливо. Олигоценовые, миоценовые и плиоцен-четвертичные базальты Долины Озер и Хангая имеют близкие составы. Менее щелочные разновидности пород, приближающиеся по соотношению SiO₂ и суммы щелочей к толеитам или переходным сериям, отмечаются в Хануйгольском, Южно-Хангайском, Дзабханском и частично в Угейнурском ареалах [Геншафт, Салтыковский, 1985a]. В последнем щелочно-базальтовые и переходные к этому петрохимическому типу лавы одновозрастны. Однако детальные рассмотрения петрохимии разновозрастных вулканитов в отдельных ареалах все же позволяют наметить общую тенденцию временной эволюции состава магм. Так, в Хангайском ареале более ранние излияния базальтов, слагающие ныне плоские вершинные останцы (в частности, в районе перевала Эгин-Даба), относятся к толеитовому и переходному петрохимическому типам, тогда как четвертичные долинные базальты и лавы, приуроченные к моногенным центрам извержений, обеднены кремнеземом и принадлежат к щелочно-базальтовой серии. Такой же тренд в изменении состава базальтоидов установлен для Долиноозерского ареала [Hock et al., 1999], Дариганги [Кононова и др., 1988], для пород Джидинского и других ареалов Байкальской рифтовой зоны [Кононова и др., 1987, 1988]. Подробнее временные соотношения различных петрохимических типов пород для некоторых ареалов будут рассмотрены далее.