Петрохимия позднеордовикских - раннедевонских базальтоидов южной части тагильской зоны среднего урала.
(по данным Уральской сверхглубокой скважины и околоскважинного пространства)

Глава 4. Петрографическая, петрохимическая и геохимическая характеристика базальтоидов

4.1. Петрографическая характеристика базальтоидов.

Вулканические ассоциации O₃-S₁.
Базальты нижнекабанского подкомплекса миндалекаменные и массивные, афировые. Базальты верхнекабанского подкомплекса, андезибазальты и андезиты красноуральского комплекса миндалекаменные и массивные, афировые изредка мелкопорфировые (7-15%) клинопироксен-плагиоклазовые, с гиалопилитовой и интерсертальной структурой.

Вулканические ассоциации S_1-2-D₁.
(S₁) Базальты, андезибазальты, андезиты павдинского и липовского комплексов миндалекаменные, порфировые (7-35%), с гиалопилитовой до гиалиновой, реже интерсертальной структурой. Выделены два петротипа базальтоидов. По преобладанию во вкрапленниках клинопироксена (и псевдоморфно замещенного хлоритом цветного минерала) над плагиоклазом - магнезиальный тип, с преобладающим плагиоклазом - глиноземистый тип.
(S_1-2) Базальты и андезибазальты именновского комплекса массивные и миндалекаменные, гломеропорфировые (20-35%), с гиалопилитовой и интерсертальной структурой. Присутствуют магнезиальный и глиноземистый типы порфировых базальтоидов и афировые базальты и андезибазальты - обильноминдалекаменные, с редкими микровкрапленниками плагиоклаза и клинопироксена.
(S₂) Базальты гороблагодатского комплекса редкоминдалекаменные, редкопорфировые (5-10%) с гиалопилитовой структурой, характеризуются преобладанием плагиоклаза над клинопироксеном, присутствием мелких зерен титаномагнетита (до 5%) и акцессорных минералов: апатита, ильменита, сфена.
(S₂-D₁) Латиты туринского комплекса редкопорфировые и порфировые (7-35%) с пилотакситовой, изредка трахитовой структурой; во вкрапленниках плагиоклаз резко преобладает над клинопироксеном, иногда появляется калиевый полевой шпат (до 5%), встречаются микровкрапленники титаномагнетита и апатита. Шошониты - массивные, обильнопорфировые (35-45%) с пилотакситовой структурой, плагиоклазовые, с редким клинопироксеном, редкими мелкими зернами титаномагнетита, апатита и сфена.

4.2. Петрохимическая характеристика базальтоидов.

Типичные составы раннепалеозойских базальтоидов приведены в таблице.

Вулканические ассоциации O₃-S₁. Базальтоиды кабанского и красноуральского комплексов - нормально-щелочные, низкотитанистые породы, характеризуются узкими интервалами концентраций основных компонентов при значительных вариациях магнезиальности (Mg#), низкими содержаниями Cr, Ni, Co, Sc (в среднем < 100-50 г/т).

(O₃) Толеиты нижнекабанские (MgO=4-7,5%; Mg#=41-62; TiO₂=0,7-1,0%) и нижнекрасноуральские (MgO=5-10%; Mg#=53-64; TiO₂=0,7-1,0%) преимущественно низкокалиевые (K₂O=0,1-1,5%), умеренноглиноземистые. Клинопироксены микровкрапленников высокомагнезиальные авгиты - эндиопсиды (En48-40 Wo43 Fs-7-15). (O₃) Известково-щелочные базальты верхнекабанские (MgO=4-14%; Mg#=38-70; TiO₂=0,4-1,1%) преимущественно умеренно-низкокалиевые до высококалиевых в измененных разностях (K₂O=0,4-1,3% до 1,8-2,5%), K-Na типа щелочности. (S₁) Известково-щелочные андезибазальты и андезиты верхнекрасноуральские (MgO=3-5%; Mg#=37-58; TiO₂=0,9-1,2%) низкокалиевые (K₂O < 0,1%), Na типа щелочности. Клинопироксены вкрапленников высокомагнезиальные авгиты, изредка диопсиды (En46-43 Wo44-38 Fs9-17), в микролитах железистые авгиты (En43-31 Wo32-39 Fs23-28).

Вулканические ассоциации S_1-2-D₁.

(S₁) Известково-щелочные базальты, андезибазальты и андезиты павдинского и липовского комплексов - крайне низкотитанистые магнезиальные породы. Различаются высокомагнезиальные низко-умеренноглиноземистые разности (магнезиального типа) и высокоглиноземистые магнезиальные до низкомагнезиальных разности (глиноземистого типа). Базальтоиды магнезиального типа слабо дифференцированы: павдинские и липовские базальты-андезибазальты (MgOср~=9-10%; Mg#=59-72; TiO₂=0,4-0,7%), липовские андезиты (MgOcр~5,5%; Mg#=60-64; TiO₂=0,3-0,6%). Базальты, андезибазальты и андезиты глиноземистого типа характеризуются более дифференцированным составом (MgOcр~5-6%; Mg#=44-65; TiO₂=0,5-0,9%). Липовские базальтоиды преимущественно низкокалиевые Na ряда, павдинские умеренно-низкокалиевые Na и K-Na ряда. Высокомагнезиальные базальтоиды характеризуются повышенными содержаниями Cr (до 440 г/т) и Ni (до 300 г/т), высокоглиноземистые - низким Cr (< 100 г/т) и Ni (< 60 г/т) и более высокими содержаниями V. Клинопироксены (3-4 генерации) во вкрапленниках высокомагнезиальные авгиты (En46-47 Wo40-43 Fs10-14) (павдинские) и эндиопсиды (En50-51 Wo40-42 Fs6-9) (липовские), в микролитах менее магнезиальные авгиты (En40-47 Wo32-40 Fs18-20).

(S_1-2) Известково-щелочные базальты и андезибазальты именновского комплекса относятся к низкотитанистым (TiO₂=0,7-1,0%), умеренно-низкокалиевым породам Na ряда.

Различаются магнезиальные (магнезиального типа) и высокоглиноземистые (глиноземистого типа) разности. Базальты магнезиального типа - магнезиальные до высокомагнезиальных (MgOср~7,5%; Mg#ср.=58), низко-умеренноглиноземистые. Базальты и андезибазальты глиноземистого типа - умеренномагнезиальные (MgO~3,8%; Mg#ср.=46), высокоглиноземистые. Содержания Cr и Ni, по сравнению с павдинскими и липовскими, заметно снижаются: в магнезиальных разностях Cr (180-250 г/т), Ni (< 100 г/т), в глиноземистых Cr и Ni (< 50 г/т). Клинопироксены (3-4 генерации) зональные, изменяются от высокомагнезиальных авгитов - эндиопсидов (En48-51 Wo36-43 Fs9-15) во вкрапленниках до железистых авгитов - ферроавгитов (En41-28 Wo36-38 Fs22-33) в микролитах.

(S_1-2) Ферробазальты-ферроандезибазальты именновского комплекса - низкомагнезиальные, умеренно-низкотитанистые (FeOобщ~9%; Mg#ср.=38-43; TiO₂=0,9-1,2%), преимущественно низкокалиевые (Na ряда), умеренноглиноземистые породы с низкими содержаниями Cr и Ni (< 35 г/т). Клинопироксены микровкрапленников (En47 Wo35 Fs18) и микролитов (En42 Wo36 Fs22) - авгиты довольно однородного состава. В ферробазальтоидах повышена общая щелочность (за счет Na₂O), однако по авгитовому составу клинопироксенов они ближе к нормально-щелочным породам толеитовой серии.

(S₂) Ферробазальты гороблагодатского комплекса характеризуются однородным высокожелезистым составом и умеренно-низким содержанием титана (FeOобщ>11%; Mg#ср.=38-43; TiO₂=1,0-1,2%); это умереннококалиевые (Na и K-Na ряда), умеренноглиноземистые породы с низкими cодержаниями Cr и Ni (в среднем~70-30 г/т). Клинопироксены вкрапленников салиты - высококальциевые авгиты (En39-46 Wo32-45 Fs15-21) и ферросалиты-ферроавгиты в микролитах (En26-36 Wo32-43 Fs30-32). Ферробазальты относятся к нормально-щелочным породам, но обнаруживают черты субщелочных пород (высококальциевый состав клинопироксенов, возрастание K2O, особенности минерального состава), и поэтому отнесены к породам переходного типа.

(S₂-D₁) Латиты и шошониты туринского комплекса - субщелочные (alk=8-12%), высококалиевые (преимущественно K ряда) породы с низким содержанием MgOср.~2,5-3,5% и TiO₂ср.~0,7%, высоко и весьма высокоглиноземистые, обеднены Cr и Ni (< 20 г/т), V (~100-160 г/т), Co и Sc. Клинопироксены вкрапленников салиты - высококальциевые авгиты (En36-39 Wo41-43 Fs18-21) и ферросалиты-ферроавгиты в микролитах (En21-33 Wo35-41 Fs30-36).

4.3. Геохимические особенности базальтоидов.

Общей особенностью спектров элементов-примесей является наличие отрицательных аномалий ВЗЭ (Nb, Ta, Zr, Hf, Ti, Y) и максимумов КИЛЭ (K, Rb, Ba, Pb) относительно N-MORB, низких содержаний ТРЗЭ и высоких ЛРЗЭ относительно хондрита (С1) (рис. 2). Значительным дефицитом ВЗЭ и ТРЗЭ, и невысокими содержаниями КИЛЭ и ЛРЗЭ характеризуются нижнекабанские - нижнекрасноуральские толеиты, начинающие ряд ранних (O₃-S₁) вулканических ассоциаций, и павдинские - липовские высокомагнезиальные базальтоиды, начинающие ряд поздних (S_1-2-D₁) вулканических ассоциаций. Содержание КИЛЭ и ЛРЗЭ, и обогащение КИЛЭ/ВЗЭ и ЛРЗЭ/ТРЗЭ последовательно возрастают в каждом формационном ряду и, в целом, от толеитовых базальтов к известково-щелочным и к субщелочным. Распределение РЗЭ в базальтоидах имеет следующие особенности.

Вулканические ассоциации O₃-S₁. Толеиты (O₃) характеризуются низкими содержаниями РЗЭ и слабо фракционированными, близкими к хондритовому, спектрами (∑РЗЭ_N=11-15; La/Yb_N=0,9-1,5). Значительно более высокие содержания РЗЭ и фракционированные спектры наблюдаются в верхнекабанских (O₃) базальтах (∑РЗЭ_N=25-30; La/Yb_N=2,0-3,0) и в верхнекрасноуральских (S1) андезибазальтах и андезитах (∑РЗЭ_N=37-43; La/Yb_N=3,4-3,6).

Вулканические ассоциации S_1-2-D₁. Высокомагнезиальные базальтоиды (S₁) характеризуются низкими содержаниями и низкой степенью фракционирования РЗЭ, которые возрастают от липовских андезитов (∑РЗЭ_N=9,5-14,2; La/Yb_N=1,2-2,0) к павдинским андезибазальтам (∑РЗЭN=16,4-21,7; La/Yb_N=1,6-2,2). В павдинских высокоглиноземистых базальтоидах характер фракционирования РЗЭ тот же: в андезитах (∑РЗЭ_N=19,1-24,6; La/Yb_N=1,8-2,3) РЗЭ не накапливаются относительно андезибазальтов и базальтов (∑РЗЭ_N=18,4-30,6; La/Yb_N=1,5-2,5), но слабо выражен Eu минимум.

Содержание и степень фракционирования РЗЭ возрастают в именновских базальтоидах (S_1-2) относительно павдинских и липовских. Высокомагнезиальные (∑РЗЭ_N=22-37; La/Yb_Nср.=2,9) и высокоглиноземистые (∑РЗЭ_N=30-41; La/Yb_Nср.=3,3) разности различаются незначимо, а в ферробазальтоидах содержание РЗЭ возрастает (∑РЗЭ_N=43-48; La/Yb_Nср.=3,0). Гороблагодатские (S2) ферробазальты близки к именновским по распределению РЗЭ (∑РЗЭ_N=26-48; La/Yb_Nср.=2,9), но отличаются более высокими содержаниями КИЛЭ группы K (Rb, Ba, Sr). Наиболее высокие концентрации КИЛЭ, РЗЭ и сильно фракционированные спектры наблюдаются в туринских (S2-D1) латитах (∑РЗЭ_N=80-114) и шошонитах (∑РЗЭ_N=62-77), La/Yb_N=5,0-11,3.

4.4. Относительная временная последовательность петрохимических серий.

Под петрохимической серией понимается совокупность магматических пород, занимающих определенное положение на классификационных петрохимических диаграммах (Магматические , 1987). Последовательность формирования петрохимических серий базальтоидов в O₃-S₁: ТNa→ИЩ_K-Na→ИЩ_Na; в S_1-2-D₁: ВМИЩ_{K-Na, Na}→ИЩ_Na→Т_Na→Перех_K-Na→CЩ_K. Как было установлено (Наркисова и др., 2000), раннепалеозойские вулканиты кислого состава наследуют петрохимические особенности базальтоидов. Это позволяет, используя последовательность петрохимических серий базальтоидов, охарактеризовать геодинамическую обстановку раннепалеозойского вулканизма как островодужную. В целом, базальтоидный вулканизм (O₃-D₁) в южной части Тагильской зоны развивался от однородного толеитового к дифференцированному известково-щелочному и, затем, к субщелочному шошонитовому - в последовательности, характерной для современных островных дуг. Геохимические особенности базальтоидов указывают на снижение степени плавления мантийного субстрата во времени. В континентальных рифтах (КР), в отличие от островных дуг (ОД), во времени, в целом, происходит увеличение степени плавления мантийного субстрата и наблюдается обратная последовательность формирования: щелочные базальты сменяются толеитовыми, близкими базальтам СОХ.