Раннекаменноугольный вулканизм Южного Урала.

Глава VI. Корреляция раннекаменноугольных вулканических комплексов Южного Урала.

На схеме корреляции раннекаменноугольных вулканических комплексов отчетливо видно омоложение начала вулканической деятельности с запада на восток (рис. 1). В самых западных частях Восточно-Магнитогорской зоны первые вулканиты появляются в першинском горизонте верхнего турне, в Уйско-Новооренбургской - в низах визейского яруса. В Кочкарско-Адамовской зоне активный вулканизм начинается в середине раннего визе, а развитая в Зауральской зоне аккаргинская толща базальтов имеет поздневизейско-серпуховской возраст. Временной интервал между началом вулканической деятельности в самых западных и самых восточных зонах составляет порядка 20 млн лет. При этом в пределах отдельных подзон Восточно-Магнитогорской зоны также отмечается омоложение вулканизма с запада на восток, а в самом крупном Магнитогорско-Богдановском грабене описано постепенное смещение вулканических центров с юга на север (Фролова, Бурикова, 1977; Салихов, Яркова, 1992).

В целом разрезы раннекаменноугольных вулканических комплексов близки в отдельных подзонах, но различаются в отдельных зонах. Так в Восточно-Магнитогорской зоне широкое развитие имеют кремнекислые вулканиты, в то время как в Уйско-Новооренбургской и Кочкарско-Адамовской они занимают подчиненное положение, а аккаргинская толща Зауралья включает в себя вулканогенные и вулканогенно-осадочные породы практически исключительно основного состава.

Большинство из изученных вулканогенных толщ имеет контрастный состав, включая продукты и коровых, и мантийных очагов при небольшом распространении пород среднего состава. Подобные петрохимические серии типичны для целого ряда геодинамических обстановок, в том числе: островных дуг, активных окраин континентов, задуговых бассейнов и континентальных рифтов.

Выборки кремнекислых каменноугольных вулканитов Южного Урала не обнаруживают статистически значимых различий. Состав большей части пород подобен среднему составу верхней коры континентов (Taylor, MacLennan, 1985). Для вулканитов Восточно-Магнитогорской, Уйско-Новооренбургской и Кочкарско-Адамовской зон типична повышенная щелочность. К региональным геохимическим особенностям кислых вулканитов можно отнести невысокое калий-натровое отношение, контрастный Nb минимум и Zr максимум. Судя по невысоким K/Na отношениям и Nb аномалиям, в коровом источнике значительную роль играли древние комплексы активных континентальных окраин.

Состав средне-основных пород подчиняется более сложным закономерностям. Изученные выборки делятся на два крупных кластера (Тевелев, , Правикова и др., 2005): (1) вулканиты Восточно-Магнитогорской и Уйско-Новооренбургской зон (березовская и греховская свиты, полоцкая толща) и (2) вулканиты Кочкарско-Адамовской и Зауральской зон (березиновская, таяндинская и аккаргинская толщи). При равных содержаниях оксида магния породы второго кластера отличаются более низкими содержаниями Al₂O₃ и более высокими - TiO₂. Вулканитам второго кластера свойственна более высокая железистость, что обусловило отклонение их трендов к полю толеитовой серии на AFM-диаграммах.

Содержания несовместимых литофильных элементов в базитах варьируют между таковыми эталонных обогащенных базальтов срединно-океанических хребтов (E-MORB) и базальтов островных дуг (OIB). Для пород березовской и греховской свит типичен Nb минимум. В вулканитах полоцкой и березиновской толщ этот минимум выражен слабее, а для всех остальных подразделений количественные данные по содержаниям ниобия оказались недоступны. Породам полоцкой толщи свойственны наиболее высокие содержания Rb, что согласуется с повышенной калиевой щелочностью этих вулканитов. Еще одной специфической чертой полоцкой, а также таяндинской и аккаргинской толщ, являются высокие содержания Zr и тяжелых РЗЭ, заметно превосходящие этот показатель в океанических эталонах. Соответственно, La_n/Yb_n отношение в породах этих трех толщ низкое и не превышает 3-5, в то время как в прочих раннекаменноугольных вулканитах оно колеблется в более широких пределах, достигая 8 (греховская свита) и 14 (березовская свита).

В первом приближении, образования Восточно-Магнитогорской и Уйско-Новооренбургской зон отвечают производным известково-щелочной серии - маркерам активных зон перехода континент-океан, но несколько отличаются от них повышенной щелочностью и титанистостью, характерными для внутриплитных вулканитов. Общее обогащение и разброс содержаний крупноионных и высокозарядных элементов, свойственные вулканитам полоцкой толщи, во многом напоминают признаки образований континентальных рифтов, главными источниками магм для которых являются астеносфера и/или неравномерно метасоматизированная субконтинентальная мантия (Bedini et al., 1997).

Породы Кочкарско-Адамовской и Зауральской зон на многих диаграммах обнаруживают отклонение к толеитовому тренду, что вместе с повышенной щелочностью и титанистостью указывает на их вероятную рифтогенную природу. Эволюция расплавов при относительно низком кислородном потенциале подтверждается не только их повышенной железистостью, но и обратной корреляцией MgO и TiO₂. Признаки наиболее интенсивного растяжения при высоком тепловом потоке присущи однородным базальтоидам аккаргинской толщи, во многом подобным MORB, но все же отличающимся от них повышенными содержаниями всех некогерентных литофильных элементов, особенно Y и тяжелых РЗЭ. Базиты таяндинской толщи на большинстве диаграмм занимают то же поле, что и породы аккаргинской толщи, отличаясь лишь несколько более высокой кислотностью. Не исключено, что они сформированы за счет того же мантийного источника, но испытали более длительное кристаллизационное фракционирование.

Наиболее вероятной причиной непостоянства состава базальтоидов березиновской толщи является гетерогенность источника. Входящая в их состав группа низкощелочных базальтов по большинству характеристик близка вулканитам океанов, промежуточным между N-MORB и E-MORB. Остальные породы данного подразделения заметно обогащены как крупноионными, так и высокозарядными элементами и вполне типичны для внутриплитных обстановок.

Сравнительно невысокие La/Yb отношения во всех изученных вулканитах средне-основного состава указывают на отсутствие значимого количества граната в рестите и, следовательно, на относительно небольшие глубины магмогенерации (менее 70 км).

Таким образом, породы всех рассмотренных подразделений несут признаки как надсубдукционного, так и внутриплитного вулканизма, причем признаки внутриплитного формирования проявлены отчетливее в вулканитах восточных зон (березиновская, таяндинская, а особенно аккаргинская и полоцкая толщи).