Примечания: 1. Ошибка в калибровке стандарта 0,5 %. 2.206РЬС и 206РЬ* - обыкновенный и радиогенный свинец; изотопные соотношения и содержания нерадиогенного РЬ скорректированны по измеренному содержанию 204РЬ. 3. Шк> - коэффициент корреляции.
Результаты U--Pb--SIMS-датирования акцессорных цирконов
Из спилита (образец 14-243-01) мы проанализировали 10 зерен циркона. Низкие средние значения соотношения U/^ (0,54) в их составе указывают на магматическую природу цирконов. Отмечается большой разброс значений возраста этих зерен - от 248 млн до 728 млн лет. Все значения конкордантные. Половина изученных цирконов имеет фанерозойский возраст. Два зерна имеют возраст ~245-260 млн лет (п = 2/10), три замера по двум зернам показали их возраст ~320- 350 млн лет. Эдиакарско-среднекембрийские значения (510-608 млн лет) широко распространены вдоль линии конкордии. Два замера показали близкие значения возраста - около 706 млн лет (см. рис. 3).
Рис. 3. Диаграмма с конкордией для и--РЬ-изотопных данных и микрофотографии в режиме катодолюминесценции акцессорных цирконов спилита (образец 14-243-01): эллипсы соответствуют среднеквадратическим отклонениям (СКО) для погрешностей определений изотопных соотношений для каждого зерна, равным ± 2о
Петро-геохимические особенности пород
Всего мы проанализировали 17 валовых составов основных вулканитов. По содержанию кремнезема (от 42,7 до 56,8 масс. %) породы попадают в поля базальтов, реже - в поля андезибазальтов. Концентрация MgO составляет 1,0-9,7 масс. %. На диаграмме ЛБМ фигуративные точки отражают фракционирование по фе- нерровскому типу с существенным увеличением концентрации железа (рис. 4). По мере снижения магнезиальности в составах пород растет концентрация титана (ТЮ 2 = 1,1 3,4 масс. %) и немного падает концентрация глинозема (от 12,2 до
19,2 масс. %). Спектры распределения содержания редкоземельных элементов (РЗЭ), нормированные на хондрит, сходны между собой и спектром устредненных составов вулканитов Норильской мульды (рис. 5, а). Отмечается резкое обогащение состава вулканитов о. Врангеля легкими редкоземельными элементами (ЛРЗЭ) относительно средних (СРЗЭ) и тяжелых (ТРЗЭ): (Ьа/УЬ)п = 2,2...6,1; (Ьа/8ш)и = 1,4...2,4. Суммарное содержание РЗЭ (Ьа + Бш + УЬ) - от 9,7 до 34,2 г/т. Отмечаются незначительные отрицательные Еи-аномалии.
Рис. 4. AFM-диаграмма (по работе (Irvien and Barager, 1971)) магматических пород центральной части о. Врангеля:
1 - спилиты о. Врангеля; 2 - вулканиты рифтогенной стадии Норильской мульды (для сравнения)
На мультиэлементных диаграммах РЗЭ для вулканитов отчетливо прослеживается отрицательная ЫЬ-Та-аномалия (ЫЬ - от 2,5 до 11,7 г/т; Та - от 0,1 до 0,7 г/т), а также обогащение составов всеми крупноионными литофилами (КИЛЭ) - ЛЬ (4,5-24 г/т), Ва (18,8-184 г/т) и ^ (0,9-6 г/т) (см. рис. 5, б). Подобные характеристики свойственны надсубдукционным магматическим комплексам. Однако из-за высоких концентраций 2г (143-225 г/т), НТ (2,0-5,7 г/т), Т 1 и всех лантаноидов спектры этих вулканитов сходны со спектрами внутриконтинентальных траппов (рис. 6, а и б). Судя по дискриминантным диаграммам зависимости (2г/У)-2г и (Т 1/100)-У, спилиты центральной зоны тяготеют к полям внутриплитных базальтов. На диаграмме зависимости Т 1-У основные эффузивы образуют тренд, характерный для рифтогенных базальтов (внутриконтинентальных задуговых бассейнов) и базальтов Ы-МОЛВ (рис. 6, в).
Рис. 5. Нормированные в соответствии с работой (Sun and McDonough, 1989) спектры распределения РЗЭ (а) и элементов-примесей (б):
а - нормированные по хондриту, б - нормированные к примитивной мантии (ПМ) для спилитов центральной части о. Врангеля; 1 - спилиты о. Врангеля; 2 - вулканиты рифтогенной стадии Норильской мульды (Криволуцкая, 2014); N-MORB - нормальные базальты срединноокеанических хребтов, OIB - базальты океанических островов
Обсуждение результатов
Нахождением тел вулканитов основного состава среди риолитов подтверждается комагматичность этих пород, что было предположено в работе (Косько и др., 2003). Также в пользу данного предположения указывают сходные геодинамические обстановки образования вулканитов различного состава, что описано далее.
Рис. 6. Дискриминантные диаграммы для спилитов центральной части о. Врангеля:
а - диаграмма зависимости (Zr/Y)--Zr (Pearce et al., 1984); поля на диаграмме: A - островодужные базальты, B - базальты срединно-океанических хребтов (MORB), С - внутриплитные базальты, D - островодужные базальты и MORB, E - внутриплитные базальты и MORB; б - диаграмма зависимости (Ti/1000)--V (Shervais, 1982); поля на диаграмме: IAT - островодужные толеиты, Low Ti BON - низко титанистые бониниты, MORB - базальты срединно-океанических хребтов, BABB - базальты задуговых бассейнов, Alkaline - базальты океанических островов и щелочные базальты; в - диаграмма зависимости (Ti/1000)--Zr--(Y/3) (Pearce and Cann, 1973); поля на диаграмме: A - толеиты островных дуг, B - базальты срединно-кеанических хребтов, островодужные толеиты и известково-щелочные базальты, С - известково-щелочные базальты, D - внутриплитные базальты, Y*3 - утроенная концентрация иттрия
В ходе исследований не удалось получить надежной абсолютной датировки вулканитов центральный зоны. Определенные по цирконам и--РЬ-изотопные значения возраста имеют большой разброс. Пермотриасовые датировки (~245- 260 млн лет) не имеют геологического смысла, поскольку они с несогласием перекрыты породами карбона. Раннекаменноугольные значения (~340 млн лет) наиболее близки к оценкам возраста данных пород по (Косько и др., 2003). Значения возраста от верхов эдиакария до раннего кембрия разбросаны вдоль конкордии и, по-видимому, соответствуют нескольким тектономагматическим этапам. Возраст наиболее древних цирконов (~690-720 млн лет) сопоставим с возрастом кристаллизации гранитоидов врангелевского возраста (Лучицкая и др., 2017), и, скорее всего, эти цирконы являются захваченными. По нашему мнению, возрасту кристаллизации соответствует датировка ~510-608 млн лет. Данный возраст максимально близок к датировкам ~590-610 млн лет, полученным для риолитов района горы Первой (Лучицкая и др., 2017). Помимо этого на допозднекембрийский возраст основных вулканитов указывают данные и--РЬ-датирования обломочных цирконов базальных конгломератов карбона, перекрывающих кислые и основные вулканиты в районе горы Первой. Без учета малочисленных мезопротерозойских датировок статистически значимы оценки возраста от 535 млн, 590 млн и 660 млн лет при полном отсутствии более молодых зерен циркона (Соколов и др., 2017).
Основные вулканические породы о. Врангеля представлены спилитами толе- итовой серии. Геохимически породы сходны с траппами основания Норильской мульды (из Ивакинской, Сыверминской и Гудчихинской свит) (см. рис. 4). Концентрация петрогенных элементов в Норильских траппах (TiO2 - от 1,6-2,9 до 3,4 масс. %; Al2O3 - от 9,4 до 15,6 масс. %; MgO - от 3,0 до 15,0 масс. %) близка к таковой в основных вулканитах о. Врангеля. Также отметим сходство в содержании элементов-примесей (см. рис. 5). Следует отметить сходство изучаемых вулканитов о. Врангеля с базальтами и андезибазальтами задуговых бассейнов. На это указывают признаки вулканических пород, формирующихся в условиях морского дна: подушечная (?) отдельность и спилитизация, а также высокие содержания КИЛЭ и низкие содержания Nb и Та, свойственные для надсубдукционных расплавов. Мы отдаем предпочтение гипотезе о внутриплитной обстановке формирования вулканитов. Доводами к этому служат высокие содержания всех элементо-примесей (в том числе РЗЭ, Ti, Zr и Hf) в вулканитах, а также общее сходство с вулканитами Норильской мульды. Низкие содержания Nb и Та, скорее всего, связаны с контаминацией надсубдукционных магм или верхней континентальной коры. На коровую контаминацию указывают высокие значения соотношения La/Sm. Ассоциация изученных спилитов с риолитами, имеющих геохимические черты гранитов А-типа (Лучицкая и др., 2017), указывает на существование бимодальной рифтогенной ассоциации в эдиакарско-среднекембрийское время.
Наиболее подходящий аналог вулканитов бимодального состава о. Врангеля - близкие по возрасту комплексы п-ова Сьюард, которые также включены в состав микроплиты Арктическая Аляска - Чукотка. На полуострове описаны ортогнейсы и габброиды возрастом соответственно 565 млн и 540 млн лет. В работе (Amato et al., 2009) предполагается, что эти породы формировались в рифтогенной обстановке. Подобное сходство эдиакарско-среднекембрийских магматических пород п-ова Сьюард и о. Врангеля может указывать на то, что они образовались в пределах единой рифтовой зоны.
Заключение
Основные эффузивы центральной части о. Врангеля объединяются в бимодальную ассоциацию с риолитами. Период формирования основных вулканитов датирован по единичным зернам циркона и соответствует эдиакарско-среднекем- брийскому времени. Полученные значения возраста сходны с конкордантными датировками акцессорных цирконов из риолитов (Лучицкая и др., 2017). Вулканиты образовались в пределах континентального рифта. Сходные тектоническое положение, время и обстановки формирования магматических пород о. Врангеля и п-ова Сьюард указывают на существование единой рифтовой зоны в эдиакарско-среднекембрийское время.
Литература
1. Ганелин, В. Г., Матвеев, А. В., Кропачева, Г. С., 1989. Верхнепалеозойские отложения острова Врангеля. ВСЕГЕИ, Ленинград.
2. Геодинамика, магматизм и металлогения Востока России: в 2 кн., 2006 / Ханчук, А.И. (под ред.), Дальнаука, Владивосток.
3. Каменева, Г. И., 1975. Структура центральной части о. Врангеля, в: Геология и полезные ископаемые Новосибирских островов и острова Врангеля. НИИГА, Ленинград, 49-58.
4. Косько, М. К., Авдюничев, В. В., Ганелин, В. Г., Опекунов, А. Ю., Опекунова, М. Г., Сесил, М. П., Смирнов, А. Н., Ушаков, В. И., Хандожко, Н. В., Харрисон, Дж. К., Шульга, Ю. Д., 2003. Остров Врангеля: геологическое строение, минерагения, геоэкология. ВНИИ геологии и минеральных ресурсов Мирового океана им. И.С. Грамберга, Санкт-Петербург.
5. Криволуцкая, Н. А., 2014. Эволюция траппового магматизма и Pt--Cu--Ni рудообразование в Норильском районе. Товарищество научных изданий КМК, Москва.
6. Лучицкая, М. В., Моисеев, А. В., Соколов, С. Д., Тучкова, М. И., Сергеев, С. А., О'Салливан, П. Б., Вержбицкий, В. Е., Малышев, Н. А., 2017. Окраинно-континентальные и внутриплитные позднепротерозойские граниты и риолиты острова Врангеля (Арктика). Геотектоника 1, 19-43.
7. Определение массовой доли элементов в горных породах, рудах и продуктов их переработки рентгеноспектральным флуоресцентным методом, методика количественного химического анализа № 439-РС. 2010. ФГУП "ВИМС", Москва.
8. Парфенов, Л. М., Натапов, Л. М., Соколов, С. Д., Цуканов, Н. В., 1993. Террейны и аккреционная тектоника Северо-Востока Азии. Геотектоника 1, 68-78.
9. Соколов, С. Д., 2010. Очерк тектоники Северо-Востока Азии. Геотектоника 6, 60-78.
10. Соколов, С. Д., Тучкова, М. И., Моисеев, А. В., Вержбицкий, В. Е., Малышев, Н. А., Гущина, М. Ю., 2017. Тектоническая зональность острова Врангеля (Арктика). Геотектоника 1, 3-18.
11. Тильман, С. М., Богданов, Н. А., Бялобжеский, С. Г., Чехов, А. Д., 1970. Остров Врангеля, в: Геология СССР XXVI. Острова Советской Арктики. Недра, Москва, 377-404.
12. Amato, J. M., Toro, J., Miller, E. L., Gehrels, G. E., Farmer, G. L., Gottlieb, E. S., Till, A. B., 2009. Late Proterozoic--Paleozoic evolution of the Arctic Alaska-Chukotka terrane based on U--Pb igneous and detrital zircon ages: implications for Neoproterozoic paleogeographic reconstructions. Geological Society of America Bulletin 121, 1219-1235.
13. Irvien, T. N., Barager, W R., 1971. A guide to the chemical classification of the common volcanic rocks. Canadian Journal of Earth Sciences 8, 523-548.
14. Ludwig, K. R., 2001. SQUID 1.02, a user manual, a geochronological toolkit for Microsoft Excel. Berkeley Geochronology Center Special Publication, Berkeley.
15. Ludwig, K. R., 2003. User's manual for Isoplot/Ex, Version 3.00, a geochronological toolkit for Microsoft Excel. Berkeley Geochronology Center Special Publication, Berkeley.
16. Moiseev, A. V., Sokolov, S. D., Tuchkova, M. I., Verzhbitsky, V. E., Luchitskaya, M. V., 2015. Early Carboniferous (?) volcanic complex of the Wrangel Island. NGU Report 2015. 032. 7th International Conference on Arctic Margins (ICAM 2015), 90-91.
17. Pearce, J. A., Cann, J. R., 1973. Tectonic setting of basic volcanic rocks determined using trace element analyses. Earth and Planetary Science Letters 19, 290-300.
18. Pearce, J. A., Harris, N. B. W., Tindle, A. G., 1984. Trace element discrimination diagrams for the tectonic interpretation of granitic rocks. Journal of Petrology 25(4), 956-983.
19. Shervais, J. W., 1982. Ti--V plots and the petrogenesis of modern and ophiolite lavas. Earth and Planetary Science Letters 59, 101-118.
20. Sun, S. S., McDonough, W. F., 1989. Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: implications for mantle composition and processes. Geological Society London Special Publications 42, 313-345.
21. Whilliams, I. S., 1998. U-Th-Pb geochronology by ion microprobe. Reviews in Economic Geology 7, 1-35.
22. References
23. Amato, J. M., Toro, J., Miller, E. L., Gehrels, G. E., Farmer, G. L., Gottlieb, E. S., Till, A. B., 2009. Late Proterozoic--Paleozoic evolution of the Arctic Alaska-Chukotka terrane based on U--Pb igneous and detrital zircon ages: implications for Neoproterozoic paleogeographic reconstructions. Geological Society of America Bulletin 121, 1219-1235.
24. Ganelin, V. G., Matveev, A. V., Kropacheva, G. S., 1989. Verkhnepaleozoiskie otlozheniia ostrova Vrangelia. [Deposits of the Wrangel Island]. VSEGEI Publ., Leningrad. (In Russian)
25. Geodinamika, magmatizm i metallogenija Vostoka Rossii [Geodynamics, magmatism and metallogeny of the Russian East]: in 2 books, 2006. Khanchuk, A. I. Dalnauka Publ., Vladivostok. (In Russian)
26. Irvien, T. N., Barager, W. R., 1971. A guide to the chemical classification of the common volcanic rocks. Canadian Journal of Earth Sciences 8, 523-548.
27. Kamenev, G. I., 1975. Struktura tsentral'noi chasti o. Vrangelia [Structure of the Central part of Wrangel island]. In: Geologiia i poleznye iskopaemye Novosibirskikh ostrovov i ostrova Vrangelia [Geology and minerals of the Novosibirsk and Wrangel Islands]. Vol'nov, V. A., Ivanov, V. L. (eds). NIIGA Publ., Leningrad, 49-58. (In Russian)
28. Kos'ko, M. K, Avdyunichev, V. V., Ganelin, V. G., Opekunov, A. Yu., Opekunova, M. G., Cecile, M. P., Smirnov, A. N., Ushakov, V. I., Khandozhko, N. V., Harrison, J. K., Shulga, Yu. D., 2003. Ostrov Vrangelia: geologicheskoe stroenie, minerageniia, geoekologiia. [Wrangel Island: Geological Structure, Minerageny, Geoecology]. VNIIOkeangeologia Publ., St. Petersburg. (In Russian)
29. Krivolutskaya, N. A., 2014. Evoliutsiia trappovogo magmatizma i platino-medno-nikelevoe orudenenie v Noril'skom raione [Evolution of trap magmatism and processes producing Pt-Cu-Ni mineralisation in the Norilsk area]. KMK Scientific Press, Moscow. (In Russian)
30. Luchitskaya, M. V., Moiseev, A. V., Sokolov, S. D., Tuchkova, M. I., Sergeev, S. A., O'Sullivan, P B., Verzhbit- skii, V. E., Malyshev, N. A., 2017. Okrainno-kontinental'nye i vnutriplitnye pozdneproterozoyskie granity i riolity ostrova Vrangelia (Arktika) [Marginal continental and within-plate Neoproterozoic granites and rhyolites of Wrangel Island, Arctic Region]. Geotektonika [Geotectonics] 51, 17-39. (In Russian)
31. Ludwig, K. R., 2001. SQUID 1.02, a user manual, a geochronological toolkit for Microsoft Excel. Berkeley Geochronology Center Special Publication, Berkeley.
32. Ludwig, K. R., 2003. User's manual for Isoplot/Ex, Version 3.00, a geochronological toolkit for Microsoft Excel. Berkeley Geochronology Center Special Publication, Berkeley.
33. Moiseev, A. V., Sokolov, S. D., Tuchkova, M. I., Verzhbitsky, V. E., Luchitskaya, M. V., 2015. Early Carboniferous (?) volcanic complex of the Wrangel Island. NGU Report 2015. 032. 7th International Conference on Arctic Margins (ICAM 2015), 90-91.
34. Opredeleniye massovoy doli elementov v gornykh porodakh, rudakh i produktov ikh pererabotki rentgenospektral'nym fluorestsentnym metodom, metodika kolichestvennogo khimicheskogo analiza N 439-RS [Determination of the mass fraction of elements in rocks, ores and their products by the X-ray fluorescence method, the method of quantitative chemical analysis N 439-RS]. FGUP "VIMS" Publ., Moscow.
35. Parfenov, L. M., Natapov, L. M., Sokolov, S. D., Tsukanov, N. V., 1993. Terreiny i akkretsionnaia tektonika Severo-Vostoka Azii [Terranes and accretionary tectonics of Northeast Asia]. Geotektonika 1, 68-78. (In Russian)
36. Pearce, J. A., Cann, J. R., 1973. Tectonic setting of basic volcanic rocks determined using trace element analyses. Earth and Planetary Science Letters 19, 290-300.