Оливин как показатель полигенетической ассоциации включений в позднекайнозойских вулканических породах Тункинской долины, Байкальская рифтовая зона

Объект исследования. Оливин глубинных включений из позднекайнозойских вулканических пород Тункинской долины.

Материалы и методы. В аналитических работах использовалось оборудование ЦКП изотопногеохимических исследований ИГХ СО РАН: электронно-зондовый микроанализатор Superprobe JXA-8200 фирмы Jeol (Япония) и лазерная система NWR 213 eSi, присоединенная к квадрупольному масс-спектрометру NexION-300D. Электронно-зондовый микроанализ минералов с определением кальция в оливине проводился методом индуктивно-связанной плазменной масс-спектрометрии с лазерной абляцией (LA-ICP-MS). Для определения петрогенных оксидов в породах использовался комплекс методов количественного химического анализа.

Результаты. Глубинные включения из позднекайнозойских вулканических пород Тункинской долины характеризуют корневую часть Слюдянского метаморфического субтеррейна, образовавшегося при коллизионном причленении Хамардабанского террейна к Сибирскому палеоконтиненту в раннем палеозое и активизированного в позднем кайнозое. Магматическими расплавами на поверхность вынесена малоглубинная ассоциация нодулей шпинель-пироксеновой и оливин-плагиоклазовой фации перидотитов и пироксенитов коро-мантийного перехода и коры, частично перекрывающаяся, по Р-T оценкам, с метаморфическими породами Слюдянского комплекса. По валовому составу глубинных включений выделяются группы ксенолитов (реститов, пород, близких к составу примитивной мантии, и метасоматитов) и родственных пород (магматического и магматическометасоматического генезиса). Полигенетический характер ассоциации обозначен вариациями индикаторных петрогенных и микроэлементных характеристик оливина. В оливине ксенолитов определяется интервал содержания форстерита (Fo) 86–91% при диапазоне концентраций NiO – 0.2–0.5, MnO – 0.1–0.2 и СаО < 0.16 мас. %. В оливине пород магматического и смешанного (магматическо-метасоматического) генезиса содержание Fo снижается от значений оливина ксенолитов до 64% при понижении NiO (Ni/Mg) и возрастании MnО и СаО. В магматическом оливине содержания MnO и CaO составляют соответственно 0.16–0.21 и около 0.1 мас. %, в отличие от оливина магматическо-метасоматического генезиса, обогащенного этими оксидами, соответственно до 0.50 и 0.45 мас. % при возрастании Mn/Fe и Ca/Fe. Тренды включений оливинов малоглубинной полигенетической ассоциации подчеркиваются при сопоставлении с оливинами ассоциаций более глубинных включений из вулканических пород Витимского и Окинского плоскогорий, представляющих собой переход от гранатовой к шпинельпироксеновой фации мантийных перидотитов.

Вывод. Вариации состава оливина служат показателем полигенетичности малоглубинной ассоциации включений, вынесенных позднекайнозойскими базальтовыми, трахибазальтовыми и базанитовыми расплавами в Тункинской долине из области перехода от шпинель-пироксеновой к оливин-плагиоклазовой фации перидотитов корневой части коллизионной зоны Хамардабанского террейна, активизированной в позднем кайнозое.

1. Aило Ю., Рассказов С.В., Чувашова И.С., Ясныгина Т.А. (2019) Соотношения пород примитивной мантии, реститов и метасоматитов во включениях базанитов вулкана Карьерный (Западное Прибайкалье). Изв. Иркутского государственного университета. Серия Науки о Земле, 29, 3-23. doi: 10.26516/2073- 3402.2019.29.3

2. Аль Хамуд А., Рассказов С.В., Чувашова И.С., Трегуб Т.Ф., Волков М.А., Кулагина Н.В., Коломиец В.Л., Будаев Р.Ц. (2019) Временные вариации состава кайнозойских отложений на Танхойской тектонической ступени Южного Байкала. Изв. Иркутского государственного университета. Серия Науки о Земле, 30, 108-129. doi: 10.26516/2073-3402.2019.30.108

3. Ащепков И.В. (1991) Глубинные ксенолиты Байкальского рифта. Новосибирск: Наука, 160 с.

4. Ащепков И.В., Травин А.В., Сапрыкин А.И., Андре Л., Герасимов П.А., Хмельникова О.С. (2003) О возрасте ксенолитсодержащих базальтов и мантийной эволюции в Байкальской рифтовой зоне. Геология и геофизика, 44(11), 1162-1190.

5. Беличенко В.Г. (1985) Палеотектоническое районирование палеозоид юго-восточной части Восточного Саяна, Западного Хамар-Дабана и Прихубсугулья. Геология и геофизика, 26(5), 11-20.

6. Беличенко В.Г., Резницкий Л.З., Макрыгина В.А., Бараш И.Г. (2006) Террейны Байкал-Хубсугульского фрагмента Центрально-Азиатского подвижного пояса палезоид. Состояние проблемы. Геодинамическая эволюция литосферы Центрально-азиатского подвижного пояса (от океана к континенту). Иркутск: ИЗК СО РАН, 1, 37-40.

7. Васильев Е.П., Резницкий Л.З., Вишняков В.Н., Некрасова Е.А. (1981) Слюдянский кристаллический комплекс. Новосибирск: Наука, 197 с.

8. Волянюк Н.Я., Семенова В.Г. (1975а) О находке глиноземистых ультраосновных включений в базальтах Байкальской рифтовой зоны. Докл. АН СССР, 222(5), 1186-1189.

9. Волянюк Н.Я., Семенова В.Г. (1975б) О находке трахибазальтов с ультраосновными включениями в Слюдянском районе. Докл. АН СССР, 223(1), 199-202.

10. Волянюк Н.Я., Семенова В.Г., Елизарьева Т.И., Бондарева Г.В. (1976) Включения пиропового и пиропшпинелевого лерцолита из базанитов Витимского плоскогорья. Докл. АН СССР, 228(3), 693-696.

11. Грудинин М.И., Меньшагин Ю.В. (1987) Ультрабазитбазитовые ассоциации раннего докембрия. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-е, 161 с.

12. Киселёв А.И., Медведев М.Е., Головко Г.А. (1979) Вулканизм Байкальской рифтовой зоны и проблемы глубинного магмообразования. Новосибирск: Наука, 197 с.

13. Котов А.Б., Сальникова Е.Б., Козаков И.К., Яковлева С.З., Ковач В.П., Резницкий Л.З., Васильев Е.П., Бережная Н.Г. (1997) О возрасте метаморфизма Слюдянского кристаллического комплекса (Южное Прибайкалье): результаты U-Pb геохронологических исследований гранитоидов. Петрология, 5(4), 380-393.

14. Крёнер А., Хенсон Г.Н., Гудвен А.М. (1987) Геохимия архея. М.: Мир, 315 с.

15. Логачев Н.А. (1974) Саяно-Байкальское и Становое нагорья. Нагорья Прибайкалья и Забайкалья. М.: Наука, 16-162.

16. Мехоношин А.С., Владимиров А.Г., Владимиров В.Г., Волкова Н.И., Колотилина Т.Б., Михеев Е.И., Травин А.В., Юдин Д.С., Хлестов В.В., Хромых С.В. (2013) Реститовые гипербазиты в коллизионной системе ранних каледонид западного Прибайкалья. Геология и геофизика, 54(10), 1562-1582.

17. Мехоношин А.С., Колотилина Т.Б. (2019) Массив губы Базарной (Ольхонские ворота): Путеводитель экскурсии. Иркутск: ИЗК СО РАН. Препринт, 36 с.

18. Павленко Э.Ф. (1983) Особенности структурного положения гипербазитов Приольхонья (Западное Прибайкалье). Геология и геофизика, 1(5), 8-14.

19. Плечов П.Ю., Щербаков В.Д., Некрылов Н.А. (2018) Экстремально магнезиальный оливин в магматических породах. Геология и геофизика, 59(12), 2129- 2167. doi:10.15372/GiG20181212

20. Рассказов С.В. (1985) Базальтоиды Удокана (Байкальская рифтовая зона). Новосибирск: Наука, 142 с.

21. Рассказов С.В. (1993) Магматизм Байкальской рифтовой системы. Новосибирск: ВО Наука. Сиб. издат. фирма, 288 с.

22. Рассказов С.В., Богданов Г.В., Медведева Т.И. (1989a) Ксенолиты скарноподобных клинопироксенитов из базальтов Тункинской впадины Байкальской рифтовой зоны. Геология и геофизика, 30(7), 54-61.

23. Рассказов С.В., Богданов Г.В., Медведева Т.И. (1989б) К минералогии амфиболсодержащих глубинных включений из базальтов Тункинской впадины Байкальской рифтовой зоны. Зап. ВМО, 118(4), 56-64.

24. Рассказов С.В., Богданов Г.В., Медведева Т.И. (1992) Минералы глубинных включений из разновозрастных базальтов Тункинской впадины. Прикладная минералогия Восточной Сибири. Иркутск: Изд-во Иркутск. ун-та, 153-168.

25. Рассказов С.В., Иванов А.В., Богданов Г.В., Медведева Т.И. (1994) Состав ортопироксенов и типизация глубинных включений из лав Верхне-Окинского и Тункинского сегментов Байкальской рифтовой системы. Докл. АН, 338(5), 649-654.

26. Рассказов С.В., Иванов А.В., Демонтерова Е.И. (2000а) Глубинные включения из базанитов Зун-Мурина (Тункинская рифтовая долина, Прибайкалье). Геология и геофизика, 41(1), 100-110.

27. Рассказов С.В., Логачев Н.А., Брандт И.С., Брандт С.Б., Иванов А.В. (2000б) Геохронология и геодинамика позднего кайнозоя (Южная Сибирь – Южная и Восточная Азия). Новосибирск: Наука, 288 с.

28. Рассказов С.В., Саньков В.А., Ружич В.В., Смекалин О.П. (2010) Кайнозойский континентальный рифтогенез: Путеводитель геологической экскурсии в Тункинскую рифтовую долину. Иркутск: ИЗК СО РАН, 40 с.

29. Рассказов С.В., Чувашова И.С. (2018) Вулканизм и транстенсия на северо-востоке Байкальской рифтовой системы. Новосибирск: Гео, 384 с. doi: 10.21782/ B978-5-6041446-3-3

30. Рассказов С.В., Ясныгина Т.А., Чувашова И.С., Михеева Е.А., Снопков С.В. (2013) Култукский вулкан: пространственно-временная смена магматических источников на западном окончании ЮжноБайкальской впадины в интервале 18–12 млн лет назад. Геодинамика и тектонофизика, 4(2), 135-168. doi:10.5800/GT2013420095.

31. Флоренсов Н.А. (1960) Мезозойские и кайнозойские впадины Прибайкалья. М.; Л.: Изд-во АН СССР, 258 с.

32. Чувашова И.С., Рассказов С.В. (2014) Источники магматизма в мантии эволюционирующей Земли. Иркутск: Изд. ИГУ, 291 с.

33. Чувашова И.С., Рассказов С.В., Ясныгина Т.А., Руднева Н.А. (2017) Активизация и прекращение позднекайнозойского растяжения в литосфере краевой части Байкальской рифтовой зоны: смена источников вулканизма на Витимском плоскогорье. Вулканология и сейсмология, 11(1), 28-62. doi: 10.7868/ S020303061606002X

34. Шафеев A.A. (1970) Докембрий Юго-Западного Прибайкалья и Хамар-Дабана. М.: Наука, 177 с.

35. Altunkaynak Ş., Ünal A., Howarth G.H., Aldanmaz E., Nývlt D. (2019) The origin of low-Ca olivine from ultramafic xenoliths and host basaltic lavas in a back-arc setting, James Ross Island, Antarctic Peninsula. Lithos, 342-343, 276-287. doi: 10.1016/j.lithos.2019.05.039

36. Arai S. (1994) Characterization of spinel peridotites by olivine-spinel compositional relationships: review and interpretation. Chem. Geol., 113, 191-204. doi: 10.1016/0009- 2541(94)90066-3

37. Ashchepkov I.V., Litasov Yu.D., Dobretsov N.L. (1994) Pyroxenites and composite garnet peridotite xenoliths from picrite-basalt, Vitim plateau (Trans Baikal): Implications for termobarometry and mantle reconstruction. Kimberlite, related rocks and mantle xenoliths. Proc. 5th Int. Kimb. Conf. V. l/A. Rio de Janeiro, Brasil, 455-466.

38. Ashchepkov I.V., Ntaflos T., Logvinova A.M., Spetsius Z.V., Downes H., Vladykin N.V. (2017) Monomineral universal clinopyroxene and garnet barometers for peridotitic, eclogitic and basaltic systems. Geosci. Front., 8, 775- 795. doi: 10.1016/j.gsf.2016.06.012

39. Boyd F.R. (1989) Compositional distinction between oceanic and cratonic lithosphere. Earth Planet. Sci. Lett., 96, 15-26.

40. Brey G.P., Köhler T. (1990) Geothermobarometry in fourphase lherzolites II. New thermobarometers and practical assessment of existing thermobarometers. J. Petrol., 31, 1353-1378. doi:10.1093/petrology/31.6.1353

41. Chuvashova I.S., Rasskazov S.V., Yasnygina T.A. (2017) Mid-Miocene thermal impact on the lithosphere by sublithospheric convective mantle material: Transition from high- to moderate-Mg magmatism beneath Vitim Plateau, Siberia. Geosci. Front., 8, 753-774. doi:10.1016/j. gsf.2016.05.011

42. De Hoog J.C.M., Gall L., Cornell D.H. (2010) Trace-element geochemistry of mantle olivine and application to mantle petrogenesis and geothermobarometry. Chem. Geol., 270, 196-215. doi:10.1016/j.chemgeo.2009.11.017

43. Foley S.F., Prelevic D., Rehfeldt, T., Jacob D.E. (2013) Minor and trace elements in olivines as probes into early igneous and mantle melting processes. Earth Planet. Sci. Lett., 363, 181-191. doi: 10.1016/j.epsl.2012.11.025

44. Gavrilenko M., Herzberg C., Vidito C., Carr M.J., Tenner T., Ozerov A. (2016) A calciumin-olivine geohygrometer and its application to subduction zone magmatism. J. Petrol., 57(9), 1811-1832. doi: 10.1093/petrology/egw062

45. Glaser S.M., Foley S.F., Günther D. (1999) Trace element compositions of minerals in garnet and spinel peridotite xenoliths from the Vitim volcanic field, Transbaikalia, eastern Siberia. Lithos, 48, 263-285. doi: 10.1016/S0024- 4937(99)00032-8

46. Griffin W.L., O’Reilly S.Y., Ryan C.G., Gaul O., Ionov D.A. (1998) Secular variation in the composition of subcontinental lithospheric mantle: geophysical and geodynamic implications. Geodynam. Ser., 26, 1-26.

47. Hart S.R., Davis K.E. (1978) Nickel partitioning between olivine and silicate melt. Earth Planet. Sci. Lett., 40(2), 203-219.

48. Herzberg C. (2011) Basalts as temperature probes of Earth’s mantle. Geology, 39(12), 1179-1180.

49. Herzberg C., Asimow P.D., Ionov D.A., Vidito C., Jackson M.G., Geist D. (2013) Nickel and helium evidence for melt above the core-mantle boundary. Nature, 493, 393-397. doi:10.1038/nature11771

50. Howarth G.H., Harris C. (2017) Discriminating between pyroxenite and peridotite sources for continental flood basalts (CFB) in southern Africa using olivine chemistry. Earth Planet. Sci. Lett., 475, 143-151. doi: 10.1016/j. epsl.2017.07.043

51. Ionov D.A., O’Reilly S.Y., Ashchepkov I.V. (1995) Feldspar-bearing lherzolite xenoliths in alkali basalts from Khamar-Daban, southern Baikal region, Russia. Contrib. Mineral. Petrol., 122, 174-190. doi: 10.1007/ s004100050120

52. Jackson C.G., Gibson S.A. (2018) Preservation of systematic Ni and Cr heterogeneity in otherwise homogeneous mantle olivine: Implications for timescales of post-metasomatism re-equilibration. Lithos, 318-319, 448-463. doi. org/10.1016/j.lithos.2018.08.026

53. Kamenetsky V.S., Elburg M., Arculus R., Thomas R. (2006) Magmatic origin of low-Ca olivine in subduction-related magmas: co-existence of contrasting magmas. Chem. Geol., 233, 346-357. doi: 10.1016/j.chemgeo.2006.03.010

54. Kinzler R.J., Grove T.L., Recca S.I. (1990) An experimental study on the effect of temperature and melt composition on the partitioning of nickel between olivine and silicate melt. Geochim. Cosmochim. Acta, 54, 1255-1265. doi:10.1016/0016-7037(90)90151-A

55. Klemme S. (2004) The influence of Cr on the garnet-spinel transition in the Earth’s mantle: experiments in the system MgO–Cr2O3–SiO2 and thermodynamic modeling. Lithos, 77, 639-646. doi: 10.1016/j.lithos.2004.03.017

56. Klemme S., O’Neill H.St.C. (2000) The near-solidus transition from garnet lherzolite to spinel lherzolite. Contrib. Mineral. Petrol., 138, 237-248. doi: 10.1007/ s004100050560

57. Koga K.T., Shimizu N., Grove T.L. (1999) Disequilibrium trace element redistribution during garnet to spinel facies transformation. Proceedings of the VII International Kimberlite Conference. (Eds J. Gurney John, L. Gurney James, D. Pascoe Michelle, and H. Richardson Stephen). Red Roof Designs, Cape Town, 1, 444-451.

58. Köhler T., Brey G.P. (1990) Calcium exchange between olivine and clinopyroxene calibrated as a geothermobarometer for natural peridotites from 2 to 60 kb with applications. Geochim. Cosmochim. Acta, 54, 2375-2388. doi:10.1016/0016-7037(90)90226-B

59. Lambart S., Laporte, D., Schiano P. (2013) Markers of the pyroxenite contribution in the major-element compositions of oceanic basalts: review of the experimental constraints. Lithos, 160, 14–36.

60. Leeman W.P., Lindstrom D.J. (1978) Partitioning of Ni2+ between basaltic and synthetic melts and olivines: an experimental study. Geochim. Cosmochim. Acta, 42, 801- 806. doi:10.1016/0016-7037(78)90094-7

61. Le Roux V., Dasgupta R., Lee C.T. (2011) Mineralogical heterogeneities in the Earth’s mantle: constraints from Mn, Co, Ni and Zn partitioning during partial melting. Earth Planet. Sci. Lett., 307(3-4), 395-408. doi: 10.1016/j.epsl.2011.05.014

62. Li C., Ripley E.M. (2010) The relative effects of composition and temperature on olivine-liquid Ni partitioning: Statistical deconvolution and implications for petrologic modeling. Chem. Geol., 275, 99-104. doi:10.1016/j. chemgeo.2010.05.001

63. Litasov K., Taniguchi H. (2002) Mantle evolution beneath the Baikal Rift. CNEAS Monograph Series Nо. 5. Sendai: Center for Northeast Asian Studies Tohoku University, 221 p.

64. Nishizawa T., Nakamura H., Churikova T., Gordeychik B., Ishizuka O., Haraguchi S., Miyazaki T., Stefanov B., Chang Q., Hamada M., Kimura J-I., Ueki K., Toyama C., Nakao A., Iwamori H. (2017) Genesis of ultra-high-Ni olivine in high-Mg andesite lava triggered by seamount subduction. Sci. Rep., 7, 1-11. doi:10.1038/s41598-017- 10276-3

65. O’Reilly S.Y., Chen D., Griffin W.L., Ryan C.G. (1997) Minor elements in olivine from spinel lherzolite xenoliths: implications for thermobarometry. Mineral. Magaz., 61, 257-269. doi: 10.1180/minmag.1997.061.405.09

66. Rasskazov S.V., Chuvashova I.S., Yasnygina T.A., Saranina E.V. (2020) Mantle evolution of Asia inferred from Pb isotopic signatures of sources for late Phanerozoic volcanic rocks. Minerals, 10(9), 739. doi: 10.3390/ min10090739

67. Robinson J.A.C., Wood B.J. (1998) The depth of the spinel to garnet transition at the peridotite solidus. Earth Planet. Sci. Lett., 164, 277-284. doi: 10.1016/S0012- 821X(98)00213-1

68. Roeder P.L., Emslie R.F. (1970) Olivine-liquid equilibrium. Contrib. Mineral. Petrol., 29, 275-289.

69. Sobolev A.V., Hofmann A.W., Sobolev S.V., Nikogosian I.K. (2005) An olivine-free mantle source of Hawaiian shield basalts. Nature, 434, 590-597. doi:10.1038/nature03411

70. Sobolev A.V., Hofmann A.W., Kuzmin D.V., Yaxley G.M., Arndt N.T., Chung S.L., Danyushevsky L.V., Elliott T., Frey F.A., Garcia M.O. (2007) The amount of recycled crust in sources of mantle-derived melts. Science, 316, 412-417. doi: 10.1126/science.1138113

71. Sobolev N.V., Logvinova A.M., Zedgenizov D.A., Pokhilenko N.P., Kuzmin D.V., Sobolev A.V. (2008) Olivine inclusions in Siberian diamonds: high-precision approach to minor elements. Europ. J. Mineral., 20, 305- 315. doi: 10.1127/0935-1221/2008/0020-1829

72. Straub S.M., LaGatta A.B., Martin-Del Pozzo A.B., Langmuir C.H. (2008) Evidence from high-Ni olivines for a hybridized peridotite/pyroxenite source for orogenic andesites from the central Mexican Volcanic Belt. Geochem., Geophys., Geosyst., 9(3), Q03007, doi:10.1029/2007/ GC001583

73. Streckeisen A. (1973) Plutonic Rocks. Classification and nomenclature recommended by the IUGS Subcommission on the Systematics of Igneous Rocks. Geotimes, 18(10), 26-30.

74. Takahashi E. (1978) Partitioning of Ni2+, Co2+, Fe2+, Mn2+ and Mg2+ between olivine and silicate melts: compositional dependence of partition coefficient. Geochim. Cosmochim. Acta, 42, 1829-1844. doi:10.1016/0016- 7037(78)90238-7