Boninitic variolites of the Buribay volcanic complex the Southern Urals: mineralogy, geochemistry and formation conditions

The object of this research are the boninites variolites of Lower Devonian Baymak-Buribay Formation in the Southern Urals, which many researchers are interpreted as the products of immiscibility. The role of processes of immiscibility in the formation of the contrasting composition of igneous rocks is discussed, starting from first quarter of former century to the present time. We used the petrological-geochemical, geological and petrographic materials of former regional studies and extensive new data obtained at the Institute of Geology KarSC RAS (Petrozavodsk) on SEM VEGA II LSH (Tescan) with an energy dispersive microprobe INCA Energy 350 (Oxford instruments). The chemical composition of variola and matrix was determined by microprobe areal scanning. The study of the content of the impurity components in variolitic formations were held by method local laser sampling (LA-ICP-MS) using the consoles Laser Ablation UP-266 Macro. Results of a research allow discussing serial accessory of volcanites of a Buribay complex, a petrogenesis the boninite variolites and value of immiscibility in formation of silicate rocks. It is established that the leucocratic globule is enriched Si, Na, K, Rb, Ba, Sr that is connected with significantly feldspath compositions of globules. In comparison with matrix the globules are poor by the petrogenic elements composing dark-colored minerals (Mg, Fe, Ca), high-charging (Hf, Zr, Nb), radioactive (U, Th), sulfur-bearing (Cu, Zn). Insignificant impoverishment of globules is found in concentration of REE (La, Ce, Eu, Yb), Pb, Cr. It is possible to assume that in the globules there was more oxidizing situation and in a matrix - reduction one. Process of a immiscibility is integrated with crystallization differentiation and was stimulated with pressure drop and sharp “dumping” of a fluid phase, in case of gradual reduction of temperature of fusion when cooling. The chemical composition of variola has a high total alkalinity then most effusive and subvolcanic rocks of Buribay complex. Most likely, the immiscibility took a prominent part in petrogenesis only part of the acidic rocks related to moderately alkaline petrochemical series.

вариолиты, ликвация, бониниты, Южный Урал, variolites, immiscibility, boninites, Southern Urals

1. Аржавитина М.Ю. (1971) Петрографическая и петрохимическая характеристика пород Юбилейного месторождения. Петрология горных пород, вмещающих сульфидные месторождения Южного Урала. Уфа: БашФАН АН СССР, 43-53.

2. Балашов Ю.А. (1976) Геохимия редкоземельных элементов. М.: Наука, 267 с.

3. Богатиков О.А., Цветков А.А. (1988) Магматическая эволюция островных дуг. М.: Наука, 248 с.

4. Волынец О.Н. (1993) Петрология и геохимическая типизация вулканических серий современной островодужной системы. Автореф. дис. … докт. геол.-мин. наук. М., 67 с.

5. Волынец О.Н., Антипин В.С., Перепелов А.Б., Аношин Г.Н. (1990) Геохимия вулканических серий островодужной системы в приложении к геодинамике (Камчатка). Геология и геофизика, (5), 3-13.

6. Вулканизм Южного Урала (И.Б. Серавкин, А.М. Косарев, Д.Н. Салихов и др.). (1992) (Под ред. В.А. Маслова, И.Б. Серавкина). М.: Наука,197 с.

7. Вулканогенная металлогения Южного Урала (И.Б. Серавкин, С.Е. Знаменский, А.М. Косарев и др. (1994) М.: Наука, 160 с.

8. Говорова А.В. (1967) Вариолиты из района среднего течения р. Таналыка на Южном Урале. Минералы изверженных горных пород и руд Урала. Л.: Наука, 72-85.

9. Гудин А.Н., Дубинина Е.О., Носова А.А. (2012) Петрогенезис вариолитовых лав Онежской структуры, Центральная Карелия. Петрология, 20(3), 255-270.

10. Дир У.А., Хауи Р.А., Зусман Дж. (1985) Породообразующие минералы. Т. 1. М.: Мир, 366 с.

11. Добрецов Н.Л., Кочкин Ю.Н., Кривенко А.П., Кутолин В.А. (1971) Породообразующие пироксены. М.: Наука, 454 с.

12. Дубровский М.И. (2009) Бониниты: петрохимия, систематика и петрогенез. Вестник МГТУ, 12(3), 436-446.

13. Зайков В.В., Масленников В.В., Зайкова Е.В., Херрингтон Р. (2001) Рудно-формационный и рудно-фациальный анализ колчеданных месторождений Уральского палеоокеана. Миасс: ИМин УрО РАН, 315 с.

14. Кабанова Л.Я., Зайков В.В. (1987) Пикриты и марианит-бониниты палеоостроводужной системы Южного Урала. Типы магматизма Урала. Свердловск: УрО АН СССР, 108-110.

15. Косарев А.М. (2001) Магнезиальные базальты и бонинитовые вариолиты баймак-бурибаевской свиты (Южный Урал). Геология и перспективы расширения сырьевой базы Башкортостана и сопредельных территорий. Т. 1. Уфа: ИГ УфНЦ, 227-240.

16. Косарев А.М. (2015) Геология и геохимические особенности раннепалеозойских вулканитов Сакмарской и Вознесенско-Присакмарской зон на Южном Урале. Литосфера, (2), 40-65.

17. Косарев А.М., Пучков В.Н., Серавкин И.Б. (2005) Петро-лого-геохимические особенности ранне-девонско-эйфельских островодужных вулканитов Магнитогорской зоны в геодинамическом контексте. Лито-сфера, (4), 22-42.

18. Косарев А.М., Серавкин И.Б., Холоднов В.В. (2014) Гео-динамические и петролого-геохимические аспекты зональности Магнитогорской колчеданоносной мегазоны на Южном Урале. Литосфера, (2), 3-25.

19. Косарев А.М., Тесалина С.Г., Минибаева К.Р. (2009) Химический состав магматических и метаморфических минералов бонинитовых вариолитов Бурибайского палеовулканического комплекса. Геологический сборник № 8. Информационные материалы. Уфа: ИГ УНЦ РАН, 120-125.

20. Кузьмин М.И., Кабанова Л.Я. (1991) Бонинитовые серии Южного Урала: геологическое и петрографическое описание, особенности состава и проблемы происхождения. Потенциальная рудоносность, геохимические типы и формации магматических пород. Новосибирск: Наука, 156-173.

21. Левинсон-Лессинг Ф.Ю. (1949) Избр. тр. Т. 1. М.: АН СССР, 346 c.

22. Маслов В.А., Артюшкова О.В. (2010) Стратиграфия и корреляция девонских отложений Магнитогорской мегазоны Южного Урала. Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 288 с.

23. Маслов В.А., Черкасов В.Л., Тищенко В.Т. и др. (1993) Стратиграфия и корреляция вулканогенных комплексов основных медноколчеданных районов Южного Урала. Уфа: УфНЦ РАН, 216 с.

24. Медноколчеданные месторождения Урала: Геологические условия размещения (В.А. Прокин, В.М. Нечеухин, П.Ф. Сопко и др.). (1985) Свердловск: УНЦ АН СССР, 288 с.

25. Медноколчеданные месторождения Урала: Геологическое строение (В.А. Прокин, Ф.П. Буслаев, М.И. Исмагилов и др.). (1988) Свердловск: УрО АН СССР, 241 с.

26. Павлов Н.В. (1949) Химический состав хромшпинелидов в связи с петрографическим составом пород ультраосновных интрузивов. Тр. Ин-та геол. АН. Сер. Рудн. месторожд., 103(3), 88 с.

27. Перевозчиков Б.В., Плотников А.В., Макиев Т.Т. (2004) Природа вариаций состава рудной и акцессорной хромшпинели ультрабазитового массива Сыум-Кеу (Полярный Урал). Проблемы минералогии, петрографии и металлогении: науч. чтения памяти П.Н. Чирвинского. Вып. 6. Пермь: Перм. ун-т, 170-180.

28. Петрографический кодекс России. Магматические, метаморфические, метасоматические, импактные образования (2008) СПб.: ВСЕГЕИ,200 с.

29. Пирс Дж.А., Липпард С.Дж., Робертс С. (1987) Особенности состава и тектоническое значение офиолитов над зоной субдукции. Геология окраинных бассейнов. М.: Мир, 134-165.

30. Прокин В.А. (1977) Закономерности размещения колчеданных месторождений на Южном Урале. М.: Недра, 176 с.

31. Пугин В.А., Хитаров Н.И. (1980) Вариолиты как пример ликвации магм. Геохимия, (4), 496-512.

32. Пугин В.А., Хитаров Н.И. (1982) Геохимия ряда элементов при ликвации в базальтовых магмах. Геохимия, (1), 35-46.

33. Пучков В.Н. (2000) Палеогеодинамика Южного и Среднего Урала. Уфа: Даурия, 146 с.

34. Пучков В.Н. (2010) Геология Урала и Приуралья (актуальные вопросы стратиграфии, тектоники, геодинамики и металлогении). Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 280 с.

35. Пшеничный Г.Н., Середина М.А., Боброва М.С. (1974) Хлориты Юбилейного месторождения и их взаимоотношения с оруденением. Минералогия, геохимия, метаморфизм и полезные ископаемые Башкирского Зауралья. Уфа: БФАН СССР, 17-26.

36. Рязанцев А.В., Борисёнок Д.В., Дубинина С.В. и др. (2005) Общая структура Сакмарской зоны Южного Урала в районе Медногорских колчеданных месторождений. Очерки по региональной тектонике. Т. 1. Южный Урал. М.: Наука, 84-135.

37. Светов С.А. (2008) Ликвационная дифференциация в базальтовых системах (на примере суйсарских вариолитов ялгубского кряжа). Геология и полезные ископаемые Карелии, (11), 120-134.

38. Светов С.А. (2013) Контаминация как фактор инициализации ликвационного фракционирования базальтовых расплавов. Литосфера, (2), 3-19.

39. Светов С.А., Голубев А.И. (2013) Ликвация в базальтовых расплавах: Морфологические признаки, геохимическая характеристика и причины возникновения. Вестн. СПбГУ. Сер. геология, (3), 65-80.

40. Светов С.А., Степанова А.В., Чаженгина С.Ю., Светова Е.Н., Михайлова А.И., Рыбникова З.П., Парамонов А.С., Утицина В.Л., Колодей В.С., Эхова М.В. (2015) Прецизионный (ICP-MS, LA-ICP-MS) анализ состава горных пород и минералов: методика и оценка точности результатов на примере раннедокембрийских мафитовых комплексов. Тр. КарНЦ РАН, (7), 54-73.

41. Серавкин И.Б. (1997) Тектономагматическая зональность Южного Урала и его положение в складчатых системах Урало-Монгольского пояса. Геотектоника, (1), 32-47.

42. Серавкин И.Б. (2010) Металлогения Южного Урала и Центрального Казахстана. Уфа: АН РБ; Гилем, 284 с.

43. Серавкин И.Б., Косарев А.М. (1979) О происхождении контрастных и непрерывных серий базальт-липаритовой формации Южного Урала. Докл. АН СССР, 245(5), 1210-1214.

44. Симонов В.А., Куренков С.А., Ступаков С.И. (1998) Бонинитовые серии в палеоспрединговых комплексах Полярного Урала. Докл. АН СССР, 361(2), 232-235.

45. Смолькин В.Ф. (1992) Коматиитовый и пикритовый магматизм раннего докембрия Балтийского щита. СПб.: Наука, 272 с.

46. Соболев А.В., Портнягин М.В., Дмитриев Л.В., Цамерян О.П., Данюшевский Л.В., Конокова Н.Н., Шимизу Н., Робинсон П. (1993) Петрология ультрамафитовых магм и ассоциирующих пород массива Троодос, о. Кипр. Петрология, 1(4), 379-412.

47. Среднепалеозойский вулканизм Башкирского Зауралья и связь с ним колчеданного оруденения (1983). Уфа: БФАН СССР, 116 с.

48. Фролова Т.И., Бурикова И.А. (1997) Магматические формации современных геотектонических обстановок. Учеб. пособ. М.: МГУ, 320 с.

49. Хитаров Н.И., Пугин В.А. (1978) Ликвация в природных силикатных системах. Геохимия, (6), 803-819.

50. Эволюция изверженных пород. (1983) Под ред. Х. Йодера. М.: Мир, 528 с.

51. Appel P.W.U., Polat A., Frei R. (2009) Dacitic ocelli in ma-fic lavas, 3.8-3.7 Ga Isua greenstone belt, West Greenland: Geochemical evidence for partial melting of oceanic crust and magma mixing. Chemical Geology, 258, 105-124.

52. Bailey J.C., Frolova T.I., Burikova I.A. (1989) Mineralogy, geochemistry and petrogenesis of Kurile island-are basalts. Contrib. Mineral. Petrol., 102, 265-280.

53. Bailey D.G., Langdon G.S., Malpas J., Robinson P.T. (1991) Ultramafic and relaned lavas from the Margi area, Tro-odos ophiolite. Cyprus crystal study project initial report, holes CY-1 and 1a. Geol. Surv. Canada. Paper 90-20, 187-202.

54. Ballhaus C., Fonseca R.O.C., Munker C., Kirchenbaur M., Zirner A. (2015) Spheroidal textures in igneous rocks - Textural consequences of H2O saturation in basaltic melts. Geochim. Cosmochim. Acta, (167), 241-252.

55. Bowen N.L. (1928) The Evolution of the Igneous Rocks. Princeton: Dover Publications Inc., 332 p.

56. Chistyakova S.Yu., Latypov R.M. (2011) Small Dacite Dyke, Southern Urals, Russia: Rapidy Quenched Liquid or Fine-Grained Cumulate? (Ed. R.K. Srivastava). Berlin; Heidelberg: Springer-Verlag, 569-582.

57. Crawford A.J., Falloon T.J., Green D.H. (1989) Classification, petrogenesis and tectonic setting of boninites. Bonintes. L.: Unwin Human, 1-49.

58. De A. (1974) Silicate liquid immiscibility in the Deccan Traps and its petrogenetic significance. Geol. Soc. Amer. Bull., (85), 471-474.

59. Fergusson J. (1972) Silicate immiscibility in the ancient basalts of the Barberton Mountain Land, Transvaal. Nat. Phys. Sci., (235), 86-89.

60. Fowler A.D., Berger B., Shore M., Jones M.I., Ropchan J. (2002) Supercooled rocks: development and significance of varioles, spherulites, dendrites and spinifex in Archaean volcanic rocks, Abitibi Greenstone belt, Canada. Precambr. Res., 115, 311-328.

61. Gelinas L., Brooks C., Trzcienski W.E. (1976) Archean variolites-quenched immiscible liquids. Can. J. Earth Sci., (13), 210-230.

62. Greig J.W. (1927) Immiscibility in silicate melts. Amer. J. Sci., (73), 133-154.

63. Hanski E. (1993) Globular ferropicritic rocks at Pechenga, Kola Peninsula (Russia): Liquid immiscibility versus alteration. Lithos, 29, 197-216.

64. Herrington R.J., Armstrong R.N., Zaykov V.V. et al. (2002) Massive Sulfide Deposits in the South Urals: Geological Setting Within the Framework of the Uralide Orogen. Mountain Building in the Uralides: Geophysical Monograph, 132. Washington, DC, 155-182.

65. Huang E., Chen C.H., Huang T., Lin E.H., Xu Ji-an. (2000) Raman spectroscopic characteristics of Mg-Fe-Ca pyroxenes. Amer. Miner., 85, 473-479.

66. McBirney A.R., Nakamura Y. (1974) Immiscibility in late-stage magmas of the Skaergaard intrusion. Carnegie Institute of Washington Yearbook, 73, 348-352.

67. McCarty K.F., Boehme D.R. (1989) A Raman Study of the Systems Fe3-xCrxO4 and Fe2-xCrxO3. J. Solid State, 79, 19-27.

68. Morimoto N., Fabries J., Ferguson A., Ginzburg I., Ross M., Seifeit F., Zussman J. (1989) Nomenclature of pyro-xenes. Can. Miner., 27, 143-156.

69. Nakamura N. (1974) Determination of REA, Ba, Fe, Mg, Na and K in carbonaceous and ordinary chondrites. Geochim. Cosmochim. Acta, 38(5), 757-775.

70. Philpotts A.R. (1982) Compositions of immiscible liquids in volcanic rocks. Contrib. Miner. Petrol., 80, 210-218.

71. Reddy B.J., Frost R.L. (2005) Spectroscopic characterization of chromite from the Moa-Baracoa Ophiolitic Massif, Cuba. Spectrochim. Acta, 61A, 1721-1728.

72. Roedder E. (1951) Low temperature liquid immiscibility in the system K2O-FeO-Al2O3-SiO2. Amer. Miner., 36, 282-286.

73. Spadea P., D’Antonio M., Kosarev A., Gorozhanina Y., Brown D. (2002) Arc-continent collision in the Southern Urals: Petrogenetic aspects of the Forearc-arc Сomplex. Mountain Building in the Uralides: Pangea to the Pre-sent. Geophysical Monograph, 132. Washington, DC, 101-134.

74. Spadea P., Kabanova L., Scarrow J.H. (1998) Petrology, geochemistry and geodynamic significance of Mid-Devonian boninitic rocks from the Baimak-Buribai area (Magnitogorsk zone, Southern Urals). Ofioliti, 23(1), 17-36.

75. Sun S.S., McDonough W.F. (1989) Chemical and systema-tics of oceanic basalts: implication for mantle compositions and processes. Magmatism in the ocean basins. Ed. by A.D. Sanders, M.J. Norry. Geol. Soc. London, Spec. Publ. 42, 313-345.

76. Thomas S.-M., Thomas R., Davidson P., Reichart P., Koch-Mьller M., Dollinger G. (2008) Application of Raman spectroscopy to quantify trace water concentrations in glasses and garnets. Amer. Miner., 93, 1550-1557.

77. Veksler I.V. (2004) Liquid immiscibility and its role at the magmatic-hydrothermal transition: a summary of expe-rimental studies. Chem. Geol., 210, 7-31.

78. Wang A., Kuebler K.E., Jolliff B.L., Haskin L.A. (2004) Raman spectroscopy of Fe-Ti-Cr-oxides, case study: Martian meteorite EETA79001. Amer. Miner., 89, 665-680.