Приводятся уточнённые и систематизированные петрологические, геохимические и изотопно-геохронологические данные относящихся к магматическим образованиям островов Жохова и Вилькицкого, архипелага Де-Лонга и обобщённые данные изитопно-геохронологических датировок ⁴⁰Ar/³⁹Ar K-Ar методами. В центральной части архипелага выделены две группы эффузивных серий: щелочно-базальтовая и фоидитовая (лимбургитовая). Ксеногенный материал, присутствующий в обеих группах эффузивных пород, представлен мантийными лерцолитами (глубины формирования 45-60 км), а также карбонатами и песчаниками. Выполнена работа по построению дискриминационыых диаграмм и петрохимической TAS-диаграммы, которая позволяет установить тип магматических пород. Для уточнения геодинамических обстановок рассчитаны дискриминационные диаграммы и построены спайдерграммы по хондриту.

Ключевые слова: магматизм, Де-Лонга, геохимия, диаграммы, изотопные датировки ⁴⁰Ar/³⁹Ar K-Ar, ксенолиты

Работы проводились в рамках Государственного контракта от 27.03.2012 г. № АМ-02-34/28 «Создать полимасштабную геолого-картографическую модель Северо-Восточной Арктики» (2014 г.), а также при составлении комплекта Государственной геологической карты масштаба 1:1 000 000 третьего поколения (лист S-55,56) в 2021 году. Научно-исследовательские, петрографические, лабораторно-аналитические и изотопно-геохронологические работы выполнялись в ФГБУ «ВСЕГЕИ» им. А.П. Карпинского, ФГБУ «ВНИИОкеангеология» им. И.С. Грамберга и в ИНГГ СО РАН им. А.А. Трофимука (г. Новосибирск).

Архипелаг Новосибирские острова расположен на востоке Российской части шельфа Евразийской Арктики между морями Лаптевых и Восточно-Сибирским. Его общая площадь около 3800 км². Архипелаг включает три группы островов: Ляховские острова (Бол. и Мал. Ляховские, Столбовой); о-ва Анжу (Бельковский, Котельный, Земля Бунге, Фаддеевский, Новая Сибирь), и, небольшие по площади, но довольно значительно отстоящие друг от друга территориально, острова Де-Лонга (Беннета, Жохова, Вилькицкого, Генриетты и Жаннетты).

В ходе выполнения серии полевых работ 2011-2013 годов на территории Новосибирских островов был собран представительный и уникальный каменный материала (рис. 1).

На небольших по площади островах о. Жохова (58 км²), и о. Вилькицкого (1,5 км²) развиты вулканические неоген-четвертичные образования. Возраст наиболее молодых из них датируется временем 0,4 млн. лет. Выделяются две группы пород: щелочные базальты и щелочно-ультраосновные фоидиты (лимбургиты). Вулканиты содержат включения ксенолитов, дающие представление о составе верхней мантии и корового субстрата.

Вулканиты щелочно-ультраосновного состава известны на о. Вилькицкого с 1915 г. – коллекция Э.В. Толля, описание – О.О. Баклунда [Баклунд, 1915]. В конце 80-х годов ХХ века вулканический конус этих пород обнаружен и на о. Жохова [Савостин и др., 1988, Кораго и др., 2018]. Учитывая небольшие размеры о. Вилькицкого, скорее всего он представляет собой единую вулканическую постройку. Этот остров располагается в широтной зоне магнитных аномалий, совпадающих с узким линейным гравиминимумом. Зона рассматривается как область возможного развития ультраосновных фоидитов.

Щелочно-базальтовый комплекс слагает большую часть о. Жохова. В самом высоком береговом обрыве на юго-востоке острова Жохова вблизи мыса Таймыр выделяется до пяти покровов. Серые, тёмно-серые пузырчатые и пористые, реже массивные афанитовые базальты слагают основание лавовых потоков мощностью 1-5 м, а буровато-красные лавовые агломераты находятся в их кровле. Выше по склону наблюдаются рыхлые вулканические туфы и слои вулканического пепла с бомбами. Разрез завершается темными плотными миндалекаменными базальтами со столбчатой отдельностью, которые содержат ксенолиты перидотитов (шпинелевых лерцолитов), кварцитов, карбонатизированных афировых базальтов и долеритов, чуждых вулканитам острова по петрографическим и петрохимическим характеристикам. Ксенолитом возможно является и найденная на поверхности острова единственная небольшая глыба окремненного известняка с фауной московского яруса [Макеев и др., 1991]. K-Ar возраст долеритовых включений – 99-152 млн. лет. Для мантийных включений о. Жохова получены байкальские и гренвильские возраста.

Общей особенностью вулканитов о. Жохова является крайне низкая степень их изменения, выраженная появлением гематитовых корок окисления по периферии отдельных вкрапленников оливина, происходившим при излиянии лавы.

По петрографическим и петрохимическим особенностям на острова Жохова и Вилькицкого выделяются два комплекса вулканогенных пород: щелочнобазальтовая и щелочно-ультраосновных фоидитов (базанитов) [Савостин и др., 1988; Богдановский и др., 1992; Сурнин и др., 1998; Silantyev et al., 2004]. Ранее, проведённые исследования по определению возраста извержений на основе K-Ar метода по валу оценивался от 10 до 1,2 млн лет [Савостин и др., 1988]. Более точные единичные ⁴⁰Ar/³⁹Ar датировки показали возраст около 1,2 ± 0,2 млн лет [Лейер и др., 1993], и по всей вероятности, являются внутриплитными образованиями на континентальной литосфере. Глубины магматического источника, судя по присутствию шпинелевых лерцолитов, не превышают 60 км.

Основными задачами на островах Жохова и Вилькицкого являлось изучение (описание) неоген-четвертичных вулканитов щелочно-базальтового и щелочно-ультраосновного составов, а также отбор коровых и мантийных включений на петрологические, геохимические (ARL, ELAN, AGIL методы) и изотопным (⁴⁰Ar-³⁹Ar методом) виды лабораторно-аналитических исследований (Рис. 2).

Для уточнения границ распространения и природы магматических образований были выполнены петрографо-геохимические исследования горных пород островов Жохова и Вилькицкого по каменному материалу, отобранному в 2011-2013 гг. на территории исследуемых островов.

Остров Жохова целиком сложен верхненеогеновыми и четвертичными оливиновыми базальтами, щелочными базальтами и ультраосновными фоидитами.

По нашим наблюдениям, о. Жохова сложен продуктами вулканической деятельности нескольких небольших вулканов центрального типа. Всего можно выделить семь таких отдельных вулканических центров, которые проявлены в виде небольших серповидных горок в центральной части острова. Они сложены шлаковыми полуконусами и рассекающими их дайкообразными и неккообразными телами массивных щелочных базальтоидов (Рис. 3).

Остров Вилькицкого представляет собой частично эродированный вулканический аппарат, сложенный породами, аналогичными о. Жохова. Он расположен в широтной зоне магнитных аномалий, которая рассматривается как область возможного развития ультраосновных фоидитов. В целом по структурным и минералогическим признакам они очень близки к лавам, присутствующих на о. Жохова (сопка Чертов Палец) – это эффузивы представлены оливин-порфировыми базальтами с редкими вкрапленниками клинопироксена и ортопироксена.

Платообразные пространства между вулканическими центрами-поднятиями сложены эллювиальными образованиями тех же пород – темно-серых массивных и пузыристых оливиновых базанитов и тефритов, их шлаками и бомбами с цветовой гаммой от кирпичного до темно-красного, почти оранжевого. В береговых обрывах (мыс Таймыр, мыс Западный, мыс Высокий, северное побережье) мы наблюдали от двух до пяти субгоризонтально залегающих индивидуальных потоков лав массивных щелочных базальтоидов мощностью от 1 до 5 м, разделенных сильно вспененными, окисленными и пузыристыми лавами и шлаками. Принимая среднюю минимальную мощность вулканических продуктов в 50 м на площади острова в 58,5 км², общий объем изверженных щелочнобазальтовых магм составляет не менее 2,93 км³.

Среди базанитов выделено несколько разновидностей. Наиболее характерны массивные и миндалекаменные мелкозернистые – гетерозернистые горные породы с элементами флюидальной текстуры с порфировой структурой и гиалопилитовой структурой в мезостазисе, связывающем фенокристы (10–15%), ксеноморфные миндалины (15–20%) и интрателлурические включения. Миндалины сложены анальцимом с примесью лейцита. Фенокристы обычно представлены свежим магнезиальным оливином или более редкими вкрапленниками зонального титан-авгита.

С целью уточнения возраста базальтов нами в ИНГГ СО РАН им. А.А. Трофимука (г. Новосибирск) ⁴⁰Ar-³⁹Ar методом ступенчатого прогрева был проанализирован образец базальта о. Жохова, отобранный во время международной экспедиции 2011 г. В возрастном спектре (Рис. 4.1, 4.2) образца наблюдается плато, характеризующееся 85,3% выделенного ³⁹Ar, значением возраста 1,97 ± 0,37 млн лет на фоне увеличивающихся значений Ca/K отношения от 0,6 до 28,5. Это свидетельствует о неоднородности состава магматического амфибола, что может быть связано с фракционированием расплава в процессе минералообразования.

На изохронной диаграмме точки формируют линейную регрессию, характеризующуюся значением возраста 1,04 ± 0,42 млн лет, СКВО = 0,52 и повышенным относительно атмосферного начальным отношением (⁴⁰Ar/³⁶Ar)₀ = 589 ± 81. Изохронный возраст согласуется с возрастом плато в пределах ошибки. Таким образом, можно считать, что возраст плато, как более точный, фиксирует момент закрытия K/Ar изотопной системы амфибола, что соответствует охлаждению породы до температур порядка 500–550°С. Учитывая быстрое остывание базальта после формирования, полученная датировка должна близко соответствовать формированию образца.

Также были проведены изотопно-геохимического исследования цирконов магматических пород (гранито-гнейсов) из коровых ксенолитов о. Жохова (Табл. 1).

После получения геохимических результатов проводились работы по интерпретации данных. Составление TAS-диаграмм позволило выполнить первоначальную диагностику и классификацию плутонических пород изучаемых островов SiO₂-Na₂O+K₂O (Рис. 5).

Согласно построенной петрографо-петрохимической диаграммы выделяются две крупные группы: щелочные базальты и щелочно-ультраосновные фоидиты.

Следующим этапом по исследованию магматических формаций островов Жохова и Вилькицкого являлась идентификация геодинамических обстановок формирования горных пород, для это было выполнено построение ряд дискриминационных диаграмм на данную группу островов. Диаграммы по соотношению 2*-Zr/4,Y [Meshede, 1986], Zr-Zr/y [Pearce, 1983] и Zr-Zr/Y [Pearce, Norry, 1979] показывают, что фигуративные точки располагаются на границе поля внутриплитных базальтов, что может являться косвенным указателем на контаминацию их магматического расплава в процессе формирования и транспортировки. Все три типа построенных дискриминационных диаграмм указывают, что магматические расплавы сформированы во внутриплитных геодинамических обстановках (Рис. 6).

На построенной серии дискриминационных диаграмм [Meshede, 1986] отчетливо видно, что фигуративные точки островов Жохова и Вилькицкого располагаются в области внутриплитного магматизма [Pearce, Norry 1979], что подтверждает ранее выдвинутые теории происхождения данных островов. Диаграмма Zr-Zr/Y [Pearce, 1983] отчетливо указывает на образование магматических тел в зоне континентальной дуги, которая, по сути, отражает контаминированный продукт расплава континентальной, океанической коры.

В дополнении, следует упомянуть, что при построении дискриминационных диаграмм Ta/Yb-Th/Yb [Pearce, 1983] (Рис. 7), также прослеживается общая закономерность – все фигуративные точки островов Жохова и Вилькицкого располагаются в области «обогащенной мантии», что дает основание предполагать единую природу происхождения островов и то, что исследуемые магматические породы обогащены легкоплавкими элементами, принесенными в подкоровые горизонты восходящими флюидными потоками, которые здесь, остывая и перенасыщаясь, оставляют свой минеральный груз, и данный механизм происходит под платформами с повышенной мощностью земной коры.

Выполнены работы по построению спайдерграмм по хондриту (Рис. 8), на которых отчетливо видно, что магматические породы имеют высокое содержание легких и низкое содержание тяжёлых элементов, что указывает на континентальный тип коры.

Среди коровых ксенолитов необходимо различать: 1) собственно глубинные ксенолиты нижней и средней коры, которые, как правило, выносятся мантийными магмами вместе с ксенолитами перидотитов и пироксенитов верхней мантии; 2) ксенолиты верхнекоровые, представляющие фрагменты обнаженных на поверхности окружающих пород и неглубоко залегающего фундамента, 3) кумулаты или родственные (гомеогенные) полнокристаллические включения в магматических телах. Самый простой способ разграничения может быть основан на сравнении состава и возраста пород ксенолитов с вмещающими их магматическими породами и с обнаженными на поверхности в регионе геологическими комплексами. Кумулаты и родственные глубинные интрателлурические включения (3) кроме комплементарности по составу с вмещающими их магматическими телами (интрузиям, лавам) должны иметь и близкий им возраст. Породам верхнекоровых ксенолитов неглубоко залегающего фундамента (2) с большой вероятностью могут быть найдены эквиваленты по составу и возрасту среди известных в регионе магматических и метаморфических комплексов. Наконец, наиболее интересная и важная группа собственно нижне-среднекоровых ксенолитов (1) сложена минеральными парагенезисами с высокими расчетными параметрами равновесного давления, характерными для гранулитов.

Результатом выполненных исследований работ стало то, что впервые для островов Жохова и Вилькицкого были построены дискриминационные диаграммы, которые ранее не выполнялись и дополняют ранее проведённые изтопно-геохронологические данные и подтверждают внутриплитное образование островов Жохова и Вилькицкого на континентальной литосфере, и что оба острова Жохова и Вилькицкого являются аналогами, друг друга. Также, в данной работе обобщены ранее выполненные изотопно-геохронологические исследования магматических образований исследуемых островов. 

Результатом выполненных исследований работ стало что впервые для островов Жохова и Вилькицкого были построены дискриминационные диаграммы, которые ранее не выполнялись и дополняют ранее проведённые изтопно-геохронологические данные и подтверждают внутриплитное образование островов Жохова и Вилькицкого на континентальной литосфере, и что оба острова Жохова и Вилькицкого являются аналогами, друг друга.

Фигуративные точки о-вов Жохова и Виликицкого по дискриминационной диаграмме, по соотношению элементов 2*Nb-Zr-4/Y [Meshede, 1986] и Zr-Zr/Y [Pearce & Norry, 1979] относятся к щелочным внутриплитным базальтам, которые связанны с континентальными окраинами, что не противоречит общим представлениям и положению изучаемых нами островов. Также, дискриминационная диаграмма Zr-Zr/Y [Pearce, 1983] отражает геодинамическую обстановку, где фигуративные точки о-вов Жохова и Вилькицкого располагаются в зоне континентальной дуги, которая представляет тип вулканической дуги формирующуюся вдоль активной континентальной окраины, в области развивается зона субдукции.

Дискриминационная диаграмма Ta/Yb-Th/Yb [Pearce, 1983] уточняет тип базальтойдов и при каких условия данные формации были образованы – все фигуративные точки исследуемых образцов исследуемых островов находятся в области «обогащённой мантии», что также подтверждает субдукционный процесс, где более лёгкая и холодная океаническая кора, погружается в слои астеносферы, и подвергается частичному плавлению, что возможно, создаёт относительно плавучую (жидкую) магму, которая в дальнейшем образует серию вулканов на поверхности вдоль зоны субдукции. Обогащённая мантия имеет несколько типов – это EMI и EMII, которые в целом схожи друг с другом, и различаются по соотношению содержания 206 Pb / 204 Pb, Nd / 144 Nd, 87 Sr / 86 Sr 143 и 176 Hf / 177 Hf, и на данном этапе такую дифференциацию не проводили, но исходя из вышеизложенного можно предположить, что исследуемые магматические формации относятся к первому типу (EMI), который объясняет, что этот источник происходит из субконтинентальной литосферы, которая также может быть загрязнена субдуцированными пелагическими отложениями.

Выполнены работы по построению спайдерграмм по хондриту, на которых отчетливо видно, что магматические породы имеют высокое содержание легких и низкое содержание тяжёлых редкоземельных элементов, что также указывает на континентальный тип коры.

Также, в данной работе обобщены ранее выполненные изотопно-геохронологические исследования магматических образований исследуемых островов.

Благодарности. Автор благодарен всему экспедиционному составу выполнявших научно-исследовательские работы в 2011 и 2013 на группе Новосибирских островов, а также за помощь в написании данной работы, консультации и советы – Акинину В. В. член-корреспонденту СВКНИИ им. Н. А. Шило (ДВО РАН), Кораго Е.А., Столбову Н.М. (ФГБУ «ВНИИОкеангеология»).

ЛИТЕРАТУРА

Баклунд О.О. Труды Хатангской экспедиции императорского Русского географического общества в 1905 г. под начальством И. П. Толмачева / [соч.] О. О. Баклунда; обраб. В. Е. Фус. - Пг.: Тип. Имп. Акад. наук, 1915. (Записки императорского Русского географического общества по общей географии; Т. 48).

Государственная геологическая карта РФ масштаба 1:1000 000 (новая серия). Лист S-53 - 55 – (Новосибирские острова). Объяснительная записка. СПб, изд-во ВСЕГЕИ, 1999. 208 c.

Дараган-Сущова Л.А., Петров О.В., Соболев Н.Н., Дараган-Сущов Ю.И., Гринько Л.Р., Петровская Н.А. Геология и тектоника северо-востока российской Арктики (по сейсмическим данным) // Геотектоника. 2015. № 6. С. 3-19. doi:10.7868/S0016853X15060028

Кораго Е.А., Столбов Н.М., Соболев Н.Н., Шманяк А.В. Магматические комплексы островов восточного сектора Российской Арктики // 70 лет В Арктике, Антарктике и Мировом океане. Сборникнаучных трудов/ под ред. В.Д. Камирского, Г.П. Аветистова, В.Л. Иванова. СПб.: ВНИИОкеангеология, 2018. C. 101-127.

Кораго Е.А., Верниковский В.А., Соболев Н.Н., Ларионов А.Н., Сергеев С.А., Столбов Н.М., Проскурнин В.Ф., Соболев П.С., Метелкин Д.В., Матушкин Н.Ю., Травин А.В. Возраст фундамента островов Де-Лонга (Архипелагт Новосибирские острова): Новые Геохронологические данные // Доклады академии наук. 2014. Т. 457. № 3. С. 315–322. doi:10.7868/S0869565214210208

Савостин Л.А., Драчёв С.С. Некоторые особенности геологического строения и тектоники юга о. Бол. Ляховского (Новосибирские острова) // ДАН СССР. 1988. Т. 301. № 1. С. 169-172.

Силантьев С.А., Богдановский О.Г., Савостин Л.А. и др. Магматизм архипелага Де-Лонга (Восточная Арктика); петрология и петрохимия эффузивных пород и ассоциирующих с ними ксенолитов (острова Жохова и Вилькицкого) // Геохимия. 1991. № 2. С. 267-276.

Лейер П., Парфенов Л.М., Сурнин А.А., Тимофеев В.Ф. Первые ⁴⁰Ar/³⁹Ar определения возраста магматических и метаморфических пород Верхояно-Колымских мезозоид // Доклады АН СССР. 1993. Т. 329. № 5. С. 621-624.

Le Bas, Michael J., et al. A chemical classification of volcanic rocks based on the total alkali-silica diagram // Journal of petrology. 1986. Vol. 27. Is. 3. P. 745-750. doi:10.1093/petrology/27.3.745

Lorenz H. Geochronology of crustal хenoliths and detrital zircons from the De Long islands. 2013. Arctic, Polar Petroleum Potential Conference & Exhibition, Stavanger, Norway, October 15-18, 2013. abstract 90177.

Meschede M. A method of discriminating between different types of mid-ocean ridge basalts and continental tholeiites with the Nb-Zr-Y diagram // Chem. Geology. 1986. Vol. 56. P. 207-218. doi:10.1016/0009-2541(86)90004-5

Pearce J.A., Norry M.J. Petrogenetic implications of Ti, Zr, Y, and Nb variations in volcanic rocks // Contributions to mineralogy and petrology. 1979. Vol. 69. P. 33-47. doi:10.1007/BF00375192

Pearce J.A. Role of the sub-continental lithosphere in magma genesis at active continental margins // Continental basalts and mantle xenoliths. Shiva, Nantwich, 1983. P. 230–249.

Silantyev S.A., Bogdanovskii O.G., Fedorov P.I., Karpenko S.F., Kostitsyn Yu.A. Intraplate magmatism of the De Long Islands: A response to the propagation of the ultraslow-spreading Gakkel Ridge into the passive continental margin in the Laptev Sea // Russian Journal of Earth Sciences. 2004. Vol. 6. № 3. P. 153-183. doi:10.2205/2004ES000150

CENOZOIC MAGMATISM OF THE ISLANDS OF ZHOKHOV AND VILKITSKY (NEW SIBERIAN ISLANDS) 

Shmanyak A.V.

A.P. Karpinsky Russian Geological Research Institute, St. Petersburg, Russia

Refined and systematized petrological, geochemical, and isotopic-geochronological data on the magmatic formations of the Zhokhov and Vilkitsky Islands, the De-Long archipelago and generalized data of isitopic-geochronological ⁴⁰Ar / ³⁹Ar K-Ar dating methods are presented. In the central part of the archipelago, two groups of effusive series are distinguished: alkaline-basaltic and foidite (limburgite). The xenogenic material present in both groups of effusive rocks is represented by mantle lherzolites (formation depths 45-60 km), as well as carbonates and sandstones. Work has been done to build discrimination diagrams and a petrochemical TAS diagram, which allows to establish the type of igneous rocks. To clarify the geodynamic setting, discrimination diagrams were calculated and spidergrams were plotted for chondrite.

Keywords: magmatism, De-Long islands, geochemistry, diagrams, isotopic dates ⁴⁰Ar/³⁹Ar K-Ar, xenoliths

Ссылка на статью: