Сульфидная минерализация в пирометаморфизованных верхнекоровых ксенолитах вулкана Безымянный, Камчатка
- Авторы: Давыдова В.О.1, Щербаков В.Д.1, Некрылов Н.А.2, Плечов П.Ю.1,2, Япаскурт В.О.1
-
Учреждения:
- Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Геологический факультет
- Минералогический музей им. А.Е. Ферсмана
- Выпуск: Том 31, № 3 (2023)
- Страницы: 321-346
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/0869-5903/article/view/137151
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0869590323030044
- EDN: https://elibrary.ru/CDECWC
- ID: 137151
Цитировать
Аннотация
Во время извержений вулкана Безымянный на поверхность выносится множество ксенолитов, отражающих состав коры, вмещающей магматическую систему, и протекающие в ней процессы. Нами приведены данные по химическому и минеральному составу верхнекоровых ксенолитов вулканических пород, подвергшихся перекристаллизации и частичному плавлению в водоненасыщенных условиях приповерхностного очага вулкана Безымянный (пирометаморфизованных). Часть ксенолитов сохраняет реликты первичных магматических ассоциаций, часть несет следы допирометаморфических гидротермальных изменений. Это позволило реконструировать протолиты пирометаморфизованных пород, а для разностей, предварительно измененных с участием флюидов, – типы гидротермальных процессов. Большая часть ксенолитов представляет собой умеренно-K андезиты, андезибазальты и базальты вулканов Камень и Безымянный, в которых за счет пирометаморфизма формируется новообразованный микрогранобластовый парагенезис, сложенный гомогенными зернами пироксенов, плагиоклаза, Fe-Ti оксидов и интерстициальным вулканическим стеклом. Менее распространены ксенолиты платобазальтов основания Ключевской группы (высоко-K трахиандезибазальтов). Часть из них содержит кварц-карбонат-сульфидную минерализацию, сформировавшуюся до захвата ксенолитов и их пирометаморфизма. Плавление и перекристаллизация гидротермально-измененных пород после захвата ксенолитов магмой привели к формированию нестандартной для вулкана Безымянный Fe-волластонит-геденбергитовой ассоциации (иногда с гранатом), данные ксенолиты также аномально обогащены медью (до 1500 ppm).
Ключевые слова
Об авторах
В. О. Давыдова
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Геологический факультет
Автор, ответственный за переписку.
Email: vestadav@gmail.com
Россия, Москва
В. Д. Щербаков
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Геологический факультет
Email: vestadav@gmail.com
Россия, Москва
Н. А. Некрылов
Минералогический музей им. А.Е. Ферсмана
Email: vestadav@gmail.com
Россия, Москва
П. Ю. Плечов
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Геологический факультет; Минералогический музей им. А.Е. Ферсмана
Email: vestadav@gmail.com
Россия, Москва; Россия, Москва
В. О. Япаскурт
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Геологический факультет
Email: vestadav@gmail.com
Россия, Москва
Список литературы
- Давыдова В.О., Щербаков В.Д., Плечов П.Ю., Перепелов А.Б. Характеристика мафических включений в продуктах современных извержений вулкана Безымянный 2006–2012 гг. // Петрология. 2017. Т. 25. № 6. С. 609–634.
- Давыдова В.О., Плечов П.Ю., Щербаков В.Д., Перепелов А.Б. Ксенолиты высококалиевых трахиандезибазальтов в пирокластических отложениях вулкана Безымянный (Камчатка) // Геология и геофизика. 2018а. Т. 59. № 9. С. 1357–1371.
- Давыдова В.О., Щербаков В.Д., Плечов П.Ю. Оценки времени смешения магм в системе вулкана Безымянный (Камчатка) по данным диффузионной хронометрии // Вестн. МГУ. Сер. 4. Геология. 2018б. № 4. С. 52–58.
- Иванов Б.В. Некоторые особенности вулканизма Ключевской группы вулканов в связи с ее глубинным строением // Глубинное строение, сейсмичность и современная деятельность Ключевской группы вулканов. Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1976. С. 52–61.
- Иванов Б.В., Попруженко С.В., Апрелков С.Е. Глубинное строение Центрально-Камчатской депрессии и структурная позиция вулканов // Геодинамика и вулканизм Курило-Камчатской островодужной системы. 2001. С. 45–57
- Малышев А.И. Жизнь вулкана. Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 2000. 260 с.
- Мелекесцев И.В. Вулканизм и рельефообразование. М.: Наука, 1980. 212 с.
- Мелекесцев И.В., Волынец О.Н., Ермаков В.А. и др. Вулкан Шивелуч // Действующие вулканы Камчатки. М.: Наука, 1991. Т. 1. С. 82–97.
- Пийп Б.И. Ключевская сопка и ее извержения в 1944–1945 гг. и в прошлом // Тр. Лаборатории вулканологии. М.: Изд-во АН СССР, 1956. Вып. II. 309 с.
- Флеров Г.Б., Овсянников А.А. Вулкан Ушковский // Действующие вулканы Камчатки. М.: Наука, 1991. Т. 1. С. 156.
- Чурикова Т.Г., Гордейчик Б.Н., Иванов Б.В. Петрохимия пород вулкана Камень: сравнение с соседними вулканами Ключевской группы // Вулканология и сейсмология. 2012. № 3. С. 23–45.
- Almeev R.R., Kimura J-I., Ariskin A.A., Ozerov A.Yu. Decoding crystal fractionation in water-rich calk-alkaline magma from Bezymianny volcano, Kamchatka, Russia, using mineral and bulk rock chemistry // J. Volcanol. Geotherm. Res. 2013. V. 263. P. 141–171.
- Anderson A.T., Lindsley D.H. Model for the Ti magnetite or ilmenite geothermometers and oxygen barometers // Trans. Amer. Geophys. Union. 1985. V. 66. P. 416.
- Beard J.S., Lofgren G.E. Dehydration melting and water-saturated melting of basaltic and andesitic greenstones and amphibolites at 1, 3, and 6. 9 kb // J. Petrol. 1991. V. 32. № 2. P. 365–401.
- Beyer C., Frost D.J., Miyajima N. Experimental calibration of a garnet–clinopyroxene geobarometer for mantle eclo-gites // Contrib. Mineral. Petrol. 2015. V. 169. № 2. P. 1–21.
- Braitseva O.A., Melekestsev I.V., Ponomareva V.V., Sulerzhitsky L.D. Ages of calderas, large explosive craters and active volcanoes in the Kuril-Kamchatka region, Russia // Bull. Volcanol. 1995. V. 57. № 6. P. 383–402.
- Braschi E., Francalanci L., Vougioukalakis G.E. Inverse differentiation pathway by multiple mafic magma refilling in the last magmatic activity of Nisyros Volcano, Greece // Bull. Volcanol. 2012. V. 74. № 5. P. 1083–1100.
- Calkins J.A. 40Ar/39Ar geochronology of Khapitsa plateau and Studyonaya river basalts and basaltic andesites in Central Kamchatka Depression, Kamchatka, Russia // Linka-ges Among Tectonics, Seismicity, Magma Genesis, and Eruption in Volcanic Arcs. IV International Biennial Workshop on Subduction Processes Emphasizing the Japan–Kurile–Kamchatka–Aleutian Arcs. Petropavlovsk-Kamchatsky: IVS FEB RAS, 2004. P. 53–54.
- Churikova T.G., Gordeychik B.N., Ivanov B.V., Wörner G. Relationship between Kamen Volcano and the Klyuchevskaya group of volcanoes (Kamchatka) // J. Volcanol. Geotherm. Res. 2013. V. 263. P. 3–21.
- Churikova T.G., Gordeychik B.N., Iwamori H. et al. Petrological and geochemical evolution of the Tolbachik volcanic massif, Kamchatka, Russia // J. Volcanol. Geotherm. Res. 2015. V. 307. P. 156–181.
- Churikova T., Dorendorf F., Wörner G. Sources and fluids in the mantle wedge below Kamchatka, evidence from acros-sarc geochemical variation // J. Petrol. 2001. V. 42. № 8. P. 1567–1593.
- Dachs E., Geiger C.A. Thermodynamic behaviour of grossular–andradite, garnets: a calorimetric study // Eur. J. Mineral. 2019. V. 31. № 3. P. 443–451.
- Davydova V.O., Shcherbakov V.D., Plechov P.Y., Koulakov I.Y. Petrological evidence of rapid evolution of the magma plumbing system of Bezymianny volcano in Kamchatka before the December 20th, 2017 eruption // J. Volcanol. Geotherm. Res. 2022. V. 421. P. 107422.
- Ganino C., Libourel G., Bernard A. Fumarolic incrustations at Kudryavy volcano (Kamchatka) as a guideline for high-temperature (>850°C) extinct hydrothermal systems // J. Volcanol. Geotherm. Res. 2019. V. 376. P. 75–85.
- Georgatou A., Chiaradia M., Klaver M. Deep to shallow sulfide saturation at Nisyros active volcano //Geochem. Geophys. Geosyst. 2022. V. 23. № 2. P. e2021GC010161.
- Graham I.J. Petrography and origin of metasedimentary xenoliths in lavas from Tongariro Volcanic Centre // N. Z. J. Geol. Geophys. 1987. V. 30. № 2. P. 139–157.
- Grant J.A. Isocon analysis: A brief review of the method and applications // Phys. Chem. Earth, Parts A/B/C. 2005. V. 30. № 17–18. P. 997–1004.
- Grapes R. Pyrometamorphism. Springer Science & Business Media, 2011.
- Green R.G., Sens-Schönfelder C., Shapiro N. et al. Magmatic and sedimentary structure beneath the Klyuchevskoy volcanic group, Kamchatka, from ambient noise tomography // J. Geophys. Res.: Solid Earth. 2020. V. 125. № 3. P. e2019JB018900.
- Harker R.I., Tuttle O.F. Experimental data on the P (sub co 2)–T curve for the reaction; calcite-quartz wollastonite-carbon dioxide // Amer. J. Sci. 1956. V. 254. № 4. P. 239–256.
- Iacono-Marziano G., Le Vaillant M., Godel B.M. et al. The critical role of magma degassing in sulphide melt mobility and metal enrichment // Nat. Commun. 2022. V. 13. № 1. P. 1–10.
- Ionov D.A., Bénard A., Plechov P.Yu., Shcherbakov V.D. Along-arc variations in lithospheric mantle compositions in Kamchatka, Russia: First trace element data on mantle xenoliths from the Klyuchevskoy Group volcanoes // J. Volcanol. Geothermal Res. 2013. V. 263. P. 122–131.
- Jarosewich E., Nelen J.A., Norberg J.A. Reference samples for electron microprobe analysis // Geostandards Newsletter. 1980. V. 4. № 1. P. 43–47.
- Koulakov I., Abkadyrov I., Al Arifi N. et al. Three different types of plumbing system beneath the neighboring active volcanoes of Tolbachik, Bezymianny, and Klyuchevskoy in Kamchatka // J. Geophys. Res.: Solid Earth. 2017. V. 122. № 5. P. 3852–3874.
- Koulakov I., Plechov P., Mania R. et al. Anatomy of the Bezymianny volcano merely before an explosive eruption on 20.12. 2017 // Sci. Rep. 2021. V. 11. № 1. P. 1–12.
- Lee C.T.A., Tang M. How to make porphyry copper deposits // Earth Planet. Sci. Lett. 2020. V. 529. P. 115868.
- Lee C.T.A., Luffi P., Chin E.J. et al. Copper systematics in arc magmas and implications for crust-mantle differentiation // Science. 2012. V. 336. № 6077. P. 64–68.
- Lepage L.D. ILMAT: an Excel worksheet for ilmenite-magnetite geothermometry and geobarometry // Comput. Geosci. 2003. V. 29. № 5. P. 673–678.
- Lesher C.M. Roles of xenomelts, xenoliths, xenocrysts, xenovolatiles, residues, and skarns in the genesis, transport, and localization of magmatic Fe-Ni-Cu-PGE sulfides and chromite // Ore Geol. Rev. 2017. V. 90. P. 465–484.
- López-Moro F.J. EASYGRESGRANT—A Microsoft Excel spreadsheet to quantify volume changes and to perform mass-balance modeling in metasomatic systems // Comput. Geosci. 2012. V. 39. P. 191.
- Martel C., Pichavant M., Di Carlo I. et al. Experimental constraints on the crystallization of silica phases in silicic magmas // J. Petrol. 2021. V. 62. № 1. P. egab004.
- Melekhova E. Camejo-Harry M., Blundy J. et al. Arc crust formation of Lesser Antilles revealed by crustal xenoliths from Petit St. Vincent //J. Petrol. 2022. V. 63. № 5. P. egac033.
- Moecher D.P., Chou I.M. Experimental investigation of andradite and hedenbergite equilibria employing the hydrogen sensor technique, with revised estimates of Delta f G 0 (sub m, 298) for andradite and hedenbergite // Amer. Mineral. 1990. V. 75. № 11–12. P. 1327–1341.
- Nachit H., Ibhi A., Ohoud M.B. Discrimination between primary magmatic biotites, reequilibrated biotites and neoformed biotites // C. R. Geosci. 2005. V. 337. №. 16. P. 1415–1420.
- Nakamura D. A new formulation of garnet–clinopyroxene geothermometer based on accumulation and statistical analysis of a large experimental data set // J. Metamorph. Geol. 2009. V. 27. № 7. P. 495–508.
- Palin R.M., White R.W., Green E.C. et al. High-grade metamorphism and partial melting of basic and intermediate rocks // J. Metamorph. Geol. 2016. V. 34. № 9. P. 871–892.
- Portnyagin M., Duggen S., Hauff F. et al. Geochemistry of the Late Holocene rocks from the Tolbachik volcanic field, Kamchatka: Quantitative modelling of subduction-related open magmatic systems // J. Volcanol. Geothermal Res. 2015. V. 307. P. 182–199.
- Pure L.R., Charlier B.L., Wilson C.J. et al. Chemical and isotopic changes induced by pyrometamorphism in metasedimentary xenoliths at Tongariro volcano, New Zealand // Lithos. 2021. V. 400. P. 106404.
- Putirka K.D. Thermometers and barometers for volcanic systems // Rev. Mineral. Geochem. 2008. V. 69. № 1. P. 61–120.
- Rutstein M.S. Re-examination of the wollastonite-hedenbergite (CaSiO3–CaFeSi2O6) equilibria // Amer. Mineral. 1971. V. 56. № 11–12. P. 2040–2052.
- Seryotkin Y.V., Sokol E.V., Kokh S.N. Natural pseudowollastonite: Crystal structure, associated minerals, and geological context // Lithos. 2012. V. 134. P. 75–90.
- Shcherbakov V.D., Plechov P.Y., Izbekov P.E., Shipman J.S. Plagioclase zoning as an indicator of magma processes at Bezymianny Volcano, Kamchatka // Contrib. Mineral. Petrol. 2011. V. 162. P. 83–99.
- Shimazaki H., Yamanaka T. Iron-wollastonite from skarns and its stability relation in the CaSiO3–CaFeSi2O6 join // Geochem. J. 1973. V. 7. № 2. P. 67–79.
- Sillitoe R.H. Porphyry copper systems // Econ. Geol. 2010. V. 105. № 1. P. 3–41.
- Sun W., Liang H.Y., Ling M.X. et al. The link between reduced porphyry copper deposits and oxidized magmas // Geochim. Cosmochim. Acta. 2013. V. 103. P. 263–275.
- Sun W., Shang X. In situ experiments reveal mineralization details of porphyry copper deposits // J. Oceanol. Limnol. 2022. V. 40. № 1. P. 110–112.
- Tanner S.B., Kerrick D.M., Lasaga A.C. Experimental kinetic study of the reaction; calcite + quartz <–> wollastonite + carbon dioxide, from 1 to 3 kilobars and 500 degrees to 850 degrees C // Amer. J. Sci. 1985. V. 285. № 7. P. 577–620.
- Taylor B.E., Liou J.G. The low-temperature stability of andradite in COH fluids // Amer. Mineral. 1978. V. 63. № 3–4. P. 378–393.
- Taylor S.R., McLennan S.M. The geochemical evolution of the continental crust // Rev. Geophys. 1995. V. 33. № 2. P. 241–265.
- Turner S.J., Izbekov P.E., Langmuir C. The magma plumbing system of Bezymianny Volcano: Insights from a 54 year time series of trace element whole-rock geochemistry and amphibole compositions // J. Volcanol. Geothermal Res. 2013. V. 263. P. 108–121.
- Warr L.N. IMA–CNMNC approved mineral symbols // Mineral. Mag. 2021. V. 85. №. 3. P. 291–320.
- Zajacz Z., Seo J. H., Candela P.A. et al. The solubility of copper in high-temperature magmatic vapors: a quest for the significance of various chloride and sulfide complexes // Geochim. Cosmochim. Acta. 2011. V. 75. № 10. P. 2811–2827.
- Zelenski M., Kamenetsky V.S., Nekrylov N., Kontonikas-Charos A. High sulfur in primitive arc magmas, its origin and implications // Minerals. 2022. V. 12. № 1. P. 37.
- Zelenski M., Taran Y., Galle B. High emission rate of sulfuric acid from Bezymianny volcano, Kamchatka // Geophys. Res. Lett. 2015. V. 42. № 17. P. 7005–7013.
- Zelenski M., Simakin A., Taran Y. et al. Partitioning of elements between high-temperature, low-density aqueous fluid and si-licate melt as derived from volcanic gas geochemistry // Geochim. Cosmochim. Acta. 2021. V. 295. P. 112–134.