БЕРИЛЛИЙ-Zr-Li-Nb-Hf-Cr-РЗЭ-РAЭ

БЕРИЛЛИЙ
Содержание Be в вулканитах низкое и колеблется от 0,23 до 2,20 г/т.Концентрация Be возрастает с уменьшением основности в 1,1-1,3 раза, но в риодацитах и дацитах может варьировать.

Возможность вхождения Be в обычные породообразующие минералы ограничена, а комбинированные коэффициенты распределения его в большинстве магматических пород менее I. Как следствие, Ве должен накапливаться в остаточных расплавах при дифференциации магм. Уменьшение же концентрации Be в некоторых кислых дифференциатах обусловлено тесной геохимической связью Be с F, с которым он образует комплексные соединения.

В умеренно-щелочных высококремнистых расплавах эти соединения легко переходят во флюидную фазу и улетучиваются из магмы.

Концентрации Be теснее связаны со щелочно-металльностью, чем кремнекислотностью расплавов. С ростом калиевой щелочности пород с востока на запад от фронта к тылу дуги в однотипных по содержанию Si02 лавах концентрации Be увеличиваются в 1,8-2,2 раза, фиксируя поперечную зональность.

Концентрации Be вдоль простирания дуги в породах каждой вулканической зоны выдержаны. Однако во фронтальной зоне на вулканах о. Парамушир вследствие присутствия здесь лав с повышенным содержанием. К отмечается концентрационный максимум по Be. В задужной и промежуточной зонах менее выраженные максимумы характерны для северного (I группа вулканов) и южного (УШ группа вулканов) окончания дуги. Установлена зависимость концентрации Be в лавах с глубиной до сейсмофокальной зоны.

ГАЛОГЕНЫ
Галогены: бор, фтор, хлор. Содержание В в лавах колеблется от 8-160 г/т, фтора -160 до 700 г/т, а С1 - от 250 до 700 г/т. Среднее содержание В в курильских лавах намного превышает его кларк (5 г/т в основных породах и 15 г/т -в средних и кислых). Концентрации F в базальтах близки к кларку в основных породах (370 г/т), а в средних и кислых лавах ниже кларка (500 и 800 г/т соответственно). Аналогично обстоит дело и с Cl (кларк в основных породах 500 г/т, в средних - 1000, в кислых - 2400 г/т).

Интервалы колебаний содержания С1 в основных, средних и кислых породах близки, хотя средние значения концентраций в базальтах несколько ниже, чем в кремнекислых разностях.В дифференцированных рядах лав конкретных вулканов распределение F и В варьирует. При этом для лав фронтальной зоны более характерно увеличение концентраций F от базальтов до дацитов (иногда при слабом уменьшении в кремнекислых разностях), а для задужных лав – последовательное уменьшение с ростом содержания Si02, что . связано с различиями в коэффициентах распределения для фаз, участвующих во фракционировании. Для задужных лав характерно присутствие среди вкрапленников таких минералов, как слюда, амфибол, апатит. В лавах фронтальной зоны слюда отсутствует, а амфибол и апатит редки. Существенное влияние на характер распределения F может оказать переход этого легколетучего элемента во флюидную фазу и потеря его при дегазации расплавов.

Комбинированные коэффициенты распределения В меньше I. Так, для базальтов и андезитов Гамченского ряда вулканов на Камчатке, сходных по составу с лавами фронтальной зоны Курил, они составляют всего 0,08-0,09. Соответственно процессы фракционирования должны приводить к сильному обогащению В остаточных расплавов, но это наблюдается не всегда и только в среднем составе пород для дуги в целом эта закономерность выдерживается (хотя и здесь в задужной зоне концентрация В в базальтах выше, чем в андезито-базальтах). Возможно отсутствие накопления В от основных пород к кислымсвязано с потерей В во флюидной фазе.

СЕРА
Содержание серы колеблется от 90 до 240 г/т и не различается в породах разной основности ни по величине вариаций, ни по средним значениям 150 г/т. Эти цифры на порядок более высокие, чем для вулканитов Японских дуг (14 г/т) и в 2,5 раза более высокие, чем для вулканитов Марианской дуги (60 г/т). В то же время они в 5-6 раз ниже по сравнению с концентрациями серы в базальтах океанического дна (800+100 г/т).

РАДИОАКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Радиоактивные элементы (РАЭ): уран и торий. Содержание колеблется в широких пределах: U - от 0,14 до 3,4 г/т, Th - от 0,22 до 7,6 г/т во всех разнообразных вулканитах.В эволюционных рядах пород концентрации U и Th возрастают от основных разностей к кислым. Хотя темп накопления этих элементов с кремнекислотности фронтальной и задужной зон сходен, уровни накопления различны и разница в концентрации U и Th между основными и кислыми вулканитами увеличивается от фронта к тылу дуги.

Главная особенность поведения РАЭ в магматическом процессе является тесная связь этих элементов со щелочностью расплавов, и прежде всего с концентрацией калия. Для магматических серий разной щелочности характерен разный темп накопления U и Th с ростом К. В лавах фронтальной дуги, где преобладают породы низкокалиевой серии, темп накопления U с ростом содержания К постоянный,a Th лишь слегка увеличивается, в то время как в задужных лавах , где развиты породы умеренно- и высококалиевой серии, и U и Th накапливаются по отношению к калию. Величина отношения U/К в вулканитах фронтальной зоны лежит в пределах (0,7-1,O)xIO-4, Th/K (I,2-2,0)xI0-4 , а в вулканитах тыловой зоны увеличивается с ростом содержания К: U /К -(0,8-I,7)xI0-4, Th/K -(2,0-4)х10-4.

С востока на запад вкрест простирания Курильской дуги в сходных по кремнекислотности вулканитах вслед за увеличением их щелочности и калиевости возрастает содержание и U (в 2-8 раз) и Th (в 2-10раз), а также величина отношения Th/U. При этом в силу большей разницы в содержании РАЭ между основными и кислыми вулканитами в задужной зоне, чем во фронтальной, поперечная зональность их распределения отчетливо проявляется в кремнекислых разностях.

Распределение РАЭ вдоль Курильской дуги сходно с распределением К и особенно Rb. Так, во фронтальной зоне дуги, у северного окончания (I вулканическая группа) и в центре (VI группа), проявляются максимумы концентраций U и Th, что обусловлено аномальным количеством высококалиевых вулканитов.

Удельные массы РАЭ в продуктах островодужного вулканизма возрастают от Восточной Камчатки и Северных Курил к Южным Курилам и северо-восточному Хоккайдо при близких количествах калия.


НИОБИЙ, ТАНТАЛ, ЦИРКОН, ГАФНИЙ

Концентрации Nb изменяются от 0,5-0,6 до 4-6 г/т, Zr - от 20 до 270, Hf - от 0,5 до 0,6, Та - от 0,2 до 0,08 г/т. Величины отношения Zr/Hf = 30-70, хотя иногда и более 100 за счет низких концентраций Hf. Значения отношения Zr/ Nb = 25 - 140, La / Nb = I-10. Такие концентраций Nb, Та, Zr, Hf, а также величины индикаторных отношений типичны для островодужных вулканитов.

Концентрации элементов этой группы последовательно возрастают от базальтов к дацитам и риодацитам. Содержание Nb увеличивается в 1,2-1,7 раза, Zr - в 1,2-1,9, Hf - в 1,2-1.6 раза. Однако в одинаковых по содержанию кремнезема типах пород разных вулканических зон концентрация этих элементов изменяется в еще больших пределах, возрастая от лав фронтальной зоны к задужным лавам по Nb- в 1,4-2,2 раза, Zr - 1,2-1,8, Hf - в 1,1-1,3 раза, что свидетельствует о проявлении здесь поперечной зональности. Концентрация Zr в лавах фронтальной зоны почти везде менее 2 г/т, а в задужной зоне равна 3-4 г/т. Концентрация Zr в базальтах и андезито-базальтах фронтальной зоны в основном меньше 100 г/т, а в тыловой зоне больше 100 г/т.

В нескольких местах поперечная зональность нарушается. Один из таких аномалий - поперечная ''зона Броутона, где концентрация Nb в базальтах и андезито-базальтах фронтальной зоны достигает 2 г/т, a Zr - I30-I50 г/т. Другой аномальный участок находится в районе поперечной зоны Маканруши и Чиринкотанской группы. Здесь на задужной зоне в базальтах и андезито-базальтах концентрация Nb падает ниже 2 г/т, а во фронтальной зоне достигает 3 г/т, а в андезито-базальтах и андезитах концентрация Zr увеличивается до 170-190 г/т (кальдера Тао-Русыр).

Уверенно различаются лавы фронтальной и задужной зон по величине отношения Zr/Y: в первых она лежит в пределах 2,5-7,0, во вторых - 5-15. Величины других индикаторных отношений в существенной мере перекрываются, хотя значения отношений Zr/Hf и La/Nb в лавах фронтальной зоны дуги ниже, а отношений Zr/Nb (кроме андезито-базальтов) выше, чем в задужных лавах.

РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ (РЗЭ)

Суммарное содержание РЗЭ в лавах Курил колеблется от 20-40 до 100-120 г/т.Сходные вариации концентраций РЗЭ наблюдаются в лавах низко-, умеренно-и отчасти высококалиевой серий Камчатки, тогда как в более щелочных разновидностях лав (высококалиевой, субщелочной, шошонит-латитовой, калиевой базальтоидной, щелочно-оливин-базальт-трахит-комендитовой серий) содержание РЗЭ превышает 100, а во многих образцах даже 150-200 г/т.

Величина отношения La/Yb, характеризующая степень дифференцированности РЗЭ курильских лав, изменяется от 0,8-2,5 до 10-14. Преобладающие значения отношения La/Yb типичны для островодужных лав, однако высокие (более 10) отношения являются аномальными. Так, в разных по щелочности и кремнекислотности островодужных лавах Камчатки величина отношения La/Yb лежит в пределах 1-9 и лишь в лавах высококалиевой и шошонит-латиновой серий иногда поднимается до 10-14. Высокие же значения отношения La/Yb характерны для пород "неостроводужных" серий: щелочно-оливин-базальт-комендитовой Срединного хребта, а также шошонит-латитовой и калиевой базальтоидной Западной Камчатки.

Величины отношения Ba/La в лавах Курил лежат в обычных для магматических дуг пределах: от 16-20 до 80-85. На графике парной корреляции (Ва-Lа)-поле курильских вулканитов соответствует полю четвертичных вулканитов Хоккайдо и северо-восточного Хонсю. Средний состав четвертичных вулканитов Камчатки также попадает в эти пределы, хотя в целом по сравнению с курильскими и японскими лавами несколько смещен в область относительно высоких величин отношений.

Типично островодужными в лавах Курил являются и величины отношения La/Nb, изменяющиеся от 2 до 12. В этих же пределах лежат значения отношений La/Nb для лав Новых Гебрид, Санторина, Южного Чили, островодужных серий Камчатки, тогда как в лавах, связанных с рифтогенными структурами (рифт Рио-Гранде, базальт-комендитовая серия Срединного хребта Камчатки), значения отношений Lа/Nb меньше 2.

На графиках Ва-Lа, La-Nb лавы фронтальной и задужной зон Курильской дуги занимают обособленные поля за счет разного содержания каждого из элементов, однако по величинам отношений Ba/La и Nb/La не отличаются. Однако общее содержание и степень фракционирования РЗЭ заметно изменяются вкрест Курильской дуги. Лавы фронтальной зоны характеризуются более низкими концентрациями РЗЭ, чем лавы задужной зоны за счет легких РЗЭ при сходных (базальты, андезито-базальты) или более низких (андезиты и кислые породы) концентрациях тяжелых и средних РЗЭ. При этом с ростом кремнекислотности пород количество РЗЭ, обогащающих задужные лавы, уменьшается. Так, задужные базальты по сравнению с базальтами фронтальной зоны обогащены группой РЗЭ от La до Gd, андезито-базальты - от La до Eu, андезиты - от La до Nd, дациты и риодациты – от La до Pr. в том же направлении (от основных пород к кислым) в лавах тыловой зоны увеличивается дефицит тяжелых РЗЭ.

Лавы фронтальной зоны независимо от кремнекислотности пород характеризутся субгоризонтальными нормированными по хондриту трендами распределения РЗЭ. Величина отношения La/Yb практически не зависит от кремнекислотности пород и несколько уменьшается от базальтов к кислым лавам.

Лавы задужной зоны обогащены легкими лантаноидами по сравнению с тяжелыми, от базальтов к андезитам наблюдается постепенное увеличение концентраций легких РЗЭ (от La до Nd ), тогда как в остальной области спектра от Sm до Yb тренды неизменны. Уровень концентраций La и Се в дацитах и риодацитах повышен, хотя максимальные концентрации этих элементов отмечены не в кислых породах, а в андезитах, а в области от Nd до Yb - понижен по сравнению с базальт-андезитовой группой. Резкое уменьшение концентраций этой группы РЗЭ в кислых лавах связано с тем, что главным темноцветным минералом кумулуса при образовании кислых расплавов становится амфибол. Коэффициенты распределения средних и тяжелых РЗЭ в амфиболах андезит-риолитовых лав лежат в пределах 3-8, тогда как для легких РЗЭ = I. Это согласуется с минеральным составом задужных лав Курил. Величина отношения La/Yb обнаруживает прямую корреляцию с содержанием кремнезема (чего нет ва фронтальной зоне).

В 97 пробах, для которых определен полный спектр РЗЭ, были рассчитаны значения Eu-аномалии (Eu/Eu* = Eu /1/2(Sm + Nd)) . Вариации Eu/Eu в пределах 1+-0,15 являются случайными. В половине проб наблюдалось отсутствие аномалии, в остальной части в основном отрицательная аномалия. Пробы, в которых Eu-аномалия отсутствует, встречаются среди андезито-базальтов и андезитов. Отрицательная аномалия проявлена в 40-45% проб андезито-базальтов и андезитов и в 55% базальтов и кислых пород. Широкое распространение аномальных значений среди курильских лав указывает на заметное участие плагиоклаза в процессах фракционирования расплавов, но значительная величина этой аномалии наблюдается лишь в единичных пробах.

Концентрации La и величины отношений La/Yb в каждом типе пород увеличиваются от фронта к тылу дуги. В ряду от базальтов до андезитов уровни концентраций La возрастают и во фронтальной, и в задужной зоне, однако величины отношения La/Yb увеличиваются лишь в задужной части, оставаясь постоянными в лавах фронтальной зоны. На этом фоне есть отдельные участки с заметным повышением концентраций La и La/Yb (Южно-Итурупская группа в задужной области и район пролива Буссоль во фронтальной зоне для базальтов и андезито-базальтов).

Для Курильской островной дуги характерна отчетливая зональность в содержании и особенностях распределения редкоземельных элементов, выражающаяся в обогащении задужных лав независимо от их кремнекислотности легкими лантаноидами, обеднении средних и кислых лав этой зоны тяжелыми РЗЭ, возрастании величины отношений La/Yb от фронта к тылу дуги и смене типов нормированного по хондриту распределения РЗЭ от "толеитового" на фронте дуги до умеренно-"известково-щелочного" в задужной части. Эта зональность связана с особенностями состава первичных расплавов (различия в концентрациях летких РЗЭ, величине отношения La/Yb и типах распределения РЗЭ) и отчасти с обеднением кислых пород задужной зоны тяжелыми РЗЭ и с различиями в составе фракционирующих минеральных фаз. Продольная зональность значительно менее отчетливо, хотя выделяется аномалия пролива Буссоль и южная группа