Состав и источники магм и динамика формирования хангайского

СОСТАВ И ИСТОЧНИКИ МАГМ И ДИНАМИКА ФОРМИРОВАНИЯ
ХАНГАЙСКОГО ПОЗДНЕКАЙНОЗОЙСКОГО ВУЛКАНИЧЕСКОГО АРЕАЛА
(ЦЕНТРАЛЬНАЯ МОНГОЛИЯ)
В. В. Ярмолюк, 1Е. А. Кудряшова, 2В. М. Саватенков
1
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН,
Москва, volya@igem.ru
2
Институт геологии и геохронологии докембрия, Санкт-Петербург
1
Позднекайнозойский Хангайский вулканический ареал является одним из крупнейших в
строении кайнозойской внутриплитной вулканической провинции Центральной и Восточной Азии.
Вулканические поля этого ареала распространены на площади около 250х250 км, охватывая, главным
образом, территории Хангайского нагорья, и его ближайшего обрамления. По площади ареала
проявления вулканизма распространены неравномерно. Выделяется три основных района вулканизма
(рис. 1): Долиноозерский (Южно-Хангайский), Водораздельный (осевая часть Хангайского хребта) и
Тарятский (северное подножие Хангайского хребта). Каждый из них имеет структуру грабена и
ограничен с бортов субширотными сбросами. Помимо этих вулканических районов выделяется ряд
протяженных долинных лавовых потоков, сформировавшихся на склонах нагорья на заключительной
стадии развития ареала.
Проведены систематические геохронологические исследования вулканических пород. В
соответствии с полученными результатами, во-первых, подтвержден ранее сделанный вывод
[Девяткин, 1981; Логачев и др., 1982; Ярмолюк и др., 1984] о формировании Хангайского ареала в
интервале последних 30 млн. лет. Во-вторых, установлено, что вулканическая активность была
многоимпульсной и не прерывалась паузами большой продолжительности. В-третьих, выявлены
закономерные миграции центров вулканизма в истории развития ареала. Выделены следующие этапы
вулканической активности: позднеолигоцен-раннемиоценовый (30-22 млн. лет), среднемиоценовый
(17-12 млн. лет), позднемиоцен-плиоценовый (10-2.5 млн. лет), плейстоценовый (1.3-0.2 млн. лет) и
голоценовый (<0.01 млн. лет). В пределах каждого этапа дополнительно выделены отдельные
импульсы вулканизма, отвечающие времени формирования отдельных вулканических полей или их
групп.
Лавовые поля позднеолигоцен-раннемиоценового этапа формировались практически
исключительно в южной части ареала в пределах Долиноозерского грабена. Вулканические события
среднего миоцена продолжили формирование Долиноозерского грабена, но, кроме того,
зафиксировали начало вулканической активности в Водораздельном грабене. На протяжении позднего
миоцена и плиоцена произошло несколько эпизодов вулканизма. До рубежа 7.5 млн. лет они
протекали в пределах Водораздельного грабена, то есть в центральной части ареала, а более поздние
вулканические события (<7.5 млн. лет) охватили также северный (Тарятский) его край. В плейстоцене
наиболее масштабные вулканические излияния произошли в Тарятском грабене, где был сформирован
мощный лавовый чехол по всей его площади. В современной структуре грабена ему соответствует
средняя лавовая терраса. В этот же этап была сформирована система протяженных долинных лавовых
потоков, растекающихся в стороны от осевой части хребта и зафиксировавших своим формированием
стадию активного роста гор. Голоценовый этап проявился в Тарятской впадине и был связан с
деятельностью вулкана Хорго, потоки которого сформировали долинный поток протяженностью не
менее 70 км.
Таким образом, на протяжении последних 30 млн. лет вулканическая активность в пределах
Хангайского ареала характеризовалась последовательной миграцией ее центров с юга на север. Эта
миграция укладывается в общий тренд смещения центров вулканизма в пределах позднемезозойской 
кайнозойской Южно-Хангайской вулканической области (включает Хангайский ареал, как составную
часть), который трассируется цепочкой разновозрастных вулканических ареалов, сформировавшихся в
диапазоне последних 90 млн. лет и протянувшихся от южной границы Монголии до Центрального
Хангая.
1
Состав вулканических продуктов ареала определяют лавы основных пород, реже бомбы и
шлаки, локализованные вблизи центров излияний, которые зафиксированы шлаковыми конусами.
Породы всех возрастных уровней содержат мантийные ксенолиты – лерцолиты, пироксениты,
мегакристы пироксена, полевого шпата, оливина, в некоторых случаях граната. В соответствии с
данными о химическом составе излившиеся породы отвечают трахибазальтам, трахиандезибазальтам,
базанитам, реже базальтам, меланефелинитам и фонотефритам. Вариации состава охватывают
диапазон по SiO2 от 42.6 до 52.2 мас.% и по содержанию Na2O+К2О от 4.6 до 9.7 мас.%. В целом они
характеризуются повышенными содержаниями P2O5 (от 0.4 до 1.6 мас.%) и TiO2 (>1.7 мас.%) и
умеренными содержаниями Al2O3 (<17 мас.%). Излившиеся расплавы были дифференцированы, на
что, в частности, указывает относительно низкая величина Mg# (<0.6, в среднем 0.5). Породы разных
грабенов в целом близки по составу, хотя и характеризуются незначительными различиями. Наиболее
заметны различия состава для пород Долиноозерского и Водораздельного грабенов. Последние
относительно богаче Al2O3, но имеют более низкие содержания TiO2, K2O, P2O5. Породы Тарятского
грабена имеют промежуточный состав, хотя и выделяются более высоким содержанием щелочей и
относительно более низким содержанием СаО. Кроме того, они характеризуются наиболее широкими
вариациями составов  от меланефелинитов через базаниты и трахибазальты до трахиандезибазальтов.
Несмотря на отмеченные различия, в целом разновозрастные проявления магматизма, принадлежащие
к тому же разным структурным зонам Хангайского ареала, характеризуются близкими трендами
вариаций содержания породообразующих компонентов.
О сходстве состава разновозрастных пород свидетельствуют также геохимические данные.
Вулканиты всех возрастных групп обладают близкими содержаниями несовместимых элементов,
средние составы которых на спайдерграммах практически не различаются. Спектр распределения этих
элементов близок к спектру базальтов OIB-типа, но отличается от последнего в целом более
фракционированным распределением редких земель, а также более высоким содержанием
литофильных элементов (Rb, Ba, Sr) и более низким содержанием таких элементов, как Th, U, тяжелые
РЗЭ. Особо следует отметить наличие ярко выраженного Ta-Nb максимума, типичного для пород всех
структурных зон и в целом характерного для магматических источников внутриплитного магматизма.
Сходство состава пород из разных структурных зон вулканического ареала хорошо
прослеживается на графиках взаимной корреляции распределения несовместимых элементов. Как
правило, фигуративные точки состава укладываются в общие линейные тренды, свидетельствующие о
близких соотношениях несовместимых элементов в источнике расплавов. Отклонением от общего
правила стало поведение Pb, указывающее на его более низкое содержание в исходных расплавах
пород Долиноозерского грабена. На графиках парных отношений несовместимых элементов составы
пород из разных структурных зон ареала образуют общие скопления фигуративных точек,
компактный характер которых указывает на близкий состав магматического источника
разновозрастных пород. По своим характеристикам (графики La/Yb-Th/Ta, Ce/Pb-Nb/U) этот источник
близок к составу источников базальтов океанических островов (OIB-тип) (рис. 2А, Б).
Достаточно близкими были и условия плавления. Средой магмообразования пород Хангайского
ареала, по-видимому, служила гранатсодержащая мантия, в которой участие граната достигало 6%
(рис. 2В, Zr/Nb-Ce/Y). Основная масса расплавов во всех структурных зонах сформировалась при
степенях плавления 1-2% из мантии с содержанием граната 2-4%. Наиболее глубинными стали магмы
меланефелинитов, которые образовались из источника с содержанием граната до ~6% при степени
плавления около 0.75% и базанитов, но с большими степенями плавления (~1.3%).
Изотопный состав пород ареала (рис. 2Г) представлен трендом составов, который
прослеживается из области умеренно деплетированных источников типа PREMA в область
обогащенных легкими редкими землями источников типа EM-I. Наличие этого тренда
свидетельствует, что в образовании исходных расплавов вулканического ареала участвовала
комбинация обоих этих источников. Доля мантии типа EM-I была более высокой в породах
Долиноозерского грабена, в то время как близкие между собой составы пород Водораздельного и
Тарятского грабенов, представляют источники, в составе которых была повышена роль мантии типа
PREMA.
2
Геодинамика формирования вулканического ареала определяется следующими его
характеристиками. Становление ареала произошло во внутриплитной обстановке в центре Азиатского
континента вдали от границ литосферных плит. Ареал характеризуется замкнутыми размерами и
лишен структурных связей с другими проявлениями внутриплитного магматизма в Центральной Азии,
то есть развивался автономно. Режим его формирования характеризовался ярко выраженными
условиями растяжения  рифтогенеза, что привело к образованию в пределах ареала эшелонированной
системы грабенов.
Характеристики состава вулканических продуктов Хангайского ареала свидетельствуют о
сходстве его источников с составом источников океанических островов, формирование которых
связывается с мантийными плюмами. Очевидно, что геологические особенности строения и развития
Хангайского вулканического ареала не противоречат петрологическим данным и также указывают на
связь ареала с локально действующим мантийным источником (или с горячей точкой мантии).
Дополнительный аргумент в подтверждение этого представления дают данные гравиметрических и
сейсмологических исследований, показавших, что в основании литосферы Хангая расположен
локальный выступ астеносферы, который достигает подошвы коры на глубине около 50 км [Зорин и
др., 1988]. Подобные выступы располагаются также под другими областями новейшего вулканизма в
Центральной Азии и, в частности, установлены в основании Южно-Байкальской, Витимской и
Удоканской вулканических областей [Зорин и др., 1988]. Подобная связь предполагает, что именно эти
выступы горячей мантии (астеносферы) контролируют новейшую вулканическую активность в
регионе, и, следовательно, их можно рассматривать как горячие точки мантии. Таким образом, можно
считать, что модель связи вулканического ареала с горячей точкой мантии достаточно
аргументирована, так как обоснована рядом независимых данных – геологических, петрологических,
геофизических.
Важной характеристикой взаимодействия горячей точки со структурами литосферы стали
миграции центров вулканизма по территории региона. Эти миграции начались еще в позднем мелу и
отразили более общие закономерности формирования структуры позднемезозойской – кайнозойской
Южно-Хангайской вулканической области, которая в качестве составной (позднекайнозойской) части
включает Хангайский ареал. За интервал времени около 90 млн. лет (с позднего мела по голоцен) в
пределах этой области центры вулканизма постепенно переместились к северу на 600 км из района
восточного окончания хребтов Гобийского Тянь-Шаня в центральную часть Хангайского нагорья,
сформировав последовательный ряд разновозрастных частично перекрывающихся вулканических зон.
На протяжении всего этого времени состав вулканических продуктов в пределах вулканической
области изменился весьма незначительно (рис. 2), что свидетельствует об устойчивости состава
источников расплава. Выявленная миграция центров вулканической активности связывается с
движениями литосферной плиты относительно локализованного источника горячей мантии (ЮжноХангайской горячей точки мантии) современная позиция которой определяется астеносферным
выступом в основании Центрального Хангая [Ярмолюк и др., 1995].
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ 05-05-64000.
Список литературы
Девяткин Е. В. Кайнозой внутренней Азии (стратиграфия, геохронология, корреляция). М.: Наука, 1981,
196 с.
Зорин Ю. А., Балк Е. В., Новоселова М. Р., Турутанов Е. Х. Толщина литосферы под МонголоСибирской горной страной и сопредельными регионами // Физика Земли, 1988, № 7. С. 32-42.
Логачев Н. А., Девяткин Е. В., Малаева Е. М., Глуховская Н. Б., Крамаренко Г. С., Шелкопляс В. Н.
Кайнозойские отложения Тарятской впадины и долины р. Чулуту (Центральный Хангай) // Серия геологическая,
1982, № 8. С. 76-86.
Ярмолюк В. В., Иванов В. Г., Коваленко В. И., Самойлов В. С. Динамика формирования и магматизм
позднемезозойско – кайнозойской Южно-Хангайской горячей точки мантии (Монголия) // Геотектоника, 1994, №
5. С. 28-45.
Hofmann A. W., Jochum K. P., Seufert M., White W. M. Nb and Pb in oceanic basalts: new constraints on
mantle evolution // Earth Planet. Sci. Lett., 1986, V. 79. P. 33-45.
3
Tomlinson K. Y., Condie K. C. Archean mantle plumes: evidence from greenstone belt geochemistry// Mantle
plumes: their identification through time. Spec. Paper 352, Colorado, 2001. P. 341-358.
Рис. 1. Распределение позднекайнозойских лавовых полей Хангайского вулканического ареала.
Грабены: I-Долиноозерский, II-Водораздельный, III-Тарятский.
Рис. 2. Составы пород Хангайского ареала на графиках парных отношений несовместимых элементов (АВ) и на диаграмме εNd–εSr (Г).
Грабены: 1 – Долиноозерский, 2 – Водораздельный, 3 – Тарятский; 4 – поле составов пород
раннекайнозойского Гоби-Тяньшаньского ареала.
Поля составов модельных магматических источников даны по по [Hofmann et al., 1986; Tomlinson K.Y.,
Condie K.C., 2001].
4