Условия образования парагенезисовИспользование
Opx-Cpx, Pl-Hbl, Ilm-Mt геотермометров [20; 32; 22] позволило определить
температуры образования некоторых минералов вышеперечисленных парагенезисов.
Для плагиоклаза Pl2 и роговой обманки Hbl2 парагенезиса I температура составила
945-906
Вариации составов минералов показаны на рис. 7. Характер изменения основности плагиоклаза и магнезиальности сосуществующих темноцветных фаз из раннего парагенезиса II и позднего парагенезиса IV имеет нормальный тренд фракционной кристаллизации, возникающий при остывании расплава (рис. 7). Сосуществующие пары минералов: 1, 2 - парагенезис I: 1 - Opx1+Pl2, 2 - Hbl2+Pl2; 3, 4 - парагенезис II: 3 - Pl1+Hbl1, 4 - Pl1+Bi; 5 - парагенезис III: Pl3,4+Opx2; 6 - парагенезис IV: Pl5+Opx3. Тренд парагенезиса III имеет также положительный наклон (т.е. сопряженное возрастание основности и магнезиальности фаз), но обратное направление. Такой характер тренда прежде всего свидетельствует о возрастании температуры. Кроме того, следует учитывать, что основность кристаллизующегося плагиоклаза может возрастать при уменьшении литостатического давления [44], и ортопироксен может обедняться Fe за счет сдвига в сторону уменьшения отношения Fe2+/(Fe2++Fe3+) в расплаве при понижении давления [11]. Парагенезис I не обнаруживает определенного тренда: он характеризуется незакономерным разбросом фигуративных точек. Можно полагать, что это отражает процесс изменения вкрапленников парагенезиса I в результате смешения с менее кальциевым и более окисленным расплавом. Обсуждение результатов Многие андезиты, андезидациты, дациты, особенно в орогенных областях, содержат вкрапленники, состав и морфология которых явно свидетельствуют о неравновесных соотношениях как между собой, так и с вмещающей их основной массой породы. Обратная зональность кристаллов, резорбированные кристаллы, кристаллы с текстурами быстрого роста/растворения (например, ситовидные плагиоклазы), реакционные каймы, одновременное присутствие минеральных фаз, которые не могли равновесно кристаллизоваться из расплава, - основные признаки вкрапленников из таких вулканитов [39; 40; 41; 44; 48; 49; 52; 34]. Описанные выше особенности морфологии, составов и трендов кристаллизации минералов-вкрапленников и их парагенезисов из эльбрусских вулканитов показывают, что они принадлежат к типу вулканитов с ярко выраженными признаками неравновесной кристаллизации на некоторых этапах своего становления. Полагают, что появление в вулканитах сложных, в том числе неравновесных ассоциаций минералов-вкрапленников связано со смешением расплавов, сильно отличающихся по составу и температуре [41; 44; 35; 52 и др.], либо с их полибарической кристаллизацией при подъеме (декомпрессией) [31; 49; 40]. Также рассматривается модель автосмешения [34], предполагающая смешение кислого расплава из нижней части магматической камеры, разогретого в результате инъекции туда высокотемпературного основного расплава, с более холодным кислым расплавом из верхних горизонтов камеры. Анализ ассоциаций вкрапленников в эльбрусских вулканитах показывает, что ведущими процессами в эволюции их расплавов, сопровождавшими фракционную кристаллизацию, были смешение контрастных по составу расплавов, автосмешение и кристаллизация расплавов при декомпрессии (подъеме). Рассмотрим некоторые признаки проявления этих процессов. Остаточные стекла
Некоторые
составы остаточных стекол из риодацитов и дацитов близки к составам-минимум в
системе Ab-Or-Qz-H2O при давлении около 2-5 кбар (рис. 8, табл. 8).
Однако, большая часть фигуративных точек стекол отклоняется от водонасыщенных
минимумов относительно высоких давлений к стороне Qz-Or и группируется вблизи
котектик низких давлений. Тренд этих составов демонстрируют обогащение
Qz-компонентом при слабых вариациях отношения Ab/Or. Такой характер эволюции
остаточного расплава, с сильным накоплением кремнезема, наиболее вероятен при
уменьшении давления, т.е. декомпрессии при подъеме магмы [31]. На рис. 8
показан расчетный тренд изменения состава остаточного расплава при
адиабатическом подъеме водоненасыщенной гранитной магмы с начальной T=920 Реакционные каймыПоявление реакционных кайм у роговой обманки I типа из парагенезиса I и биотита из парагенезиса II свидетельствует об их неустойчивости (неравновесности) в определенный момент существования расплава. Роговая обманка I типа замещается агрегатом безводных фаз (плагиоклаза, ортопироксена, магнетита) и стекла. Очевидно, это отвечает ситуации частичного плавления и быстрой кристаллизации оплавленной оболочки без существенного диффузионного обмена (за исключением воды) с окружающим высокотемпературным расплавом. Если бы имело место медленное реакционное взаимодействие с высокотемпературным расплавом, то амфибол скорее всего замещался бы клинопироксеном либо клино- и ортопироксеном, как это следует из экспериментальных работ [8]. Биотит, для которого характерен оплавленный облик краев зерен и нарастание на них ортопироксена, а на некоторых горизонтах замещение ассоциацией магнетит + флогопит, также несет признаки термического разложения и окисления. Таким образом, характер реакционных кайм амфиболов и биотитов, присутствие в них только безводных фаз, указывает на снижение PH2O и общего давления в ходе кристаллизации расплава, а замещение биотита флогопитом совместно с магнетитом - на повышение температуры расплава. При этом частичная дегидратация биотита может приводить к его окислению. Ситовидные плагиоклазы и признаки смешения магм"Ситовидные" или "пористые" плагиоклазы - это плагиоклазы, переполненные включениями стекла. Они были многократно описаны в вулканических породах и воспроизведены в экспериментах [40; 39; 52; 44; 49;34 и др.]. Образование кристаллов с сетью связанных каналов, заполненных расплавом, сечение которых дает ситовидную картину, связывают либо с растворением (резорбцией) кристаллов [44; 35; 52], либо с их неравновесным (скелетным, ячеистым) ростом [39; 49]. Ситовидные плагиоклазы парагенезиса III из эльбрусских дацитов, очевидно, образовались при росте кристаллов, поскольку в породе, в том же парагенезисе, присутствуют и обычные кристаллы идентичного состава, что является признаком роста плагиоклазов при декомпрессии и сопровождающей ее дегазации в случае водонасыщенного расплава [49; 40]. В пользу этого вывода свидетельствует и небольшой размер включений стекла (рис. 4в): для текстур растворения более типичны грубые, крупные включения [44]. Очевидно, что появление ситовидных кристаллов было связано с относительно медленным переохлаждением, и имела место гетерогенная нуклеация: во многих случаях затравкой для ситовидных плагиоклазов служили кислые плагиоклазы парагенезиса II. Но, в отличие от описанного [40] случая декомпрессии водонасыщенного расплава щелочных базальтов вулкана Ришири (Япония), где ситовидные плагиоклазы никогда не нарастают на ранние кристаллы (по-видимому, реализуется механизм гомогенной нуклеации), для эльбрусских вулканитов имела место декомпрессия магматического расплава, предварительно испытавшего смешение и автосмешение, так как в породах мы наблюдаем многочисленные его признаки. К ним, прежде всего, относится: 1) одновременное присутствие плагиоклазов с кислыми ядрами и основными внешними зонами и плагиоклазов с основными ядрами и кислыми внешними зонами; 2) присутствие железо-магнезиальных силикатов с обратной зональностью (пироксены, роговые обманки); 3) наличие неравновесных минеральных ассоциаций; 4) явления термического разложения биотита и роговой обманки; 5) как показано [28], наличие двух типов расплавных включений, контрастно различающихся по составу (риолитовых и трахиандезитовых), в плагиоклазах парагенезиса I. На интенсивные процессы смешения в очагах магмогенерации указывает также присутствие большого количества зерен плагиоклаза типа "dusty". Такие плагиоклазы представляют собой результат частичного плавления и диффузионного привноса-выноса компонентов плагиоклаза с сохранением его кристаллографических очертаний [48]. Экспериментальным путем показано, что такие плагиоклазы возникают при растворении вкрапленников кислого состава, когда они попадают в более основной расплав [52]. Обратная зональность в плагиоклазахИзвестны различные процессы, приводящие к появлению обратной зональности в плагиоклазах, в частности: уменьшение давления в ходе кристаллизации, увеличение активности H2O в расплаве, возрастание температуры расплава и, очевидно, рост концентрации Са в расплаве (при смешении расплавов). Полибарическая кристаллизация плагиоклаза в многокомпонентных (Ab+An+Di; Ab+An+Qz) системах приводит к изменениям в его составе: при уменьшении давления кристаллизуется более основной плагиоклаз, причем изменение состава может достигать 20 мол.% An [44]. Это связано не только с тем, что высокобарический плагиоклаз обогащается Ab-компонентом, но главным образом с тем, что, как показали теоретические [43] и экспериментальные исследования, при уменьшении давления в многокомпонентных системах, по сравнению с бинарной, происходит сильное сжатие (коллапс) плагиоклазовой "рыбки", т.е. выполаживание и сближение поверхностей ликвидуса и солидуса в Т-Р-Х пространстве. Это приводит к возможности кристаллизации более основного, чем в бинарной системе, плагиоклаза из расплава данного состава [37; 42; 44 и др.]. Если в качестве дополнительного компонента выступает кварц, то этот эффект проявляется как в сухой, так и в водных системах [37]. Однако, как показано [37; 24], для природных систем характерна метастабильная кристаллизация плагиоклаза, при которой его состав отклоняется от равновесного в сторону уменьшения анортитового минала. Известно, что из водонасыщенного расплава, при данной температуре, будет осаждаться более кальциевый плагиоклаз, чем из того же расплава (с той же XCa) в сухих условиях [50; 46]. Анализ соотношения Са / (Са+Na) в расплаве и плагиоклазе на основе соответствующей диаграммы для сухой и водонасыщенной систем [21] показывает, что в нашем случае плагиоклаз кристаллизовался из не насыщенного водой расплава. Однако уменьшение PH2O вследствие декомпрессии будет приводить к кристаллизации более натрового плагиоклаза. Вследствие действия отмеченных факторов эффект уменьшения давления на состав кристаллизующегося плагиоклаза при подъеме расплава может нивелироваться. Если за счет смешения расплавов или конвекционного перемещения в камере кристалл кислого плагиоклаза попадет в область более высокотемпературного, чем равновесный с ним, расплава, на кристалле начнет образовываться внешняя зона более кальциевого плагиоклаза, и он приобретет обратную зональность. Скачок составов при смешении контрастных по составу магм может составить 10-25 мол.% An, а при автосмешении (рециклинге кристаллов) он обычно существенно меньше: 5-10 мол.% An [49]. В эльбрусских дацитах мы наблюдаем резкое (до 20% An) изменение состава плагиоклаза при переходе от ядер к внешним зонам плагиоклазов подтипов Iб и IIб, что указывает на большую вероятность процессов смешения различных по составу и температуре расплавов. В тоже время в в кристаллах плагиоклазов III и IV типов отмечается монотонное нарастание An-составляющей по мере роста кристалла. В этом случае наиболее вероятным механизмом, определяющим такой тренд состава кристаллов, представляется разогрев расплава. Он может происходить за счет поступления в магматическую камеру порции более высокотемпературного и основного расплава. Возникающий над последним слой дополнительно прогретого кислого расплава в силу меньшей плотности, чем вышележащий относительно холодный кислый расплав, будет гидромеханически неустойчив. Это приведет к образованию горячих конвективных струй в верхние горизонты магматической камеры [34]. Быстрый подъем расплава будет препятствовать полному смешению разогретого и относительно холодного расплава [34], что позволит сохраниться в породе минеральным ассоциациям, отвечающим различным стадиям этого процесса автоминглинга. Обратная зональность в ортопироксенахПоявление ортопироксенов II типа из парагенезиса III, характеризующихся присутствием в кристаллах более магнезиальной и кальциевой, чем ядро, внешней зоны (табл. 7, рис. 6), наиболее вероятно, вызвано повышением температуры расплава (согласно описанному выше механизму) и окислением среды. К последнему очень чувствительно Mg/Fe отношение в темноцветных минералах. Возможно, причиной увеличения fO2 в расплаве послужила дегидратация водосодержащих фаз (амфибол, биотит), проявления которой были отмечены выше. Таким образом, описанные признаки неравновесной кристаллизации в дацитах Эльбруса характерны как для смешения и автосмешения расплавов и ассимиляции ими твердых фаз, так и для декомпрессии при подъеме расплавов к поверхности. Свидетельством смешения контрастных по составу расплавов является присутствие в одной породе плагиоклазов с кислыми ядрами и основными внешними зонами и плагиоклазов с основными ядрами и кислыми внешними зонами. На процесс разогрева расплава при автосмешении (конвекции в магматической камере) указывает появление безводного парагенезиса III с обратно-зональными основными плагиоклазами ситовидного облика и магнезиальными ортопироксенами. В пользу декомпрессии свидетельствуют: безводные парагенезисы III и IV с основным плагиоклазом и магнезиальным ортопироксеном; появление очень кремнекислых остаточных стекол в дацитах; разложение роговой обманки. Модель формирования дацитов ЭльбрусаНаиболее подробно разработанную модель эволюции и генезиса дацитов Эльбруса, основанную на детальном изучении химизма и минералогии этих пород, предложили В.Г. Молявко с соавторами [18]. Основой этой модели является представление о химически зональном глубинном очаге, расположенном в нижней коре, расплав в котором был дифференцирован от риолита в верхах до дацита в более низких горизонтах магматической камеры. Быстрый подъем расплавов и их дегазация способствовали резорбции ранних вкрапленников, в первую очередь кварца и санидина. Поздние вкрапленники формировались в близповерхностной (2-9 км) камере в нестабильных условиях частых извержений, сопровождавшихся дегазацией и окислением расплавов. Имеющиеся в нашем распоряжении данные о последовательности излияний, составах пород и минералов позволяют дополнить и уточнить эту модель. Парагенезис
I, содержащий средний-основной плагиоклаз (Pl2) и железистые ортопироксен
(Opx1) Парагенезис II, включающий кислый-средний плагиоклаз (Pl1) и биотит (Bi) либо роговую обманку (Hbl1), кристаллизовался из риодацитового расплава. Кристаллизация происходила в камере, по геофизическим данным находящейся на глубине 23-40 км. В очаг кислой магмы произошло поступление более основного расплава (андезитового с парагенезисом I), и последовало смешение этих расплавов. В качестве кислого конечного члена можно предполагать позднеплиоценовые риодациты г.Тузлук докальдерного цикла, составы которых приведены в табл. 9. На рис. 9 показаны средние составы вулканитов изученных толщ и риодацитов Тузлука и трахиандезитов Худеса и Таш-Тебе. Как видно, распределение микроэлементов в дацитах Эльбруса имеет тот же характер, что и в конечных членах, а уровни их содержаний - промежуточные между таковыми в конечных членах. Как показывают балансовые расчеты методом наименьших квадратов, для образования гибридных дацитовых составов, при смешении риодацитовых (соответствующих риодацитам г. Тузлук) и трахиандезитовых (соответствующих трахиандезитам Худеса и Таш-Тебе) расплавов, при формировании риодацитов первой толщи доля трахиандезитового расплава должна составлять 20%, при формировании дацитов второй толщи 61%, третьей - 62%, четвертой - 68%. Таким образом, в ходе эволюции доля основного расплава, участвующего в смешении, возрастает. Общий источник риодацитов и трахиандезитов, очевидно, отражает подобный вид распределения микроэлементов в них (рис. 9), и процесс в целом носит характер смешения родственных расплавов. Таблица 9 Химический состав риодацитов Тузлука и трахиандезитов Худеса и Таш-Тебе (оксиды в мас.%, элементы в г/т)
|
С;
в то же время, интервал совместной кристаллизации орто- и клинопироксенов этого
парагенезиса из дацитов четвертой толщи оценен в 750-850
роговую
обманку (Hbl2) 
Главная