Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5 | Следующая страница реферата

Подробно изотопная систематика кислорода в породах Ключевского вулкана изложена в [11]. Поэтому здесь мы только подчеркнем наиболее важные результаты.

Изотопные отношения кислорода в одиночных зернах оливинов из различных пород Камчатского пересечения изменяются от 5,6 до 7,4 . Максимальные значения отмечены для вулканов Ключевской группы. Значения изотопов кислорода в расплавах Ключевского вулкана рассчитывались как среднее 18O в оливине с учетом эффекта фракционирования оливин-расплав при 1100-1200o. Диапазон значений (6,2-7,5 ) оказался явно шире, а значения выше, чем для типичных мантийных расплавов [11].

Рис. 9

 Установлены положительные корреляции 18O с отношением 87Sr/86Sr (рис.8 ), причем лавы исторических извержений имеют тенденцию к повышенным значениям обоих отношений в сравнении с более ранними голоценовыми извержениями. Установлены положительные корреляции между 18O и Cs, Li, Sr, Ba, Rb, Pb, Th, U, LREE и K, то есть с подвижными во флюиде элементами, а так же с отношениями K2O/Na2O, Ba/Zr и La/Yb. Отрицательная корреляция 18O была найдена с U/Th отношением, однако корреляции с подвижными в расплаве Al и HFSE отсутствуют.

U-Th систематика

Самые низкие значения U/Th элементных отношений (0,35 - 0,6) наблюдаются в породах СХ за исключением нескольких точек с более высокими отметками, а наивысшие - в породах ЦКД (0,5 - 0,9). В породах ВВФ это отношение меняется от 0,45 до 0,75. U-Th изотопная систематика представлена на диаграмме (230Th/232Th)-(238U/232Th) (рис.9 ). На графике очевидны те же закономерности: наименьшие значения типичны для пород СХ, породы ВВФ имеют средние значения и лавы ЦКД характеризуются наивысшими изотопными отношениями, достигая значений 2,29 для (238U/232Th) и 2,15 для (230Th/232Th) в породах вулкана Камень.

Значительное 238U-230Th изотопное неравновесие с относительным обогащением U над Th, типичное для ряда островных дуг и интерпретируемое как результат добавки относительно молодого ( 5% MgO, можно уменьшить влияние процесса фракционирования на геохимическое разнообразие полученных расплавов. Тем не менее, остается еще ряд причин, влияющих на геохимическую неоднородность лав: (1) разнообразие мантийных источников, (2) обогащение мантийного клина водным субдукционным флюидом, (3) добавка осадочного материала в мантийный источник и (4) различная степень плавления мантийного вещества при движении от фронта к тылу дуги.

Используя Pb и Be изотопные данные, Керстинг и Аркулюс [17,5] доказали, что добавка осадочного материала незначительна в формировании Камчатских магм. Кроме того, вариации изотопных отношений Sr и O в лавах Ключевского вулкана, указывают на то, что флюид, являющийся спусковым крючком начала плавления вещества верхней мантии, формируется в основном в измененной океанической коре [11].

Процесс плавления

Рис.11

 Уменьшение степени плавления Ol-Opx-Cpx мантии, приведет к обогащению расплава по несовместимым элементам. Остаточный гранат в мантии может сильно влиять на HREE и Y, удерживая эти элементы в расплаве на низком уровне до момента его полного исчезновения. Низкие значения La/Yb отношения (1,83 - 10,28), отсутствие обогащения 230Th над 238U и низкие концентрации тяжелых REE (6-15 раз выше хондритовых значений), указывают на отсутствие значительных количеств остаточного граната в мантийных источниках пород Камчатки.

Планк и Лангмюр [24] показали, что степень плавления под активными островными дугами зависит от мощности мантийного клина и выражена в отрицательной корреляции между Ca6,0 и Na6,0 от фронта дуги к тылу. Причина такой корреляции в том, что Ca удерживается клинопироксеном в мантии, а Na - нет. В случае Камчатского пересечения такой тренд должен быть очевиден, поскольку глубина сейсмофокальной зоны увеличивает в 4 раза от ВВФ к СХ. Это мы и наблюдаем на диаграмме CaO6,0 - Na2O6,0 (рис.11 A), где наши данные полностью совпадают с трендом [24]. (Na2O/CaO)6,0 прогрессивно растет от ВВФ к ЦКД и далее остается постоянным к СХ (рис.11 Б). Наивысшие значения Na6,0 найдены в породах ВПТ, что свидетельствует в пользу низких степеней плавления мантии в источнике этих пород. Следуя расчетам [24], породы ВВФ имеют наивысшую степень плавления - 20%. Более низкая степень плавления (9-12%) типична для лав ЦКД и СХ. Сходные оценки были получены и при сравнение разных групп несовместимых микроэлементов [9]. Отсутствие зависимости степени плавления от глубины погружения океанической плиты между ЦКД и СХ можно объяснить в рамках двухстадийной модели Пирса и Паркинсона [23]. На первой стадии плавление инициируется поступлением флюида в мантию, что может быть особенно важно для нашего З-В пересечения в связи с высвобождением больших объемов флюида при субдукции подводного Императорского хребта под Камчатку. Вторая стадия является результатом декомпрессионного плавления при уменьшении плотности обводненной мантии и процесса внутридугового спрединга, проявленного в настоящее время в ЦКД.

Вариации в составе мантийного источника до добавления флюида

Рис. 12

 По Nb/Yb отношению (рис.6 В) лавы ВВФ и ЦКД близки источнику MORB. Породы же СХ имеют повышенные значения Nb/Yb, которые резко возрастают в ВПТ лавах. Подобное поведение наблюдается и для Nb/Zr отношения, отвергая гипотезу остаточного граната (см. также выше). Эти признаки однозначно свидетельствуют о том, что мантия под СХ обогащена.

Диаграмма Th/Yb - Ta/Yb использовалась Пирсом [22] для выявления между обогащенным и обедненным источниками в примитивных островных базальтах (рис.12 ). Вариации состава мантийного источника должны выражаться в изменении обоих отношений. Образцы ВВФ и ЦКД попадают в область океанических островных дуг, находясь на границе толеитового и известково-щелочного полей. Лавы СХ формирует узкое поле, простирающееся от океанических дуг к обогащенному мантийному компоненту. Расположение всех фигуративных точек Камчатских лав (включая образцы ВПТ) над полем мантийной "стрелки" вызвано флюидной добавкой Th при постоянном Yb, предполагая добавку флюида к различным (от обедненного до слегка обогащенного) мантийным источникам. Более близкое положение лав ВПТ СХ к полю мантийных значений указывает на меньшее влияние в них флюида.

Две причины могут объяснить наблюдаемое обогащение мантийного источника СХ по HFSE: наличие источника типа OIB (базальт океанических островов), либо влияние глубинного флюида. Под СХ флюиды отделяются от плиты при более высоких P-T-условиях, при которых многие фазы, несущие HFSE, становятся не устойчивы. Такие флюиды содержат больше количество растворенных веществ, что расширяет их возможности переноса HFSE [7]. Состав флюида, обогащающего базальты задуговых бассейнов [27] обогащен по Y, но имеет Ta/Y отношение только вдвое выше, чем в источнике NMORB. Предположительно, такое же поведение и для Nb/Yb отношения, поскольку Nb и Yb ведут себя аналогично Ta и Y в мантии. Поэтому, трудно объяснить обогащение ВПТ базальтов по Nb/Yb (в 10 раз выше значений NMORB) только добавкой водного флюида.

На рисунке 8 внутри поля изотопных данных Камчатки выделяется три тренда, что предполагает участие трех компонентов в генезисе пород. От поля MORB, характеризующегося 87Sr/86Sr < 0.7031 и 143Nd/144Nd 0.5131, один тренд направлен к более высоким отношениям 87Sr/86Sr при неизменном 143Nd/144Nd. Флюид, отделяющийся от плиты, имеет такие ожидаемые отношения [11]. Второй тренд, сформированный в основном лавами СХ, идет с понижением неодимовых изотопных отношений при увеличении стронциевых. Такой тренд, вероятно, является результатом смешения с обогащенным мантийным компонентом, что согласуется с нашей интерпретацией о наличии компонента типа OIB в тыловой части дуги.

Породы ВВФ формируют поле между двумя упомянутыми трендами. Низкие концентрации HFSE в лавах ВВФ свидетельствуют об отсутствии компонента типа OIB в их источнике. Падению Nd-изотопных отношений сопутствуют повышенные значения изотопов Pb (рис.7 В) и обогащение пород по Th/Nb элементному отношению. Керстинг и Аркулюс [17] показали, что тихоокеанские осадки около Камчатки обогащены по Pb- и обеднены по Nd-изотопам. Согласно нашим данным, в источнике некоторых пород ВВФ можно допустить малое количество ( 1.7)) отношений, 18О, некоторых халькофильных элементов и бора [18] в породах ЦКД, а также серы в расплавных включениях и присутствие серы как S6+, свидетельствуют о повышенной флюидной добавке в этом регионе. Как было показано ранее [11], флюиды, обогащенные18О и 87Sr/86Sr, отделяются от измененной океанической коры под Камчаткой и многократно фильтруются через мантийный клин, метасоматизируя его и обогащая тяжелыми изотопами. Логично предположить, что источником большого объема таких флюидов может являться Императорский подводный хребет, субдуцирущий в районе северного пересечения под Камчатку.

Однако флюидная добавка в мантийные источники ВВФ и ЦКД не обязательно происходила в настоящее время. U-Th изотопные значения в породах ВВФ и СХ лежат на линии равновесия, свидетельствуя о том, что флюид мог отделиться от плиты более 350 тыс. лет назад (время уравновешивания изотопов). Слабое неравновесие ((238U/230Th) = 1,0-1,15) можно наблюдать только для некоторых вулканов Ключевской группы, и по расчетным данным возраст этого флюидного обогащения не менее 130 тыс. лет (рис.9 ).

Различные модели существуют относительно минерального состава и степени дегидратации субдуцируемой плиты [8,25,23], т.е. параметров, влияющих на состав флюида. Источником Rb, K, Ba и Sr в магмах может быть амфибол, удерживающий эти элементы до глубин 60-70 км. Разрушение фенгита сопровождается сильным привносом Rb в мантию и немедленным понижением K/Rb отношения. Это отношение переменно в лавах ВВФ (300-600) и ЦКД (400-600) но практически постоянно в островодужных лавах СХ (460-520), чуть повышаясь в породах ВПТ (~600). Таким образом, эффект фенгита не наблюдается в мантийных источниках Камчатки (в отличие от [30]). Сильное увеличение LREE и La/Yb отношения (при постоянном Yb) от фронта дуги к тылу может быть результатом дегидратации лавсонита [8,32], который, согласно экспериментальным работам, может быть устойчив до 10 GPa [25] и значительно влиять на состав пород СХ.

Нолл и др. [2] показали, что породы фронтальных зон островных дуг обогащены, в отличие от тыловых зон, некоторыми халькофильными элементами (As, Sb), бором и цезием, что обусловлено высокой подвижностью этих элементов во флюиде. As и Sb имеют высокие концентрации в лавах ВВФ и ЦКД, но в образцах СХ сравнимы с NMORB [18]. Уменьшение концентраций Cs, As и Sb на Ce-нормированных диаграммах вкрест простирания дуги объясняется обеднением субдуцируемой плиты по этим элементам на ранних стадиях дегидратации. Обогащение расплавных включений из пород ВВФ и ЦКД по S и Cl так же подтверждает вывод о значительной роли флюида в источнике этих пород.

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: реферат россия скачать, реферат горы.





Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5 | Следующая страница реферата