Бураковско-Аганозёрский расслоенный массив Заонежья (стр. 3 из 6)
Вариации составов минералов для разреза второго типа охарактеризованы в керне из скв. 67. Здесь обращают внимание различия показателя магнезиальности в пределах одного шлифа, которые для высоко-Са пироксена могут достигать 4-6 номеров (обр.67/1039, 67/900), а для низко-Са пироксена - 24 (обр.67/991) [14]. При ограниченном объёме имеющихся аналитических данных попытка установить характер скрытой расслоенности разреза имеет мало шансов на успех. Однако, для целей нашего исследования важны самые "высокотемпературные" составы. Отметим, что наиболее магнезиальный Ol соответствует составу Fo87 (обр.67/1161, 67/1110.2), а наиболее тугоплавкие низко- и высококальциевые пироксены (обр.67/1110.2) имеют магнезиальность #mg87 и #mg88, соответственно.
Таким образом, в пределах массива установлено два типа разреза, принадлежащих к краевой группе плутона. Первый тип выявлен в пределах Аганозёрского блока и в наиболее эродированной части Шалозёрского. Второй тип разреза вскрыт в тех частях Шалозёрского блока, где степень эрозии значительно меньше. Поэтому, породы разреза первого типа следует интерпретировать как разрезы придонных частей краевой группы, тогда как разрезы второго типа, по-видимому, надо трактовать как породы её боковой фации.
Состав оливина интрателлурических вкрапленников
Важнейшим петрологическим параметром, накладывающим ограничения на физико-химические характеристики родоначальной магмы, является состав интрателлурических вкрапленников. Около половины объёма плутона составляют оливиновые кумулаты и адкумулаты, поэтому фазовый состав внедрившейся магмы устанавливается однозначно: родоначальный расплав и интрателлурические кристаллы Ol. Это утверждение верно, как в случае внедрения магмы в субликвидусном состоянии (высокомагнезиальный расплав и незначительное количество кристаллов Ol), так и в случае высокой степени "раскристаллизации" исходной смеси. Для оценки состава этих первичных кристаллов рассмотрим данные по вариациям магнезиальности Ol в разрезе зоны оливиновых кумулатов.
На Аганозёрском блоке непосредственно измерить состав оливина удается только в нижней несерпентинизированной части разреза (скв. 20). Данные, полученные предшественниками [5, 14], дополнены результатами собственных микрозондовых исследований и представлены на Рис 3. На протяжении 700 м керна наблюдается увеличение магнезиальности Ol вверх по разрезу от Fo85 вблизи контакта до Fo90 в близи фронта серпентинизации. Аналитические данные М.М. Лаврова показывают, что той же закономерности подчиняется распределение Ni и Cr: их содержания в Ol возрастают по мере удаления от контакта плутона.
Представление о вариациях состава Ol в серпентинизированной части разреза дают также результаты изучения составов акцессорного хромита. Этот минерал обладает высокой устойчивостью в процессах серпентинизации силикатов. В частности, хромиты Бураковско-Аганозёрского плутона не имеют магнетитовых "рубашек", что характерно для более высокотемпературных вторичных изменений [19]. Известно, что для шпинелидов характерен быстрый диффузионный обмен ионами Fe2+ и Mg2+ с сосуществующими фемическими минералами. Это обусловлено тем, что коэффициенты диффузии двухвалентных катионов в шпинелиде примерно в 1.5 раза выше, чем в оливине [20]. Таким образом, можно предположить, что магнезиальность реально наблюдаемого хромита должна коррелировать с изменением состава Ol, который на 95-98% слагает исследуемые адкумулаты. Эти вариации приведены на Рис 3. Как и следовало ожидать, в неметаморфизованной части разреза состав хромита изменяется параллельно составу Ol. Далее вверх по разрезу магнезиальность минералов понижается до значений, характерных для приконтактовых пород. Таким образом, зона оливиновых кумулатов Аганозёрского блока до серпентинизации характеризовалась максимумом показателя валовой магнезиальности, расположенного вблизи середины её разреза.
Очевидно, что наблюдаемое распределение элементов в оливиновых адкумулатах не может быть описано ни последовательным фракционированием магматического расплава, ни осаждением интрателлурических кристаллов оливина. Мы полагаем, что на Аганозёрском блоке валовый состав пород зоны изменился в процессе адкумулятивного дорастания кристаллов преципитата, а составы слагающего их оливина не отвечает ликвидусным. Таким образом, наиболее надёжной оценкой состава интрателлуричеких вкрапленников следут признать наиболее магнезиальные составы, установленные в краевой группе пород, которые для обоих блоков плутона отвечают Fo87.
Геохимическая термометрия пород краевой группы
Метод геохимической термометрии объединяет несколько подходов к решению обратных петрологических задач, направленных на оценку температуры и состава магматических расплавов, из которых кристаллизовались базиты и гипербазиты [9]. В основе метода лежит предположение о равновесном распределении компонентов между первичными кристаллами и жидкостью, а его практическая реализация связана с проведением расчётов по ЭВМ-моделированию равновесной кристаллизации расплавов конкретных пород. В случае интрузивных массивов образцы для вычислений выбираются на основе геологических данных по принципу приуроченности к одним и тем же горизонтам или близости расположения в вертикальных разрезах. Это дает основание предполагать общую температуру и состав интеркумулусного расплава.
Сравнительный анализ составов модельных расплавов при одних и тех же значениях температур позволяет найти области сгущения и пересечения эволюционных линий. Было показано, что наиболее компактные кластеры составов по петрогенным компонентам формируются в ограниченном диапазоне температур (в пределах 10-15оС), которые отражают начальные условия формирования генетически родственных пород [2]. При этом среднее значение для температурного интервала пересечений линий эволюции состава жидкости рассматривается как наиболее вероятная температура исходной расплавно-кристаллической смеси, а "равновесный" состав минералов принимается в качестве первичного (исходного). Состав жидкости, находящейся в равновесии с первичными кристаллами, определяет исходный расплав - в том смысле, что он соответствует состоянию смеси до того, как в ней пройдут процессы докристаллизации и (возможно) перекристаллизации.
Реализация геохимической термометрии проводится с помощью ЭВМ-модели COMAGMAT-3.0 [21; 4]. Ранее этот подход использовался при реконструкции температурно-композиционных и фазовых характеристик исходных магм для ряда интрузивов, включающих небольшие (мощностью 100-200 м) слабо дифференцированные силлы Сибирской платформы и Восточной Камчатки [9; 22; 2], контрастно расслоенные массивы Партридж Ривер и Талнах [23, 24, 25], а также крупные плутоны Скергаард, Киглапейт и Довырен [4, 26; 10; 27].
Успех применения геохимической термометрии к этим объектам связан с котектической природой исходных магм, которые во всех случаях представляли смеси кристаллов оливина, плагиоклаза и жидкости. Это наиболее благоприятная ситуация, когда расчетные траектории эволюции остаточного расплава образуют ярко выраженную область пересечения, что дает возможность надежной аппроксимации содержаний главных компонентов в исходном расплаве - с погрешностью ~ 0.5-1 мас.%. Неопределенности оценки температуры магмы составляют при этом 10-15оС, приближаясь к точности используемых геотермометров [2]. Менее надежны оценки, полученные в поле совместной кристаллизации Ol, Pl и пироксенов, поскольку в этом случае незначительное понижение температуры системы могут приводить к сильному повышению степени кристаллизации системы. Очевидно, что слабая зависимость состава расплава от температуры для эвтектоидных систем снижает разрешающую способность метода.
Третий вариант (к которому относятся попытки реконструкции исходной магмы Бураковско-Аганозёрского плутона) является наименее благоприятным для применения геохимической термометрии. Выше отмечалось, что смесь интрателлурических вкрапленников и исходной жидкости находилась в поле кристаллизации одного силикатного минерала - оливина. Топология линий эволюции состава расплава в поле избыточного компонента такова, что при практических расчетах (в силу аналитических и вычислительных неопределенностей) модельные траектории образуют не пересечение, а систему субпараллельных линий, которые накладываются друг на друга, образуя "полосообразный" тренд эволюции в координатах температура - состав (см. ниже Рис. 9). Это осложняет интерпретацию результатов моделирования, требуя привлечения дополнительной и независимой от расчетов информации о составе первичных кристаллов Ol (см. выше), которые используются для конкретизации температуры внедрения исходной магмы.
Условия проведения вычислений. При проведении термодинамических расчетов по методу геохимической термометрии необходимо задать значения интенсивных параметров, приближающиеся к условиям внедрения расплавно-кристаллической смеси. Главные характеристики включают давление, окислительно-востановительные условия и содержание в системе воды.
Бураковско-Аганозёрский плутон целиком залегает среди архейских пород, поэтому оценить мощность перекрывающих отложений и литостатическое давление вблизи его кровли не представляется возможным. Однако нижний предел давления можно оценить из следующих соображений. В рамках гипотезы единого интрузивного тела правомочно предположить, что к началу эрозионных процессов объемные соотношения мафитов и ультрамафитов в разных блоках были близкими. По данным петрофизического моделирования [11] доля дунитов в Бураковско-Шалозёрском блоке составляет 44% от современного объема блока. Если учесть, что этот блок частично эродирован, то на основании модели строения плутона [1] можно сделать вывод, что доля зоны оливиновых кумулатов в первичном залегании составляла не более 35-40% первичного объёма. Если теперь допустить, что первоначальная форма Аганозёрского блока была близка к современной конусовидной, то это означает, что эрозией уничтожено не менее 1/2 его разреза, а максимальная первоначальная мощность блока (по высоте конуса) составляла 10-12 км. Столь значительная мощность интрузивной камеры обеспечивает гидростатический перепад давления 3-4 кбар. Кроме того, в породах плутона отсутствуют реакционные взаимоотношения Ol и Pl, поэтому верхний предел давления можно отнести к условиям устойчивости плагиоклаза, которые по данным [28] отвечают P
8 кбар. При моделировании фазовых равновесий в расплавах придонных пород, общее давление принято равным 6 кбар, как среднее между минимальной и максимальной оценками. Заметим, что небольшие погрешности в оценке общего давления (порядка 1-2 кбар) не должны значительно сказываться на результатах геохимической термометрии, поскольку увеличение давления на 1 кбар влечёт за собой повышение железистости Ol на 0.2 мол.% Fo [29]. Это практически не сказывается на положении траекторий эволюции состава расплава в координатах состав - температура.