Петрогенетическая интерпретация ассоциаций минералов-вкрапленников плейстоценовых- голоценовых вулканитов Эльбруса (стр. 6 из 7)

Остаточные стекла

Рис. 8

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

C в исходных: магме (1 вес.% H₂O) и расплаве (2 вес.% H₂O), с перепадом давлений от 8 до 0,5 кбар, по [38]. Фигуративные точки стекол из эльбрусских вулканитов расположены вблизи этого тренда при давлениях 5 кбар и ниже, что может свидетельствовать в пользу существования этапа декомпрессии в эволюции расплавов этих вулканитов.

Реакционные каймы

Появление 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 P_H2O 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 плагиоклазах

Известны 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 X_Ca) 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 P_H2O 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 ортопироксенах

Появление 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.