Включения ультрамафитов в базальтоидах островных дуг (стр. 5 из 8)

Ортопироксены. Магнезиальный энстатит является вторым по распространенности (после оливина) минералом гарцбургитов и дунитов. В виде единичных, но достаточно крупных (до 300 на 400 мк) кристаллов встречается также в верлитах и пироксенитах, чаще в ксенолитах Авачинского вулкана, очень редко на вулкане Шивелуч. Выделенный по убывающей магнезиальности ряд клинопироксенов (табл.4) в общих чертах повторяется и для ортопироксенов (табл.5), хотя эти вторые заметно более железистые. Содержание глинозема здесь в общем случае также прямо коррелируется с железистостью минерала. Нарушение этой закономерности в сторону понижения глиноземистости в ряду авачинских ксенолитов наблюдаетя для ортопироксенов жил, а также в образце интенсивно перекристаллизованного гарцбургита с роговиковой структурой (табл.5, NN2,10,12). Для большинства этих генераций минерала (за исключением флюидно обогащенного образца P-1) отмечается также аномальное понижение хромистости. Этими особенностями лишний раз подчеркивается вывод о происхождении пироксенитовых жил в основном за счет вторичной перекристаллизации гарцбургитов. Аномально пониженной глиноземистостью, сопровождающейся возрастанием магнезиальности минерала, характеризуются также ортопироксены в участках интенсивной перекристаллизации из ксенолитов Харчинского вулкана и Шивелуча (табл.5, NN18 и 21). Изменение содержания хрома при этом практически не наблюдается на фоне общего более низкого содержания этого компонента в ортопироксенах из ксенолитов этих вулканов. Максимальные содержания Cr при повышенной глиноземистости имеют энстатиты дочерней фазы в шпинелях авачинских ксенолитов (табл.5, NN3 и 13). Такое обогащение можно было бы обьяснить как результат диффузионного обмена с высоко хромистым минералом-консервантом. Однако, повышенное содержание хрома имеют также ортопироксены-узники, а также генерацииэтого минерала, образовавшиеся после шпинели-консерванта (табл.5, NN1, 4-6). Это свидетельствует, вероятно, об изначально высоких концентрациях этого компонента в расплаве.

Ортопироксен заметно более зонален, чем клинопироксен. В нем проявлена зональность двух типов. Первый тип характеризуется возрастанием к краям зерен железистости и содержания Al и Ca. Это первичная зональность, которая отражает особенности изменения этих компонентов при переходе от более магнезиальных к более железистым разностям ксенолитов. Второй, также широко распространенный тип, выражается в уменьшении железистости, глиноземистости и обычно хромистости, в краевых или более мелкозернистых генерациях этого минерала. Эти особенности свидетельствуют о вторичной природе этого типа зональности, связанной с процессами перекристаллизации ксенолитов.

3. Обсуждение материалов.

По своему валовому химическому и редкоэлементному составу наиболее магнезиальные ксенолиты первых двух ассоциаций (дунит-гарцбургитовой и дунит-верлит-пироксенитовой) близки между собой и значительно отличаются от "железистых" гарцбургитов и пироксенитов третьей ассоциации (верлит-пироксенитовой) и тем более - от существенно лерцолитовых ксенолитов внутриплитных вулканитов континентальных и океанических областей. Отличия эти выражаются в их крайней обедненности легкоплавкой базальтоидной составляющей и обогащенностью тугоплавкими компонентами. Значит ли это, что в случае первых двух ассоциаций мы имеем дело с реститами "обедненной мантии", а для третьей ассоциации можно предполагать неполное истощение мантийного субстрата? Если это так, то мы должны иметь тому минералогические доказательства, так как минералы являются хорошими индикаторами фациальной обстановки проявления геологических процессов.

Рассмотренный материал по шпинелидам показывает существенные различия в составах и характере эволюции этой группы минералов в однотипных породах ксенолитов различных серий. На Авачинском вулкане шпинели распространены не только в дунитах-гарцбургитах, но также в верлитах и пироксенитах. Здесь резко преобладает доинверсионный высокомагнезиальный и высокохромистый тип шпинелей, образование которого, скорее всего, связано с процессами кристаллизации магматических расплавов. Малая степень окисленности железа свидетельствует о том, что происходило это при низкой фугитивности кислорода. Действительно, как видно из рассмотрения табл.6, log fO₂ в авачинских гарцбургитах при T=1000⁰C меняется от -10 до -10,7 и только в верлитах возрастает до -8,1. Оценки летучести кислорода в авачинских гарцбургитах дают значения fO₂, близкие к гипотетическому буферу NNO. Это на один порядок ниже тех значений, которые приводятся [4] для характеристики условий кристаллизации безамфиболовых вкрапленников в толеитовых сериях Курило-Камчатской островодужной системы. Высокая хромистость минерала свидетельствует о малоглубинном уровне [42] и повышенных температурах [35, 43] его кристаллизации. Как видно из табл.6, предполагаемые температуры кристаллизации большинства минеральных парагенезисов в ксенолитах Авачинского и Ключевского вулканов лежат в интервале 1000-1060⁰C. Для сходных пород вулканов Харчинский и Шивелуч эти температуры значительно ниже. Лишь интенсивно перекристаллизованные гарцбургиты (табл.6, N13) и жильные пироксениты (табл.6, NN8,11) Авачинского вулкана характеризуются сравнительно низкими температурами минеральных равновесий. Только этот доинверсионный тип шпинелей приближается по составу к "плутоническим" шпинелидам восточной Камчатки. В этих гипербазитах, однако, шпинель более глиноземистая, менее хромистая и в целом характеризуется несколько меньшей окисленностью железа и на порядок более низкими значениями log fO₂ (ттабл.6, N36). В дунитах субщелочной базит-гиперпазитовой формации шпинель высоко железистая и отличается также повышенной глиноземистостью. Она характеризуется повышенной окисленностью железа и на порядок (по сравнению с аналогичными минералами в ксенолитах Шивелуча) более высокими значениями log fO₂ (табл.6, N37). На вулканах Ключевской, Харчинский и Шивелуч шпинель встречается в дунитах, гарцбургитах и вебстеритах. В пироксенитах и верлитах распространен практически только титано-магнетит. Здесь преобладает постинверсионный, сравнительно железистый и хромистый тип шпинелей с высокой степенью окисленности железа. При тех же расчетных температурах фугитивность кислорода здесь почти во всех образцах на два порядка выше, чем в породах Авачинского вулкана. Эта характеристика отвечает тем значениям, которые приводятся в [4] для описания условий кристаллизации амфиболсодержащих вкрапленников в известково-щелочных сериях Курило-Камчатской островодужной системы. Образование этого типа шпинелей связано с процессами кристаллизации из относительно обводненных расплавов при пониженных температурах. Впоследствии, возможно, происходила субсолидусная перекристаллизация рассматриваемого минерала в условиях повышенной фугитивности кислорода (табл.6, N23). Малочисленную, но весьма важную группу составляют наиболее ранние генерации высокоглиноземистых на Харчинском вулкане или относительно глиноземистых шпинелей на вулкане Шивелуч. При этом наиболее глиноземистые генерации этого минерала отличаются на порядок более низкими значениями log fO₂, которые соответствуют таковым для условий кристаллизации вкрапленников безводных минералов в базальтах внутриплитного геохимического типа [4] и приближаются к значениям фугитивности кислорода в шпинели ксенолитов из базальтоидов района вулкана Бакенинг (табл.6, NN32,33). Это единственные свидетели ранней стадии эволюции расплавов, исходных для всей гаммы распространенных здесь вулканических пород. Подобный тип шпинелей в островодужных системах распространен только в ассоциации с внутриплитным геохимическим типом базальтоидов и связан с эволюцией относительно глубинных (в условиях шпинель-лерцолитового равновесия) родоначальных расплавов.

Рис. 9

Клинопироксены дунит-гарцбургитовой и дунит-верлит-пироксенитовой ассоциаций в целом характеризуются низкой глиноземистостью, натровостью и титанистостью в сочетании с высокой кальциевостью и повышенными содержаниями SiO₂ по сравнению с теми же минералами из лерцолитов в базальтоидах внутриплитного типа. Аналогичные минералы третьей ассоциации в этом плане имеют промежуточное положение. Являются ли эти отличительные особенности следствием большей деплетированности ксенолитов островодужных вулканитов? Состав клинопироксенов в ксенолитах ультрамафитов находится в прямой зависимости от той фациальной обстановки, при которой происходит процесс образования или преобразования включений [15,44]. На рисунке 9 в координатах Na-Al показана суммарная картина вариаций составов клинопироксенов в ксенолитах различных ассоциаций Камчатки, а также диапазон изменения составов этого минерала для различных стадий его эволюции. Как видно на этой диаграмме, поле составов этого минерала из ксенолитов ультрамафитов первых двух ассоциаций, не подверженных метасоматическому изменению, целиком располагается в области, отвечающей пироксенам гарцбургитовой стадии эволюции включений (фация оливин-плагиоклазового равновесия). И только пироксены интенсивно амфиболитизированных пироксенитов Шивелуча характеризуются запредельной натровостью. Использование различных геобарометров позволяет оценить давление соответствующего равновесия величиной не более 10-12 кбар или глубинами, не превышающими 30-40 км. Поле клинопироксенов из верлитов и гарцбургитов третьей ассоциации для наименее измененных включений соответствует промежуточной области перехода от лерцолитовой к гарцбургитовой стадии эволюции включений и постепенно смещается в сторону минимальных содержаний Na и Al для наиболее перекристаллизованных разностей. Начало становления этой серии вероятно происходило при давлении менее 15 кбар, то есть на глубинах не более 45-50 км. Сходный характер эволюции наблюдается для шпинелидов (рис.10). Образование подавляющего большинства генераций этого минерала первых двух ассоциаций начинается при давлении не более 12-13 кбар, и только реликтовые высокоглиноземистые шпинели из ксенолитов Харчинского вулкана начинают свой путь с больших глубин лерцолитовой стадии. Они находятся в одном эволюционном ряду с глиноземистыми шпинелями третьей ассоциации, для которых, как и для клинопироксенов, отмечается последовательный переход от лерцолитовой к оливин-плагиоклазовой фации глубинности.