22676 (Включения ультрамафитов в базальтоидах островных дуг), страница 4

Включения первых двух, менее глубинных ассоциаций характеризуют обстановку "петрогенезиса под вулканами" фронтальной вулканической зоны и района Ключевской группы вулканов. Как явствует из анализа минералогических диаграмм (рис.9,10), глубины, охарактеризованные этими ассоциациями соответствуют положению переходного слоя "коро-мантийной смеси" в островодужной системе. Постоянное присутствие в различной степени метаморфизованных и метаморфических пород фундамента в связи с ксенолитами ультрамафитов, первично магматическая природа ультраосновных включений свидетельствуют о том, что этот переходный слой представляет из себя нижние горизонты коры, в различной степени переработанные метаморфическими и метасоматическими процессами. Широким распространением здесь пользуются многочисленные магматические образования базит-гипербазитового состава, связанные с эволюцией глубинных очагов вулканов. Различия в составе этого переходного слоя под вулканами фронтальной зоны (ксенолиты дунит-гарцбурги-товой ассоциации и сопутствующие им преимущественно безамфиболовые габброиды, а также метаморфизованные породы мелового фундамента) и района Ключевской группы вулканов (ксенолиты дунит-верлит-пироксенитовой ассоциации и сопровождающие их амфиболовые габброиды, амфиболсодержащие кристаллические сланцы и амфиболиты) свидетельствуют об активном участии существенно водных флюидов при его образовании во втором случае, и относительно сухом режиме в первом. Отражение этих отличий в характере вулканических процессов и составе продуктов вулканизма неоднократно подчеркивалось исследователями. Судя по минералогическим данным [6], исходные расплавы для вулканитов Харчинского и Заречного вулканов отличались высоким содержанием воды (таким же, как и для вулкана Шивелуч) и кристаллизовались при высокой фугитивности кислорода. Несколько меньшая, но также высокая водонасыщенность магматических расплавов предполагается для Ключевского вулкана [31]. Оценивая роль глубинной гидратации-дегидратации океанской литосферы в вулканизме Камчатки Н.И.Селиверстов [28] пришел к выводу о том, что глубинные магматические очаги Северной группы вулканов в отличие от вулканов, расположенных напротив Кроноцкого и Авачинского заливов, должны отличатся повышенным содержанием растворенного водного флюида.

Ксенолиты третьей ассоциации характеризуют обстановку магмообразования для проявлений вулканизма внутриплитного геохимического типа: относи-тельно низкие значения log f0₂, глубины и температуры, отвечающие шпинель-лерцолитовому равновесию. В петрологических моделях этот тип вулканизма (связанный с подьемом локальных мантийных плюмов) противопоставляется "надсубдукционному" островодужному [4]. Присутствие среди шпинелей в ксенолитах "островодужных" вулканитов относительно высокобарических глиноземистых генераций свидетельствует, однако, о более тесных генетических связях между этими типами.

Среди большого массива аналитических данных по составу позднекайнозойских вулканических пород Камчатского региона [9] имеется сравнительно небольшое число анализов, относительно приближенных к составу родоначальных расплавов. Породы различных серий островодужной системы отражают не столько составы первичных выплавок и условия их генерации, сколько вариации силикатных расплавов и условия, существовавшие в коровых магматических очагах [30]. Мнения исследователей в отношении состава родоначальных магм для этих серий расходятся. При этом наибольшие разногласия существуют в отношении приоритета высокомагнезиальных или высокоглиноземистых составов. Одни исследователи [30] считают, что среди первичных базальтов островных дуг следует выделять два крайних типа: толеитовый и щелочной. При этом для всех серий нормальной щелочности они предполагают наличие единой, близкой к толеитовой первичной базальтовой магмы с повышенным (8-12%) содержанием MgO. Это предположение подтверждается экспериментальными исследованиями [14], согласно которым высокоглиноземистые базальты островных дуг образуются в результате кристаллизационной дифференциации первичных высокомагнезиальных магм в очагах, располагающихся в переходной между корой и мантией зоне на глубинах 20-40 км. Расчетные составы первичных расплавов известково-щелочной магнезиальной серии Ключевского вулкана с учетом состава частично гомогенизированных расплавных включений отвечают пикритам [31]. Существует, однако, мнение [1] о том, что расплав высокоглиноземистого базальта является исходной магмой для пород известково-щелочной серии Восточной Камчатки.

Попробуем решить эту проблему с точки зрения анализа ксенолитсодержащих вулканитов и ксенолитов.

Присутствие в составе вулканической породы барофильной или высокотемпературной реликтовой кристаллической фазы свидетельствует о том, что расплав, из которого кристаллизовалась эта порода, в минимальной степени модифицирован процессами малоглубинной дифференциации, и здесь следует искать ответ на вопрос - каков был состав родоначального расплава. Состав ксенолитов в базальтоидах внутриплитного геохимического типа однозначно свидетельствует о том, что их первичные расплавы образовались в условиях шпинель-лерцолитового равновесия. Следовательно, им должны соответствовать относительно низкоглиноземистые, недосыщенные по SiO₂ высокотитанистые магнезиальные базанитовые составы. Именно таким составам отвечают ксенолитсодержащие базальтоиды из покровных вулканитов в фундаменте вулкана Бакенинг.

В целом, обе ассоциации "островодужных" ксенолитов (дунит-гарцбургитовая и дунит-верлит-пироксенитовая), также как и содержащие их вулканиты, претерпели значительную модернизацию в коровых магматических очагах и почти не содержат первичных признаков ранней эволюции. Однако, среди шпинелей из ксенолитов в известково-щелочной серии вулкана Шивелуч и субщелочной серии Харчинского вулкана были обнаружены генерации с повышенным содержанием глинозема, которые характерны для ксенолитов, находящихся в условиях шпинель-лерцолитового равновесия и ассоциирующих с вулканитами внутриплитного геохимического типа. По-видимому, здесь и нужно искать составы родоначальных расплавов для вулканических серий этих вулканов. В шпинелях из ксенолитов гарцбургитов в толеитовой серии Авачинского вулкана впервые были обнаружены первичные расплавные микровключения. Они фиксируются в генерациях минерала, которые по железистости охватывают практически весь диапазон изменения составов шпинелей гарцбургитов этого вулкана, начиная с наиболее ранней относительно железистой фазы. Следовательно, составы этих микровключений можно использовать для оценки первичных расплавов толеитовой серии вулканитов, содержащих ксенолиты ультрамафитов. Как видно из таблицы 7, составы эти соответствуют бонинитам. Более того, некоторые из них весьма близки по своим петрохимическим особенностям к экзотическим высокомагнезиальным породам "авачитам", найденным в районе Авачинского и Козельского вулканов [34]. Эти высокомагнезиальные базальты характеризуются обычным "бонинитовым" парагенезисом минералов (оливин, два пироксена, хромистая шпинель) в ассоциации с высококремнеземистым дацитовым стеклом. При этом в ядрах некоторых минералов-вкрапленников отмечаются высокомагнезиальные "гипербазитовые" генерации: оливин (Fo=90,0), клинопироксен (Mg#91,1-91,4), ортопироксен (Mg#82,4-83,5). Ассоциации близких по составу минералов и стекол основной массы характерны для бонинитов и сопутствующим им вулканитов.

Основываясь на характере зональности шпинелей, составе минералов и расплавных включений, историю эволюции ксенолитов гарцбургитов рассматри-ваемого вулкана можно представить в виде пяти стадии (табл.7 и 8). Первая стадия представлена относительно железистыми оливинами и пироксенами, которые встречаются в виде узников в шпинелях или в виде срастаний с наиболее ранними генерациями этого минерала. Вторая, третья и четвертая стадии представлены теми же минералами, но уже встречающимися в виде дочерней фазы расплавных включений в шпинели. В общем случае наблюдается направленное уменьшение железистости шпинелей, оливинов, клинопироксенов и составов расплавных включений. Вторая и третья стадии отличаются тем, что в близком диапазоне изменения состава шпинелей встречаются расплавные включения высоко- и низкожелезистые с соответствующим изменением составов оливинов. К пятой стадии относятся минералы, образовавшиеся после шпинелей-консервантов в жильных пироксенитах, а также в образцах интенсивно перекристаллизованных гарцбургитов. Первые четыре стадии характеризуют различные этапы кристаллизации исходных бонинитовых расплавов. С последней стадией связана, в основном, субсолидусная перекристаллизация ранее образовавшейся ("ксенолитной") кристаллической фазы. Отдельные этапы кристаллизации бонинитовых расплавов характеризуются резкой сменой физико-химических условий: повышением температуры минеральных равновесий, возрастанием окислительного потенциала. Подобные аномальные явления наблюдались также при анализе истории эволюции бонинитовых расплавов в некоторых бонинит-офиолитовых ассоциациях [7,8]. Обьясняются они дифференциацией бонинитового расплава при участии восстановленного, существенно водородного флюида. Обилие газово-жидких включений, сохранившихся в некоторых образцах ксенолитов, свидетельствует о том, что магмы авачинских бонинитов могли быть насыщены восстановленным флюидом, окисление которого в приповерхностной обстановке способствовало скачкообразному повышению температур.

Таким образом, в качестве индикатора первичных расплавов для содержащих ультраосновные включения толеитовых серий восточного вулканического пояса Камчатки можно рассматривать бонинитовую ассоциацию. Эти породы в последнее время привлекают пристальное внимание исследователей [7,30,36,38,39]. Обычно они встречаются в составе вулканитов энсиматических островодужных систем: Идзу-Бонинской, Марианской, Японской, Тонга, Ново-Гвинейской. Недавно бонинит-офиолитовая ассоциация была обнаружена в аккреционной призме Восточного Сахалина [8]. Существуют представления [30] о том, что бониниты и сопутствующие им марианиты возникают на относительно малых глубинах (от 10 до 30 км) при очень высоких температурах (1400-1430^oC) как результат взаимодействия мантийного диапира с породами земной коры. Экспериментальные исследования [43] показали, что бонинитовые расплавы могут находиться в равновесии с хромитсодержащими гарцбургитами при P=1 атм. - 5 кбар и T=1200-1400^oC даже в относительно сухих условиях. Именно такая связь хромитсодержащих гарцбургитов и высокомагнезиальных кремнеземистых расплавов характерна для ряда содержащих ультраосновные включения вулканов фронтальной вулканической зоны Камчатки.

Выводы.

1. Проявления позднекайнозойского вулканизма в пределах камчатской островодужной системы характеризуются наличием трех ассоциаций включений ультрамафитов: 1) дунит-гарцбургитовой; 2)дунит-верлит-пироксенитовой и 3) верлит-пироксенитовой. Первые две обнаруживают связь с островодужными вулканитами, третья является особенностью проявления базальтоидов внутриплитного геохимического типа. Ксенолиты первой ассоциации наблюдаются на вулканах фронтальной зоны, второй - обнаружены в связи с вулканитами Ключевской группы вулканов. Зональность в проявлении первых двух ассоциаций прослеживается и в характере пространственного расположения различных типов плутонических гипербазитов Камчатки.

2. Несмотря на сходство составов сериальных и формационных типов ксенолитов гипербазитов, с одной стороны, и плутонических ультрамафитов с другой, между ними имеются существенные различия. Так, шпинели плутонических гарцбургитов существенно более глиноземистые и менее хромистые, чем те же минералы из ксенолитов близкого состава, а пироксены - более глиноземистые, более хромистые и менее кальциевые. Тренды изменения составов минералов свидетельствуют о том, что эти различия вряд ли могут быть вызваны процессами перекристаллизации ксенолитов плутонических ультрамафитов при попадании их в базальтовые расплавы.

3. Обнаруженные в ксенолитах гарцбургитов и верлитов Авачинского вулкана первичные расплавные включения, широко проявленная зональность шпинелей, а иногда и пироксенов включений свидетельствуют о первично магматической природе этих образований. Вместе с тем, они характеризуются интенсивно проявленными процессами их вторичной перекристаллизации в связи с изменением P-T- fO_2. условий.

4. Ксенолиты дунит-гарцбургитовой и дунит-верлит-пироксенитовой ассоциаций вместе с сопутствующими им метаморфическими и метаморфизованными породами меланократового фундамента отражают состав современного переходного слоя "коро-мантийной смеси", выделенного геофизическими методами под активными вулканами Камчатки. Базит-гипербазитовые плутонические ассоциации совместно с вмещающими их метаморфическими и метаморфизованными породами меланократового фундамента являются отражением выведенного в настоящее время на земную поверхность переходного слоя "коро-мантийной смеси", который существовал здесь в верхнемеловое-палеогеновое время.

5. Анализ ранних стадий образования включений позволяет высказать предположение о том, что первичными расплавами для пород толеитовых серий фронтальной зоны, несущих ультраосновные ксенолиты, были выскомагнезиальные и высококремнеземистые расплавы, близкие к бонинитам, а для вулканитов известково-щелочных и субщелочных серий - близкие к базанитам внутриплитного геохимического типа.

Авторы благодарны Т.Г.Чуриковой за работу по гомогенизации и микрозондовому изучению расплавных включений, а также Г.П.Пономареву за консультации при использовании геотермометров и геобарометров.

Список литературы

Бабанский А.Д., Рябчиков И.Д. Происхождение известково- щелочных магм островных дуг по экспериментальным данным // Петрология и геохимия островных дуг и окраинных морей. М.: Наука, 1987. С. 277-293.

Балеста С.Г. Земная кора и магматические очаги областей современного вулканизма. М.: Наука, 1981. 133 с.

Включения в вулканических породах Курило-Камчатской островной дуги. М. : Наука, 1978. 222 с.

Волынец О.Н. Петрология и геохимическая типизация вулканических серий современной островодужной системы: Дис. док. геол-мин.наук. М., 1993 . 67 с.

Волынец О.Н., Ананьев В.В. Хромистые амфиболы и слюды ультраосновных включений в четвертичных лавах Камчатки и Курил // Докл. АН СССР. 1989. Т. 307. N5. С. 1203-1206.