Общая-геохимия.-Иркутск-2019 (1) (856215), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Однако в ограниченных районах свысоким тепловым потоком, маломощной корой и низким парциальным давлением воды плагиоклазовый пиролит может представлять собой устойчивую ассоциацию. Возможно, к таким областямотносятся отдельные районы Японии и западная часть США с ихтонкой корой, высоким тепловым потоком и скоростью сейсмических волн у границы Мохо менее 8 км/с.
Плагиоклазовый пиролитможет также встречаться под некоторыми островными дугами, отличающимися низкими значениями скоростей сейсмических волн вмантии, а также под срединно-океаническими хребтами. Вследствие изменения границы между полями гранатового и пироксенового пиролитов распространение последнего в мантии более ограниченно, чем это следует из модели [Green and Ringwood, 1970].Новые данные показывают, что в океанической мантии пироксеновый пиролит переходит в гранатовый пиролит на глубине 70 км ипереход зависит от распределения температур. Таким образом, распространение пироксенового пиролита ограничено глубинами между 30 и 70 км. Маловероятно, чтобы пироксеновый пиролит былустойчив под стабильными континентальными районами.
Наличиеэтой ассоциации в виде альпинотипных перидотитов в ядрах склад127чатых сооружений свидетельствует о том, что ее формированиепроисходило при температурах, намного превышающих температуры, которые можно было бы ожидать под тектонически спокойными областями континентальной коры. Устойчивой ассоциацией втаких регионах должен быть гранатовый пиролит.В отличие от теоретической пиролитовой модели верхнеймантии более сложные модели, основывающиеся преимущественнона экспериментальных определениях состава пород, имеющих мантийное происхождение, предполагают в качестве исходного вещества мантии гранатовый лерцолит. Лерцолитовая модель предложена Л.
В.Дмитриевым в 1969 г. В отличие от пиролитовой, она является эмпирической и основана на анализе большого количествакаменного материала, собранного в рифтовых зонах срединно- океанических хребтов Мирового океана. Лерцолит верхней мантии состоит из смеси пяти частей перидотита-гарцбургита и одной частитолеитового базальта океанических рифтовых долин. Рассчитаннаяплотность вещества мантии по лерцолитовой модели более точносоответствует сейсмическим данным, чем другие модели.
Лерцолиты, возможно, представляют исходную мантию, а дуниты и гарцбургиты являются остатком после выплавившихся базальтов, которые отделились от мантийного вещества (рис. 50). Пиролитовая илерцолитовая модели принципиально между собой не расходятся иподразумевают, что петрологический состав верхней мантии близок к таковому во всей более глубокой мантии.абРис. 50. А – классификационная диаграмма перидотитов и пироксенитов,основанная на пропорциях оливина и пироксенов (красным показановозможное поле для исходных лерцолитов); б – схема соотношениймежду лерцолитами и гарцбургитами в координатах TiO2-Al2O(по: [Dowson, 1980])128Пиклогитовая модель предполагает доминирование пироксен- гранатовой ассоциации и имеет более чётко выраженныйхимический контраст с остальной мантией.
Более частная эклогитовая модель допускает присутствие в верхней мантии эклогитовых линз и блоков. Все рассмотренные петрологические моделиверхней мантии весьма обобщённые и гипотетические.Также существуют модели верхней мантии, берущие в качестве исходного вещества Земли состав метеоритов, представленныхуглистыми и железистыми хондритами. Таблица 7, в которой приведен средний состав верхней мантии по трем моделям, демонстрирует замечательную особенность, а именно сходство абсолютно независимых оценок модельного состава мантии – пиролитовой, лерцолитовой и хондритовой.
Видно, что независимо от принятой модели по крайней мере на 90 % верхняя мантия состоит из окисловкремния, магния и двухвалентного железа. Еще 5–10 % представлены окислами кальция, алюминия и натрия.Таблица 7Химический состав верхней мантии Земли, мас. %ОксидSiO2TiO2Al2O3 FeOMnOMgOCaONa2OK2OПиролитоваямодельЛерцолитоваямодельХондритоваямодель45,20,73,59,20,1437,53,10,60,1345,30,23,67,30,141,31,90,20,148,10,43,813,50,230,52,40,90,2Таким образом, на 99 % верхняя мантия состоит всего из шести окислов: SiO2 – 45,16 %, TiO2 – 0,22 %, Al2O3 – 3,97 %, MgO –38,30 %, FeO – 7,82 %, CaO – 3,50 % (рис. 51). O, Si, Mg – главныепетрогенные элементы верхней мантии, Fe, Al, Ca – второстепенные, а все остальные следует считать малыми элементами.Малые элементы мантии принято делить на совместимые инесовместимые (см.
главу 2.3). Совместимые элементы мантии относительно легко изоморфно замещают главные и второстепенныеэлементы в структурах минералов мантии. Например, Cr хорошо129совместим с Al, а Ni, Co хорошо совместимы с Mg и Fe. Несовместимые элементы сильно отличаются по размеру (радиусы атомов)и заряду от главных и второстепенных элементов мантии, и поэтому они не могут их изоморфно замещать в структурах минераловмантии. Примеры несовместимых элементов: K, Rb, Cs, Sn, W, Ta,Nb, Mo, P, Cu, Pb, As, Hg, Sb, Bi, B, C, S, U, Th и др.Рис. 51.
Состав современной мантии по пиролитовой модели[Ringwood, 1981]7.1.5. Базальты как источник информациио составе мантииГлавным источником информации о составе литосферноймантии являются глубинные ксенолиты пород ультраосновного иосновного составов, которые выносятся на поверхность Земли магматическими расплавами. Глубинные ксенолиты широко распространены в кимберлитовых трубках и в щелочных базальтах – продуктах деятельности вулканов центрального типа. Наличие ксенолитов зависит, прежде всего, от скорости транспортировки их к поверхности.
Так, кимберлитовые трубки и вулканы представляютсобой естественные скважины, по которым двигаются так называе130мые транзитные расплавы. Они доставляют породы из нижней коры и верхней мантии с глубин до 250 км с высокой скоростью.Учитывая, что давление в мантии находится в прямой зависимостиот глубины и определяет состав минеральных парагенезисов, можно оценить это давление по минеральному составу ксенолитов. В тоже время при подъеме ксенолиты перемешиваются и при реконструкции их положения в вертикальном разрезе мантии используютстатистический подход с усреденением данных по большому числуксенолитов в разных объектах одного района.В толеитовых базальтах ксенолиты отсутствуют, поскольку этипороды образуются при высоких степенях частичного плавлениямантии и, следовательно, ксенолиты в них переплавляются (резорбируются).
Ксенолиты также отсутствуют в дифференцированных ибимодальных вулкано-плутонических сериях, так как такие серии,как правило, являются продуктами длительной эволюции магм впромежуточных коровых очагах (от первых десятков до тысяч лет),где также существуют все условия для растворения ксенолитов.Таким образом, изучение ксенолитов позволяет выявить гетерогенность и наметить основные типы пород верхней мантии.Дополнительным источниками информации о составе мантииявляются сами базальты, которые генетически связаны с родоначальными (первичными) расплавами, образующимися при частичном плавлении вещества верхней мантии. Базальты наиболее широко распространены в различных магматических сериях, что позволяет сравнивать их между собой по разным критериям: возраст,геологическая позиция, состав, геодинамическая обстановка проявления.
Поэтому в геохимии важное значение приобрела типизациябазальтов и мантийных резервуаров на основе их геохимическихи изотопных параметров. Чтобы охарактеризовать области мантийных источников базальтовых лав, геохимик использует различныегеохимические трассеры.
Такими трассерами являются изотопныеотношения дочерних элементов радиоактивных нуклидов и отношения концентраций несовместимых редких элементов. Расплавкопирует эти индикаторные отношения из источника и переноситих к поверхности с небольшими изменениями или без искажений.При типизации базальтов используются различного рода бинарныедиаграммы и спайдер-диаграммы с нормированием (делением наконцентрацию соответствующего элемента в некотором эталоне,обычно ПМ) по примитивной мантии, на которых элементы распо131лагаются в порядке уменьшения степени несовместимости слеванаправо (рис.
52). Где угол наклона спектра – это степень относительного обогащения/истощения несовместимыми элементами,форма спектра – это состав и генетические особенности источникавещества, фракционирование отдельных химических элементов –отражение процессов магматической дифференциации.Рис. 52. Нормированные к примитивной мантии распределения редкихэлементов в базальтах океанических хребтов (N-MORB – красная кривая),океанических островов (OIB- зеленая кривая) и в континентальной коре(синяя кривая)Пунктирная линия – содержание элементов в примитивной мантии.
По горизонтальнойоси слева направо на этих диаграммах расположен ряд элементов от более несовместимых кменее несовместимым, от наиболее мобильных к наиболее неподвижным и в порядке групп:LILE, HFSE, LREE, MREE, HREE. По вертикальной оси откладываются содержания элементов,нормированные на состав хондрита, примитивной мантии или N-MORB.Таким образом, в спайдер-диаграммы закладывется одновременно классификационный и генетический принципы, посколькуанализ подобного рода диаграмм позволяет:1) анализировать распределение сразу широкого круга элементов;1322) сравнивать между собой базальты различных геологических и геодинамических обстановок и, соответственно, различногогенезиса;3) оценивать закономерности эволюции состава базальтов вовремени для одного геологического объекта;4) проводить прямое сравнение петрогенных и редких элементов с близкой совместимостью (например, K-La, K-Rb, P-Nd, Ti-Sm,Al-Sc);5) выявлять связь HFSE и REE близкой совместимости(Nb(Ta)-La, Zr-Sm).В литературе по геохимии магматических пород используетсяпонятие «магматический источник», а расплав, формирующийсянепосредственно в этой области (например, зона плавления мантийного вещества), называется первичной магмой (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
