7. УСЛОВИЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ
И СОСТАВ ПРИМИТИВНЫХ МАГМ.
7.1
Температура и давление.
Температуры интрателлурической кристалли- зации примитивных магм
Тродоса определялись методом гомогенизации расплавных включений в минералах вкрапленниках
по методике, описанной в Главе 3. Соотношение между Тгом расплавных включений и составами
вмещающих их минералов приведены на Рис. 6. Измеренный температурный интервал интрателлурической
кристаллизации Ol НПЛ составил 1145-1210оС (Fo85.8-91.6). Для Ol ВПЛ типов 1а
и 1б эти интервалы составляют, соответственно, 1195-1315оС (Fo88.9-91.9) и 1215-
1380оС (Fo89.4-93.2). При одинаковой магнезиальности кристалли- зующегося Ol
расплавы ВПЛ существенно более высокотемпературные. ВПЛ имеют крутой наклон тренда, характерный
для магматических серий с продолжительной кристаллизацией одной фазы - оливина (+Sp) (например,
бониниты Тонга [Sobolev, Danyushevsky, 1994]). Тренд НПЛ характеризуется более пологим наклоном,
типичным для области котектической кристаллизации силикатов (например, ТОР) [Кадик и др.,
1990]. Начало кристаллизации Cpx в НПЛ и ВПЛ фиксируется при ~1200оС.
Данные барометрии по составу Cpx [Nimis, 1995], а также присутствие
низкоплотных флюидных включений в минералах свидетельствуют о том, что кристаллизация минералов
вкрапленников изученных магматических серий Тродоса происходила в приповерхностных условиях
при давлениях, не превышавших 1-2 кбар.
7.2 Окислительно-восстановительные условия
Примитивные магмы Тродоса характеризуются относительно окисленными условиями кристаллизации
при fO2 вблизи и выше буфера QFM. Наиболее высокая fO2 (NNO+0.5) характерна для примитивных
расплавов НПЛ и ВПЛ-1а. При кристаллизации расплавов всех типов наблюдается монотонное повышение
fO2 относительно линий буферных равновесий с понижением температуры.
7.3 Состав примитивных расплавов.
7.3.1 Главные элементы.
Содержание петро-генных элементов в расплаве определялось прямым
анали-зом гомогенизированных расплавных включений в Ol и Cpx, а также закаленных при известной
температуре и тонко раскристаллизованных в природных условиях расплавных включений в Sp.
Магмы, захваченные в виде включений, широко варьи-руют по содержанию MgO и образуют непрерывный
ряд составов от ультрамафи-ческих до андезитовых (Рис. 7). Наиболее магнезиальные расплавы
с содержанием MgO, достигающим 20-22 мас.%, были установлены в типах ВПЛ-1б и 2. Макси-мальная
концентрация MgO в магмах ВПЛ-1а составляет около 16 мас.%, в магмах НПЛ -10.5 мас.%. Составы
наименее магнезиальных расплавных включений отвечают составам закалоч-ных стекол пород соот-ветствующих
типов. При одинаковом MgO расплавы НПЛ демонстрируют систематически более высокие содержания
CaO, Al2O3 и более низкие FeO, SiO2 по сравнению с ВПЛ. Тренды составов расплавных включений
из ультрамафических ВПЛ соответствуют 15-20% кристаллизации Ol (+Sp), к которому при MgO~8
мас.% присоединяется Cpx. Составы примитивных расплавов НПЛ контролируются совместной кристаллизацией
Ol и Cpx, к которым присоединяется Pl при MgO~8 мас.%. Вариации в составах примитивных расплавов
ВПЛ полностью согласуются с различиями в составе пород и стекол различных геохимических
типов (см. выше), что со всей очевидностью указывает на то, что различия в составах ВПЛ
связаны с различиями в составе наиболее примитивных магм.
Расплавы
НПЛ по содержанию петрогенных элементов могут быть охарактеризованы как низкокалиевые островодужные
толеиты и являются промежуточными по составу между магнезиальными ТОР, с одной стороны,
более кремнекислыми типично островодужными магмами бонинитового типа. Близкими аналогами
ВПЛ по содержанию петрогенных компонентов являются высококальциевые бониниты [Sobolev, Danyushevsky,
1994]. К общим особенностям ВПЛ и бонинитов относятся сочетание высокой магнезиальности
расплавов, повышенного содержания SiO2, Н2О (см. ниже), пониженных Al2O3, CaO по сравнению
с ТОР.
Общей особенностью расплавных включений ВПЛ и НПЛ являются широкие
вариации несовместимых элементов (K, Na, Ti) в расплавах, захваченных в наиболее магнезиальные
вкрапленники оливина и хромистой шпинели узкого интервала составов. Этот факт не может быть
результатом фракционной кристаллизации оливина и/или клинопироксена и указывает на смешение
различных по составу магм на ранних стадиях кристаллизации магматических серий Тродоса.
7.3.2 Элементы-примеси.
Составы расплавных включений, захваченных высокомагнезиальным Ol
и Sp, показаны на Рис. 8. Основная популяция включений расплавов различных геохимических
типов тяготеет к соответствующим им по типу полям пород. Средние содержания РЗЭ во включениях
также близки к составам пород. Этот факт демонстрирует несомненное генетическое родство
расплава, зафиксированного в составе пород и представляющего позднюю стадию эволюции магматических
систем, и расплавов, захваченных во включения на ранней стадии этой эволюции.
В то же время, обращают на себя внимание огромные вариации содержания
наиболее несовместимых элементов (легких и средних РЗЭ, Ba, Sr, Zr) во включениях, установленые
во всех детально изученных образцах типов НПЛ, ВПЛ-1 и ВПЛ-2 (Рис. 8). Во включениях присутствуют
расплавы как гораздо более обедненные несовместимыми элементами, по сравнению с породами,
так и наоборот, более обогащенные. Например, отношение [La/Sm]n в расплавах НПЛ варьирует
почти в 20 раз, от 0.1 в ультраобедненном расплаве, до 1.9 в обогащенном. Близкая картина
наблюдается и для расплавных включений в минералах ВПЛ. По содержанию петрогенных элементов
расплавы различной степени обедненности практически не различаются.
Нормализованные к составу примитивной мантии [Sun, McDonough, 1989]
спектры содержаний несовместимых элементов в большинстве расплавных включений демонстрируют
явные признаки надсубдукционного происхождения магм Тродоса. Это проявляется в четких максимумах
нормализованных содержаний литофильных элементов с большим ионным радиусом (Ba, K, Sr) относительно
РЗЭ близкой степени несовместимости [McCulloch, Gamble, 1991]. Типичный для многих островодужных
серий пород минимум концентраций Nb относительно La и К характерен для расплавов НПЛ. В
то же время для всех типов пород обнаружены расплавы, в которых отношения элементов близкой
степени несовместимости K/Nb, K/La и Sr/Nd, нормализованные к составу примитивной мантии,
имеют недифференцированные значения близкие к 1. В этих расплавах геохимические признаки
их надсубдукционного происхождения отсутствуют и на основании только содержаний элементов-примесей
они неотличимы от магм, которые могли образоваться в обстановке СОХ или океанических островов
[Sun, McDonough, 1989]. Единственным принципиальным отличием расплавов Тродоса является
высокое первичное содержание H2O > 1 мас.%, установленное во всех расплавах вне зависимости
от степени обогащенности литофильными элементами с большим ионным радиусом.
Расплавы, сильно отклоняющиеся от полей составов пород, были установлены
только в наиболее магнезиальных минералах каждого типа (Fo>88 мол.%), что совпадает с
данными изучения ТОР [Sobolev, Shimizu, 1994]. Более дифференцированные расплавы полностью
соответствуют по составу породам. Этот факт можно интерпретировать как результат захвата
в виде включений геохимически разнообразных родоначальных расплавов магматических серий
Тродоса, существовавших на самых ранних стадиях кристаллизации. На поздних стадиях геохимическое
разнообразие магм было в значительной степени стерто процессами смешения. Вероятно, что
состав пород и стекол определялся именно составом продуктов смешения [Sobolev, Shimizu,
1994].
7.3.3 Летучие компоненты.
Главным летучим компонентом магм Тродоса являлась H2О. Данный факт
подтверждается прямым анализом расплавных включений, присутствием в минералах существенно
водных флюидных включений, систематической разницей между температурами закалки включений
и расчетными псевдоликвидусными температурами, высоким содержанием H2О в базальтовых стеклах.
Содержания H2О в примитивных расплавах Тродоса варьирует от 1 до 3 мас.%. Минимальные концентрации,
не превышающие 2 мас.%, характерны для расплавов НПЛ. Расплавы ВПЛ характеризуются, в целом,
более высокими содержаниями H2О. В ряду ВПЛ 1а-1б-2 наблюдается последовательное повышение
максимальных и средних значений содержания H2О (или H2О/Al2O3) с увеличением степени обедненности
магм Ti. Среди стекол подобная зависимость отсутствует. Максимальные значения H2О/Al2O3
в стеклах всех геохимических типов не превышают 0.17, тогда как во включениях типов ВПЛ-2
и 3 это отношение достигает величины 0.25 и более, что свидетельствует о существенной дегазации
магм типов ВПЛ-2 и 3 к моменту закалки и непригодности составов вулканических стекол этих
типов для оценки содержания H2О в родоначальных магмах.
Наиболее
близкими аналогами расплавов Тродоса по содержанию H2О являются бониниты и толеиты островных
дуг. Особо следует отметить высокие концентрации H2О во включениях из пород типа ВПЛ-2,
достигающие 3 мас.% при MgO=16-18 мас.%, что является в настоящее время максимально известной
концентрацией для столь примитивных магм [Sobolev, Chaussidon, 1996].
Концентрация H2О в расплавах Тродоса находится на практически постоянном
уровне и не коррелирует с содержаниями несовместимых элементов, которые варьируют в примитивных
расплавах на порядок величин. Особенно ярко это проявляется для ультраобедненных несовместимыми
элементами расплавов (Рис. 8). Например, отношение H2О/K2O в расплавах Тродос, ультраобедненных
наиболее несовместимыми элементами достигает величин >100, что не имеет аналогов среди
известных составов мантийных магм. Расплавы с экстремально высокими отношениями H2О к литофильным
несовместимым элементам установлены во всех геохимических типах пород Тродоса.
Содержание хлора в базальтовых стеклах и большей части расплавных
включений составляет от 200 до 500 г/т (в среднем 320 г/т) и хорошо коррелирует с содержаниями
наиболее несовместимых элементов (например, K, La). Эти концентрации несколько выше, по
сравнению с примитивными ТОР обедненного типа (<100 г/т [Michael and Schilling, 1989])
и близки к характерным концентрациям в стеклах базальтов задуговых спрединговых центров
[Aggrey et al., 1988 и др.]. Наиболее высокие концентрации Cl характерны для ВПЛ (в среднем
350 г/т), магмы НПЛ несколько беднее этим компонентом (в среднем 250 г/т). Отношение H2О/Cl
варьирует от 10 до 900, однако средние значения H2О/Cl для стекол и включений близки к среднему
составу морской воды и составу примитивной мантии (~50) [Jambon, 1994].
Максимальные концентрации серы установлены в примитивных магмах
НПЛ - в среднем 700 г/т, ВПЛ содержат в среднем 300 г/т. Эти различия связаны с вариациями
состава родоначальных магм Тродоса. Минимальные концентрации серы (менее 100 г/т) установлены
в наиболее обедненных несовместимыми элементами расплавах. При фракционировании магм наблюдается
понижение концентрации S до 200 г/т в дацитах, что связано с дегазацией этого компонента
при кристаллизации в окисленных условиях.
|