Природа плагиоклазов в базальтовых лавах вулкана Кудрявый по результатам исследований включений (остров Итуруп, Курильские острова.)

Пахомова В.А., Залищак Б.Л., Одариченко Э.Г., Рыбин А.В*., Гвоздев В.И., Сапин В.И., Чепкая Н.А. ГУ ДВГИ ДВО РАН, г. Владивосток, ГУ ИМГиГ*, ДВО РАН, г. Южно-Сахалинск.

  Аннотация
   В работе приведены оригинальные материалы по петрографии и термобарогеохимии лав вулкана Кудрявый. Установлены температура образования (1200 - 1250oС) и наиболее вероятный интервал давлений (1.25 - 3.4 кбар) базальтовой магмы в начальный период извержения. Приведены химические анализы вулканитов, минералов-вкрапленников и закаленных стекол включений. Сделан вывод о том, что основную массу плагиоклазов составляют генерации, не являющиеся продуктами кристаллизации расплава, соответствующего составу вмещающего их вулканита.
   
   Исследованиям плагиоклазов в магматических породах посвящена обширная литература, как российская, так и зарубежная. Систематический сбор и анализ информации о составе, особенностях морфологии, зональности минералов, флюидных включениях в них открывают возможности для выяснения реальны P-T-условий кристаллизации магм и могут быть полезны для решения целого ряда общих петрологических задач.
   Экзотичность лав вулканов Курило-Камчатской провинции издавна привлекала внимание исследователей. Геология, минералогия, геохимия, своеобразная петрохимия, а также генезис базальтовых лав были предметом обсуждения и многочисленных публикаций, причем больше всего разногласий и дискуссий сводились, в основном, к обсуждению происхождения лав и ксенолитов в них [1 - 12]. В анализе информативности включений Курило-Камчатского региона существуют два подхода. Один из них предполагает существование гомогенного состояния магмы при подъеме ее из магматического очага до небольших глубин, где возможны эксплозии и захват ксенолитов, а также последующие процессы ликвации и кристализационной дифференциации, в результате которых появляются "гомеогенные" включения [13, 14]. Другой подход, последовательно развиваемый Ю.П. Масуренковым и Ф.Ш. Кутыевым [15, 16, 17], основывается на том, что в лаве могут присутствовать весьма разнообразные включения, которые захватываются магмой на всем пути от очага до поверхности. Для решения вопроса о том, какая из данных моделей реализуется в природе, необходимо накопление и анализ новых фактов о конкретных объектах. Проведенное исследование является первым шагом для решения проблемы генезиса магматических пород вулкана Кудрявый.
   В данном исследовании особое внимание уделялось выявлению и изучению первичных включений в плагиоклазах и пироксенах базальтов, базальтовых андезитов и риолитов кальдеры Медвежьей. В основном изучались включения, содержащиеся во вкрапленниках плагиоклазов, так как этот минерал наиболее доступен и является сквозным для всех петрографических разновидностей эффузивов. В единичных случаях удалось изучить включения в пироксенах базальтов и в кварце риолитов.
   
   Методические особенности исследований
   Сложности, возникшие на этапе визуального исследования пластин и шлифов, состояли в следующем. При классификации расплавных включений в минералах магматических пород кальдеры Медвежьей выяснилось, что обычные подходы к выявлению первичных включений и привязки их к определенным эпизодам минералообразования неприменимы. Во многих случаях именно аномальные по фазовому составу включения оказывались первичными по способу расположения во вкрапленниках. Необычные сочетания разнонаполненных, разнофазовых, минеральных и аномальных включений в одной зоне кристалла - явление, типичное для вкрапленников вулканитов.
   Вторая сложность состояла в полигенности вкрапленников вулканитов, в которых были обнаружены включения, причем это обстоятельство касалось не только плагиоклазов, но и кварца, и пироксенов. Относительная простота минерального состава, близость минеральных ассоциаций и полигенность вкрапленников свидетельствуют о невозможности применения к изучаемым породам традиционной схемы, согласно которой исходный гомогенный расплав переходит в кристаллическое состояние. Таким образом, материалы по гомогенизации микровключений в данном случае должны быть адаптированы к специфическим особенностям системы в целом, т.е. практически каждое из исследуемых первичных включений нуждается в предварительном изучении минерала-хозяина и решении вопроса его (вкрапленника) генезиса.
   Изучение включений проводилось в полированных пластинах толщиной 0.3 - 0.5 мм, одновременно с петрографическими исследованиями в шлифах, изготовленных из тех же образцов по принципу зеркального отражения плоскости разреза.
   Для определения состава вкрапленников, содержащих включения, и стекол включений использовался рентгеноспектральный микроанализатор JXA-5A, при ускоряющем напряжении 20 kv и токе около 2 А. Минерал анализировался при фокусировке зонда около 2 мкм, а силикатные стекла включений и основной массы пород при расфокусированном зонде до размеров 20-30 мкм. В качестве эталонов использовались однородные по составу минералы.
   Для анализов изготавливались полистироловые шашки с препаратами, затем их полировали на алмазных пастах, до выведения закаленного включения на поверхность.
   
   Петрографические особенности вулканитов.
   Базальты, плагиобазальты, андезитовые базальты [18] сходны по петрогафическим и минералогическим характеристикам. Вкрапленники размером 1 - 3 мм составляют 30 - 50% объема пород и представлены плагиоклазами, оливинами, пироксенами (гиперстеном и авгитом), магнетитами. Характерны гломеропорфировые сростки. В базальтах оливин обрастает гиперстеном, а гиперстен авгитом. Основная масса в плотных образцах микропризматическая, участками микродолеритовая, состоит из микролитов плагиоклаза, авгита, магнетита, размер микролитов 0.05 - 0.1 мм. В пористых образцах основная масса полупрозрачная стекловатая, пронизана кристаллитами плагиоклаза и пироксена. Иногда в основной массе наблюдается интерстициальное разложенное стекло, такое же бурое стекло обнаружено в плагиоклазе.
   Риолиты имеют стекловатую основную массу с флюидальной текстурой и микролитами полевых шпатов и пироксенов. Вкрапленники размером до 1 - 2 мм составляют около 20%, представлены кварцем, зональным средним плагиоклазом, авгитом, гиперстеном, которые являются ксенокристами. Авгит образует гломеропорфировые сростки. Встречаются ксенолиты среднезернистых долеритов, немногочисленные кварц-плагиоклазовые и кварц-ортоклазовые сферолиты диаметром до 0.3 - 0.5 мм. В контакте авгит-гиперстен-плагиоклазового андезитового базальта - риолита основная масса риолита сложена стеклом и крипто- и микрокристаллическим агрегатом тридимита и полевых шпатов (плагиоклаза и ортоклаза), в которой присутствуют реликты оплавленных и резорбированных зерен кварца и полевых шпатов с нарушенной структурой размером до 0.5 мм, в количестве 5 - 10%. Плагиоклазы базальта содержат включения стекла.
   Состав вкрапленников плагиоклазов в эффузивах варьирует от андезина N46 до анортита N96. Характерная особенность базальтов - наличие ксенолитов полурасплавленных кварцевых диоритов, сферолитов, гломеропорфировых сростков, вариолей. В центре гигантской вариоли диаметром 80 мм - "затравка" - сросток таблиц плагиоклаза поперечником 10 - 15 мм. От "затравки", представляющей собой анортит (табл. 2), радиально расходятся призмы лабрадора длиной 30 - 40 мм, шириной 3 - 5 мм, в узких (шириной от долей мм до 3 мм) промежутках между которыми расположены мелкие (до 0.5 мм) зерна и призмы (и их скопления) оливина и количественно подчиненных пироксенов (авгита и гиперстена). Участками плагиоклаз содержит многочисленные минеральные включения оливина и пироксенов.
   
   Характеристика включений во вкрапленниках базальтов
   

приуроченность первичных расплавных включений к ядерным частям вкрапленника плагиоклаза. Базальт (влк. Меньшой Брат)

Вкрапленники плагиоклазов представлены андезином, лабрадором, битовнитом и анортитом, причем иногда в пределах одного шлифа (13/98) устанавливаются одновременно лабрадор, битовнит и анортит. По морфологии хорошо отличаются ксеногенные кристаллы, оплавленные или угловатые, а также реликтовые плагиоклазы, обнаруженные в не полностью расплавленных ксенолитах. Термобарохеохимическими методами исследованы все их разновидности, содержащие достойные внимания расплавные включения.
   В шлифах и пластинах отчетливо различаются по крайней мере две генерации плагиоклаза: 1 - вкрапленники в основной массе и 2 - гломеропорфировые сростки. Вкрапленники плагиоклаза немногочисленны и почти не содержат прозрачных участков. Среди включений, находящихся в удобных для изучения участках, можно выделить два типа: 1) расплавные; 2) комбинированные.
   Включения первого типа встречаются редко. Среди них выделяются две разновидности. Расплавные включения первой разновидности приурочены к центральным частям вкрапленников плагиоклаза или располагаются согласно зонам роста

типичное расположение включений по зонам роста плагиоклаза

. Они имеют правильную форму (в разрезе ромбы или субквадраты). Эти включения равномерно распределены во вкрапленниках плагиоклаза и "заполнены" темным стеклом и деформированными в различной степени пузырьками. Внешняя часть вакуоли окаймлена тонкой оболочкой полупрозрачного, иногда прозрачного, стекла.
   Расплавные включения второй разновидности располагаются во вкрапленниках семействами, чаще бессистемно. Они имеют овальную и изометричную форму. В этих включениях всегда различается более темный участок округлой формы (газ + стекло). Стекло в различной степени раскристаллизовано. Раскристаллизованные участки различаются по показателям преломления, есть более светлые и более темные. Фазовая граница самих вакуолей прерывистая. В некоторых участках она более резкая.
   Размер включений обеих разновидностей составляет десятки - первые сотни микрон, хотя встречаются и более мелкие.
   Среди расплавных включений встречаются визуально однофазовые при комнатной температуре вакуоли с нечеткими ограничениями, в которых при нагревании до 1050^oC обнаруживается газовый пузырек, исчезающий при температуре около 1200^oC.

комбинированное включение во вкрапленнике плагиоклаза базальта (г. Стравкина)

   Особенностью изучаемых препаратов является почти постоянное присутствие в одних и тех же зонах плагиоклазов расплавных включений с высоким содержанием газовой составляющей, иногда они выглядят как существенно газовые включения гидротермальных растворов, реже газ располагается в интерстициях микролитов стекла и обнаруживается только при нагревании в виде пузыря. Гомогенизация таких включений происходит в газовую фазу при температурах, близких к гомогенизации по первому типу (в расплав). Состав газов нами не определялся, однако, по литературным данным [12], основными компонентами газов вулкана Кудрявый являются (в мол.%) H2O - 92.3 - 98.5; CO2 - 2.8 - 0.5; H2 - 1.3 - 0.1; .SO2 - 2.3 - 0.1; H2S - 0.7 - 0.1; HCl - 0.75 - 0.1; HF - 0.06 - 0.01. Концентрация воды варьирует от 92.3 до 98.5 мол.% соответственно в высоко- и низкотемпературных фумаролах. Концентрации SO2 и H2S уменьшаются с понижением температуры, причем содержание SO2 выше, чем H2S, во всех пробах. Похожие тренды изменения концентрации с температурой наблюдаются для HCl и HF. Если из состава газа исключить воду, концентрационные вариации которой зависят от степени разбавления грунтовыми водами, то окажется, что содержания HCl в высокотемпературных фумаролах достаточно стабильно - 8 - 10 мол.% оставшихся газов. Стабильность содержания HCl в высокотемпературных фумаролах указывает на изотермический источник газовыделения. Изотопные отношения d13С близки

первичные включения в пироксене базальта. Частично раскристаллизованное стекло, рудная фаза, газовый пузырек

 к первично-магматическим значениям, с учетом того, что величина изотопного фракционирования СО2 между силикатным расплавом и флюидом, по экспериментальным данным, составляет 4% по изотопу углерода [12].

   Часто во вкрапленниках плагиоклаза присутствуют комбинированные включения, с самым разным соотношением фаз: прозрачное стекло, газовая фаза, минеральная фаза (апатит?). Эти включения распределены во вкрапленниках неравномерно и некоторые из них обнаруживают

 признаки термического воздействия уже после образования кристаллов. Они имеют прямоугольную, реже неправильную форму. Газовая фаза занимает не более 25% от объема вакуоли. Размер комбинированных включений составляет первые десятки мкм.
   Вкрапленники в пироксенах содержат расплавные, комбинированные и минеральные включения. Среди минеральных различаются включения магнетита и апатита. 

вторичные расплавные и комбинированные включения в пироксене базальта. Частично раскристаллизованное стекло, минеральная и рудная фаза, газовый пузырек

Комбинированные представляют собой комбинации названных минералов со стеклом и газовыми пузырьками в различных объемных соотношениях. Расплавные состоят из раскристаллизованного в различной степени стекла, газового пузырька, занимающего до 10% объема вакуоли и иногда - рудной фазы. Получить значение температуры гомогенизации для таких включений не удалось из-за интенсивного потемнения минерала при нагревании (до 1100oC).
   Включения плагиоклазов гломеропорфировых сростков содержат следующие типы включений: газовые, расплавные, комбинированные, минеральные. Газовые включения в некоторых сростках - преобладающий тип включений. Обычно они имеют удлиненно-овальную, трубчатую или каплевидную форму и неоднородное строение. Расплавные включения содержат прозрачное или бурое стекло и газовую фазу, объем которой может составлять от 5 до 20%. Комбинированные включения весьма разнообразны по объемным соотношениям и набору комбинаций: прозрачное стекло, бурое стекло, газ, апатит, рудный минерал. 

типичное расположение включений в гломеропорфировых сростках плагиоклаза базальта (влк. Меньшой Брат)

Минеральные включения представлены короткопризматическим апатитом, магнетитом или их скоплениями.

   Температуру гомогенизации расплавных включений в анортите гломеропорфировых сростков не удалось замерить, что связано с чрезвычайной хрупкостью препаратов, хотя уверенно можно сказать, что в анортите она выше, чем в менее основных плагиоклазах. Однако, Замерена удалось замерить температуру гомогенизации в кристалле анортита в центре вариоли (таблица 1).

объемно-равномерное расположение газовых включений в гломеропорфировых сростках плагиоклаза базальта (влк. Меньшой Брат)

   
   Таблица 1
   Результаты гомогенизации включений во вкрапленниках вулканитов кальдеры Медвежьей