Кайнозойский вулканизм Монголии

Глубинные включения

Кайнозойские вулканиты Монголии содержат разнообразные по химическому и минеральному составу включения глубинных пород и минералов, термодинамически устойчивых в нижних горизонтах земной коры и в верхней мантии. Наряду с полнокристаллическими породами и ксенокристаллами из этих пород базальты содержат минералы, образующие так называемую группу "мегакристаллов высокого давления": клинопироксены, гранат, щелочные полевые шпаты, магнезиальный ильменит, оливин, слюду, титаномагнетит и другие. Особенности состава и структуры этих минералов указывают на их глубинное, высокотемпературное образование.

Выполненное авторами обобщение известных находок и типов глубинных включений в кайнозойских базальтах Монголии [Геншафт, Салтыковский, 1990] позволяет в настоящей работе отметить лишь основные особенности этих образований.

Как и во многих других регионах Земли, ксенолиты в щелочных базальтоидах Монголии представлены породами "зеленой" и "черной" серий [Best, 1970; Wilshire and Shervais, 1975], различающимися магнезиальностью, содержаниями железа, титана, глинозема и прежде всего составами клинопироксенов. Породы "зеленой" серии содержат хромдиопсид, тогда как породы "черной" серии - глиноземистый титан-авгит. Если ксеногенная природа включений пород "зеленой" серии практически признается всеми исследователями, то генезис пород "черной" серии далеко не всеми понимается одинаково. Большинство исследователей, по-видимому, признает их как гомеогенные включения, родственные вмещающим лавам, образованные при агрегировании кристаллов в результате кристаллизации магмы в глубинном магматическом очаге (например, [Кепежинскас, 1979]). Авторы и другие склонны считать породы "черной" серии продуктами преобразования мантийных пород "зеленой" серии под влиянием мантийных расплавов или флюид-расплавов [Геншафт, Салтыковский, 1987; Семенова и др., 1984]. Наиболее обычны находки ультрабазитов "зеленой" серии, среди которых широко распространены шпинелевые лерцолиты и гарцбургиты. Реже встречаются пироксениты и гранатсодержащие разновидности. Включения с пиральспитовым гранатом обнаружены в лавах и шлаках Тарятского, Тэсингольского, Орхон-Селенгинского (вулканические центры в долине р. Ихэ-Тулбури) ареалов, в некоторых вулканических аппаратах Дариганги. Породы "черной" серии встречаются значительно реже, хотя отдельные вулканы (особенно на Дариганге) богаты ими. Среди пород этого типа резко возрастает доля пироксенитов.

На Дариганге встречаются окисленные перидотиты, отличающиеся красноватым цветом зерен оливина, замещаемых иддингситом [Салтыковский, Геншафт, 1985]. При этом отмечаются изменения состава включений, сопоставимые с привносом базальтовых составляющих. Таким образом, процесс окисления сопровождается явным метасоматическим изменением состава включений. Проблематичным является место и время этого процесса. А. Ф. Грачев считает, что подобные включения образуют "красную" серию, минеральный и химический состав этих включений практически не отличим от аналогичных пород "зеленой" серии. Однако выявленные геохимические особенности указывают на процесс окисления и мантийный метасоматоз, происходивший до выноса включений на поверхность [Грачев, 2000]. Несомненно, что окисленные "красные" ксенолиты требуют дальнейших минералогических и геохимико-изотопных исследований.

Еще реже встречаются включения пород нижних горизонтов земной коры - эклогиты, эклогитоподобные породы, гранулиты. Образцы этих пород найдены в эруптивных брекчиях Шаварын-Царама [Кепежинскас, 1979], в базальтоидах Дариганги [Салтыковский, Геншафт, 1985].

Среди ксенолитов встречаются образцы с явными признаками наложенных метасоматических изменений, содержащие такие минералы, как амфибол, слюда, ильменит, апатит. Такие ксенолиты отличаются повышенным содержанием редких и рассеянных элементов, радиогенного ⁸⁷ Sr. Кроме того, в ряде образцов обнаружено частичное плавление и распад твердых растворов минералов [Салтыковский, Геншафт, 1985; Ionov et al., 1994; Wiechert et al., 1997], в первую очередь, пироксенов. В виде экссолюционных фаз в клинопироксенах установлены ромбический пироксен, шпинель, ильменит, гранат. Ассоциация минералов и их состав в пределах одного распавшегося зерна зависит от химического состава исходного твердого раствора и РТ условий, при которых произошло выделение экссолюционных фаз [Геохимия..., 1989].

Большой интерес представляют ксенолиты сложного типа, состоящие из различных по химическому и модальному составу частей с резким контактом между ними [Геншафт, Салтыковский, 1990а, 1990б; Ионов, Борисовский, 1987; Кононова и др., 1986]. Обычно, это находящиеся в контакте перидотит и пироксенит. Составы одноименных минералов в обеих частях ксенолита могут быть практически одинаковыми. Наиболее обоснована точка зрения, что пироксениты представляют собой полностью раскристаллизованные мантийные основные расплавы, пронизывающие в виде жил перидотитовую мантию. Конкретные соотношения составов и минеральных фаз зависят от состава расплава, степени его фракционирования, размера жилы и прочих факторов. Среди включений Шаварын-Царама нередко можно встретить породы такситового сложения, состоящие из чередующихся зон, обогащенных пироксенами, оливином, гранатом или шпинелью.

Уникальные находки нарастания на "зеленый" перидотит минералов мегакристовой ассоциации или отвечающих по составу породам "черной" серии рассматриваются как прямые свидетельства мантийных процессов метасоматоза и флюидного воздействия на мантийный субстрат [Коваленко и др., 1985; Kovalenko et al., 1986].

Ксенолиты мантийных пород из базальтов различных ареалов различаются по составам однотипных минералов и, соответственно, по температурам минеральных равновесий. В этом отношении наиболее показательны включения в базальтах Хангая и Дариганги [Кепежинскас, 1979; Салтыковский, Геншафт, 1985] (табл. 4). По химическому составу пород и слагающих их минералов мантийные перидотитовые включения Дариганги в большей степени деплетированы, чем аналогичные породы Хангая. Статистически шпинели из перидотитов Дариганги содержат больше хрома, оливины более магнезиальны, моноклинные пироксены более кальциевые и менее магнезиальные, в ромбических пироксенах меньше глинозема и больше оксида хрома. Гранатовые ультрабазиты содержат более хромистый гранат (~2 мас.% Cr₂O₃ ). Гранатовые включения, обнаруженные на Дариганге, содержат меньше оливина в сравнении с подобными породами Хангая. Несмотря на меньшую щелочность и особенно калиевость базальтов Дариганги, последние содержат включения в большей степени приближающиеся по минеральному и химическому составу к ксенолитам в кимберлитах, чем включения в базальтах Центральной Монголии [Геншафт, Салтыковский, 1985а]. Это коррелирует с более высокой магнезиальностью базальтов Дариганги.

Гранатовые ультрабазиты, как правило, содержат шпинель и поэтому такие породы правильнее относить к гранат-шпинелевым разновидностям. Почти всегда можно видеть обрастание шпинели гранатом [Геохимия..., 1989; Копылова, Геншафт, 1991]. По модальному составу такие породы образуют ряд от лерцолитов через гарцбургиты и верлиты до пироксенитов. Среди гранатсодержащих включений Шаварын-Царама преобладают лерцолиты и крупно- гигантозернистые пироксениты (наиболее часты клинопироксениты). Кроме того, здесь отмечены находки высокоглиноземистых гранатовых вебстеритов, эклогитов и пород гранулитовой фации метаморфизма.

Структурно-петрографические исследования показывают, что мантийные ультрабазиты несут следы разных этапов их формирования. Начальный, магматический этап, с которым, по-видимому, было сопряжено отделение базитовых расплавов [Рябчиков и др., 1987], фиксируется по некоторым морфологическим особенностям зерен оливина, ортопироксена, шпинели и взаимоотношениям этих фаз. Последующая метаморфическая кристаллизация привела к образованию гетерогранобластовой структуры. В результате пластической деформации часть пород приобрела порфирокластическую структуру с элементами протогранулярной или таблитчатую равномернозернистую. Вероятно, деформационные процессы сопровождались метасоматической проработкой глубинного вещества и частичным плавлением [Геншафт, 1993]. Особенно это заметно при сопоставлении текстурированных и гранобластовых перидотитов Дариганги: первые оказываются заметно более высокотемпературными (1098-1120^o С против 874-970^o С), что коррелирует с особенностями состава их минералов. Оливины более магнезиальные и более кальциевые; клинопироксен содержит меньше оксидов титана, алюминия, натрия и больше магния; ортопироксен более кальциевый; шпинель высокохромовая (Cr₂O₃/Al₂O₃> 1), более титанистая и менее магнезиальная.

Среди включений мегакристаллов (обычно размером до 10 см) чаще всего встречаются субкальциевые клинопироксены и K-Na полевые шпаты. Значительно реже встречаются остальные минералы мегакристов. Отдельные вулканические аппараты богаты тем или иным видом мегакристаллов. Так, в Угейнурском ареале чрезвычайно распространены полевые шпаты и изредка встречаются клинопироксены. На Дариганге в отдельных вулканах встречаются только клинопироксены, относительно часты находки ильменита. Базальты Ундэр-Шильского, Мандал-Гобийского, Северо-Гобийского ареалов содержат мегакристаллы титаномагнетита и в них не найден ильменит. Среди однотипных включений мегакристаллов (например, клинопироксенов или K-Na полевых шпатов) в пределах одного и того же места отбора распространены выделения, различающиеся по составу, хотя отдельные зерна гомогенны.

Изредка встречаются сростки мегакристаллов - клинопироксена и полевого шпата, клинопироксена и граната, полевого шпата и слюды и др. В брекчиях Шаварын-Царама найден сросток граната и глиноземистой шпинели [Геохимия..., 1989]. В Монголии мегакристаллы шпинели встречаются крайне редко. Кроме находки сростка граната с шпинелью, шпинель размером в несколько мм была найдена в базальтах г. Тэвш, в Долиноозерском ареале. К экзотическим находкам следует отнести мегакристаллы корунда в брекчиях Шаварын-Царама [Геншафт, Салтыковский, 1987] и циркона на Дариганге [Салтыковский, Геншафт, 1985].

Другой особенностью мегакристаллов является распад их твердых растворов. В клинопироксенах он подобен, по характеру выделяемых экссолюционных фаз, встреченному в минералах ультрабазитовых включений. Магнезиальные ильмениты Долиноозерского ареала и Дариганги, как правило, гетерогенны, содержат пластинчатые выделения шпинельной фазы [Геншафт и др., 1980; Салтыковский, Геншафт, 1985].

Изучение мегакристаллов в базальтах Монголии в сопоставлении с разнообразными литературными данными позволяют придти к выводу, что такие минералы не являются интрателлурическими выделениями, т.е мегакристаллы не являются продуктами простой близликвидусной кристаллизации базальтовой магмы в глубинных очагах, как это рассматривается во многих работах. Эти минералы, скорее всего, образуются при высокой активности глубинных флюидов по механизму формирования пегматитовых месторождений, возможно, на границе магматического расплава и вмещающей твердой среды [Геншафт, 1987, 1993; Геохимия..., 1989; Коваленко и др., 1985; Салтыковский, Геншафт, 1985]. Вероятно, какая-то часть мегакристаллов является ксенокристаллами, образованными при дезинтеграции в магме гигантозернистых глубинных пород.