Петрология родингитов Камчатки

2.1. Поведение породообразующих компонентов при родингитизации

    Петрохимические данные (табл. 3 ,4, 5) показывают, что химические составы родингитов из различных по своей формационной принадлежности базит-гипербазитовых комплексов Камчатки обнаруживают несомненное сходство с составами родингитов из других областей [2,11,19,20,22,25,30,39,49,58,62,66,69-72, 74,77,80-83,85,86,90,93,94,96,97,103-106,111-113 и др.). В то же время изученные породы характеризуются значительными вариациями в содержании отдельных петрогенных компонентов и обладают индивидуальными геохимическими чертами. В настоящей главе особенности химического состава исследуемых пород рассматриваются на примере детально изученных авторами родингитов Валагинского хребта, Кротонского массива и Центрального массива о-ва Карагинского.

Рис. 22

    На традиционно применяемых при петрохимических исследованиях родингитов диаграммах ACF и CaO-SiO₂-Al₂O₃ [82] особенности химизма метасоматически измененных пород находят свое отражение в положении фигуративных точек относительно теоретических составов минералов родингитовых ассоциаций. При этом наибольшее соответствие петрографических и петрохимических данных, по-видимому, достигается применением диаграммы CaO-SiO₂-Al₂O₃, компоненты которой суммарно отражают до 72-85% химического состава изученных родингитов.

Рис. 23

    На диаграммах ACF метасоматиты каждого из исследованных типов характеризуются индивидуальными особенностями. Сравнение родингитов щелочно-ультраосновной и офиолитовых формаций Камчатки показывает, что они образуют достаточно компактные поля составов лишь частично перекрывающихся между собой (рис.22а,б). Причем, в родингитах офиолитовых комплексов наблюдается значительное различие петрохимических характеристик жильных и метасоматических фаций. Составы жильных родингитов на диаграмме ACF помимо своего обособленного положения вблизи оси CF характеризуется еще и значительным разбросом фигуративных точек (рис.22в). Поле составов родингитов щелочно-ультраосновной формации также смещено ближе к оси CF относительно родингитов офиолитовых комплексов, что объясняется, в первую очередь, более высокой глиноземистостью последних. Кроме того, поле родингитов из офиолитов Камчатки имеет вытянутую относительно оси CF форму, свидетельствующую о широком диапазоне вариаций FeO+MgO в них.

    Положение составов родингитов различной формационной принадлежности на трехкомпонентной диаграмме CaO-SiO₂-Al₂O₃ контрастно. Фигуративные точки составов большинства гранатсодержащих родингитов офиолитовых комплексов Камчатки располагаются в поле, ограниченном составами диопсида, пренита и гроссуляра (рис.23б), при этом точки составов наиболее измененных, тонкозернистых родингитов внутренних зон компактно ложатся вблизи конноды диопсид - везувиан. В то же время, точки родингитов из внешних зон и зон перехода к измененным габбро сосредоточены выше конноды диопсид-пренит в области составов более насыщенных кремнеземом. Подобное распределение свидетельствует о том, что петрографическое отличие родингитизированных пород и измененных габброидов (которое часто устанавливается по отсутствию граната в минеральных парагенезисах последних) находит свое отражение и в петрохимических данных. Составы проанализированных родингитов из офиолитовых комплексов Камчатки на диаграмме CaO-SiO₂-Al₂O₃ (рис.23б) формируют отчетливо выраженный тренд прогрессивного изменения химизма пород при родингитизации, направленный в сторону гроссулярового состава.

    На этой же диаграмме составы родингитов из вулканитов щелочно-ультраосновной формации Камчатки располагаются обособленно от родингитов из офиолитов и группируются вблизи точки диопсида (рис.23а), что, на наш взгляд, отражает химические особенности ранней (пироморфической) стадии. Несколько обособленное положение фигуративной точки состава образца 158 объясняется своеобразием его минералогии: развитием граната и гидроксил-содержащих минералов. Положение составов родингитов этой группы на диаграмме CaO-SiO₂-Al₂O₃ во многом совпадает с положением жильных родингитовых образований офиолитовых комплексов (рис.23в), хотя минералогически породы этих типов различны.

Рис. 24

    Опыт применения бинарных диаграмм типа CaO-Al₂O₃, CaO-MgO, CaO-Na₂O (K₂O) в классификационных и идентификационных целях при петрохимических исследованиях родингитов [62,70,86] показывает ограниченность их использования, обусловленную большим количеством факторов, определяющих специфику химизма родингитов. Тем не менее, анализ двухкомпонентных диаграмм позволяет говорить о существенном различии химизма родингитов щелочно-ультраосновного и офиолитового типов, а также о своеобразии химического состава жильных фаций родингитов в офиолитовых комплексах. Наиболее значимо это отличие проявлено на диаграммах CaO-Al₂O₃ и, в меньшей степени, CaO-Na₂O (рис.24а,б), где фигуративные точки составов родингитов офиолитовых комплексов располагаются в области более высоких значений Al₂O₃ и Na₂O, соответственно. На диаграмме CaO-MgO (рис.24б) точки составов родингитов щелочно-ультраосновной формации Валагинского хребта образуют ярко выраженный тренд уменьшения магнезиальности с ростом известковистости. Химические составы жильных фаций офиолитовых родингитов обнаруживают черты сходства с родингитами щелочно-ультраосновной формации, образуя перекрывающиеся поля как на бинарных (рис.24), так и на тройных (рис.22, 23) диаграммах.

Рис. 25

    Обобщение данных по составу родингитизированных пород в пределах отдельных комплексов или формационных типов позволяет судить о региональных геохимических особенностях процесса в целом, но не дает представления о характере, интенсивности и направленности метасоматических преобразований. Рядом исследований (например, [70]) показано, что достаточно корректным может считаться сопоставление составов родингитов и ассоциирующих с ними пород лишь в пределах конкретных метасоматических колонок и зон. Для иллюстрации характера поведения породообразующих компонентов при родингитизации на рис.25 и 26 приведено распределение основных породообразующих компонентов по зонам метасоматических колонок родингитов офиолитовой и щелочно-ультраосновной формаций.

Рис. 26

    Вариационные диаграммы на рис.25 показывают характер распределения петрогенных окислов в метасоматической колонке, образующейся при родингитизации амфиболизированных габброидов на контакте с серпентинизированными перидотитами в южной части Центрального офиолитового массива о-ва Карагинского. Рассматриваемая колонка охватывает зону перехода от относительно неизмененных амфиболизированных габброидов в ядре небольшой дайки мощностью 3.5 - 4 м через зонально-родингитизированные периферийные части дайки к вмещающим серпентинизированным гипербазитам, непосредственно в зоне контакта с родингитами отделенными хлорит-серпентиновой экзоконтактовой оторочкой. В строении родингитов выделяется несколько зон, характеризующихся нарастанием степени изменения исходных пород от внешних зон к внутренним. Текстурно это маркируется сменой относительно крупно - и грубозернистых родингитов тонко - и скрытнозернистыми метасоматитами внутренней зоны, а минералогически - заменой преимущественно хлорит-пренит-клинопироксеновых парагенезисов безводными гроссуляр-клинопироксеновыми. Амфиболизированные габброиды и внутренние зоны родингитов связаны постепенным переходом, в котором петрографическая граница родингит - измененное габбро проводится нами по исчезновению граната в минеральных парагенезисах метасоматитов.

    Анализ распределения петрогенных окислов по зонам метасоматической колонки показывает, что SiO₂ постепенно уменьшается при переходе от амфиболизированных габброидов к внутренним зонам родингитов и далее - в направлении к внешним зонам родингитизированного тела, достигая минимальных значений непосредственно вблизи контакта родингитов и серпентинитов. В серпентинитах содержание SiO₂ повышено (вследствие серпентинизации), однако в хлорит-серпентиновой экзоконтактовой оторочке, развивающейся непосредственно вокруг родингитов, оно несколько ниже, чем в серпентинитах, хотя и заметно выше, чем во внешней (периферийной) зоне родингитов. Наибольшие изменения химизма пород при родингитизации связаны с прогрессивным насыщением протолита (в данном случае габбро) CaO. В первом приближении, рост CaO сопровождает увеличение степени изменения исходных пород. Однако во внутренних зонах изученных родингитов наблюдаются вариации СаО, которые отражают особенности минералогического состава пород. При переходе от внутренних зон родингитов к периферийным, и далее - к вмещающим габброидам и серпентинитам содержание CaO значительно уменьшается. Внутренние зоны родингитов характеризуются некоторым уменьшением Al₂O₃ по сравнению с габброидами и родингитами приконтактовой зоны. Дальнейшее снижение глиноземистости происходит ступенчато, характеризуясь промежуточными значениями в хлорит-серпентиновой оторочке и минимальными - во вмещающих серпентинитах. Помимо заметного увеличения глиноземистости, хлоритизация серпентинитов в контактовых оторочках также сопровождается ростом содержаний MnO и P₂O₅. Поведение MgO при родингитизации габброидов обратно изменениям CaO. Незначительно уменьшаясь при переходе от неизмененных гипербазитов к серпентинитам и хлорит-серпентиновой контактовой оторочке, магнезиальность резко падает в родингитизированных породах, причем наблюдается постепенное уменьшение содержания MgO во внутренних зонах родингитов по сравнению с внешними. Аналогично ведет себя конституционно-связанная вода H₂O⁺, подчеркивая дегидратационный характер родингитизации. Суммарно железо уменьшается при переходе от серпентинитов к внутренним зонам родингитов, в этом же направлении происходит увеличение окислительного отношения Fe₂O₃/FeO. Значительное содержание Fe₂O₃ в родингитах, проявленное в высоких значениях Fe₂O₃/FeO отношения (гораздо более высокого, чем в обычных изверженных породах), свидетельствует о то, что родингитизированные породы окислены по сравнению с исходными габброидами. Аналогичное нарастание окислительных свойств при родингитизации мафических пород отмечено и в других офиолитовых комплексах [113]. Поведение щелочей (в первую очередь, Na₂O) и TiO₂ обнаруживает сходство: их содержание в родингитах резко уменьшено по сравнению с габброидами и выше, чем во вмещающих серпентинитах. Вариации этих компонентов внутри родингитов незначительны. Наблюдаемые геохимические закономерности в апогабброидных родингитах офиолитовых комплексов, по-видимому, могут быть объяснены через взаимодействие исходных мафических пород с высокощелочными, обогащенными Ca-Mg(OH) минералообразующими растворами [73], в результате которого оказалось возможным даже относительно подвижное поведение титана, несмотря на его инертность при большинстве нормально протекающих метасоматических процессов [74].

    Анализ тенденций изменения химического состава пород по зонам метасоматической колонки, проведенный для апогабброидных родингитов из офиолитов о-ва Карагинского (рис.25а) и Кротонского массива (рис.26б), показывает существование двух отчетливых трендов. Один из них маркирует стадию прогрессивной родингитизации, связанную с образованием безводных гранат-клинопироксеновых родингитов внутренних зон метасоматизированных тел, которые, при известном допущении могут быть отнесены к пироморфической стадии процесса. Второй - отражает химизм регрессивных гидратационных процессов на контакте родингитов и вмещающих серпентинитов. Существование подобных трендов изменения ранее отмечалось для родингитов офиолитовых комплексов Новой Зеландии [97] и Японии [96] и, по-видимому, является универсальной особенностью для родингитов данного типа.

    Изучение распределения петрогенных окислов в процессе родингитизации вулканитов щелочно-ультраосновной формации было проведено нами по разрезу относительно крупного (более 40 см в диаметре) включения в меймечитовых туфах горы Савульч (Валагинский хребет, В.Камчатка). Последовательно были проанализированы центральные и периферийные части включения, различающиеся своими текстурными особенностями и внешним обликом, а также приконтактовые и удаленные от контакта зоны во вмещающих туфах.

Рис. 27

    Анализ вариационных диаграмм, показывающих изменение химического состава пород по зонам метасоматической колонки апомеймечитовых родингитов (рис.26) свидетельствует о значительном обогащении внутренних зон включений CaO, TiO₂, P₂O₅ и CO₂. По сравнению с внутренними, внешние зоны включений и приконтактовые участки вмещающих меймечитовых туфов характеризуются резко повышенными содержаниями MgO и Al₂O₃. Суммарное количество железа уменьшается, но окислительное отношение Fe₂O₃/FeO возрастает. При переходе от наиболее измененных метасоматозом зон во включениях к неизмененным вулканитам наблюдается постепенное увеличение содержаний SiO₂ и щелочей. На диаграмме ACF (рис.26) совокупное изменение химического состава меймечитовых туфов в процессе родингитизации отражено в виде тренда, направленного в сторону оси AF, который, по своему положению, вполне сопоставим с трендом прогрессивной родингитизации в офиолитах (рис.25).

    Наличие метасоматических колонок, включающих как наиболее измененные разности, так и практически неизмененные породы, интерпретируемые как протолит, позволило дать количественную оценку привносу и выносу компонентов на разных стадиях родингитизации. В основе проведенных нами вычислений лежит метод, предложенный Р.Л.Грезенсом [89] и использующий уравнение:

где, fv - объемный фактор, аппроксимируемый методом, приведенным в работе [89] и, в настоящей работе принятый 1.05-1.08 для разных типов родингитов; g - плотность; A - протолит; В - измененная порода; Cn - весовое содержание компонента n; Xn - количество привнесенного или вынесенного компонента n. Расчеты были проведены для реальных составов апогабброидных и апомеймечитовых родингитов, а также для модельных бинарных минеральных смесей, состоящих из диопсида и Са-граната в соотношении 90:10, 50:50 и 30:70, соответственно. Результаты расчетов, графически проиллюстрированные на Рис. 27, свидетельствуют о том, что в процесс родингитизации габброидов на пироморфической стадии происходит с выносом MgO, щелочей, летучих компонентов и сопровождается привносом CaO, SiO₂, Al₂O₃, P₂O₅. Этап гидратации ранней безводной ассоциации происходит практически изохимически за исключением привноса летучих. При родингитизации вулканитов щелочно-ультраосновной формации выносится SiO₂, Al₂O3, MgO и щелочи, а поступают CaO, FeO, P₂O₅ и CO₂. В обоих типах, образование родингитов пироморфической стадии характеризуется некомпенсированностью между привносом и выносом, и, следовательно, имеет место инфильтрационный механизм формирования метасоматитов [23]. Полученные результаты согласуются с выводами о геохимической направленности процессов родингитизации, сделанном выше, а также сопоставимы с количественными оценкам привноса-выноса компонентов при родингитизации, полученными ранее [2,19,40,62,111].