ПРОИСХОЖДЕНИЕ МАНТИЙНЫХ МАГМ НАД ЗОНАМИ СУБДУКЦИИ НА ПРИМЕРЕ ОФИОЛИТОВОГО КОМПЛЕКСА ТРОДОС, О.КИПР

Автор: Портнягин Максим Владимирович

7. Условия кристаллизации и состав примитивных магм  

      7.1 Температура и давление. 

Рис. 6 Температуры кристаллизации высокомагнезиального оливина в различных типах ультрамафических лав Тродоса.

Температуры интрателлурической кристаллизации примитивных магм Тродоса определялись методом гомогенизации расплавных включений в минералах вкрапленниках по методике, описанной в Главе 3. Соотношение между температурой гомогенизации расплавных включений и составами вмещающих их минералов приведены на Рис. 6. Измеренный температурный интервал интрателлурической кристаллизации оливина НПЛ составил 1145-1210^оС (Fo_85.8-91.6). Для оливина ВПЛ типов 1а и 1б эти интервалы составляют, соответственно, 1195-1315^оС (Fo_88.9-91.9) и 1215- 1380^оС (Fo_89.4-93.2). При одинаковой магнезиальности кристаллизующегося оливина 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 клинопироксена в НПЛ и ВПЛ фиксируется при ~1200^оС.
    Данные барометрии по составу клинопироксена [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.

Рис. 7 Составы гомогенизированных стекловатых расплавных включений в минералах ВПЛ.

      Содержание петрогенных элементов в расплаве определялось прямым анализом гомогенизированных расплавных включений в оливине и клинопироксене, а также закаленных при известной температуре и тонко раскристаллизованных в природных условиях расплавных включений в шпинели. Магмы, захваченные в виде включений, широко варьируют по содержанию MgO и образуют непрерывный ряд составов от ультрамафических до андезитовых (Рис. 7). Наиболее магнезиальные расплавы с содержанием MgO, достигающим 20-22 мас.%, были установлены в типах ВПЛ-1б и 2. Максимальная концентрация MgO в магмах ВПЛ-1а составляет около 16 мас.%, в магмах НПЛ -10.5 мас.%. Составы наименее магнезиальных расплавных включений отвечают составам закалочных стекол пород соответствующих 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.

Рис. 8 Нормализованные содержания РЗЭ в расплавных включениях.

Составы расплавных включений, захваченных высокомагнезиальным оливином и шпинелью, 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.

Рис. 9 Содержания H2O и MgO в расплавных включениях из разных геохимических типов пород Тродоса.

    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. 9). 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.

далее>>