Происхождение и эволюция магм Ключевского вулкана, Камчатка, по данным изучения расплавных включений в оливине

6. СОСТАВ РАСПЛАВНЫХ ВКЛЮЧЕНИЙ В ОЛИВИНЕ

РВ характеризуются широкими вариациями содержаний главных элементов (в мас.%, мин-макс, средн.; SiO₂ = 45-60.1, 51.1; TiO₂ = 0.64-2.3, 1.05; Al₂O₃ = 12.4-20.2, 17; FeO_общ. = 7.3-12, 8.8; MgO = 2.8-13.5, 7.1; CaO = 5.5-15.6, 10.4; Na₂O = 2.1-4.7, 3.2; K₂O = 0.33-2.2, 0.84; #Mg = 35.2-73.8, 57.3; Fo= 67.3-92.1, 83.5) (Рис. 6-1). При уменьшении магнезиальности происходит постепенное увеличение содержаний TiO₂, Na₂O, K₂O, P₂O₅ и уменьшение содержаний MgO и CaO. Содержание SiO₂ увеличивается при существенных вариациях для составов с близкой магнезиальностью. Для Al₂O₃ характерно накопление в интервале Fo_92-78, а затем его содержание уменьшается. Максимальные концентрации Al₂O₃ ( > 19 мас.%) характерны для интервала Fo_77-81. Изменение содержания главных элементов находит закономерное отражение в изменении их отношений. В интервале Fo_92-80 отношение CaO/Al₂O₃ уменьшается, а затем остается приблизительно постоянным, отношение K₂O/TiO₂ увеличивается в среднем от 0.7 до 1. Наиболее примитивные включения (Fo > 89) близки к ВМБ (МБ с MgO > 10 мас.%) Ключевского вулкана содержанием TiO₂, FeO, MgO, Na₂O, K₂O, P₂O₅, но статистически значимо отличаются от них содержанием SiO₂, Al₂O₃, CaO и Ca/Al отношением при незначительном пересечении составов. Составы примитивных РВ имеют существенно более широкие вариации содержаний SiO₂, Al₂O₃, CaO и Na₂O по сравнению с ВМБ (Рис. 6-1, 7-1, Табл. 7-1).

При уменьшении магнезиальности отличие РВ от пород становится менее выраженным, но сохраняется для части расплавов. По сравнению с породами РВ показывают более широкий диапазон магнезиальности за счет более дифференцированных составов (Fo < 77), где породы представлены лишь единичными анализами. Составы стекол основной массы пород лежат на завершении трендов составов РВ (Рис. 6-1).

Средние содержания элементов-примесей в РВ и породах близки друг другу. При уменьшении магнезиальности РВ происходит увеличение содержания большинства несовместимых элементов-примесей при незначительном изменении их отношений (Рис. 6-1). В целом РВ имеют более широкий диапазон вариаций элементов-примесей по сравнению с породами за счет присутствия более деплетированных составов, как в примитивной, так и в более дифференцированной области (La/Yb_породы = 2.2-4.2, La/Yb_{включения} = 1.7-4.3) (Рис. 6-1).

Рис. 6-1 Содержание главных элементов (в мас.%) в РВ и породах Ключевского вулкана в зависимости от состава оливина-хозяина (Fo, мол.%). Составы РВ скорректированы на равновесие с оливином-хозяином и приведены к 100 % без учета содержания воды. Fo для пород (порода = расплав) - расчетные значения по модели [Ford et al., 1983], P = 1 атм, ΔNNO = 0. Также показан средний состав основной массы со стандартными отклонениями (1 сигма) - по составам стекол заливов в оливине (поток Апахончич, n = 28, Fo - также расчетные значения, P = 1 атм, ΔNNO = +1).

Содержание летучих в РВ варьирует в широком диапазоне (в мас.%, мин-макс, сред.): H₂O = 0-5.4, 1.8; S = 0.008-0.32, 0.133; Cl = 0.011-0.144, 0.078; F = 0.0204-0.0892, 0.036. Максимальное содержание H₂O для наиболее примитивных составов (Fo > 89) составляет 2.9 мас.%. Низкие концентрации воды (H₂O < 0.5 мас.%), измеренные в РВ в магнезиальных оливинах Fo > 85 (Рис. 6-2) из образцов лав, связаны с процессом потери воды из включений, происходящем в природе [Portnyagin et al., 2008]. При уменьшении магнезиальности содержание H₂O в целом увеличивается, достигая максимальных значений 4.9-5.4 мас.% для РВ в оливинах Fo_81-83 из образцов мелкой пирокластики. В более железистых составах содержание H₂O уменьшается, отражая процесс дегазации расплавов (Рис. 6-2).

Рис. 6-2 Содержание летучих (в мас.%) в РВ зависимости от состава оливина-хозяина (Fo, мол.%). Для воды отдельно показаны РВ из образцов лав (Булочка, Очки, Туйла). Для составов Fo < 82 (и основной массы) приведены также расчетные значения содержания воды по модели [Danyushevsky et al., 1996]. Для серы отдельно показаны включения из образцов, для которых характерно присутствие сульфида в РВ (Булочка, Очки). Данные других авторов - из работ [Sobolev, Chaussidon, 1996; Хубуная, Соболев, 1998; Портнягин и др., неоп.; Auer et al., 2009]. Сплошными стрелками показаны ~ тренды дегазации расплавов. Пунктирные стрелки показывают занижение содержания воды и серы за счет процесса потери воды из включений и присутствия сульфида внутри включений.

По данным [Auer et al., 2009] РВ в оливине Ключевского вулкана содержат до 0.19 мас.% CO₂. Установленный в данной работе факт присутствия богатых СО₂ флюидных включений в оливине Fo₈₈ позволяет оценить минимальное содержание СО₂ в исходных расплавах как 0.3 мас. %. Содержание СО₂ в расплавах контролировалось давлением кристаллизации и уменьшалось, начиная с самых ранних этапов кристаллизации.

Среднее содержание серы для наиболее примитивных РВ составляет 0.17 мас.%, а максимальная концентрация - 0.24 мас.%, что вероятно наиболее близко отражает состав исходных магм (Рис. 6-2). При уменьшении магнезиальности расплава содержание серы падает, в особенности быстро в области составов Fo < 82-80. Содержание серы в наиболее дифференцированных расплавах составляет ~0.01 мас.%. Содержание хлора в наиболее примитивных РВ варьирует почти в 3 раза, а среднее содержание составляет 0.086 0.024 мас.%. При уменьшении магнезиальности происходит небольшое уменьшение концентраций хлора до 0.05-0.07 мас.%. Содержание фтора в РВ варьирует от 0.0204 до 0.0892 мас.% и остается в среднем постоянным (0.036 0.0119 мас.%) во всем интервале составов (Рис. 6-2).

Различное поведение летучих при уменьшении магнезиальности РВ отражает различное сродство летучих к флюидной фазе при фракционировании расплавов [напр., Кадик, Луканин, 1986]. Наибольшее сродство к флюидной фазе имеют сера и CO₂. Интенсивное отделение воды во флюидную фазу происходит на завершающих этапах кристаллизации в условиях давлений менее 3 кбар. Хлор и фтор характеризуются наиболее консервативным поведением (Рис. 6-2).