Н.Л.Миронов "Эволюция высокоглиноземистых базальтов Ключевского вулкана (Камчатка) по данным изучения магматических включений в минералах"
Выделение высокоглиноземистых базальтов (ВГБ) в качестве самостоятельного типа базальтовых магм было впервые проведено К. Тилли на основании повышенных, до 18 мас. %, содержаний Al2O3 в некоторых афировых вулканитах Северной Калифорнии [Tilley C. E.,1950]. Х. Куно в своей известной работе [Kuno H., 1960] предложил ряд минералогических и петрохимических критериев для отделения высокоглиноземистых базальтов (ВГБ) от ассоциирующих толеитовых и щелочных пород, рассматривая ВГБ как один из наиболее распространенных типов базальтов на Японских о-вах. Именно Куно впервые поставил вопрос о природе ВГБ, полагая, что эти вулканиты представляют первичную магму, формирующуюся в результате частичного плавления мантийного перидотита. Позднее была высказана альтернативная точка зрения, согласно которой накопление Al2O3 в магмах может быть обусловлена задержкой кристаллизации плагиоклаза из водосодержащих пикрит-базальтовых магм [Yoder H. S., Tilley C. E.,1962]. В течение последующих десятилетий эта альтернатива первичности и непервичности высокоглиноземистых магм составляет ядро дискуссий о происхождении ВГБ [Crawford A. J. et al.,1987; Кадик А. А. и др., 1990].
Современное состояние проблемы включает несколько конкурирующих гипотез [Арискин А. А. и др., 1995], в соответствии с которыми ВГБ рассматриваются как :
Можно заметить, что первые три гипотезы указывают на возможность формирования собственно высокоглиноземистых расплавов, тогда как гипотеза аккумуляции представляет скорее дополнительный механизм для объяснения широкого спектра содержаний Al2O3 в породах толеитовых и известково-щелочных серий, вызванного вариациями количества вкрапленников плагиоклаза.
Для многих крупных вулканических центров островных дуг характерно совместное нахождение ВГБ и высокомагнезиальных базальтов (ВМБ), содержащих более 10 мас.% MgO [Perfit M. R. and al.,1980] и обогащенные форстеритом фенокристаллы оливина - Fo 88-92 . Подобные ассоциации установлены для вулканов Окмок и Макушин на Алеутских о-вах [Gust D. A., Perfit M. R.,1987], Большого трещинного Толбачинского извержения на Камчатке [Большое трещинное …,1984] и для Ключевского вулкана [Хренов А. П. и др.,1989].
2.2. Генезис ВГБ Ключевского вулкана.Ключевской вулкан в этом плане является уникальным петрологическим объектом, поскольку в составе его извержений присутствуют все промежуточные разности между ВМБ и ВГБ (см. рис.1). В древних шлаковых конусах (2.5 тыс. лет назад) преобладают магнезиальные базальты. В целом в истории развития Ключевского вулкана характерна неоднократная смена составов базальтов от магнезиальных к глиноземистым и вновь к магнезиальным, затем к глиноземистым. Такое изменение химического состава удалось наблюдать в историческое время. При побочных извержениях 1932 и 1938 гг. излияние первых порций лавы начиналось с глиноземистых (MgO-5%), а заканчивалось магнезиальными базальтами (MgO-10%). Начиная с извержения 1945 г. химический состав лав Ключевского вулкана стал глиноземистым и до настоящего времени не изменяется независимо от места и времени прорыва.
|
Рис.1 Диаграмма, отражающая состав серий базальтов Ключевского вулкана от высокомагнезиальных (High MgO basalts) до высокоглиноземистых (High Al2O3 basalts). |
 |
Рис.1а Гистограмма, показывающая характер распространенности различных серий базальтов Ключевского вулкана. Пик распространенности приходится на высокоглиноземистые базальты с содержанием MgO - 5.5 вес.% |
Большинство исследователей пришло к единому мнению о родственности ВМБ и ВГБ, которая прослеживается в общих петрохимических трендах, геохимических характеристиках, трендах составов минералов-вкрапленников и др. [Озеров А. Ю., Хубуная С. А.,1992].
Озеров и др. [Озеров А. Ю. и др.,1996], изучив твердофазные включения в минералах-вкрапленниках базальтов Ключевского вулкана, показали, что в типичных глиноземистых базальтах (поток Заварицкого) присутствуют минералы, отвечающие всему спектру базальтов Ключевского вулкана (Ol(Fo
91-68), Opx(En89-72), CPx(Di89-75), Pl(An84-59)). При этом наблюдается хорошая корреляция между составами минералов-вкрапленников и твердофазных включений в них, что позволяет предположить единую схему фракционирования всех типов базальтов Ключевского вулкана с исходной высокомагнезиальной магмой. В последних работах по генезису Ключевских базальтов [Kersting A. B., Arculus R. J.,1994; Арискин А. А. и др.,1995], приводятся следующие модели такого фракционирования: Kersting, Arculus на основе петрологических исследований и анализа вариаций главных и примесных элементов показывают возможность образования ВГБ из материнских ВМБ за счет фракционирования Ol и Cpx при температурах около 1150° С и умеренных давлениях (5-9 кбар). Арискиным и др. на основании данных по геохимии и минералогии лав Ключевского влк. промоделирована схема формирования ВГБ магм в результате полибарического фракционирования расплавов, близких к ВМБ со скоростью декомпрессии -0.33 кбар на 1% кристаллизации при начальном содержании в расплаве около 2 мас.% H2O. Первыми ликвидусными минералами являются Ol (Fo90-92) и Cpx (#Mg 89-91) (по природным данным в присутствии шпинели) при давлении около 19 кбар и Т=1350° С. К этим минералам при Р=15 кбар и Т=1260° С присоединяется Opx (#Mg 88-89). Арискин и др.(1995) считают, что накопление воды в расплаве при фракционировании может приводить к значительной задержке кристаллизации плагиоклаза и образованию высокоглиноземистых продуктов дифференциации, содержащих более 18 мас. % Al2O3. Линия накопления глинозема обрывается в момент появления на ликвидусе Pl при давлении около 7 кбар, температуре 1110° С и содержании в расплаве H2O » 3 мас.%. К этому моменту спектр составов модельных жидкостей представляет полное разнообразие лав Ключевского вулкана, а дальнейшая кристаллизация приводит к быстрому насыщению системы водой с последующей дегазацией при давлениях около 1.5 кбар.