Происхождение и эволюция магматических пород
Поможем в ✍️ написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Вещественный состав первичных магм определяют три стадии: 1) возникновение капель исходного расплава в астеносфере на стыках минералов при температурах, близких к солидусу, когда расплав приобре­тает некоторые геохимические характеристики, в частности изотопные отношения и уровень содержания некогерентных элементов, сохраняю­щиеся впоследствии и являющиеся его "родимыми пятнами"; 2) прогрессирующее парциальное плавление и сегрегация магмы с миграцией в верхнюю часть мантийного клина в форме диапира; поскольку диапир не является закрытой системой, состав магм изменяется путем реакции с окружающим субстратом; 3) отделение магмы от частично расплавленно­го диапира с потерей контроля минералами последнего над расплавом. В момент отделения магма находится в равновесии и с мантийным источни­ком. Именно ее следует называть первичной. В дальнейшем состав рас­плава контролируется Р-Т-Н2О в месте его нахождения.

Первичные магмы и их происхождение. Все первичные маг­мы ОД формируются над СФЗ. Выделяются следующие типы первичных мантийных магм: толеитовая, известково-щелочная, субщелочная, ще­лочная, бонинитовая. Выделенные типы не являются дискретными, ско­рее всего в каждый из них входит целое семейство расплавов. Предполагается также существование андезитовых и риодацитовых коровых первичных магм.

Все особенности вещественного состава магм, имеющих мантийный генезис, определяются углублением зоны их генерации от фронта к тылу, сопровождаемым возрастанием флюидной массы с увеличением отноше­ния СО22О и степени ее окисленности. Зоны генерации разных типов магм от толеитовых и бонинитовых до щелочных, углубляются параллель­но СФЗ, что естественно предполагает их функциональную связь. Однако характер этой связи до конца не установлен. Дискутируется два варианта: парциальное (или полное) плавление океанической плиты, т.е. источником магм является область СФЗ; парциальное плавление мантийного клина.

Согласно первому варианту плавление предполагается в асейсмичных участках СФЗ на глубинах 125-250 км. Наличие области плавления (т.е. асейсмичных участков) объясняется тем, что при плавлении происходит быстрая потеря субдуцируемой плитой уп­ругих свойств, а тепло, необходимое для плавления, выде­ляется при деформации плиты в процессе ее погружения, но степень плав­ления при этом оказывается очень низкой (не более 1%). Эксперименталь­ные данные показывают, что плавление в океанической плите может происходить раньше, начиная с 35-40 км (10 кбар). При этом образование водных расплавов толеитовых базальтов возможно до глубин 80 км, пока породы океанической плиты сохраняют минералогию зеленосланцевой и амфиболитовой фаций метаморфизма. Согласно экспериментам плавление в этом случае может быть полным. Одна­ко возможности образования островодужных базальтов за счет субдуци­руемой плиты противоречат по крайней мере два обстоятельства. Температуры в СФЗ слишком низки, чтобы обеспечить полное плавление океа­нической плиты на этих глубинах. Кроме того, вулканический фронт, ограничивающий магматизм в пределах ОД, пересекает СФЗ гораздо глубже (около 125 км), чем возможное начало ее плавления по экспериментальным данным (35-40 км), т.е. именно там, где плита приобретает "эклогитовую" минералогию, потеряв значительную часть воды, лишь небольшая часть которой еще остается связанной в серпентинитах третье­го слоя. Плавление на таких глубинах требует более высокой температу­ры и противоречит "водному" характеру островодужных магм.

Таким образом, гипотеза происхождения базальтов ОД за счет плавления океанической плиты не находит подтверждения.

Значительно более обоснованной в настоящее время представляется гипотеза об образовании островодужных базальтов за счет перидотитов мантийного клина. При всем разнообразии деталей этого процесса фактом являются экспериментальные данные о том, что наиболее магнезиальные толеитовые базальта ОД, близкие к первичным магмам, могут находиться в равновесии с перидотитами ман­тии на глубинах 35-45 км, т.е. значительно выше глубин, на которых вул­канический фронт пересекает СФЗ. Было показано также, что перидотиты мантийного клина существенно обогащены летучими компонентами и растворенными в них элементами (так называемый "островодужный ис­точник").

Плавление перидотитов при общем давлении 11 -20 кбар и более вы­соком содержании воды (2-5, местами до 8%) приводит к образованию первичных магм бонинитов и высокомагнезиальных андези­тов. Наличие оливиновых вкрапленников в них, более ма­гнезиальных, чем в толеитовых базальтах, свидетельствует о невозможно­сти их формирования за счет кристаллизационной дифференциации ба­зальтовой магмы, однако не исключает вероя­тность их гибридного происхождения.

Широко распространено представление, что источником летучих, оп­ределяющих геохимический профиль островодужных магм, является де­гидратация материала субдуцируемой океанической коры в результате разложения водных минералов (амфибола, флогопита, клиногумита и сер­пентина), присутствующих в ней на разных глубинах. Водные флюиды ра­ссматриваются как переносчики и концентраторы крупноионных элементов, высокое содержание которых является характерной чертой островодужных магм. Экспериментально установлено, что поля устойчивости минералов, содержащих высокозаряженные элементы (циркон, сфен, рутил, перовскит), возрастают в водных условиях, а также при высоких значениях fO2, что свойственно островодужным магмам и определяет низкие содержания в них этих элементов.

Вопрос о природе флюида, играющего столь большую роль в генерации островодужных магм, остаётся дискуссионным. Одним из важнейших источников флюида считается дегидротация океанической коры, однако только этот источник не может обяснить все особенности магматизма. Например, некоторые островные дуги имеют очень крутое падение зон субдукции - более 80°. Естественно, что отделяющийся флюид не может быть источником гидратации всего мантийного клина, т.е. всей области магмогенерации под ОД. Существуют и другие (геохимические) факты, которые заставляют предполагать дополнительный (или наоборот – основной) источник флюидов вне субдуцируемой плиты. В качестве такого источника рассматриваются глубинные мантийные диапиры, фронтальные части которых концентрируют флюидные компоненты эндогенного (мантийного) происхождения, котя добавка корового флюида, безусловно, имеет место. 

Важнейшую информацию о магмообразующем источнике поставляют магматические породы, определяющие состав выплавок. В наиболее маг­незиальных, близких к первичным магмам, базальтах Курило-Камчатской дуги для выявления состава мантийного субстрата, родоначального для разных типов магм, был проведен анализ содержаний РЗЭ на основе пре­дположения об образовании всех базальтов из однородной по составу мантии с "плоским" распределением РЗЭ (La/Yb=1), дважды превышаю­щим ховдритовый уровень. Согласно мо­дели А.Николса и др., (1980), при средней степе­ни плавления мантии (2-20%), сложенной шпинелевыми и амфиболовыми лерцолитами, возникают базальты с отношением La/Yb=0,1-0,5, что под­тверждает высказанное предположение об их формировании из деплетированного источника. Существенно отличаются по характеру этого отно­шения высокомагнезиальные базальта субщелочных серий (La/Yb = 4,5-4,9), приближаясь к таковому в базальтах, образованных при 10% плавле­ния гранатового лерцолита (рис. 3.24).

Таким образом, базальты Курило-Камчатской ОД не могут быть по­лучены из единого по минералогии и составу источника, что можно ин­терпретировать как вертикальную, а возможно, и латеральную неоднород­ность плавящейся мантии под ОД. Возможно, что эта неоднородность ча­стично определяется более ранними эпизодами плавления. На рис.3.24 ви­дно также, что состав субстрата является более значимым фактором, чем степень его плавления. Проведенный анализ подтверждает вывод И. Куширо (1984), что степень плавления увеличивается к фронтальным частям дуг.

Смена типов магм от фронтальной части ОД к тыловой в последова­тельности толеитовый (бонинитовый) - известково-щелочной - субще­лочной - щелочной тип соответствует углублению области зарождения магм, включающей вначале деплетированную, а затем примитивную ман­тию в плагиоклазовой, шпинелевой и, вероятно, гранатовой фациях. Если особенности примитивных низкокалиевых толеитовых базальтов, близкие к таковым в океанических толеитах, указывают на их проис­хождение из деплетированного астеносферного источника типа МОRВ при относительно высокой степени плавления, то субщелочные и щелоч­ные базальта, наоборот, обогащены легкими литофильными элементами и образовались за счет примитивной или метасоматически обогащенной мантии. В том же направлении увеличивается и количество водного флюида. Однако распределение последнего в мантии неодно­родно. Наиболее высокая степень флюидной переработки и метасоматических изменений наблюдается в глубинных зонах проницаемости, отражен­ных на поверхности тектоническими нарушениями. Так, процессы флюидной переработки недр (мантийный метасоматоз) были близки по време­ни, а возможно, и предшествовали становлению четвертич­ной системы Курило-Камчатской ОД, являясь одним из звеньев общей эндогенной активизации.

Итак, расплавы, в которых гомогенизируется материал различных ис­точников, обосабливаются в исходных очагах под ОД и, несмотря на раз­личия в составе, приобретают некие общие особенности по сравнению с магмами других геотектонических обстановок, порождаемые геологичес­кой спецификой, которая создается над СФЗ. К этим особенностям относятся: 1) повы­шенные, хотя и варьирующие, содержания летучих компонентов, среди которых главная роль принадлежит воде; 2) высокая степень окисленности расплавов и 3) высокая степень дифференциации первичных магм, причем последние весьма редко поступают на поверхность. Эти особенно­сти определяются обстановкой преобладающего тектонического сжатия и соответственно пониженной проницаемости земной коры (литосферы).

Эволюция первичных магм. Представления о процессах фор­мирования первичных магм, скрытых в глубинах Земли, наряду с ус­тановленными фактами, включают в себя элементы предположений. От­делившись от области магмогенерации, первичная магма при подъеме вверх сегрегируется в крупные скопления, где начинаются процессы кри­сталлизации, которые позволяют более определенно проследить ее даль­нейшую эволюцию. Подобные скопления (промежуточные очаги или ка­меры) возникают на разных уровнях в зависимости от соотношения плотностей расплава и вмещающего субстрата. Чаще всего этот уровень близок к границе коры и мантии, где происходит наиболее резкое изменение плотностей. Толеитовые базальтовые магмы, обычные для фронтальных частей дуг, обладают большей плотностью, чем плот­ность нижних частей коры, в результате чего они не могут подняться и фракционируют у ее подошвы, одновременно взаимодействуя с ней. Взаимодействие становится более интенсивным в случае повышенного содержания летучих компонентов. Некоторые исследователи предполага­ют, что летучие и большое количество тепловой энергии, освобождающейся на границе кора-мантия, вызывают парциальное плав­ление основания коры, где образуются известково-щелочные магмы, в том числе кислые (тоналитовые) магмы, из которых формируются тоналит-плагиогранитные плутоны и комагматичные вулканические серии. Ме­нее плотные и богатые летучими первичные магмы субщелочных и ще­лочных базальтов не требуют столь длительной дифференциации с фрак­ционированием ранних минеральных фаз, вследствие чего среди них чаще встречаются представители первичных магм.

Дифференциация с фракционированием различных минеральных фаз сопровождается разными типами взаи­модействия расплавов с материалом земной коры, океанической и конти­нентальной, а также смешением магм, раскристаллизованных в разной степени. Кристаллизационная дифференциация определяет появление двух трендов: анортозитового и железистого. Первый может быть осуществлен в различных типах магм, как нормальной щелочности, так и щелочных. Он связан с фракционным разделением ранних фаз, возникающих в мантийных магмах - оливина и плагиоклаза, и приводит к образованию преобладающих лейкократовых высокоглиноземистых и комплементарных им меланократовых высокомагнезиальных базальтов. Обогащённость анортитовой составляющей по сравнению с нормативным составом пород свидетельствует, что фракционирование осуществляется после дегазации исходной магмы, в переохлажденном расплаве. Фракционирование при образовании лейкократовых базальтов подтверждается находками гомеогенных включений анортозитов и богатых плагиоклазом алливалитов в этих породах, а также расчетами. Вычитание 20% интрателлурического плагиоклаза из состава базальтов о. Виндикейшен (Южно-Сандвичева дуга) даёт состав, близкий к среднему составу базальтов этой ОД.

Проведённые исследования показывают возможность получения значительного количества андезитов – до 30% от исходного объёма, при дифференциации базальтовых магм. Точно также, частая совместная встречаемость высокомагнезиальных и высокоглинозёмистых магм объясняется процессами дифференциации единого родоначального базальтового расплава.

Однако, учитывая экспериментальные данные об образовании в мантии при давлениях около 9-10 кбар базальтовых пер­вичных магм, обогащенных глиноземом, можно говорить о двух типах высокоглиноземистых базальтов: дифференциатах и первичных магмах, более глубинных, чем толеитовые.

Второй - железистый тренд характерен для толеитовых базальтовых магм с низким окислительным потенциалом. Следствием низкой активности кислорода является невозможность ранней кристаллизации Fe-Ti оксидных фаз, в результате чего железо сохраняется в расплаве до поздних стадий эволюции (Fe входит только в состав темноцветных минералов). Этот тренд особенно четко проявляется на более поздних этапах эволюции, после разделения на лейко- и меланократовые разности. На рис.3.8 видно, что для толеитовых пород ОД не характерен столь высокий рост железистости, как для толеитов океана. Это определяется некоторым повышением флюидного давления в очаге по сравнению "сухими" условиями формирования океанических базальтов, что сдвигает состав эвтектики в сторону плагиоклаза относительно оливина и пироксена (см. рис.2.12) и приводит к повышению глиноземистости расплава. Наряду с алюминием в расплаве накапливаются более кислотные компоненты по сравнению с магнием и кальцием - железо, титан, фосфор, повышается степень окисленности железа, увеличивается отношение К/Na (вследствие кристаллизации плагиоклаза). Таким образом, увеличение содержания летучих компонентов ограничивает темп накопления железа и повышает глиноземистость магм. Вследствие этого в ОД вместо железистых базальтов и исландитов, характерных для океана, появляются толеитовые андезиты и андезибазальты, не достигающие столь высокой железистости. Дальнейшее резкое замедление роста железисти, определяющее время кристаллизации Fe-Ti оксидных фаз, на диаграмме железистость - кремнезем (см.рис.3.8) фиксирует смену толеитового тренда дифференциации на известково-щелочной, а это свидетельствует о том, что по крайней мере часть известково-щелочных серий является производными толеитовых магм.

Если кристаллизационная дифференциация определяет пути эволюции толеитовых островодужных магм, то в остальных сериях наряду с ней значительную роль играют и другие процессы петрогенезиса, и тренд эволюции является результатом их сложной интерференции.

Один из таких процессов - флюидно-магматическая дифференциация. Несмотря на то, что большинство первичных магм недосыщено лету­чими компонентами, влияние их на эволюцию магматических расплавов доказано экспериментально и теоретически. Наличие многочисленных ра­зноуровневых магматических очагов (см. рис. 3.25) и камер в литосфере ОД способствует дегазации, а также накоплению летучих компонентов наряду с изменением их состава при подъеме магм к поверхности. Это приводит к изменению котектических и эвтектических отношений в рас­плаве и соответственно хода кристаллизации и фракционирования. Так, "осушение" магмы в очагах приводит к интенсивной кристаллизации пла­гиоклаза при некоторой задержке кристаллизации оливина. Приповерхностная дегазация, сопровождаемая возрастанием степени кри­сталличности, резко увеличивает вязкость остаточных магм, определяя характер извержения, в частности появление экструзий и субвулканиче­ских тел. Накопление флюидов в апикальных частях расслоенных по со­ставу очагов определяет увеличение содержания гидроксилсодержащих минералов в средних и кислых дифференциатах, перенос и перераспределение ряда компонентов, в первую очередь щелочей и других элементов, обнаружи­вающих сродство к флюиду (гигромагматофильных). Этот процесс закан­чивается вулканическими взрывами с выбросом пирокластики и кислых пемз.

Окислительно-восстановительные условия в области генерации пер­вичных расплавов близки к таковым в верхней мантии и находятся в об­ласти буферного равновесия QFM. Дегазация первичных магм, в частно­сти избирательная диссипация водорода, является одним из эффективных механизмов повышения летучести кислорода в эволюционирующих маг­мах до буферного равновесия Ni-NiO и выше при подъеме к поверхности Земли. Определяемое этим процессом увели­чение доли магнетита среди кристаллизующих фаз приводит к достиже­нию так называемой "окислительной" области Т - fO2 и к изменению дальнейшего хода эволюции. Так, в субщелочных и щелочных расплавах кристаллизация магнетита, наряду с другими факторами, повышающими fO2 может оказаться достаточной для преодоления термального барьера, разделяющего при низких давлениях нефелин- и кварцнормативные магма­тические жидкости. В результате дифференциатами щелочных магм ока­зываются не трахита и фонолиты, а щелочные риолиты и андезиты.

Компонентный состав флюидов также влияет на ход эволюции, хотя вопрос этот еще далеко не изучен. Высокие содержания флюидных ком­понентов при наличии среди них углерода в щелочных магмах при дегаза­ции ведут к экстракции кальция, тем самым повышая щелочной потенциал расплава. Содержания хлора и фтора во флюид­ной фазе оказывают различное влияние на состав и особенности эволюции расплавов. Так, хлоридный флюид в условиях высокого давления летучих обогащается кальцием, щелочами, железом, в то время как остаточный расплав обогащается кремнекислотой, глиноземом и магнием, т.е. в нем усиливается известково-щелочная тенденция. Накопление глинозема в конечных кис­лых членах серий может привести к появлению модальных высокоглино-земистых минералов (граната, реже корунда и силлиманита), обычно свя­зываемых с контаминацией коровым материалом. Вос­становленные фторсодержащие флюиды способствуют обогащению рас­плава железом.

Высокоуровневое взаимодействие первичных мантийных магм с суб­стратом при их дифференциации по пути к поверхности проявляется зна­чительно интенсивнее, чем на этапах формирования первичных мантий­ных расплавов. Оно осуществляется, главным образом, путем кон­таминации (ассимиляции), признаки проявления которой заключаются в следующем: 1) прямая корреляция мощности и сиаличности фундамента с объемами конечных (предельных) членов эволюции - кислыми породами; 2) большие объемы кислых членов вулканических серий в зонах пониженной проницаемости (фронтальных зонах по сравнению с тыловыми); 3) наличие неравновес­ных парагенезисов вкрапленников, появление обратной зональности пла­гиоклазов и темноцветных, особенно характерное для средних и кислых типов пород, что свидетельствует о включении в магму контаминанта; 4) широкое развитие ортопироксенов и высокая кальциевость плагиоклазов, характерные для расплавов при добавлении в них высокоглиноземистого материала, согласно реакции Н. Боуэна (1928) Al2O3 + SiO2 + Cpx = An + Opx; 5) наличие коровых ксеноли­тов с признаками их реакционного взаимодействия с расплавом; 6) слабость корреля­ционных связей между элементами и их значительная дисперсия; 7) высо­кие содержания литофильных элементов-примесей и легких редких зе­мель; 8) увеличение тяжелых изотопов Sr и Pb, повышенные значения 18O/16O.

Согласно расчетам, образование магм высокоглиноземистых базальтов, исходных для известково-щелочных серий Камчатки, происходит при усвоении (ассимиляции) толеитовым расплавом около 8% (по объёму) высокоглиноземистых кристаллических пород фундамента. Процессы контаминации минимальны в энсиматических дугах (Южно-Сандвичева, Марианская, Тонга) и максимальны в энсиалических дугах, подстилаемых континентальным фундаментом (Япония, Индонезия, дуга Банда и др.).

Взаимодействие расплава с фундаментом наиболее распространено в известково-щелочных сериях, которые формируются в длительно разви­вающихся вулканических центрах с системой промежуточных очагов, с широким развитием андезитов и более кислых пород. Эти процессы де­тально описаны на Камчатке, на о. Гренада (Малые Ан­тильские острова), на о. Кунашир, о-вах Санторин и Милос в Эгейском море, в восточной Японии, на дугах Банда и Сунда и во многих других местах. Процес­сы контаминации дополняют и стимулируют дифференциацию расплавов, как это было установлено еще Н. Боуэном, причем высокомагнезиальные и одновременно более высококремнеземистые расплавы бонинит-марианитовых серий требуют для образования андезитов и более кислых по­род значительно меньших примесей корового материала, чем низкокрем­неземистые первичные расплавы.

По мере стабилизации магм вблизи гранитной эвтектики и их насы­щения летучими компонентами увеличивается возможность отделения флюида в самостоятельную фазу и одновременно разделения элементов между флюидом и расплавом. Наибольший эффект такого разделения дос­тигается в предельных по кремнезему кислых магмах, где происходит уве­личение кислотных свойств флюидов. Это способствует уменьшению общего содержания щелочей в расплаве за счет выщелачивания при воз­растании отношения калия к натрию. Последнее удовлетворительно объяс­няется большим сродством калия к расплаву по сравнению с флюидом.

Роль смешения магматических расплавов в эволюции вулканических серий ОД широко дискутируется в последние годы. Характерной особенностью таких пород является генетическая общность ингредиентов смешения, что позволяет оценивать этот процесс как автосмешение. Процесс этот широко развит в известково-щелочных сериях, значительно реже в толеитовых и щелочных. Появились и данные о смешении в бонинитовых сериях. Экспериментальное воспроизведение процессов смешения расплавов показало, что эффективность конвективного смешения магм при их совместном движе­нии невелика, причем базальтовый расплав достаточно быстро модифици­руется в андезибазальтовый и андезитовый, а состав кислого расплава меняется мало. В то же время обилие меланократовых включений в более кислой магме показывает, что гибридизация кислой магмы осуществляет­ся путем проникновения в нее капель более основной магмы. Поскольку температурное равновесие между этими в разной степени нагретыми маг­мами устанавливается раньше, чем их химическое взаимодействие, составы расплавов выравниваются при кристаллизации. Гибридные породы возникают в расслоенных очагах или системах очагов, выполненных в разной степени эволюционировавшими порциями магмы, при пополнении верхних частей очага или верхних камер порция­ми высокотемпературных базальтовых магм из нижних частей магматиче­ской колонны. Часть андезитов и андезибазальтов, возможно, является результатом непосредственного смешения расплавов, что может быть установлено по наличию трендов смешения элементов на петрохимических диаграммах, существенно отличающихся от трендов дифференциа­ции, подчиняющихся законам релеевского фракционирования.

 Андезиты и кислые породы островных дуг. Одна из важных особенностей магматизма ОД - широкое развитие известково-щелочных серий, в которых главную роль играют андезиты. В отличие от кислых пород, разные типы которых развиты в разнообразных тектонических обстановках, андезиты - широко распространенные типоморфные поро­ды АО.

Гипотезы андезитообразования разделяются на гипотезы первичного происхождения, подразумевающие непосредственное выплавление пер­вичных андезитовых магм, и гипотезы вторичного происхождения, в кото­рых андезиты рассматриваются как производные базальтовых магм. В ка­честве источников андезитов предполагаются субдуцируемая океаническая плита в СФЗ, вещество мантийного клина или базитовые породы континентальной коры. Первое предположение рассматривалось выше, в разделе о генерации первичных базальтовых магм, где было показано, что более вероятным источником расплавов является мантийный клин. И. Куширо и X. Йодер (1969) на основе фазовых отношений предположили, что в синтетической системе MgO – SiO2 – H2O, соответству­ющей перидотитам мантии, могут быть образованы магмы более кислые, чем базальты. Однако эксперименты показали, что андезитоподобные жи­дкости в интервале давлений от 10 до 25 кбар существенно отличаются по составу от реальных андезитов ОД. Кроме того, на основании экспериментальных данных установлено, что андезитовая магма, выплавленная из мантийного перидотита, должна была бы содержать оливин, закристаллизованный вблизи ликвидуса. Приближение к составу реальных андезитов наблюдалось при добавлении небольшого количества СО2 к воде, однако, когда мольная доля СО2 была равной или превышала таковую Н2О, расплавы становились щелочными и полностью теряли сходство с андезитами. Единственным типом андезитов, которые могут представлять первичную магму, выплавленную из мантийного клина, являются бониниты и высокомагнезиальные андезиты.

Выплавление андезитовой первичной магмы из базитового слоя кон­тинентальной коры имеет геологические ограничения: андезиты известны и в энсиматических ОД, следовательно, лишь часть андезитов может иметь подобное происхождение. Тем не менее, возможность образование андезитовых магм, не обнаруживающих генетической связи с базальтовой мантийной магмой, в результате плавления континентальной земной коры подтверждается экспериментальными исследованиями и геологически данными, причем состав расплава отражает состав плавящейся коры.

Гипотеза корового образования андезитов Камчатки и Кавказа при плавлении амфиболитов предложена Ю.С. Геншафтом (1979) на основании экспериментов, а Н. Пихлером и В. Цейлем (1972) для андезитов Анд на основании данных геологии и петрологии. Доказательством переработки земной коры вулканическими процессами являются также геофизические данные: установление под вулканическими районами аномальной мощной зоны, по свойствам являющейся переходной от коры к мантии, со сложным распределением сейсмических скоростей, вплоть до присутствия слоев с их инверсией. Так, в Авачинской группе вулканов зафиксированы увеличения скоростей по мощности коры по мере приближения к вулканической группе от 5,9 до 6,8 км/с на глубине 5-8 км. Эти данные свидетельствуют не только о наличии магматических очагов, но и о переработке коры с изменением состава вокруг этих очагов и камер. Можно предположить, что наблюдаемые изменения происходили в результате истощения корового вещества сиалическими компонентами в процессе палингенного плавления. По­скольку температура в низах коры ниже, чем требуется для плавления андезитов, источник необходимого тепла указанные исследователи видят в подкоровом внедрении базальтовой магмы. Главной проблемой является несоответствие изотопных составов андезитов коровым. Однако данных по изотопии низов континентальной коры очень мало и они неоднознач­ны.

Гипотезы вторичного происхождения андезитов пользуются широкой популярностью. Наиболее реалистичной является гипотеза фракционной кристаллизации базальто­вой магмы (в качестве единственного процесса или осложненная взаимо­действием с материалом земной коры, магматическим замещением, кон­таминацией, и процессами смешения). Реальность вторичного происхож­дения андезитов подтверждается их широко распространенной тесной пространственной и временной связью с базальтами, а также общими с ними чертами вещественного состава; принадлежностью к одному и тому же типу петрогенетической серии с сохранением главнейших ее особенно­стей, в том числе типа щелочности; обилием родственных включений бо­лее основного состава, чем вмещающая порода; наличием "сквозных" парагенезисов минералов в породах разной кремнекислотности; сходным характером распределения малых элементов; сходст­вом изотопных отношений Sr, Nd, Pb. Сказанное свидетельствует, что подавляющая часть андезитов толеитовых и известково-щелочных серий является производными базальтовых магм.

Фракционная кристаллизация базальтовой магмы с образованием ан­дезитов теоретически может осуществляться при высоких и низких давлениях. При высоких давлениях фракционирующими фазами являются пи­роксен и гранат – т.н. «эклогитовое» фракционирование, когда предупрежда­ется обогащение железом вследствие феррофильного характера граната. Однако гранат чрезвычайно редок в андезитах, следователь­но, кристаллизация при высоких давлениях не является ведущим процес­сом. Другой способ избежать накопления железа при фракционировании - появление вблизи ликвидуса магнетита или роговой обманки, что воз­можно при более низких давлениях, окислительной обстановке и водных условиях. Д. Гилл (1981), проанализировав имеющиеся данные, пришел к выводу о том, что наиболее обычным спо­собом образования андезитов является фракционирование из базальтовой магмы парагенезиса Pl + Opx и/или Ol + Avg + Mt. В более водных известково-щелочных магмах существенную роль в образовании андезитов играет роговая обманка.

Кислые породы ОД представлены преимущественно дацитами. В от­личие от андезитов они не имеют площадного распространения, а приуро­чены к отдельным ареалам, положение которых определяется блоками земной коры повышенной мощности с гранитно-метаморфическим слоем. Установлена связь кислых пород с центральными частями крупных вулканокупольных структур, которые характеризуются мощными эндогенными потоками глубинного вещества и энергии и более высоким тепловым по­током. Примером служит дуга Хонсю, где дациты поя­вляются уже на ранних этапах, обусловливая антидромную последовате­льность магматизма, а также южная часть Курильской дуги, где повышен тепловой поток по сравнению с дугой в целом и где кислые породы возни­кали неоднократно в течение неоген-четвертичного времени.

Преобладают два типа кислых пород. Первый из них относится к ко­нечным членам толеитовых серий и представлен преимущественно даци­тами с редкими вкрапленниками плагиоклаза и пироксена. Они относи­тельно бедны калием, легкими литофильными элементами и характеризу­ются низкими значениями тяжелого Sr. Так же, как и толеитовые андези­ты, они являются либо дифференциатами основных мантийных магм, либо результатом плавления их твердых производных. Выделяются высококалиевые дациты, сходные по составу со стеклами в бонинитах и пространственно сопряженные с ними, что позволяет расс­матривать их как дифференциаты этих пород. Они известны преимущест­венно в дугах с маломощной корой.

Кислые породы второго типа тесно связаны с известково-щелочными андезитами, наследуя особенности их состава, в частности более высокие содержания калия и сопутствующих ему элементов. Среди них возрастает роль риодацитов, этот тип богат пемзо-пирокластическими образованиями и приурочен к заключительным этапам эволюции крупных вулканических построек, являясь преобладающим в ОД. Он тесно связан с известково-щелочными андезитами и близок им по генезису.

Наиболее редки в ОД кислые породы третьего типа, представленные, помимо пемз, лав и пирокластов, также игнимбритами и приуроченными к крупным вулканическим депрессиям и кальдерам. Это средне-и высококалиевые дациты, риодациты и риолиты, практически тождественные кис­лым породам окраинно-континентальных поясов андского типа, что по­зволяет также считать их образовавшимися либо при значительном учас­тии корового компонента, либо при палингенезе. Примером являются вул­каническая постройка Хангар на Камчатке, ряд крупных кальдер дуги Хонсю.

В составе кислых пород от первого типа к третьему уменьшается роль мантийного и возрастает роль корового компонента наряду с увеличением роли флюидов.

Выводы

1. Магматические породы ОД образуются в результате сложного взаимодействия гетерогенных источников, как твердых, мантийных и коровых, так и флюидных, смешение которых происходит в различных пропорциях.

2. Взаимопереходы между первичными магмами различных серий - от толеитовых к щелочным, отражают переходы между истощенным и обо­гащенным веществом мантийного клина, который является их главным источником.

3. На островных дугах широко развит смешанный мантийно-коровый магматизм, что определяется обстановкой сжатия и соответственно умень­шением проницаемости и созданием разноуровневых очагов и камер, где осуществляются дифференциация и смешение материала в условиях кон­центрации флюидов.

4. Магмогенерирующие глубинные диапиры, питающие магматизм как ОД, так и ОМ, поднимаются со стороны последних, достигая верхней кульминационной точки у вулканического фронта, что подтверждается поперечной зональностью ОД с углублением магмообразования в направ­лении их тыловой части. Подобное положение диапира позволяет предпо­лагать широко развитые явления надвигания разуплотненной литосферы ОД на океан.

5. Магматизм ОД носит созидательный конструктивный характер, при­водя к увеличению мощности земной коры в результате поступления в нее больших объемов мантийного материала, с последующим ее расслоением: наращиванием базальтового слоя снизу за счет кумулатов и формирования верхней коры путем выноса расплавами вверх салического материала.

Л Е К Ц И Я № 18

Дата: 2018-09-13, просмотров: 549.