ПЕТРОЛОГИЯ И ГЕОХИМИЯ УЛЬТРАКАЛИЕВЫХ ПОРОД
ВОСТОЧНО-АФРИКАНСКОЙ РИФТОВОЙ ЗОНЫ 1Н. С. Муравьева, 2А. В. Иванов
1Институт геохимии и аналитической химии им.В.И.Вернадского РАН, Москва, natash@geokhi.ru
2Институт земной коры СО РАН, Иркутск, aivanov@crust.irk.ru
Современные рифтовые зоны являются уникальным объектом для изучения мантийного магматизма. Классическая область проявления ультракалиевого магматизма – Западная ветвь Восточно-Африканской рифтовой зоны. Встречающиеся там магматические породы обнаруживают максимальную степень обогащения щелочами и редкими некогерентными элементами. В Западной (Танганьикской) зоне, протяженностью от озера Альберт до озера Танганьика, эффузивные породы слагают несколько провинций – Торо-Анколе, Вирунга, Ю.Киву, Рунгве. Многочисленные исследования, проводившиеся в данном регионе [Белоусов и др., 1974; Platz et al., 2004, Furman, Graham, 1999; Иванов и др. 1998] позволили охарактеризовать магматизм вулканических полей Вирунга, Рунгве, Ю.Киву.
Самые молодые вулканиты северного окончания рифтовой зоны Торо-Анколе (10-12 млн. лет) изучены менее детально. В этой провинции встречаются ультракалиевые разновидности магматических пород камафугитового ряда: мафуриты, катунгиты, угандиты. Нами на основании определения состава вкрапленников и содержания в породах редких и петрогенных элементов получены новые данные по петрологии и геохимии, проливающие свет на происхождение ультракалиевых пород данного района. Исследованы образцы мафуритов, катунгитов и угандитов провинции Торо-Анколе (вулканическое поле Буньяругуру) и угандиты, лейцитовые базаниты и лейцититы вулканического поля Вирунга (вулкан Високе и Махавура), собранные во время полевых работ 1968-1969 гг. В.И. Герасимовским и А.И. Поляковым. Часть пород – ультракалиевые высокомагнезиальные камафугиты Буньяругуру – кристаллизовались из «примитивных» расплавов, представляющих собой неизмененные или слабо измененные мантийные выплавки, тогда как среди эффузивов вулкана вулканического поля Вирунга встречаются дифференциацированные разности – мелалейцититы, лейцититы, лейцитовые базаниты. Такая выборка позволяет сравнить особенности магматизма двух соседних провинций, оценить роль процессов кристаллизации и сопоставить состав их мантийного источника. Содержания редких элементов определены методом ICP MS в Институте земной коры СО РАН.
Особенности исследованных пород в отношении петрогенных и редких элементов показаны на представительных вариационных диаграммах (рис.1). Из графиков видно, что магматизм вулканических полей Вирунга и Буньярунгуру имеет различные источники (Zr – MgO и La/Yb – SiO2), а также что химизм пород в значительной степени обусловлен фракционированием оливина (корреляция NiO и MgO) и клинопироксена (корреляция CaO/Al2O3 и MgO). Интенсивность и тип процессов фракционной кристаллизации различаются для двух провинций. Если в вулканитах Торо-Анколе существенную роль играет фракционирование оливина, то в породах Вирунги в значительной степени проявлено клинопироксеновое фракционирование.
Состав породообразующих минералов был определен в четырех образцах угандитов (оливиновых мелалейцититов) на микроанализаторе Cameca (ГЕОХИ РАН, аналитик В.Г.Сенин). Три угандита из вулканического поля Буньярунгуру, один – из вулкана Високе (вулканическое поле Вирунга). Все образцы из кратеров вулканов, два из них пористые, два – однородные лавы. Минеральный состав вкрапленников обычен для оливиновых мелалейцититов: оливины, клинопироксены, лейцит, титаномагнетит, хромшпинелид, перовскит, слюда. В основной массе присутствуют кальсилит, апатит. Породы несут следы интенсивной флюидной проработки. В минералах часто встречаются включения разных типов – флюидные, частично раскристаллизованные расплавные и кристаллические (твердофазовые). Часть вкрапленников зональна. Отдельные вкрапленники корродированы и содержат стекло.
Состав оливинов изменяется в интервале Fo90 – Fo71. Наиболее железистые составы относятся к включениям в клинопироксенах. Содержание NiO в высокомагнезиальных оливинах достигает 0,48% вес.(рис.2), что свидетельствует о глубинной кристаллизации вкрапленников, протекавшей в условиях верхней мантии. Некоторые зерна оливинов, имеющие остроугольную форму, возможно, являются дезинтегрированными нодулями. Состав шпинелидов, включенных в оливины и фенокристов характеризуется низким содержанием глинозема и повышенным содержанием Fe2O3. Обращает на себя внимание характер зональности оливинов и клинопироксенов. В различных зернах встречается зональность как «прямая», так и «обратная», тогда как часть вкрапленников однородна. Если прямая зональность (постепенное уменьшение магнезиальности краевых частей вкрапленников) объясняется традиционной кристаллизационной дифференциацией, то обратная зональность требует в каждом случае отдельного рассмотрения. Магнезиальность клинопироксенов в исследованных образцах изменяется от 0,9 до 0,4 Mg# (рис.3). Включения клинопироксенов в клинопироксенах и ядра отдельных зерен зональных пироксенов в угандитах Торо-Анколе характеризуются повышенными концентрациями железа (до 17% вес.FeO) и натрия (до 2,5 % вес. Na2O), тогда как во внешней зоне содержания FeO ~ 4 – 6 % вес. и Na2O 0,4-0,7 %. Подобные клинопироксены описаны для щелочных базальтов различных провинций – Центральный Французский массив [Pilet et al.,2002, 2004], Западный Эйфель [Duda, Schminke,1985], Италии [Barton et al.,1982], Уганды [Lloyd,1981]. Очевидно, что кристаллизация ядер пироксенов, также как и кристаллических включений, проходила из расплавов, обогащенных железом, существенно отличающихся от состава породы в целом. Образование клинопироксенов такого состава связывают с высокобарной кристаллизацией щелочнобазальтовой магмы [Duda, Schminke,1985]и с процессами мантийного метасоматоза [Pilet et al.,2002]. В экспериментах по плавлению ксенолитов Уганды низкоглиноземистые, высоконатриевые клинопироксены подобного состава были получены при давлении 30 кбар и 1230оС [Lloyd et al.,1985].
Особый интерес представляют вкрапленники флогопит-биотита, поскольку этот минерал является основным концентратором калия при P-T параметрах верхней мантии, что существенно определяет специфику химизма магм данного района. Слюда в исследованных образцах образует как фенокристы – в лавах, так и мегакристы – в пористых образцах, претерпевших существенную дегазацию при быстром подъеме. Максимальное содержание Cr2O3 в флогопитах-мегакристах составляет 1,7% вес., а магнезиальность – 0,88 Mg#, что характерно для мантийных образований. Все мегакристы, в отличие от фенокристов, имет краевую зональность и в значительной степени замещены оливином, лейцитом, клинопироксеном и титаномагнетитом. Разложение мегакристов сюды при декомпрессионном подъеме магм с выделением летучих может быть описано реакцией типа Phlog Ol + (+Cpx) + Lc + TiMt + H2O.
Результаты проведенного исследования свидетельствуют о том, что образование угандитов проходило в несколько этапов. Характер зональности вкрапленников и твердофазовых включений указывает на смешение различных порций расплава. Вероятно наличие, как минимум, двух резервуаров, расположенных на уровне литосферы и астеносферы. Наиболее реалистичным сценарием образования вулканических пород Торо-Анколе представляется модель [Pilet et al.,2002, 2004, Duda, Schminke,1985], согласно которой первые порции расплава «просачиваются» сквозь верхние горизонты. В процессе подъема по узким каналам и трещинам они претерпевают кристаллизационную дифференциацию. Они либо скапливаются в промежуточном очаге на границе литосферы – астеносферы, либо затвердевают в виде жил в мантии. Позднее новые порции магм, образовавшиеся при больших степенях плавления мантии, при подъеме захватывают порции дифференцированных расплавов и кристаллические фазы, что можно наблюдать на примере зональных пироксенах провинции Торо-Анколе.
Для вулканических пород провинции Вирунга, где диффенециаты щелочно-базальтовой магмы распространены более широко, для вулкана Високе нами проведена количественная оценка роли фракционной кристаллизации. При построении модели использовались данные по составу пород и минералов-вкрапленников. Расчеты фракционирования калиевой щелочной серии Восточно-Африканской рифтовой зоны “оливиновый мелалейцитит (угандит) – мелалейцитит – лейцитит” проводились с помощью баланса масс. Полученные результаты показали принципиальную возможность образования лейцититового остаточного расплава из исходного угандитового за счет фракционирования оливина, клинопироксена, лейцита и флогопита.
Список литературы
Белоусов В. В., Герасимовский, Горячев А. В. и др. Восточно-Африканская рифтовая система. Т.3.Геохимия.Сейсмология.Основные результаты.М.,Наука, 1974, 288 с.
Иванов А. В., Рассказов С. В., Бовен А., Андре Л., Маславская М. Н., Тему Е. Б. Позднекайнозойский щелочно-ультраосновной и щелочно-базальтовый магматизм провинции Рунгве, Танзания. // Петрология, 1998, Т.6, №3.С.228-251.
Barton M., Varekamp J. C., Bergen vM. J. Complex zoning of clinopyroxenes in the lavas of Vulsini, Latium, Italy: evidence for magma mixing // J. Volcan. Geotherm. Res., 1982, 14. P.361-388.
Duda A., Schminke H.-U. Polybaric differentiation of alkali basaltic magmas: evidence frome green-core clinopyroxenes (Eifel,FRG) // Contrib. Mineral. Petrol., 1985, 91 .P.340-353.
Furman T., Graham D. Erosion of lithospheric mantle beneath the East African Rift system: geochemical evidence from the Kivu volcanic province. //Lithos, 1999, 48. P. 237–262
Lloyd F. E. Upper-mantle metasomatism beneath a continental rift: clinopyroxenes in alkaline mafic lavas and nodules from South-West Uganda // Mineral.Mag.,1981, 44. P.315-323
Lloyd F. E., Arima M., Edgar A. D. Partial melting of a phlogopite-clinopyroxenite nodule from south-west Uganda: an expermental study bearing on the origin of hidhly potassic continental rift volcanics // Contrib. Mineral. Petrol., 1985, 91. P.44321-329.
Pilet S., Hemandez J., Villemant B. Evidence for high silic melt circulation and metasomatic events in the mantle beneath alkaline provinces: the Na-Fe-augitic green-core pyroxenes in the Tertiary alkaline basalts of the Cantal massif (French Massif Central) // Mineral.Petrol., 2002, 76. P.39-62
Pilet S., Hemandez J., Bussy F., Sylvester P. J. Short-term metasomatic control of Nb/Th rations in mantle sources of intraplate basalts // Geology, 2004, V.32, №2. P.113-116.
Platz T., Foley S. F., Andre L. Low-pressure fractionation of the Nyiragongo volcanic rocks, Virunga Province, D.R. Congo.// J.of Volcan. and Geother.Res., 2004, 136. P. 269– 295.
Рис. 1. Вариационные диаграммы, иллюстрирующие соотношении петрогенных и редких элементов в исследованных породах. Ромбы – эффизивы Торо-Анколе, треугольники – эффизивы провинции Вирунга. Рис. 2. Содержание никеля в зависимости от магнезиальности исследованных оливинов из угандитов. Пустые значки относятся к краевым зонам вкрапленников. Рис.3. Содержание натрия в зависимости от магнезиальности клинопироксенов из угандитов. Пустые значки относятся к краевым зонам вкрапленников.
Достарыңызбен бөлісу: |
