Условия формирования алливалитов вулкана Ксудач по данным исследования расплавных включений в оливине

жүктеу/скачать 55.22 Kb.

Дата	25.06.2016
өлшемі	55.22 Kb.
	#157372

Условия формирования алливалитов вулкана Ксудач по данным исследования расплавных включений в оливине

Шишкина Т.А.¹, Плечов П.Ю.¹, Портнягин М.В.²

¹МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия, shikotanya@rambler.ru

²IFM-Geomar, Kiel, Germany
Введение. Алливалиты - крупнокристаллические оливин-анортитовые породы, которые встречаются в виде блоков разного размера среди пирокластических отложений среднего и кислого состава на ряде вулканов Курило-Камчатской островной дуги (Плечов и др., 2008). В научной литературе представлено несколько гипотез формирования таких пород. Наиболее распространенная гипотеза их образования состоит в том, что алливалиты являются продуктами ранней кумуляции оливина и плагиоклаза из базальтовой магмы, родоначальной для серий вулканитов (Плечов и др., 2008; Фролова и др., 2000). Существуют также предположения, что алливалиты являются мантийными ксенолитами или ксенолитами пород фундамента вулканов, переработанными расплавом (Кутыев, Шарапов, 1979) или реститами от парциального плавления мантии (Ермаков и др., 1987).
Геологическое строение вулкана Ксудач. Вулкан Ксудач расположен в юго-восточной части Камчатского полуострова, во фронтальной вулканической зоне Камчатки. Вулкан представляет собой сложную постройку щитообразной формы. В строении вулкана выделяются 5 кальдер. Обширные кальдеры I и II сформировались в позднем плейстоцене, а меньшие по площади кальдеры III, IV, V – в голоцене (Volynets et al., 1999). В пределах кальдеры V расположен активный стратовулкан - конус Штюбеля, последнее сильное извержение которого произошло в 1907 году. Голоценовые кальдеры вулкана Ксудач изучены подробно в работах (Volynets et al., 1999; Braitseva et al., 1996; Melekestsev et al., 1996 и др.).

Продукты голоценового вулканизма вулкана Ксудач представлены серией от низкокалиевых двупироксен-плагиоклазовых андезибазальтов до риодацитов (Volynets et al., 1999).

Массовые находки обломков алливалитового (и эвкритового) состава на вулкане Ксудач приурочены к отложениям нескольких крупных извержений: извержению Ks₂ (2500 ВС), где алливалиты встречаются в полосчатых пемзах андезитового состава, и извержениям конуса Штюбеля: KSht₁ (1100 л.н.), KSht₂ (300 л.н.), KSht₃ (1907 год), в которых они связаны со слоями дацитовых и риодацитовых пемз (Volynets et al., 1999). В данной работе исследуются образцы алливалитов (обр. Ks-1, Ks-2, Ks-3), выброшенные на поверхность извержением 1907 г. (KSht₃).
Петрография и минералогия алливалитов. Исследованные образцы алливалитов вулкана Ксудач представляют собой изометричные обломки неправильной формы со сглаженными границами размером 10-12 см (рис. ). Порода представляет собой кумулативный агрегат субидиоморфных кристаллов оливина, анортита и клинопироксена (размером от 1 мм до 1-2 см), в интерстициях между которыми содержится частично раскристаллизованное пористое бурое вулканическое стекло (интерстициальная масса). Структура породы меняется от равномернозернистой до порфировидной, текстура – от массивной до пятнистой, которая обусловлена неравномерным распределением зерен минералов разного размера и состава в породе.

Главные породообразующие минералы алливалитов: оливин и анортит, обычно в меньших количествах содержится клинопироксен (Ks-2: En_42-44 Fs_11-12 Wol_45-46), но его присутствие характерно для алливалитов вулкана Ксудач. В исследованных образцах содержание плагиоклаза варьирует от 35 до 50%, оливина – от 30 до 35%, клинопироксена – от 20 до 30%. Содержание титаномагнетита и интерстициальной массы не превышает 5%. Особенностью алливалитов вулкана Ксудач является то, что состав минералов постоянен в пределах одного образца, но заметно различается в разных (обр. Ks-1: Fo_74,8-75,9, An_92,0-93,8; обр. Ks-2: Fo_78,7-79,9, An_94,3-96,4; обр. Ks-3: Fo_79,7-80,8, An_92,5-94,6) (табл.1, рис. 2).

Расплавные включения в оливине. Для определения условий кристаллизации алливалитов вулкана Ксудач нами были изучены расплавные включения в оливине алливалитов. Первичные частично-раскристаллизованные расплавные включения в оливинах образцов Ks-1 и Ks-3 были гомогенизированы при температуре 1200°С и буфере СCO (Плечов и др., 2008). Составы расплавов рассчитывались по составам стекловатых включений методом обратного фракционирования до равновесия с оливином-хозяином по модели (Ford, 1983). Родоначальные расплавы алливалитов являются базальтовыми расплавами (48-53 мас.% SiO₂). Содержание главных компонентов изменяется в узких пределах: Al₂O₃16.15-18.01 мас.%,FeO 9.12-10.22 мас.% (все железо, как FeO), MgO 4.4-6.55 мас.%, CaO 10.33-11.96 мас.%, Na₂O 1.44-2.6 мас.%, K₂O 0.13-0.70 мас.% (табл, рис. ).Содержание воды в стекловатых включениях составляет 2.9-3.1 мас.%. С помощью программы Petrolog-III (Плечов, Данюшевский, 2006) были подобраны условия, при которых из расплавов одновременно кристаллизуются оливин и высококальциевый плагиоклаз. Для оливина использовалась модель (Danyushevsky, 2001), для плагиоклаза (Pletchov, Gerya, 1998). Такая кристаллизация возможна при содержании воды 2.9–3.3 мас.%, фугитивности кислорода на уровне NNO+1, давлении 1-2 кбар. Температура котектической кристаллизации составляет 965–1035°С. По обнаруженным включениям хромшпинелида в оливине была рассчитана фугитивность кислорода, которая соответствует окислительной обстановке на уровне NNO+1 – NNO+2, что согласуется с результатами моделирования. Кристаллизация серии пород вулкана Ксудач из родоначального расплава алливалитов возможна, что демонстрируется моделированием кристаллизации из расплава ассоциации оливина, плагиоклаза, пироксенов и титаномагнетита (Шишкина и др., 2008).
Оценка степени фракционирования расплава по содержанию Zr. В стекловатых включениях в оливине алливалитов вулкана Ксудач содержится 24-32.5 ppm Zr. Рассчитанная по этим данным степень фракционирования от самого обедненного до самого обогащенного расплава составляет 26% (рис. 5, табл. 3). При этом на протяжении кристаллизации алливалитового расплава не происходит заметного изменения состава расплава, содержания воды в расплаве, и температуры кристаллизации, что указывает на продолжительную кристаллизацию большого объема расплава в спокойных условиях без подъема магмы.
Образование алливалитов вулкана Ксудач. Исследование минералогии и расплавных включений в оливине алливалитов вулкана Ксудач позволяет представить процесс формирования алливалитов. В крупной магматической камере с большим количеством водонасыщенного расплава базальтового состава происходит котектическая кристаллизация оливина и плагиоклаза, к которым позднее добавляется клинопироксен. Кумулятивный агрегат накапливается на дне и стенках магматической камеры и позднее выносится в виде обломков пирокластическим материалом (пемзами) среднего и кислого состава во время сильных эксплозвивных извержений.
Методика. Состав главных петрогенных элементов минералов и стекол был определен с помощью энергодисперсионной приставки “LinkSystem-10000” к электронному микроскопу “Camscan-4DV” (кафедра петрологии МГУ, аналитики Е.В. Гусева и Н.Н. Коротаева), при стандартном рабочем напряжении 15 кВ. Анализировались стекловатые включения диаметром не менее 20 мкм, в каждом включении делалось 2-3 анализа площадками. Содержание воды и редких элементов в стеклах определялось с помощью вторично-ионной масс-спектрометрии (Cameca-ims4f в ИМИиИ РАН, г. Ярославль).
Литература:

Ермаков В.А., Волынец О.Н., Колосков А.В. Включения в вулканических горных породах //Петрология и геохимия островных дуг и окраинных морей. М.: Наука, 1987. С. 293-312.

Кутыев Ф.Ш., Шарапов В.Н. Петрогенезис под вулканами М.: Недра, 1979. 197с.

Плечов П.Ю., Данюшевский Л.В. PETROLOG III. Моделирование равновесной и фракционной кристаллизации // Материалы ЭСМПГ-2006, Электронный научно-информационный журнал «Вестник Отделения наук о Земле РАН». 2006. №1 (24).

П.Ю.Плечов, Т.А.Шишкина, В.А.Ермаков, М.В.Портнягин Условия формирования алливалитов – оливин-анортитовых кристаллических включений – в вулканитах Курило-Камчатской дуги // Петрология, 2008, том 16, №3, С. 1-30.

Фролова Т.И., Плечов П.Ю., Тихомиров П.Л., Чураков С.В. Расплавные включения в минералах алливалитов Курило-Камчатской островной дуги // Геохимия. 2000. N4. С. 336-346.

Шишкина Т.А., Плечов П.Ю., Портнягин М.В Условия формирования оливин-плагиоклазовых кумулатов вулкана Ксудач (Камчатка) // Геология и разведка, 2008 (в печати)

Braitseva O.A., Melekestsev I.V., Ponomareva V.V., Kirianov V.Yu. The caldera-forming eruption of Ksudach volcano about cal. A.D. 240: The greatest explosive event of our era in Kamchatka, Russia // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 1996. V. 70. P. 49-65.

Danyushevsky L.V. The effect of small amounts of H₂O on crystallisation of mid-ocean ridge and backarc basin magmas // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 2001. V. 110. P. 265-280.

Ford C.E., Russel D.G., Graven J.A. Olivine-liquid equilibria; temperature, pressure and composition dependence of the crystal/liquid cation partition coefficients for Mg, Fe²⁺, Ca and Mn // Journal of Petrology.1983.V.24. P.256-265.

Melekestsev I.V., Braitseva O.A., Ponomareva V.V., Sulerzhitskii L.D. Holocene Catastrophic Caldera-Forming Eruptions of Ksudach Volcano, Kamchatka // Volcanology and Seismology. 1996. V.17. N.4-5. P.395-422.

Pletchov P.Yu., Gerya T.V. Effect of H2O on plagioclase-melt equilibrium // Experiment in GeoSciences. 1998. V. 7 (2). P. 7-9.

Volynets O.N., Ponomareva V.V., Braitseva O.A., Melekestsev I.V., and Chen.Ch.H. Holocene eruptive history of Ksudach volcanic massif, South Kamchatka: evolution of a large magmatic chamber // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 1999. V. 91. P. 23-42.

жүктеу/скачать 55.22 Kb.

Достарыңызбен бөлісу: