Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Петрология и геохимия первичных магм толетовой и субщелочных серий Гавайских островов и о.Реюньон

ВАК РФ 04.00.02, Геохимия

Автореферат диссертации по теме "Петрология и геохимия первичных магм толетовой и субщелочных серий Гавайских островов и о.Реюньон"

v".

Г-1

АКАДЕМИЯ НАУК СССР ОРДЕНА ЖОМА И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ ИНСТИТУТ ГЕОХИМИИ И АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ им. В.И.БЕШАДСКОГО

На правах рукописи УДК 552.33(969+698.1) :552.И:548.4

НИКОГОСШ Игорь Кимович

ПЕТРОЛОШ И ГЕОХИМИЯ ПЕРВИЧНЫХ МАШ ТОЛЕИТОВОЙ И СУНЦЕИОЧНЫХ СЕРИЙ ГАВАЙСКИХ ОСТРОВОВ И о.РЕКНЬОН

Специальность 04.00.02 - геохимия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва - 1990

Работа выполнена в ордена Ленина н ордена Октябрьской Революции Институте геохимии и аналитической химии им.В.И.Вернадского АН ССС]

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

кандидат геологонлшералогаческих наук А.В.Соболев

доктор ге олого-минералогиче ских наук Л.Н.Когарко

доктор геолого-минералогаческих наук Б.П.Золотарев

Ведущая организация:

Институт Геологии и Геофизики СО АН СССР

Защита состоится "23 "_ша_

_1990 г. в 10_ час. 30 мин.

на заседании Специализированного совета Д.002.59.02 при Институте геохимии и аналитической химии им.В.И.Ведаадского АН СССР.

Адрес: 117975 ГСП-1, Москва В-334, ул.Косыгина, д.19 с

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института геохими и аналитической химии им.В.И.Вернадского АН СССР.

Автореферат разослан "23 " апреля 1990 г>

Ученый секретарь Специализированного совета кандидат геолого-минералогических наук А.П.Жвдикова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Внутриплитовый магматизм является од-и из главных типов мантийного магматизма и несет прямую информацию составе и условиях существования глубинного мантийного вещества, обходимую для построения современных геодинамических моделей. Наи-пее распространенным объяснением внутриплитового магматизма являет-концепция фиксированных "гррячих точек" (уцаоп .1.1.,1963, Мог-1 V.л.1972), согласно которой его проявление обусловлено вертикаль-т мантийными струями, неподвижными относительно вышележащей лито-эры, а направленное движение последней вызывает линейный характер зстранственного расположения проявлений внутриплитового магматизма закономерное омоложение его возраста. Ключевыми объектами внутри-нового машатизма на океанической литосфере являются современные тканические центры - океанические острова. По вещественному соста-этот тип магматизма представлен дифференцированными сериями размой щелочности. Из них наиболее мощные и долгоживутцие проявления гматизма отвечают толеитовым и субщелочным составам. Ярким цриме-< проявления таких серий являются вулканические центры Гавайских зов и о.Реюньон. Несмотря на широкую изученность этих объектов, настоящего времени не получены общепринятые решения ряда сущест-шых петрологических вопросов, к которым в первую очередь относят: составы, условия образования и эволюции первичных магм указанных

)ий.

Цель работы заключается в решении следующих вопросов петрологии и »химии толеитовой и субщелочных серий Гавайских о-вов и о.Реюньон.

1. Определение состава первичных магм (петрогенные элементы и 1менты примеси).

2. Определение температуры и давления образования первичных магм 1занних серий.

3. Определение условий эволюции первичных магм (температура, дав-ше кристаллизации и режим летучих компонентов).

4. Оценка содержаний элементов примесей в мантийном источнике. Научная новизна состоит в следующем:

I. На основе использования комплекса методов, в том числе и пря-'0 исследования расплавных включений, обоснован высокомагнезиаль-I (18-21% вес. «во), коматиитовый состав первичного расплава толевой серии вулкана Мауна Лоа, о.Гавайи.

2. Установлена ассоциация высокоиагнезиальиых вкрапленников на и хромистых шпинелей для субщелочных серий о.Реюньон и Гавай о-вов, что позволило на основе комплекса методов термобарогеохи математического моделирования определить высокомагнезиальный (I 20% вес.) пикритовый (коматиитовый) состав первичных расплавов серий.

3. На основе данных о составах первичных маги, с использован результатов новейших экспериментальных исследований, определены пера туры и давления генерации первичных расплавов толеитовой и щелочных серий Гавайских о-вов и о.Реюньон. Полученные значения ператур машогенерации (1650°-1490°С) превышают известные до на щего времени оценки температур образования внутриплитовых магм ; ляются максимальными для кайнозойской мантии в целом. Оценки да генерации магм составили 27^5 кбар для толеитовой серии Гавайск о-вов и 35^5 кбар для субщелочных маги Гавайских о-вов в о.Рева

4. На основе экспериментальных исследований, определения сос флюидных, расплавных и кристаллических включений, а также метод ленного моделирования, получены оценки условий эволюции (состав лава, температура, давление, режим летучих компонентов) первичш мага толеитовой и субщелочных серий Гавайских о-вов и о.Реюньон.

Практическая значимость работы. Полученные фактические данны( условиях образования и. эволюции первичных маги представляют кош венную основу для разработки моделей вяутришштового магматизма, тановлен факт сульфидной ликвации на ранних стадиях эволюции вн; плитовых маш, который вносит новую информацию, необходимую для шения вопросов магматического рудообразования.

'Фактический материал. В основу работы положен фактический ыаг. ал, полученный в результате исследования образцов из коллекции з дональда (Гавайский Университет), Р.Клоккиатти (Парижский Униве] тет), а также коллекции ГЕОХИ АН СССР, любезно переданных автор} д.г.-м.н. А.Я.Шарасышным, доктором Р.Клоккиатти и д.г.-м.н. Л.В.Дмитриевым, соответственно.

В работе использовано более 700 частичных и полных оиликатныз анализов минералов и стекол, выполненных на рентгеновском мшфси лизаторе с электронным зондом (ГЕОХИ АН СССР). Также использовав данные о содержаниях петрогенных элементов и 37 элементов примес полученных методами: инструментального нейтронно-активационного лиза (г.Сакле, Франция; ЦДАВ ГЕОХИ АН СССР), индукционно-связаш

или (г.Нанси, Франция), рентгенофдуоресцентного анализа, атомно-»рбционного анализа (оба ДЛАВ ГЕОХИ АН СССР). Кроме того в работе шьзованы данные 200 термометрических и криометрических экспери-•ов с магматическими включениями во вкрапленниках оливина и диро-[ов, а также определения спектров комбинационного рассеяния (ра-•спектроскопия) представительных флюидных включений, полученных в ■ре исследования геологии урана (г.Нанси, Франция). В работе так-[спользованы доступные автору литературные источники (489) по те-йботы.

'¡гений вклад автора. Автором самостоятельно проведены следующие ни:

■ детальная петрографическая и минералогическая характеристика ктов исследования;

■ термометрические и криоыетрические исследования магматических чений в минералах, а также все операции, связанные с диагностикой :ассификацией расплавных и флюидных включений и определением их ава;

• пробоподготовка более 700 частичных и полных микрозондовых ана-в минералов и стекол и их статистическая обработка;

• анализ и обобщения полученных и литературных данных. лробация работы. Результаты исследований по теме диссертации до-ывались на УП Всесоюзном совещании по термобарогеохимии и геохи-рудообразующих флюидов (г.Львов, 1985), на УП и УШ Всесоюзных

ах по геологии морей и океанов (г.Геленджик, 1986, 1988), на Ш океанской школе по морской геологии, геофизике и геохимии (г.Вла-сток, 1987), на ХП, Х1У и ХУТ семинарах по геохимии магматических д (г.Москва, ГЕОХИ АН СССР, 1986, 1988, 1990). атериалы диссертации опубликованы в 5 печатных работах. труктура и объем работы. Работа состоит из 6 глав, введения и ючения. В введении дается общая характеристика работы. В первой е проводится краткий литературный обзор по теме диссертации, ится задача исследования и обосновывается выбор объектов. Во вто-главе описываются методы решения поставленных задач. В третьей е описываются петрогеохшические особенности исследуемых образ-Четвертая глава посвящена минералогическим исследованиям. В пя-главо приводятся результаты исследования магматических включений нералах. В шестой главе освещены петрологические выводы на осно-олученных результатов. Каждая глава завершается краткими вывода-

ми.

Текстовой материал изложен на 140 страницах, проиллюстрироЕ рис., 18 таблицами и 2 фототаблицами фотощшюжения. Список ли туры включает 4В9 наименований.

Автор выражает глубокую признательность научному руководите дидату геолого-минералогическшс наук А.В.Соболеву.Искренне бла автор докторам геолого-минералогических наук Л.В.Дмитриеву,А.Я сышну, Р.Клоккиатти за предоставленный материал,кандидату физ наук Н.Н.Коненковой за качественный анализ на микроанализаторе того автор выражает благодарность сотрудникам лаборатории магм ких и метаморфических пород ГЕОХИ АН СССР за постоянную помощь дерхку в работе.0.А.Дуканину за ценные замечания по материалам тации.

Глава I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МАГМАТИЗМА ГАВАЙСКИХ О-ВОВ И О.РЕШЬОН: ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ (ПО ЛИТЕРАТУРНЫМ ДАНИ!

Гавайские о-ва и о.Решьон являются ярким примером проявлена внутриплитового магматизма толеитового и субщелочного типа.Вые( подводными продолжениями указанные о-ва представляют собой гло< ные структуры протяженностью до 6000 км (Ишераторско-Бавайскш и до 5000 км (о.Решьон - Деканские трашш), с возрастом до 70 лет и до 65 млн.лет, соответственно. В данных структурах наблад хорошая зависимость возраста от линейного расстояния до соврем« вулканов Питон де ля Зурнеез (о.Решьон) и Килауэа (о.Гавайи), канизм Гавайских о-вов включает четыре стадии эволюции, которые рактеризуются различными составами пород, скоростями накопление извержения магм, различными составами и распространением ксенси (СЕвяил из которых щитовая (вторая) стадия имеет а

иговый состав и составляет более 95$ от общего объема вулканизм Байских о-вов. О.Решьон представлен океанитовыми сериями субще ных пород вулканов Питон де Неж (2-0,43 млн.лет) и Питон де ля ез (от 0,36 млн.лет - активен в настоящее время). Гавайский маг тизм традиционно подразделяется на вулканические серии на оси о* лочности и основности лав: толеитовая, субщелочная (промежуточн между толеитовой и щелочио-базальтовой), щелочно-базальтовая, б нитовая и нефелшшт-мелилитовая. Геохимияеские исследования пос них лет (ВиМАкн-М., ЬимЫ/и^/ЗК, СЛе^-ш. О.Ц,!Ш и д показывают, что вулканические породы Гавайских о-вов обогащены

совместимыми литофилышми элементами (вь ,sr ,Ва , ЛРЗЭ,2г »Hi .ыь . Th ,та и др.) относительно базальтов срединно-океанических хребтов (СОХ). В свою очередь существует тенденция последовательного обогащения ЛРЗЭ с повышением щелочности пород. Эта тенденция наблюдается на каждом индивидуальном вулкана Гавайских о-вов от толеитов (щитовой стадии) через щелочные составы (дощитовой и пост-щитовой стадии) до высокощелочных составов (пост-эрозионной стадии).

Изотопный состав sr ,ла ,РЬ .Не (stille Р. et al.,1983 , Hegner E.etai,l986^ указывает на участие, как минимум трех разобщенных мантийных резервуаров в образовании мантийного источника Гавайских о-вов. Во-первых, примитивный недегазированннй мантийный резервуар, близкий к первичному мантийному веществу; во-вторых, существенно дегазированный и обедненный резервуар, близкий к источнику толеитов океанических рифтов, и, в-третьих, менее определенный резервуар, совмещающий характеристики деплетированности по изотопным системам Nd ,Не , рь с признаками некоторой обогащенности по изотопной системе Sr , который интерпретируется как океаническая литосфера.

Продукты вулканизма о.Реюньон, как показали геохимические исследования (Fiek u.R., Upton B.G., Ford с.в., 1988 и др.), также характеризуются обогащением несовместимыми литофальными элементами относи— тельно базальтов СОХ. Изотопные характеристики Sr , nd, рь указывают, что мантийным источником магматизма о.Реюньон может быть относительно гомогенный и близкий к первичному мантийному веществу резервуар с некоторой степенью обедненности. По данным изотопии Не в магматизме Гавайских о-вов и о.Реюньон устанавливается отчетливое влияние недега-зированного мантийного резервуара.

Наряду со значительной изученностью магматизма Гавайских о-вов и о.Реюньон, правде всего в области вулканологии, петрохимии и геохимии, существует ряд важных петрологических вопросов, по которым существуют взаимоисключающие точки зрения. К ним относится, во-первых, определение состава первичного состава указанных серий. Литературные оценки содержаний MgO в первичных расплавах варьирует от 10% вес. до 24% вес. ( Wright T.L. ,1984 .Л.Н.Когарко, 1986, Wilkinson J.P.G. , Hensei H.D. ,1988 и др.) для толеитовой серии Гавайских о-вов,и от 10% вес. до 17% вес. (Л.Н.Когарко, 1986, Piek U.a. et al. ,1988 .Albarede f.,Tamagnan v.,1988 и др.) для субщелочной серии о.Реюньон. Во-вторых, определение условий образования и ранней эволюции первич-

них мат. Достоверными являются лишь минимальные оценки по давлению (17-27 кбар), полученные на основе исследования ксенолитов ( ciagua d.a.,198? ) и данных по сейсмологии ( Klein ?.u.,l982 )• Для условий кристаллизации минимальные оценки давлений установлены по плотности флюидных включений в минералвх - 6 кбар ( ßoedder е., 1965 )• Оценки температуры (Yoder H.S.,Tillej С.Е. ,1962 .íSobolev A. et al., 1983 ,Fielt U.E. et al,I98¿), ЛвТуЧвСТИ КИСЛОрода ( Sato Ы., Wright T.L. ,1966,Evans B.W.,Wright T.L.,1972, Nativel P.,1978 ,So-boiev a. et al. ,1983 , Кадик A.A., Луканин O.A., 1986), содержали« летучих компонентов ( Sobolev A. et al.,1983, Bjere C.D. et al.,1985 и др.) также относятся к уровню дифференцированных магм. В-третьих, оценки состава мантийного источника, которые по литературным данным для одного и того же типа магматизма варьируют от обогащенного до обедненного ( Wright T.L.,1984 ,Badahn J.Н..Schmitt H.A. , 1985 , Когарко Л.Н., 1986, Albarede p. ,1988 ) вещества. Анализ приведении: данных указывает на необходимость более точного и достоверного определения состава первичных маш исследуемых серий. Действительно, оп-редение условий образования и эволюции первичного расплава невозможно без знания его состава. Без решения этого вопроса также затруднительно оценить состав мантийного рестита и степень плавления мантийного источника.

С нашей точки зрения главной причиной нерешенности этого вопроса является отсутствие специальных исследований, направленных на опред ление первичных ликвидусных ассоциаций и обоснования, таким образом расчетных составов первичных расплавов, а также пряшх определений первичных расплавов. В частности, в работах, использовавших для определения состава первичного расплава состав наиболее магнезиальноп оливина, присутствующего в породе, не решен принципиальный вопрос о его машатической природе (не ксеногенном происхождении), кроме топ недостаточна статистика опробования, а в работах по оценке первичного расплава по модельному составу оливина мантийного источника надо таточно обоснован выбор состава такого оливина в ряду широкого диапазона возможных составов (87-94%, Arai s. , 1987 ). Вышесказанное привело к постановке задач исследования.

Глава 2. МЕТОЛУ ИССЛЕДОВАНИЯ

Методы исследования магматических включений Экспериментальные методы

По материалам работ (Соболев A.B., 1983; Соболев A.B., Слуцкий ..Б., 1984), исследовавших влияние на температуру гомогенизации Тгом ) расплавных включений в оливинах обмена веществом ( FeHug ) 1еэду включением и внешней средой, а также различия во внешнем давле-зга во время кристаллизации в природе и в термометрическом экспери-[енте, следует, что различия между Ттом первичных расплавных включе-ий и температурой их кристаллизации, обусловленные названными эффек-■ами, находятся для исследованных объектов в пределах 10-15°С.

Для оптических исследований термометрии расплавных включений в ми-оралах была использована малоинерционная высокотемпературная ( до 700°С) установка, созданная А.Б.Слуцким и А.В.Соболевым. Аппаратура ;озволяет производить эксперименты с минералами любой железистости и ри визуальном наблюдении под микроскопом до температур 1700°С в лю-ом режиме нагрева (охлаждения) вплоть до закалки. С учетом погреш-ости калибровки температуры, градиента температур в рабочей зоне и актора нестабильности температуры, общая погрешность измерения тем-ара тури на данной аппаратуре оценивается не более +Ю°С.

Проводились серии кинетических экспериментов, позволяющих разребо-ать оптимальную методику термометрического исследования расплавных ключений в минералах исследуемых пород. Установлено, что оптимальной коростью нагрева является 5-6 град/мин. В расплавных включениях во крапленниках оливина образцов субщелочных серий наблюдалось увеличено температуры гомогенизации (до 50°С) от продолжительности экспери-¡ента (более 10 минут) при температурах выше 1200°С. Как показано в аботе (А.В.Соболев, 1985), этот процесс может быть объяснен диссипа-даей н2о в закрытых расплавных включениях, которая выражается в ¡иффузии н2 из включения и окислении расплава в нем по реакции: н2о +2Feo - Ре2о5 + н2 . Вышесказанное обусловило ограничение гродолжительности экспериментов при температурах выше 1200°С до 10 мнут.

Расчетные методы

Использованы методы расчета состава первичного расплава, предложе-

шшо в работах (А.В.Соболев, А.Б.Слуцкий, 1984; А.В.Соболев и др., 1988). Первый метод основан на расчете исходного расплава оливинов* кумулатов с входа шли данными: валовый состав кумулатов, составы железистого, среднего и наиболее магнезиального оливина, степень окис ления железа в расплаве. Расчет производится методом шагового растворения равновесного оливина (шаг 0,1% вес.) в расплаве, отвечающем по составу основной массе, равновесной с наиболее железистым оливином. Второй метод отличается от предыдущего тем, что расчет произво датся обратным ходом фракционирования оливина от состава известного расплава (состав стекла в гомогенизированном расплавном включении, природное стекло). Входными данными для второго метода являются: состав расплава, состав оливина, до равновесия с которым производится расчет, степень окисления железа в расплаве. В качестве модели, описывающей равновесие расплава и оливина, применялась модель (у0г<1 с^ а1,19^5)Отношение Уе2+/ в расплаве рассчитывалось на осно-

ве отношений Ре2+/?е'+ в шпинелях и экспериментальных данных ( 14аиге1 С., Маиге1 Р. , 1982 ).

фугитивность кислорода определялась по методу А.А.Борисова, 1987 на основе равновесия шпинель-расплав ( Маиге1 с.,Ыаиге1 р. , 1932 ) и температуры их равновесия, рассчитанной по модели ( Уога с.Е. ег а1,1983) .

М9Т9Ж и<?шд<лщид .вшмщтм <?о<?хава

Для определения вещественного состава минералов и расплавных включений использовался рентгено-спектральный анализ на рентгеновских микроанализаторах с электронным зондом типа "iUtaohj.-Xiii.-5B " и "СА1Ш1АХ-ш.сгоЬеат " (оба ГЕОХИ АН СССР). Состав флюидных включений определялся методом раман-спектроскошш на раман-спектрометре типа мМ1сго<и1 -28" (г.Нанси, Франция), а также с использованием традиционного криометрического метода на установке системы В.А.Симонова (ИГиГ СО АН СССР).

Глава 3. ПЕТРОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИССЛЕДУЕМЫХ ОБРАЗЦОВ

Для решения задач настоящего исследования, а именно, определения состава, условий образования и эволюции первичных мапл были выбраны следующие породы: пикриты (Н-1, Н-ОС) толеитовой серии вулкана Мауна Лоа Г&вайских о-вов, анкарамит (С-209) субщелочной серии вулкана Ма-

уна Кеа Гавайских островов и пикриты (Ря>-7в, Рю-7у, Рю-П, ОРР) субщелочной серии вулкана Питон де Неж о.Решьон. При выборе образцов учитывались следующие критерии: во-первых. их представительность для толеитовой и субщелочных серий указанных объектов. Во-вторых, высокая магнезиальность образцов и минимальное содержание в них несовместимых элементов по отношению к магаам этих серий. В-третьих. наличие вкрапленников оливина и хромшпинелида, являющихся потенциальными представителями первичных ликвидусных ассоциаций. В качестве материала сопоставления с учетом тех же критериев, были отобраны образцы Гавайских о-вов щелочно-базальтовой серии вулкана Уалалаи, базанитовой серии вулкана Гонолулу и нефелинитовой серии вулкана Гонолулу, соответственно, щелочной оливиновый базальт (С-220), базанит (С-163), нефе-линит (С-195).Еще одним типом образцов для исследований явились дуни-товые ксенолиты, установленные в примитивных лавах вулкана Уалалаи, о.Гавайи (НХ-1801) и вулкана Питон де ля фурнеез, о.Решьон (йо-4а, Рю-4б, Рю-4в),как возможные представители мантийных фаз или ранних стадий фракционирования мага данных серий.

Петрографические, петрохимические и геохимические исследования отобранных образцов позволили сделать следующие выводы:

1. По детрохимии и геохимии редких элементов они представляют главные типы серий исследуемых объектов (рис. 1а,б) и отвечают наиболее примитивным, малодифференцированным разностям указанных серий.

2. По содержаниям несовместимых элементов все исследуемые образцы отвечают внутриплитовому типу магматизма и характеризуются положительной корреляцией щелочности и степени обогащенности несовместимыми элементами.

3. На основании Ьа/Зш отношений сделан вывод о близости дунитово-го нодуля вулкана Уалалаи, о.Гавайи к ассоциируемым с ним базальтам щелочно-базальтовой серии, а дунитовых нодулей вулкана Питод де ля фурнеез, о.Реюньон к ассоциируемым с ними лавами субщелочной серии.

4. На основании петрографических исследований видно, что исследуемые нами образцы лав являются порфировыми разностями с преобладанием вкрапленников ассоциации оливин-хромшпинелид.

По сумме признаков исследуемые нами образцы отвечают критериям представительности,наибольшей магаезиальности и примитивности (по содержаниям несовместимых элементов) и, в целом, могут быть использованы для решения поставленных задач.

Рис.1а Составы исследованных серий и образцов Гавайских о-вов: I -толеитовая, П - субщелочная, Ш - ще-лочно-базальтовая, 1У - базанитовая, У - нефелинитовая (по данным Macdonald G.A.,Kateura Т. ,1964-,Clagua D. А.,1937, Clagua D.A.. , Frey P.A.. , 1982 и др.) и о.Реюньон: У1 - океа-нитовая серия, УП - дифференцированная серия вул. Питон де Неле, УШ -ксенолиты вул. Питон де ля фурнеез (по данным Nativel Р.,1978 и др.)

Рис.16 Геохимические характеристики исследованных серий и образцов. Полями оконтурены составы пород главных вулканических серий Гавайских о-вов: I - толеитовая, П -субщелочная, Ш - щелочно-ба-зальтовая, 1У - базанитовая, УТ - нефелинит-мелилитовая и о.Реюньон - УП (по данным £геу F.A. ,1982 , Hoimann а. V. et al.,1978,Clagua D.A. , 1987,Fiele lä.et al,88 и др.). Отношение K/Ti и Ьа/Sm нормализовано ПО 2й11 S.S. ,McDoao-ugh ,1988

Глава 4. МИНЕРАЛОМ! ВКРАПЛЕННИКОВ ИССЛЕДУЕМЫХ ОБРАЗЦОВ

Главной задачей здесь явилось установление составов наиболее ранней, первичной ликвидусной ассоциации каждой исследуемой серии и доказательство ее нексеногенного происхождения.

Хромпшинелид-оливиновый парагенезис вкрапленников

Оливин является преобладающей фазой парагенезиса (до 99$ от общего ема минералов парагенезиса). Вкрапленники оливина представлены од-одными по составу идиоморфными кристаллами средних (0,25-1 мм), гда крупных размеров (0,4-1,3 см). Установлены следующие интерва-магнезиальности вкрапленников оливина в образцах Гавайских о-вов: еитовая серия Ро = 90,2-77,9$ мол.; субщелочная серия Ро = 88,001$ мол.; щелочно-базальтовая Ро = 85,5-74,7$ мол.; базанитовая ия Ро = 90,5-80,2$ мол.; нефелинитовая серия Ро = 89,3-82,3$ мол.; образцах субщелочной серии о.Реюньон Ро = 90,6-83,0$ мол. Полу-ные результаты подтвердили ранее известный по литературным данным ервал составов вкрапленников оливина для толеитовой, субщелочной елочно-базальтовой серий Гавайских о-вов, в то время как для база-овой и нефелинитовой серий Гавайских о-вов, а также субщелочной ии о.Реюньон расширили этот интервал в более магнезиальную область с.2а). В целом, магнезиальные составы оливина исследуемых образцов х серий, за исключением щелочно-базальтовой Гавайских о-вов, нахо-ся в пределах магнезиальности оливина мантийных ассоциаций (87-мол.,Ага! Б. ,1987 ).

Сравнительные оценки состава вкрапленников оливина с оливинами ичных мантийных ксенолитов (рис.26) показали, что в поле составов ледних попала только магнезиальная область (90,5-88,0$ мол.) оли-а (С-163) базанитовой серии Гавайских о-вов. Хромшпинолид составляет около 1$ объема минералов парагенезиса, речается в виде: I) монокристаллических включений в оливине; захваченных фаз в аномальных расплавных включениях в оливине; самостоятельных вкрапленников в основной массе. Результаты анали-показали, что: I) хромшшнелиды исследуемых серий характеризуются ественно повышенными содержаниями И и Ре3+ относительно хром-иелидов, встречаемых в шпинелевых абиссальных перидотитах; 2) су-твует зависимость увеличений глинозеыистости и титвнистости хром-нелида от увеличения щелочности пород, в которых он содержится; хромшяинелиды субщелочлых серий Гавайских о-вов и о.Реюньон иден-ны по составам. Результаты сопоставления составов оливина и ассо-рующего с ним хромшпинелида показали хорошую корреляционную зави-ость мевду составами оливина и хромшпинелида, заключенного в них,

СЭ-i О-«.

С«0лм<

ó« i

. о ■ ее

«см

i ' ** в С

в'Г € OJ

"иу :

МПММПЮПКМ Fo%Mtt*

К Н И Н V I II >■ I) U и Fo%"

Рис.2а Гистограмма составов вкрапленников оливина в исследуемых образцах: I -(Рю-7в, Рю-7у, ОРР), П -(H-I, Н-ОС), Ш - (0-209), 1У - (С—220), У - (G-I63), У1 - (C-I95)

I - материалы автора, 2 - литературные данные по соответствующим сериям (по данным Maal¿e S., 1982 ,1988, 1989 и да.)

а именно, уменьшение Cr2o3> Fe2+/Fe3+, Mgo при почти одинаковом ai2o5 и слабом росте tío2 с уменьшением магнезиальности оливина всех исследуемых серий.

Следует отметить, что хромшпинелид-сшгвиновые ассоциации исследуе мых серий по сумме цризнаков (содержания СаО в оливине, содержания

Рис.26 Составы вкраплении ков оливина в исследуемых образцах. Оконтурены поля составов оливинов в базальтах СОХ

(I) ( БоЬогеу А. ,ТватегуапО.Р «1..1989 ) и мантийных ксенолитах (2) (Нв1чп.е et а!., 19»

Т102 и Р02О3 в хромшпинелидах, наличие первичных расшивных включений во вкрапленниках оливина и хромшпинелида) не могут быть интерпретированы как продукты дезинтеграции типичных мантийных нодулей. Исключением является магнезиальный оливин базанитовой серии Гавайских о-вов (рис.26).

Петзоксены. Все вкрапленники клинопироксена исследуемых образцов толеитовой, субщелочной, щелочно-базальтовой и нефелинитовой серий Гавайских о-вов представлены авгитом. Наблюдается зависимость увеличения -составляющей от увеличения щелочности пород. По составам исследуемые клинопироксены попадают в поля составов соответствующих серий Гавайских о-вов, известных в литературе. Наблюдается идентичность в составах клинопироксенов субщелочных серий Гавайских о-вов и о.Реюньон. Вкрапленники ортопироксена в пикрите (Н—I) представлены гиперстеном и расширили интервал составов„известных в литературе в более магнезиальную область. Ассоциация клинопироксена и ортопироксена в пикрите (Н-1) толеитовой серии вулкана Мауна Лоа, о.Гавайи, позволила на основе метода ( Xi.nd8l.ey в.н.,1983) оценить температуру их кристаллизации, близкой к 1200°С.

Глава 5. ИССЛЕДОВАНИЯ МАГМАТИЧЕСКИХ ВКЛЮЧШИЙ ВО ВКРАПЛЕННИКАХ МИНЕРАЛОВ

Первичные (захваченные на стадии кристаллизащга) машатические включения во вкрапленниках минералов исследуемых образцов представлены следующими типами: стекловатые и частично раскристаллизованные расплавные включения, кристаллические включения, сульфидные глобулы, флюидные и комбинированные включения. Оптическими наблюдениями этих включений во вкрапленниках оливина и определением их состава установлено, что на ранних стадиях кристаллизации система состояла из следующих фаз: оливин, хрошпинелид, силикатный расплав, флюид и сульфидный расплав. Для толеитовой серии вулкана Мауна Лоа, о.Гавайи в ходе кристаллизации к ликвидусным фазам присоединяется ассоциация ортопироксена и клинопироксена, а для субщелочной серии вулкана Мауна Кеа, о.Гавайи, ассоциация клинопироксена и плагиоклаза.

Термометрические исследования включений в минералах проводились по методике, описанной в гл.2. Методом гомогенизации первичных расшивных включений в минералах установлены следующие интервалы температур кристаллизации: оливины пикрита толеитовой серии Гавайских о-вов Т =

I350°-I250°C, ортошгроксекы и клинопироксены того же образца - Т = I220°-II80°C и Т = I200°-II60°C, соответственно; оливины океанита той жа серии Т = I3I0°-I240°C; оливины анкарамита субщелочной серии вулкана Мауна Кеа, о.Гавайи Т = 1305°-1260°С; олинины пикрита субщелочной серии о.Реюньон Т = 1345°-1235°С. Результаты анализа независимых критериев точности определения температур представлены на рис.3. На основе сравнений температуры гомогенизации с расчетными температурами, полученными в результате применения двухпироксенового геотермометра ( Lindsley D.H.,1983 ) • установлено отсутствие систематических погрешностей в определении температур кристаллизации в пределах точности геотермометра (i50°C) (рис.За). Сопоставление температуры гомогенизации с температурами, рассчитанными по составу расплава ( Ford с.Е. et al.,1983 ,Nelson H.L.,Drake M.J. ,1979 )• позволило сделать вывод о достижении равновесия между расплавом и фазой минерала-хозяина (рис. 36). Сильные корреляционные зависимости между температурами гомогенизации включений и составом вмещающего минерала свидетельствует об отсутствии случайных погрешностей определения температур кристаллизации, превышающих +20°С (рис.Зв).

@

■A-Soeonv А«(.1.13» У

иго tuo пи пч ТГ||М*С

Рис.3. Зависимости температур гомогенизации расплавных включений с расчетными температурами (см. текст) (а, б) и с магнезиальностью вмещающего минерала (в)

Тг«С

пи

«14«

D1A ИМ

■IfcO

-Tff-

t< M M M t> M И *ч U II И »» 1% H II

Гш%тт. «¡(P.)

15 I

Состав расплавных включений

Гомогенизированные включения. Составы расплавных включений, зака-[ешшх в процессе термометрического эксперимента, позволили сделать ¡ледующие выводы: I) составы расплавов толеитовой серии Гавайских |-вов и субщелочных серий Гавайских о-вов и о.Реюньон находятся на ¡дином оливиновом тренде с породами соответствующих серий (рис.4); !) изменение состава расплава контролируется кристаллизацией оливина [ затем клинопироксена для субщелочных серий Гавайских о-вов и I.Реюньон (рис.4а) и оливина, пироксенов и плагиоклаза для толеитовой ¡ерии Гавайских о-вов (рис.46); 3) наблюдается близость в составах «сплавов субщелочных серий Гавайских о-вов и о.Реюньон, которые, в :вою очередь, отличаются от толеитовой серии Гавайских о-вов более 1ЫС0кими концентрациями ^О.Та-С^ , СаО,А12о^ и более низкими зю2 ; ) наиболее магнезиальные расплавы, полученные методом гомогенизации 1асплавных включений во вкрапленниках оливина, содержат: для то-;еитовой серии вулкана Мауна Лоа, о.Гавайи - 13,9% вес., для субще-ючной серии вулкана Мауна Кеа, о.Гавайи - 11,9% вес., для субщелоч-:ой серии вулкана Питон де Неж, о.Реюньон - 14,1% вес.

Стекловатныв включения во вкрапленниках хррмшпинелида были обнаружены в пикрите толеитовой серии вулкана Мауна Лоа, о.Гавайи. Так как :ристаллизация оливина в расплаве, захваченном хромшпинелидом, проводит по всему объему включения, в отличие от расшивных включений | оливине, где кристаллизация происходит на стенках включения, сосав такого включения может быть близок к составу захваченного расп-:ава, даже в случае его полной или частичной кристаллизации. С помощью лектронно-зондового микроанализатора получены данные о составе этих ислючений. Исследования включений в отраженном свете показали, что ни мелке раскристаллизованы в виде структуры типа спенифекс. Анализ роводился широким зондом. По составам эти включения отвечают трендам юставов вулканических пород толеитовой серии вулкана Мауна Лоа, I.Гавайи, а также составам гомогенизированных включений в оливинах [икрита этой серии. Особо следует обратить внимание на новый результат I настоящей работе, а тленно, весьма магнезиальный состав ( МвО = 8% вес.) расплава толеитовой серии Гавайских о-вов. Расплав такого юстава для Гавайских о-вов и внутришштовых мага в целом определен шервые.

л

к

М

*1.0,

—

• f I ' ю ч и п I« и uMiQ, Ii«

и и 41 5.0, -

хл «• to

V •

v Я « 1 f F«0 A— * — —

U ю I • С.О * . iV

10 10 to — + ___

" OS «¿&-Д----

I * «они « II II M II и MgQ^M

•of.

»7

»•»v

Рис.4a Состав расплавных включений во вкрапленниках оливина исследуемых образцов субщелочных серий о.Реюньон и вулкана Мауна Kea. I - поле составов пород о.Реюньон (Fiele M.B. et al.,1988 )

Рис.46 Состав расплавных включений и пород толеитовой серии вул. Мауна Лоа. Породы по данным (Uaal*ie S. Hansel в.,1982 и др.). Оконтурены составы стекол вулкана Мауна Лоа (Byere C.D. et al., 1985 и др.)

Состав Флюидных включений

Во вкрапленниках оливина всех исследуемых образцов установлены первичные флюидные включения. На основе данных криометрии и раман-спектроскопии установлено, что главным компонентом флюидной фазы в системе является СО2. Минимальные оценки давления кристаллизации определены методом изохор (Ермаков Н.П., Долгов Ю.А., 1979)^составляют для толеитовой - 1,3 кбар, субщелочной серии - 3,5 кбар, щелоч-

но-базальтовой - 5 кбар, нефелинитовой серии - 3,5 кбар, субщелочяой серии о.Реюньон - 1,5 кбар, в дунитовом нодуле Гавайских о-вов -6 кбар, о.Реюньон - 3,5 кбар. Методом раман-спектроскопии во флюидной фазе установлено присутствие примесей летучих компонентов, а именно.Н2О, в количестве 1,5% мол. (толеитовая серия Гавайских о-вов), 0,6$ мол. (субщелочная серия о.Реюньон); so2 в количестве 0,4$ мол. (дунитовый нодуль о.Гавайи); СО в количестве 1,6% мол. (щелочно-ба-зальтовая серия Гавайских о-вов). Также установлено проявление реакции магнезиального оливина и углекислотного флюида с образованием магнезита и клинознстатита во флюидных включениях в оливине из дуни-товых нодулей о.Реюньон.

Глава 6. ПЕТРОЛОГИЯ ПЕРВИЧНЫХ РАСПЛАВОВ ИССЛЕДУЕМЫХ СЕРИЙ

Под первичным подразумевается расплав, не подвергнувшийся изменениям в составе после равновесия с мантийным веществом. Критерии первичности расплавов, презде всего, вытекают из модели вещества, равновесного с этим расплавом. Многочисленные исследования ксенолитов в кимберлитах и щелочных базальтах показали, что мантийное вещество может быть представлено достаточно широким спектром пород, от ультраосновных (гарцбургиты, лерцолиты) до основных (эклогиты). Так как одним из основных отличий этих пород является содержание в них магнезиального оливина и следовательно, их магнезиальность, то наиболее общим критерием выбора мантийного вещества можно считать оценки магнезиаль-ности первичных расплавов или их ликввдусных фаз. В частности, наличие высокомагнезиальных оливинов в ликвидусных ассоциациях пород изучаемых нами серий позволило нам принять в качества основы первдотито-вую модель источника. Как показывают экспериментальные данные (Taia-hashi E.,Kushiro I.,1983 .Jagues A.L., Green D.H. , 1980 ), в случае выбора перидотитовой модели источника, первичный расплав, образованный при равновесии с таким веществом при высоких давлениях, всегда будет иметь оливин в качестве первой или одной из первых ликвидусных фаз при давлениях ниже давлений равновесия. Поскольку по данным (Takahashi E.,Kushiro I.,1983 , Fallon T.J., Green D.H. , 1987 , 1988) коэффициент распределения Kg и Ре между оливином и расплавом мало чувствителен к изменениям температуры и давления, следовательно состав ликвидусного оливина расплава можно принять в качестве критерия первичности последнего.

В работе использованы два основных подхода к оценке первичного ликвидусного оливина: во-первых, в качестве оливина.равновесного с первичным расплавом,принимается установленный для этой серии наиболее магнезиальный оливин, но в данном случав будет обеспечена лишь минимальная оценка магнезиальности, поскольку нельзя исключать возможность сепарации более раннего оливина при фракционировании расплава на глубине. Второй, традиционный подход основан на равновесии первичного расплава с оливином остаточного вещества. Однако, в пределах перидотитовой модели состав оливина предполагаемого остаточного вещества меняется в довольно широком интервале: от 94 до 86# мол. Fo (Aral s.,1987 ) Для перидотитов в целом, и от 93 до 87$ мол* Fo (Sen G.а.,1983 ) Для перидотитовых ксенолитов в Гавайских лавах, в частности, это обусловило необходимость применения дополнительных критериев. В качестве такого критерия была привлечена общемантийная корреляция между магнезиальностью оливинов и хромистостью ассоциирующих шпинелей в гранатовых перидотитах, представленная в работе (Arai s., 1990 ). Были использованы данные экстраполяции в поле мантийной корреляции зависимостей между магнезиальностью оливинов и хро-мистостью ассоциирующих шпинелей в исследуемых нами сериях. Однако, как показано в работе (А.В.Соболев, Л.В.Данюшевский, 1990), хромис-тость шпинели,равновесной с расплавом заданного состава, является убывающей функцией давления. Учитывая данную поправку на хромистость шпинели, вызываемой разницей между давлением выплавления и кристаллизации (около 20 кб), для всех исследуемых нами серий хромистость шпинели в рестите составляет около 40$ мол. Результаты графических сопоставлений позволили предположить следующие интервалы состава оливина, который мог быть равновесен с первичными расплавами исследуемых серий. В качестве нижней оценки магнезиальности ликвидусного оливина нами принят Ро = 91% мол., который соответствует нижнему пределу магнезиальности оливина в поле мантийной корреляции для данного уровня хромистости шпинели, и шесте с этим близок к реально установленным составам наиболее магнезиального оливина в породах этих серий. В качестве верхней оценки магнезиальности ликвидусного оливина нами принят Ро = 92,5$ мол., оцененный по осевой части мантийной корреляции для данного уровня хромистости шпинели.

Определение состава первичных расплавов

На основе указанных интервалов состава ликвидусного оливина рао-ятаны первичные расплавы для толеитовой серии Гавайских о-вов и бщелочшх серий Гавайских о-вов и о.Реюньон. Расчет производился по ум методам: I) по методу моделирования обратного хода фракциониро-1ния оливина от составов расплава, соответствующих составам гомоге-[зированных включений в наиболее магнезиальных оливинах; 2) методом юнки состава первичного расплава оливинового кумулята (см. гл.2), ¡зультаты обоих методов для главных потроганных элементов согласу-гся в пределах 5% относительных. Полученные составы для толеитовой »рии Гавайских о-вов относятся к группе коматиитов (18-21% вес. 50 ) по классификации,представленной в работе (Arndt N.T.,Niebet •G.,1982 ) и хорошо согласуются с независимо определенным распла-эм коматиитового состава (18% Bec.Mgo ), установленного в виде шзчения в шпинели. Составы субщелочных маш относятся к группе лкрит-коматиитов (17-20% вес. MgO) с относительно повышенной щелоч-зстью. Результаты оценок составов первичных расплавов представлены таблица I.

Условия кристаллизации первичных расплавов исследуемых серий

Температура кристаллизации первичных расплавов может быть оценена вумя независимыми методам: I) на основе определения температуры омогенизации первичных расплавных включений в минералах (гл.5); ) на основе моделирования фракционной кристаллизации по методу, писанному в гл.2. Расчет производился с учетом давлений, оцененных о флюидным включениям (гл.5). Сравнение результатов показывает хо-ошую сходимость оценок температур, полученных обоими методами рис.5). На основе согласованных расчетных и экспериментальных дан-ых приняты следующие интервалы кристаллизации расплавов: для толеи-овой серии Гавайских о-вов - Т = I450°-II80°C (оливин), Т = 1220°-150°С (шфоксены); для субщалочной серии Гавайских о-вов - Т = 1395° •П90°С (оливин); субщелочная серия о.Реюньон - Т = I390°-II70°C оливин).

Давление кристаллизации исследуемых расплавов оценено на основе щределекия плотности и состава флюидных включений, захваченных в шгнезиальных вкрапленниках оливина соответствующих серий. Такие оценен уже приведены в гл.5. Так как мощность океанической коры для Га-

Таблица I

Составы первичных расплавов

1 2 3

тг с 1518 1Ы4 1554 1652 1560 1664

Та С 1174 1552 1490 1572 1500 1584

Р кЬ 22 31 30 40 30 40

Э102 49. 2 48.4 45.8 45.5 46.2 45.7

Т102 1.4 1.3 1.8 1.7 2.0 1.8

А1.203 10.2 9.3 11. 1 10.2 11.3 10.2

РЕО 11.4 11.0 11.2 11.0 11.5 11.2

мво 17.? 21.0 16.5 19.5 17. 1 20.2

С АО 7.8 7. 1 11.0 10. 1 9.3 8.5

ЫА20 1.7 1.5 1.7 1.6 2.0 1.8

К20 .32 .29 .51 .47 .59 .54

Ро .910 .925 .910 .925 .910 .925

Т С 1408 1459 1394 1452 1410 1464

С» ррш .06 .05 .05 .05 .22 .20

ЯЬ 5.6 5.0 6.4 5.9 12.6 11.5

Ва 6в 62 168 155 104 95

ТЬ .41 .37 1. 15 1.06 1.70 1.55

и . 14 . 13 .32 .29 .38 .35

К 2680 2420 4006 3678 4701 4280

ыь 10 9 20 19 21 19

Та .48 .43 1.24 1. 14 1.34 1.22

1.а 6. 51 5.88 14.42 13.24 15.33 13.95

С* 14.03 12.66 34.90 32.04 37.99 34.59

вг 226 204 410 376 291 265

Р 803 725 1421 1305 1494 1360

Бш 3.31 2.99 4.62 4.25 4.94 4.50

2г 95 66 123 113 152 139

НГ 2.51 2.27 3.65 3.35 4.07 3.71

Ей 1.39 1.26 1.91 1.75 1.92 1.75

Т1 8804 7948 12525 11499 12530 11408

ТЬ .53 .48 .65 .60 .72 .65

У 20 18 20 19 24 21

УЬ 1.60 1.44 1.41 1.30 1.73 1.58

Примечание: I - толеитовая серия Гавайских о-вов; 2 - субщелочная серия Гавайских о-вов; 3 - субщелочная серия о.Репньон

it м i> i} »• «е н и •» Mj

Рис. 5. Температуры кристаллизации минералов исследуемых образцов. Расч. - температуры рассчитанные фракционированием от первичных расплавов. Температуры кристаллизации оливина в расплавах TOP-I (I) и ТОР-2 (П) (Соболев A.B. и др.,1988) и Исландии (Пуренко A.A. и др., 1988)

вайских о-вов и о.Реюньон составляет 15-20 юл, можно сделать вывод, что кристаллизация толвитовых и субщелочных мага происходила в коровьи условиях, а для мата щелочно-базальговой серии Гавайских о-вов оценки давлений соответствуют уровню границы кора-мантия.

С<?Л9ТУЧТО крмпоценто??

Содержание Н2О в исследуемых расплавах, оцененное на основе составов флюидных включений и модели растворения ( Bumham с.V.,1979 )f составляет 0,3-0,5% вес. в толеитовой серна Гавайских о-вов и около 0,5% вес. для субщелочной серии о.Реюньон, что согласуется с литературными данными о содержании Н£0 в стеклах соответствующих составов ( Вуега C.D. et al.,I985 ). Минимальные содержания СО2, определенные по флюидным включениям и моделям растворения ( Spera F.G..Bergman s.c.

1980 , Spera F.s. , 1984 ),составляют 0,1-0,15% вес. для толе-

итовой серии Гавайских о-вов и 1% вес. для субщелочных, щелочных и нефелиновых серий.

Летучесть кислорода оценивалась по модели А.Борисова на основе хо-———————————— о*

рошо выраженных зависимостей между Fe / Ре-^ в шпинелях с составами

ассоциирующих оливинов, экспериментальных данных по равновесию иш нель-расплав и температуры их равновесия. Полученные результаты пс зали, что оценки го2 для поздних стадий фракциошфования исследус нами магм достаточно близки между собой и находятся в интервале га тетических буферов QFM - NiMio. Подученные результаты хорошо согл суются с результатами, известными в литературе (Кадик A.A., Дукани O.A., 1986,Evans B.W.,Wright T.L. ,1972 , Nativel P., 1978 )•

Условия <?0раэ<?ваш ютаичных растоэдв

Давление определялось с использованием экспериментальных данных по частичному плавлению мантийного вещества при различных давления) методом "сандвича" ( jagues a.l.,Green D.H.,1980, Fallon T.J. , Green D.H., 1987,1988 ,Fallon T.J.et al,I98fc)Оценки давлений проводились путем нанесения полученных нами первичных составов на проем из вершин диопсид и плагиоклаз общепринятого базальтового тетраэдре Ol -Di -Pi-si02> на которых были нанесены результаты экспериментал! них данных,указанных выше. Погрешность в определении давлений преду женным методом,оцененная на основе сравнений экспериментальных данн разных авторов,составила 3 кбар при давлениях ниже 30 кбар. Оценки давлений исследуемых нами серий составили, 27+5 кбар для толеитовой серии и 35+5 кбар для субщелочных серий.

Температура последнего равновесия первичных расплавов с остаточным мантийным веществом рассчитывалась на основе наклона ликвидуса, составляющего 5°С/кбар для оливинсодериащих систем ( Takahaahi е., Kuahiro I., 1983 ). Минимальная поправка на давление вычислялась ис ходя из предположения адиабатической декомпрессии первичного распла ва с адиабатическим градиентом 3°С/кбар ( Hiebet e.g.,I9S2). Таким образом полученные оценки температур равновесия первичных расплавов мантийным веществом соответствуют: 1680°-1470°С для толеитовой сери; Гавайских о-вов, 1650°-1490°С для субщелочной серии Гавайских о-вов 1660°-1500°С для субщелочной серии о.Реюньон. Следует отметить, что полученные оценки температуры образования исследованных магм (более I50U°C) значительно превышают предыдущие оценки,известные в литерат: ре как для Гавайских о-вов,так и для внутриплитового магматизма в ц< лом.

Летучесть кислорода начальной стадии кристаллизации первичных рас плавов исследуемых серий оценивалась вышеуказанным методом по модел! А.Борисова. Полученные оценки находятся ниже и вблизи гипотетическо-

уфера OFM.

ценка состава мантийного источника толеитовой и субщелочннх 'агм ТЪвайских о-вов и о.Решьон

1остав мантийного вещества в отношении несовместимых элементов опалялся на основе: I) составов первичных мантийных расплавов; 2) {ки составов рестита после вшишвок магм; 3) оценки степеней час--loro плавления мантийного субстрата.

Оценки содержаний несовместимых элементов в первичных расплавах с. 6а) проводились методом наименьших квадратов,исходя, из содер-ий этих элементов в исследуемых породах соответствующих серий.

Рис. 6а. Спай-дер-диаграмма содержаний несовместимых элементов

О/Сот

первичных расплавов. Содержания

нормированы к составу 'первичной

мантии по ( Sun S. S. ,licDonough ,

1988 )

ю

—-LOA НК-кЕ» -О-BU

Оценка степени плавления субстрата проводилась с использованием

метода, предложенного (Chen с.-I.,1988 ). Метод основан на эмпи ческой калибровке уравнений распределения Ыа2о и к2о между расп вом и ультраосновной ассоциацией. Для реализации этого метода,кро содержаний щелочей в расплаве,необходимо представление о вариация суммы щелочей в потенциальном мантийном источнике.Как показывают . тературные данные,с учетом децдетированных вариантов,сумма щелоче: источника лежит в интервале 0,2-0,7$ вес. (Chen с.-I.,1988 ).Для более точного ограничения пределов рассчитанных степеней плавленш использовался анализ результатов недавних экспериментов по плавдв! двух контрастных мантийных составов, а именно, Гавайского пиролитс ТО-перидотита, приведенные в работах ( Jaguas A.L.,Greene.н.,1980 fallón T.j. et al. , 198? ). Обобщение полученных результатов д ет следующие оценки степеней плавления: для толоптовой серии Гавай ских о-вов 34-20$, для субщелочной серии Гавайских о-вов 34-8$, дл субщелочной серии о-ва Реюньон 30-7$.

Оценка состава мантийного вещества производилась с использовали вышеуказанных параметров по модели плавления. В качестве возможных фаз рестита разных моделей принимались - гарцбургит:оливин (70$) и ортопироксен (3ü$) для толеитовых мага и гранатовый лерцолит:оливи (60$), ортопироксен (20$) и клинопироксен (10$), гранат (10$) для субщелочных магы.Коэффициенты распределения несовместимых элементе в системе кристалл-расплав использовались на основании работ (irvi A.J.,1978 , Л.Н.Когарко.И.Д.Рябчиков,1983,Budahn J.H..Schmitt В.А ).Полученные данные для толеитовых магм отвечают области обо гащенного вещества (рис.66) и близки к оценкам,полученным в работе (Л.Н.Когарко, 1986).Отмечаются систематические различия с результа тами расчетов, полученных в работах ( Wright T.L., 1984 , Budahn J Schmitt H.A. , 1985 ), которые связаны с различиями в оценке со става и степеней плавления: 40$ плавления и рестит дунитового сост ва ( Wright т.L.,1984 ),3$ плавление и рестит отвечающий составу гранатового лерцолита ( Badahn J.B..Schmitt H.A., 1985 ). При рас чете оценок состава мантийного вещества субщелочных серий учитывал ся целый ряд возможных составов рестита,а именно,гарцбургит - для максимальных степеней плавления; гранатовый лерцолит - для ыинимал ных оценок степеней плавления (рис. 6в).Решения для верхних предел' степеней плавления относятся к области обогащенного мантийного вещества и подтверждают оценки ( Albarede Г..Tamagnan V.,1986).Решен] для низких пределов степеней плавления относятся к области,близкой

a/Cpm

Юг

Ce BD Be Th U К Nt> Te la Ce S» Nd P Sm Zr H1 Eu Tl Tb Dy Y Yb

a/Cpm

10c

Ce Rb Be Th U К Nb Та le Ce Sr Nd P Sm Zr H1 Eu Tl Tb Dy Y Yb

Рис.66,в. Спайдер-диаграмма содержаний несовместимых элементов источников магм толеитовой серии Гавайских о-вов (б) и субщелочных серий Гавайских о-вов я о.Реюньон (в). Содержания нормированы к составу первичной мантии ПО ( Sun S.S.,UcDonough,I988 )

к примитивному, а для ряда компонентов к обедненному мантийному веществу. В целом полученные оценки указывают на более обогащенные составы по сравнению с данными ( Budahn J.B.,Schmitt Е.а.,1985 ). Это расхождение может быть следствием различных оценок степеней плавления

которыэ составляют 3% и выходят за рамки предельных оценок для субщелочных магм, полученных в настоящей работе.

Полученные результаты и геодинамические модели

Оценки температур и давлений образования магм толеитовых серий Гавайских о-вов и субщелочных серий Гавайских о-вов и о.Реюньон были нанесены на РТ диаграмму, совместно с кривыми сухих ликвидуса и соли-дуса примитивного лерцолита Гавайских о-вов, на которой показаны также РТ параметры Гавайских ксенолитов, предыдущие оценки условий образования Гавайских толеитов и модельные геотермы (рис.7).

Рис.7. Р-Т оценки образования первичных расплавов толеи-I товой серии Га-1 вайских о-вов (Мауна Лоа) и субщелочных серий Гавайских о-вов (Мауна Кеа) и о.Реюньон. оьт _ оценки по ( Green D.H.et al

1987) толеитовой серии Гавайских o-bob;haw- _ Pi оценки Гавайских ксенолитов. Фазовые границы д0 (Teüc&h&ahi Е. 1986 )

Результаты сопоставления показали, что: во-первых, полученные оценки существенно превышают по температуре и давлению более ранние оценки и полностью согласуются с максимальными давлениями равновесия Гавайских лерцолитов; во-вторых, исследованные первичные магмы на 400°-500°С перегреты относительно стабильной геотермы региона. Такой пере-

грев монет быть следствием адиабатической декомпрессии мантийных диа-пиров при подъеме. Знание среднего адиабатического градиента ультраосновного вещества (около 1°С/кбар) и модельной геотермы Земли позволяет оценить глубину начала подъема диапира. С учетом эффекта фазовых переходов (Л.М.Трускиновский и др., 1986) оценка составила 900 км и, таким образом, модно предположить, что источником вещества исследуемых серий внутриплитового магматизма является нижняя мантия Земли. Этот результат является независимым подтверждением концепции мантийных струй глубинного заложения при образовании данного типа магматизма.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основе комплекса методов термобарогеохимии, минералогии и численного моделирования определены составы первичных расплавов толе-итовой и субщелочной серий о.Гавайи и субщелочной серии о.Реюньон по петрогенным элементам и 18 алементам-примесям. Установлено, что составы первичных расплавов отвечают коматииту (18-212 вес. ме° ) для толе-итовой серии и пикритам-коматиитам (17-202 вес. ) для субщелочных серий и,в целом,характеризуются обогащением наиболее несовместимыми элементами.

2. По данным изучения магматических включений в минералах и результатам численного моделирования, определены условия ранних стадий кристаллизации толеитовой и субщелочной серий о.Гавайи и субщелочной серии о.Реюньон. Температуры кристаллизации отвечают: 1450-Н80°С для толеитовой серии о.Гавайи, 1395-П90°С для субщелочной серии о.Гавайи и 1390-П70°С для субщелочной серии о.Реюньон. Кристаллизация происходила при давлении 0,1-3,5 кбар в присутствии существенно утлекислот-ного флюида. Парциальное давление Н20 во флюиде составляло 10-40 бар. Летучесть кислорода закономерно изменялась от значений близких к буферу ОМ и на порядок ниже в области высоких температур до значений между буферами ОМ и^шю в области пониженных температур.

3. На основе полученных данных, а также использования результатов петрологического эксперимента оценены Р-Т условия образования первичных расплавов и составы их мантийных источников. Показано, что первичные расплавы толеитовой серии Гавайских о-вов образуются на глубине около 100 км при Т = 1680-1480°С в результате 20-34$ частичного плавления мантийного перидотита с остатком в вида гарцбургитовой ассоциации. Первичные маши субщелочных серий Гавайских о-вов и о.Реюнь-

/

он образуются в близких условиях на глубинах около 100-130 кы и температурах 1650-1500°С в результате 7-34% плавления мантийного перидо тита с остатком в виде гарцбургитовой или гранат-лерцолитовой ассоциации. Мантийные источники всех исследованных объектов наиболее вероятно характеризовались систематическим обогащением несовместимыми элементами относительно первичного мантийного вещества.

4. По условиям образования, составам расплавов, условиям кристаллизации и минералогическим особенностям .субщелочные магмы Гавайских о-вов и о.Реюньон практически идентичны, и, таким образом, характеризуют устойчивый тип мантийного магматизма.

5. По совокупности полученных данных сделано предположение об об-| разовании первичных магм Гавайских о-вов и о.Реюньон в результате диапиризма мантийного вещества нижней мантии Земли.

Список опубликованных работ по теме диссертации:

1. Петрология океанитов о.Рвшьон, Индийский океан, по данным изучения магматических включений в минералах. - Тезисы докладов УП Всесоюзного совещания по терыобарометрии и геохимии рудообразую-щих флюидов. - Львов, 1985. - С. 138 (совместно с Соболевым A.B., КононковоЙ H.H.).

2. Первичный расплав и условия кристаллизации ультраосновных лав Гавайских островов. - Тезисы докладов 7 Всесоюзной школы морской геологии. - М., 1986. - С. 59 (совместно с Соболевым A.B., КононковоЙ H.H.).

3. Состав и условия кристаллизации первичного расплава толеитовой серии вулкана Килауэа, о.Гавайи (Тихий океан). - Тезисы докладов Ш Тихоокеанской школы по морской геологии, геофизике и геохимии. -Владивосток, 1987. - С. 132-133 (совместно с Соболевым A.B., Колесовым H.H., КононковоЙ H.H.).

4. Условия образования дунитовых нодулей в базальтах островов Реюньон (Индийский океан) и Гавайи (Тихий океан). - Тезисы докладов 8 Всесоюзной школы морской геологии. - М., 1988. - С. 197 (совместно с Соболевым A.B., Щербовским Б.Я.).

5. Первичные ликвидусные ассоциации главных геохимических типов магматизма Гавайских островов. - Тезисы докладов Х1У семинара "Геохимия и физико-химическая петрология магматизма". - М., 1988. -С. 211 (совместно с Соболевым A.B., КононковоЙ H.H., Щербовским Е.Я.).