Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Происхождение высококалиевых вулканитов Везувия (Италия)

ВАК РФ 25.00.04, Петрология, вулканология

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Ковальская, Татьяна Николаевна

Введение

Глава 1. О происхождении высококалиевых магм 10 (литературный обзор)

1.1. Гипотезы происхождения щелочных магм

1.2. Основные типы высококалиевых пород

Глава 2. История изучения вулкана Везувий

2.1. Типы извержений вулкана Везувий.

2.2. Типы включений, вынесенных на поверхность Везувием.

2.3. Исследования расплавных и флюидных включений в продуктах вулканизма Везувия.

2.4. Гипотезы образования и развития вулкана Сомма-Везувий.

2.5. Выводы.

Глава 3. Геологическая характеристика Средиземноморского 33 подвижного пояса и положение вулкана Везувий

3.1. Геологическое строение и развитие 33 Средиземноморского подвижного пояса.

3.2. Особенности строения Тирренской 36 (Романской) щелочной провинции.

3.3. Геологическое положение вулкана Сомма-Везувий.

Глава 4. Петрография и минералогия пород современного 42 периода активности вулкана Везувий

4.1. Морфологические особенности продуктов 42 вулканизма Везувия.

4.1.1. Петрографические особенности ультраосновных 42 включений.

4.1.2. Петрографические особенности высококалиевых 48 эффузивов

4.1.3. Выводы

4.2. Химические составы минералов вулканитов 54 Везувия и их эволюция.

4.2.1. Выводы

Глава 5. Геохимические особенности высококалиевых 71 вулканитов Везувия (1631-1944 гг.)

5.1. Главные петрогенные элементы.

5.2. Малые петрогенные элементы.

5.3. Режим летучих компонентов

5.4. Изотопные характеристики вулканитов Везувия

5.5. Выводы

Глава 6. О происхождении высококалиевых вулканитов 91 Везувия

6.1. О магмогенерирующем источнике

6.2. Парагенетический анализ продуктов вулканизма Везувия

6.3. Физико-химические условия формирования пород

6.4. Кристаллизационная дифференциация

6.5. Взаимодействие с вмещающими породами

6.6. Кислотно-основное взаимодействие компонентов

6.7. Выводы

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Происхождение высококалиевых вулканитов Везувия (Италия)"

Данная работа посвящена изучению эволюции магматизма уникальнейшего геологического объекта - вулкана Везувий, который на протяжении всей своей активности извергает недосыщенные кремнеземом высококалиевые эффузивы.

Новейшие методы исследования вещества позволяют более детально изучать различные геохимические процессы: В последние годы появляется все больше данных о химическом, изотопном составах пород, а также данные изучения расплавных и флюидных включений в различных породах, что позволяет делать более обоснованные выводы о глубинной природе того или иного геологического объекта. В данной работе были исследованы высококалиевые эффузивы вулкана Везувий (базаниты, тефриты, фонолиты) и вынесенные ими ультраосновные включения, которые играют большую роль в познании глубинных условий магмообразования. Уникальность исследованного материала заключается в том, что большая часть образцов была собрана разными исследователями в период с 1700 по 1990 год. Эти породы в дальнейшем были почти полностью перекрыты продуктами двух последних мощных извержений вулкана 1906 и 1944 гг.

Актуальность исследований. Высококалиевые породы распространены на земном шаре локально по сравнению с другими геохимическими группами пород. Создание единой модели их происхождения практически невозможно в связи с их гетерогенностью -они сильно отличаются друг от друга по химическому составу, геодинамической обстановке формирования и пр. До сих пор остается дискуссионным вопрос о причине накопления калия в щелочных породах, поэтому детальное изучение каждого объекта имеет особое значение.

Цель исследований заключалась в петрологическом изучении высококалиевых пород вулкана Везувий, выяснении стадийности их образования и выявлении процессов, влияющих на формирование этих пород. В соответствии с этим были поставлены следующие задачи: а) выявить и доказать взаимоотношения между ультраосновными включениями и высококалиевыми эффузивами вулкана Везувий; б) провести детальный парагенетический анализ вулканитов Везувия и выявить причины смены условий кристаллизации расплава; в) установить основные процессы имевшие место при формировании высококалиевых пород Везувия.

Основные защищаемые положения.

1. Исходный расплав современной вулканической серии вулкана Везувий образовался за счет частичного плавления метасоматизированной мантии, обогащенной элементами группы калия и летучими компонентами, преимущественно водой.

2. В процессе подъема к поверхности расплав испытал кристаллизационную дифференциацию, ранними продуктами которой являются флогопитсодержащие оливиновые пироксениты, вынесенные на поверхность в виде ультраосновных кумулятивных включений.

3. В земной коре ' магма, помимо дифференциации, испытала взаимодействие с сиалическим фундаментом Средиземноморского пояса и затем с вышележащей толщей триасовых доломитов, обогатившись основным компонентом - кальцием. Это вызвало повышение активности калия в расплаве на малых глубинах и обильное формирование лейцита. Взаимодействие расплава с корой привело к смене флюида с водного на углекислый и выносу элементов, избыточных по отношению к диопсид-лейцитовой эвтектике, с образованием расплавов базанит-тефритового состава с одной стороны и магнезиальных скарнов с другой. 4. Показано, что высококалиевая серия вулкана Везувий сформировалась в результате уникального сочетания ряда процессов магмогенерации. Под действием этих процессов образовался полигенный высококалиевый расплав, включающий помимо мантийного примесь корового материала.

Фактическая основа и методы исследований. Фактическую основу работы составили данные исследований, выполненных автором в 1997 - 2001 гг. на каменном материале вулкана Везувий. Исследовались ультраосновные включения (оливин-флогопитовые пироксениты), а также высококалиевые эффузивы (базаниты и тефриты) современного (с 1631 г.) этапа вулканической активности Везувия из коллекций Государственного геологического музея им. В.И. Вернадского, предоставленные его директором, академиком РАН Д.В. Рундквистом.

В работе применялся комплекс минералого-петрографических методов, включающий в себя исследования структурно-текстурных особенностей пород, их минерального состава, парагенетический анализ, изучение зональности сосуществующих минералов и геотермометрию. Было изучено более 200 шлифов, выполнено более 1500 анализов минералов на растровом электронном микроскопе CamScan с энергодисперсионным анализатором Link. Оценки термодинамических параметров формирования раннего парагенезиса в вулканитах Везувия проводились с использованием оливин-клинопироксенового геотермометра (Louks, 1996).

Кроме того, использованы опубликованные в литературе данные о химическом составе пород различных этапов активности вулкана Везувий, полученные рядом исследователей (Joron et al., 1987, Villemant et al., 1993 и др.); результаты детального изучения расплавных и флюидных включений (Ве1кт ег а1., 1985, 1993, 1995 и др.) в различных минералах из вулканитов Везувия.

Практическая ценность работы. По результатам изучения вулканитов Везувия создана модель формирования высококалиевых пород, которая может быть применена для изучения аналогичных пород других природных объектов.

Апробация работы. Результаты исследований, положенных в основу диссертации, докладывались на Международной конференции в-Порто, Португалия (2001), на IX Международном симпозиуме по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии в Цюрихе, Швейцария (2002), на конференциях научной школы «Щелочной магматизм Земли», организованных ГЕОХИ РАН (2001, 2002), на семинаре по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии, Москва, ГЕОХИ РАН (2002). Всего по теме диссертации опубликовано 8 работ (2 статьи и 6 тезисов докладов).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения; имеет общий объем 155 страниц, содержит 16 таблиц и 35 рисунков. Список литературы включает 99 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Петрология, вулканология", Ковальская, Татьяна Николаевна

6.7. Выводы.

В ходе проведенных исследований показано, что образование ультраосновных и основных высококалиевых лав в Романской щелочной провинции обусловлено несколькими процессами, и именно такое их сочетание обуславливает появление высококалиевых вулканитов. Для возникновения такого рода пород необходим обогащенный мантийный источник. Существенную роль в их. формировании сыграла кристаллизационная дифференциация первичного расплава в промежуточных магматических очагах, которая являлась главенствующим процессом при формировании наиболее ранних продуктов кристаллизации - ультраосновных включений. На более

Г" , км

1,5

10 м&Фаморфйзоваяные ^ч ^-породы

Л12Оз

15

Рис. 38. Схема миграции компонентов при формировании высококалиевой серии вулкана Везувий. • поздних этапах важную роль в образовании минеральных парагенезисов высококалиевых лав сыграло взаимодействие расплава с вмещающими породами - слюдяными сланцами и доломитами, в ходе которого расплав дополнительно обогатился кальцием, алюминием, калием и истощился кремнеземом. Увеличение содержания кальция привело к увеличению активности основных компонентов в расплаве, в том числе к увеличению активности калия и появлению калиевых минералов.

Заключение

Изучение высококалиевых эффузивов и ультраосновных включений вулкана Везувий выявило следующие особенности. Установлено, что в ходе своей эволюции магматический расплав, из которого впоследствии были сформированы вулканиты Везувия, прошел несколько этапов, проявившихся в смене Р-Т условий, флюидного режима, кислотно-основного взаимодействия компонентов, на фоне которых шел процесс кристаллизационной дифференциации.

Доказано, что образование ультраосновных и основных высококалиевых лав в Романской щелочной провинции обусловлено тремя условиями, и именно такое их сочетание обуславливает наличие высококалиевых вулканитов. Во-первых, для возникновения такого рода пород необходим метасоматизированный обогащенный мантийный источник (это доказано на основе изотопных отношений, закономерностях распределения и содержаниях малых петрогенных элементов; малой степени плавления субстрата). Во-вторых, существенную роль в их формировании сыграла кристаллизационная дифференциация первичного расплава в промежуточных магматических очагах, в ходе которой были сформированы наиболее ранние продукты кристаллизации - ультраосновные включения. В-третьих, наряду с кристаллизационной дифференциацией, решающую роль в различии минеральных парагенезисов ультраосновных включений и высококалиевых лав сыграло взаимодействие расплава с вмещающими породами - слюдяными сланцами и доломитами (контаминация), в-ходе которой расплав обогатился кальцием, алюминием, калием и обеднился кремнеземом. Увеличение содержания кальция привело к увеличению его активности в расплаве, что в свою очередь (на основании теории Д.С. Коржинского (Коржинский, 1959) привело к увеличению активности

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Ковальская, Татьяна Николаевна, Москва

1. Богданов H.A., Хаин В.Е., Чехович В.Д., Короновский Н.В., Ломизе

2. Дир У.А., Хауи P.A., Зусман Дж. Породообразующие минералы.

3. Цепочечные силикаты. Москва: "Мир", 1966 Жариков В.А. Основы физико-химической петрологии. Москва: Изд-во МГУ, 1976. 420с.

4. Жариков В.А. Флюидно-магматичекая дифференциация основных магм

5. Интерпретация геохимических данных (под ред. Е.В. Склярова). М.,

6. Интермет Инжиниринг, 2001, 288 с. Йодер Г.С., Тилли К.Э. Происхождение базальтовых магм. М., Мир, 1955,248 с.

7. Новосибирск, Наука, 1992, 230 с. Лутц Б.Г. Геохимия океанического и континентального магматизма. М.,

8. Недра, 1980, 246 с. Магматические горные породы. Т. 2. Щелочные породы. М., Наука, 1984. Т.2. 415с.

9. Маракушев A.A. Петрогенезис и рудообразование. М. Наука, 1979, 262 с.

10. Маракушев A.A. Петрогенезис. М., Недра, 1988, 293 с. Маракушев A.A. Петрография. Москва, Изд-во МГУ, 1993. 320с.

11. Маракушев A.A. Происхождение земли и природа ее эндогенной активности. М. Наука, 1999. 252 с.

12. Маракушев A.A. Петрология и рудоносность Тихого океана // Тихоокеанская геология. 2000. Т. 19. № 6. С.139

13. Милановский Е.Е., Короновский Н.В. Орогенный вулканизм и тектоника Альпийского пояса Евразии. Москва: "Недра", 1973. 277с.

14. Милановский Е.Е. Геология России и ближнего зарубежья. Москва: Изд-во МГУ, 1996. 339с.

15. Перчук Л.Л., Рябчиков И.Д. Фазовое соответствие в минеральных системах. Москва: "Недра", 1976. 287с.

16. Перчук Л.Л., Фролова Т.Н. Влияние состава флюида на эволюцию базальтовых серий // Доклады АН СССР. 1980. Т.253. № 6. С.1436 -1439.

17. Петрография. Москва: Изд-во МГУ, 1976. 4.1. 382с.

18. Пирс Дж.А., Липпард С.Дж., Роберте С. Особенности состава и тектоническое значение офиолитов над зоной субдукции // Геология окраинных бассейнов, М., Наука 1987, с. 134-165.

19. Породообразующие пироксены (под ред. Добрецова Н.Л.). Москва: "Наука", 1971,217 с.

20. Ритман А. Вулканы и их деятельность. М., Мир, 1964. 312 с.

21. Рундквист Д.В., Ряховский В.М., Миронов Ю.В. и др. Существует ли универсальный Sr-Nd-Pb изотопный индикатор нижнемантийных плюмов?//Док. РАН, 2000. Т. 370. №2. с. 223-226.

22. Рябчиков И.Д. Процессы мантийного магмообразования // Магматические горные породы. Т.6. Эволюция магматизма в истории Земли. М., Наука, 1987, с. 349-372.

23. Рябчиков И.Д., Брай Г.П., Когарко Л.Н. Частичное плавление карбонатизированного перидотита при 50 кбар /7 Петрология, 1993, т. 1, №2, с 189-194.

24. Рябчиков И.Д. Состав верхней мантии Земли // Геохимия, 1997, 5, с.1-11.

25. Рябчиков И.Д. Флюидный режим мантии Земли //Вестник ОГГГГН РАН, №3 (9), 1999, с. 32-51.

26. Сазонова JI.B., Носова А.А. Зональность клинопироксенов из одинитов Урала//Геохимия. 1999. № 12. С. 1268-1282.

27. Фор Г. Основы изотопной геологии. Москва: "Наука", 1989. 413с.

28. Фролова Т.И., Бурикова И.А. Магматические формации современных тектонических обстановок. Москва: Изд-во МГУ, 1997. 320с.

29. Фролова Т.И., Перчук Л.Л., Бурикова И.А. Магматизм и преобразование земной коры активных окраин. Москва: "Недра", 1989. 262с.

30. Хаин В.Е. Региональная геотектоника. Океаны. Синтез. Москва: "Недра", 1984. 291с.

31. Цветков А.А., Журавлев Д.З. Изотопный состав Sr, Nd, Hf и проблема петрогенезиса базитов различных геодинамических обстановок // Океанический магматизм: эволюция, геологическая корреляция. Москва, "Наука", 1986. С.64-76

32. Щелочные эффузивные и жильные серии (критерии диагностики карбонатитовых провинций). М., ИМГРЭ, 2002. 234с.

33. Щелочные породы. Москва: "Мир", 1976. 400с.

34. Akasaka М., Onuma К. The join CaMgSi206~- CaFeAlSi06 CaTiAl206 and its bearing on the Ti-rich fassaititc pyroxenes // Contrib: Miner. Petrol., 1980, vol. 71, p. 301-312.

35. Appleton J.D. Petrogenesis of potassium-rich lavas from the Roccamonfina volcano, Roman region, Italy // Journal of Petrology. 1972. Vol.13. P.425-456

36. Ayuso R.A. De Vivo B. Rolandi G. Geochemical and isotopic (Nd-Pb-Sr-O) variati ons bearing on the genesis of volcanic rocks from Vesuvius, Italy // Journal of volcanology and geothermal research. 1998. Vol.82. P.5378.

37. Baldridge S.W.,- Carmichael I.S.E., Albee A.L. crystallization path of leucite-bearing lavas: examples from Italy 11 Contrib. Miner. Petrol, 1981, vol.76, p. 321-335.

38. Peccerillo A. On the origin of the Italian potassic magmas comments. II

39. Chem. Geol. 1990. Vol.85. P.183-196 Rahman S. Some aluminous clinopiroxenes from Vezuvius and Monte

40. Santacroce R., Bertagnini A., Civetta L., Landi P., Sbrana A. Eruptive dynamics and petrogenetic processes in a very shallow magma reservoir: the 1906 eruption of Vezuvius. // Journal of petrology. 1993. Vol.34. Pt.2. P.383-425

41. Trigilla R., De Bendetti A.A. Petrogenesis of Vezuvius historical lavas constrained by Pearce element ratios analysis and experimental phase equilibria. // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 1993. Vol.58. P.315-343.

42. Vagelli G., Belkin H.E., De Vivo B., Trigilla R, Silica-melt inclusions in resent Vesuvius lavas (A.D.631-1944). I. Petrography and microthermometry // European Journal of Mineralogy. 1992. Vol.4. P.1113-1124

43. Vagelli G., De Vivo B., Trigila R. Silicate-melt inclusions in recent Vesuvius lavas (1631-1944): II. Analitical chemistry // Journal of volcanology and geothermal research. 1993. Vol.58. P.367-376

44. Vezzoli L. Progetto finalizzato "Geodinámica". Roma: Consiglio nazionale delle ricerche, 1988

45. Villemant et al. Geochemistry of Vesuvius volcanic during 1631-1944 period // Journal of volcanology and geothermal research. 1993. Vol.58. P.291-313

46. Volcanoes of the Neapolitan Area: Vezuvio, Ischia, Campi Flegrei. International Minera-logical Association. Pisa. 1994. 180p.

47. Wilson M. Igneous petrogenesis a global tectonic approach. London. 1988. 465p.

48. Zindler A., Hart S., Chemical geodynamics 1986, Ann. Rev. Earth Planet., 1986, Sci. 14, p.493-571.