Расслоенные массивы как индикаторы состава верхней мантии и условий мантийного магмообразования

Бородина, Евгения Викторовна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Расслоенные массивы как индикаторы состава верхней мантии и условий мантийного магмообразования
ВАК РФ 25.00.04, Петрология, вулканология

Автореферат диссертации по теме "Расслоенные массивы как индикаторы состава верхней мантии и условий мантийного магмообразования"

На правах рукописи

БОРОДИНА Евгения Викторовна

РАССЛОЕННЫЕ МАССИВЫ

КАК ИНДИКАТОРЫ СОСТАВА ВЕРХНЕЙ МАНТИИ

И УСЛОВИЙ МАНТИЙНОГО МАГМООБРАЗОВАНИЯ

(на примере массивов Центральный (Монголия), Мажалыкский (Тыва) и Маскокс (Канада)

25.00.04 - петрология, вулканология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата геолого-минералогических наук

Новосибирск

2004

Работа выполнена в Институте геологии Сибирского отделения Российской Академии Наук

Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук, Изох Андрей Эмильевич

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук,

Симонов Владимир Александрович кандидат геолого-минералогических наук, Кислов Евгений Владимирович

Ведущая организация:

Томский государственный университет (г. Томск)

Защита состоится « 17 » ноября 2004 г. в К) часов на заседании диссертационного совета Д 003.050.06 при Объединённом институте геологии, геофизики и минералогии СО РАН, в конференц-зале.

Адрес: 630090, Новосибирск, 90, пр. ак. Коптюга, 3 Факс: (3832) 33-27-92, felix@uiggm.nsc.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОИГГиМ СО РАН.

Автореферат разослан «_8_» октября 2004 г.

Учёный секретарь "

диссертационного совета д.г.-м.н.

■

2005-4 |

13036 | ВВЕДЕНИЕ

Объектом исследования настоящей работы являются высокомагнезиальные расслоенные перидотит-габбровые массивы как результат эволюции высокомагнезиальных (пикритовых) расплавов первично-мантийного происхождения. Представленная работа посвящена решению задачи, связанной с формированием расслоенных габброидных массивов на примере трёх эталонных наиболее известных высокомагнезиальных расслоенных перидотит-габбровых массивов Западной Монголии (Центральный), Тывы (Мажалыкский) и Канады (Маскокс).

Необходимость изучения расслоенных массивов обусловлена общей проблемой эволюции и особенностей магматизма, приуроченного к разным геодинамическим обстановкам, островодужной (Центральный массив), коллизионной (Мажалыкский массив) и внутриплатной (массив Маскокс). Несмотря на то, что представления о происхождении и формировании расслоенных массивов лежат в основе одного из главных направлений петрологических исследований, целый ряд вопросов пока решен недостаточно полно. В их числе такие определяющие, как физико-химические условия и динамика формирования расслоенных массивов, вопросы эволюции первично-мантийных расплавов. Неоднозначно оценивается влияние термодинамических параметров мантийного плавления на состав первичных расплавов. Наиболее дискуссионны приёмы оценки состава родоначальных расплавов расслоенных массивов и состава мантийных источников. В подавляющем большинстве они не учитывают, или не в полной мере учитывают, современные достижения в области динамического моделирования петрологических процессов и не в должной мере приспособлены к принципиально новым петрологическим и геохимическим представлениям последних десятилетий.

На основе вышесказанного, актуальность исследования определяется необходимостью совершенствования приёмов изучения высокомагнезиальных расслоенных массивов, оценки составов их родоначальных расплавов и составов мантийных источников с петрологических и геохимических позиций в свете современных достижений и представлений в области петрологического моделирования магматических процессов.

Целью представленной работы является разработка нового подхода к оценке составов родоначальных расплавов и магмогенерирующих субстратов для расслоенных перидотит-габбровых массивов, увеличение полноты извлечения петролого-геохимической информации путём создания динамических моделей формирования этих объектов, совершенствование системы обработки и количественной интерпретации данных с помощью привлечения современных компьютерных программ.

Научная задача: с использованием комплекса петролого-геохимических данных, а также результатов математического моделирования определить зависимость между составом высокомагнезиальных расслоенных массивов и составом и геохимическими типами мантийных источников, а также условиями образования родоначальных расплавов этих массивов. ______________________

1РОС. К А1!, И О Н АЛ Ь П А Я , БИБЛИОТЕКА | С. Петербург у У/* | т НЮ ЦтяГ'Р I

"^"^ГГ1||П|1||||ТПГ|Я111|11|||||||1ИП..................................III Щ||| и) |.М||||'|| №11'МП

Поставленная в работе задача решалась поэтапно:

1. Установить особенности геологического строения и петролого-геохимического состава пород выбранных высокомагнезиальных расслоенных массивов.

2. С помощью программы КОМАГМАТ 3.5 (Ariskin et al., 1993) http://w^fw.geokhi.ru/~dynamics/soft.html-id=comagmat.htm определить составы родоначальных расплавов выбранных массивов и, с учётом особенностей геологических условий их формирования и минералого-петрографического состава пород, оценить физико-химические параметры их образования (давление, диапазон температур кристаллизации родоначального расплава, фугитивность кислорода, содержание воды в расплаве).

3. Построить модели формирования эталонных расслоенных массивов с выделением основных этапов формирования расслоенной серии и массива в целом.

4. С помощью программы MELTS (Ghiorso et al., 1994) http://penmelts.ess.washington.edu/index.html оценить составы мантийных источников родоначальных расплавов выбранных расслоенных массивов.

5. Определить возможности математического моделирования при расчёте составов мантийных источников. Сравнить результаты расчётов частичного плавления предполагаемых мантийных источников с экспериментальными данными для оценки сходимости результатов математического моделирования с данными экспериментов.

Фактический материал и методы исследования. Теоретической основой решения поставленных в работе задач являются современные представления о физико-химических условиях и динамике формирования расслоенных массивов, которые основаны на идее о конвективно-кумулятивном механизме формирования расслоенной серии массива, о многоэтапном пульсационном заполнении магматической камеры и влиянии на процесс кристаллизации родоначального расплава физико-химических факторов (литостатическое давление, фугитивность каслорода). Моделирование мантийного плавления заключается в применении термодинамических моделей минералов и расплавов и использовании для вычисления фазового равновесия в процессе плавления перидотитов принципов оптимизации энергетического потенциала, что обеспечивает более точные вычисления при условиях адиабатического плавления и способствует пониманию процессов частичного плавления, протекающих в верхней мантии (эволюции состава плавящегося перидотита и образующегося частичного расплава в процессе мантийного апвеллинга) (Ariskin et al., 1993; Ghiorso et al., 1994; Hirschmann, 1998; Fransis, 1995; Fransis, 1994; Wein & Langmuir, 1987; McKenzie & Bickle, 1988; Niu & Batiza; 1991; Kinzler & Grove, 1992; Langmuir et al., 1992; Hanson & Langmuir, 1978; Asimow et al., 1995, 1997). Для решения поставленных в работе задач был использован представительный авторский и опубликованный материал, включающий петролого-геохимические данные (475 химических анализов породообразующих минералов, 515 химических анализов пород, 26 анализов по содержанию в породах редкоземельных элементов) по расслоенным перидотит-габбровым Центральной Азии и Северной Америки (Изох и др., 1990, Изох и др., 1998, Fransis, 1994). Анализы породообразующих минералов были выполнены на микроанализаторе "CAMEBAX-micro" в Аналитическом Центре ОИГГиМ СО РАН, аналитик Поспелова JI.H. Химические анализы пород получены рентгено-

флюоресцентным методом, аналитик А.Д.Киреев, а анализы РЗЭ -инструментальным нейтронно-активационным методом в Аналитическом центре ОИГГМ СО РАН, аналитик М.С.Мельгунов, а также методом ICP-MS, аналитики JI. В. Смирнова, Г. П. Сандимирова. Геохронологические исследования были выполнены в Аналитическом центре ОИГГМ СО РАН (аналитик A.B.Травин) Ar-Ar методом по пойкилитовому амфиболу. Основные научные результаты были получены с помощью широко известных компьютерных программ динамического моделирования петрологических процессов КОМАГМАТ 3.5 и MELTS. Программы КОМАГМАТ 3.5 и MELTS основаны на методах математического моделирования формирования геологических объектов и разработаны с учётом особенностей состава и физико-химических условий образования высокомагнезиальных пород. Программа КОМАГМАТ 3.5 обеспечивает высокую точность термодинамических расчётов в процессе моделирования фракционной кристаллизации родоначального расплава массива. Сравнение модельных температур кристаллизации ликвидусных минералов с экспериментально установленными для исходного расплава того же состава выявило погрешность расчётного метода, не превышающую ± 10°С (1ст). Содержания Fo, An, En и Wo в минералах, полученных в результате моделирования, могут быть рассчитаны с точностью 1-3 mol.% (Ariskin et al., 1993). Главной целью моделирования по программе КОМАГМАТ является нахождение путём серии расчётов таких условий фракционирования, при которых модельные тренды эволюции содержаний главных и примесных элементов в минералах и расплаве будут отвечать реальным геохимическим особенностям пород расслоенного массива (Арискин и др., 1995). Согласно принципам интерпретации полученных с помощью программы КОМАГМАТ результатов (Арискин и др., 1995), соответствие модельных трендов содержаний петрогенных и примесных элементов в минералах и расплаве выявленным особенностям пород расслоенного массива является основным критерием оценки правильности проведённых расчётов. Этот принцип был определяющим при выборе состава родоначального расплава. С помощью программы MELTS была проведена верификация результатов моделирования фракционной кристаллизации родоначального расплава по программе КОМАГМАТ 3.5. Сравнение трендов составов модельных дифференциатов, полученных по программе КОМАГМАТ 3.5, с трендами составов дифференциатов, полученных по программе MELTS при тех же условиях фракционирования, показало, что существенные различия в составах дифференциатов отмечены лишь при степени кристаллизации расплава, превышающей 40-50%, что соответствует 9-10 вес.% MgO в остаточном расплаве. При меньших степенях кристаллизации наблюдается хорошее соответствие результатов расчётов по этим двум программам, что позволяет одинаково достоверно моделировать процесс фракционной кристаллизации в указанном диапазоне как по программе MELTS, так и по программе КОМАГМАТ 3.5. Для верификации результатов моделирования по программе MELTS и проверки полученных оценок составов первично-мантийных расплавов использовались экспериментальные данные по плавлению перидотитов, сходных по составу с предполагаемыми мантийными источниками, полученные при соответствующих термодинамических условиях плавления (Taura et ab, 1998), а также метод оценки состава первично-мантийного расплава, равновесного с предполагаемым мантийным источником (Hanson & Langmuir, 1978).

Защищаются научные положения и результаты:

1. Разработанная методика, в основе которой лежит оценка составов родоначальных (первичных) расплавов и физико-химических условий формирования расслоенных массивов путём использования петролого-геохимических особенностей состава их пород, а также восстановление составов и геохимических типов мантийных источников высокомагнезиальных расслоенных массивов по составам родоначальных расплавов этих массивов.

2. Родоначальные расплавы изученных эталонных высокомагнезиальных расслоенных массивов по. составу соответствуют пикритам. Вычисленный первичный расплав Центрального массива имеет состав: 20% К^О, 7% РеО, магнезиальный номер 83,6; родоначальный расплав Мажалыкского массива - 26%-М£<Э, 7%-РеО, магнезиальный номер 86,9; родоначальный расплав массива Маскокс - 30 вес.% М§0, 8,5 вес.% РеО, магнезиальный номер 86,3. Формирование родоначального расплава Мажалыкского массива происходило при большей степени частичного плавления, чем формирование первичного расплава Центрального массива, что может быть связано с более интенсивным прогревом мантии за счёт поступления тепла от плюмового мантийного источника. Время возникновения этого плюмового мантийного источника даёт основание считать его вероятным источником родоначального расплава Мажалыкского массива.

3. Для раннепалеозойских островодужных и коллизионных массивов Монголии и Тувы исходным субстратом являлся деплетированный мантийный источник Ро-92,1, а для массива Маскокс, образование которого связано с внутриконтинентальным рифтогенезом, обогащённый мантийный источник Ро-89,1.

Новизна работы. Личный вклад. На основании выполненных исследований соискателем лично получены следующие новые научные результаты:

с использованием комплекса данных минералогического, петрографического и геохимического исследования проведена петролого-геохимическая типизация пород изученных эталонных высокомагнезиальных перидотит-габбровых расслоенных массивов;

с помощью программного комплекса КОМАГМАТ 3.5 построены динамические конвективно-кумулятивные модели формирования изученных эталонных расслоенных перидотит-габбровых массивов с выделением основных этапов становления расслоенной серии;

применяя программный комплекс КОМАГМАТ 3.5, построены математические модели формирования расслоенных массивов, с учётом соответствия составов модельных кумулятов и минералов составам пород и породообразующих минералов расслоенной серии массива, удалось оценить составы родоначальных расплавов рассматриваемых высокомагнезиальных массивов;

при анализе особенностей модельных и природных систем (состав и последовательность кристаллизации породообразующих минералов из пород расслоенной серии массивов) установлено соответствие модельных физико-химических параметров (давление, фугитивность кислорода) внутрикамерного фракционирования родоначальных расплавов параметрам природной системы.

2. На основе полученных данных построена схема геологического строения Мажалыкского массива.

3. По данным математического моделирования и на основе петролого-геохимического изучения пород рассматриваемых массивов обоснована возможность использования составов родоначальных расплавов высокомагнезиальных расслоенных массивов для оценки составов и геохимических типов их мантийных источников.

4. Методом расчёта по программе MELTS получены варианты составов мантийных источников изученных эталонных высокомагнезиальных расслоенных массивов.

5. На основе сравнительного анализа составов первичных модельных и экспериментальных расплавов, показано соответствие, с учётом систематической поправки, результатов моделирования по программе MELTS экспериментальным данным по плавлению перидотитов.

Сведения о теоретической значимости полученных результатов.

Исследование эталонных расслоенных массивов имеет большое значение для геологического картирования и формациоиного анализа. Динамические конвективно-кумулятивные модели формирования расслоенных перидотит-габбровых массивов, основанные на петролого-геохимических особенностях состава пород высокомагнезиальных расслоенных массивов, позволяют оценить составы родоначальных расплавов и физико-химические условия формирования массивов. Составы родоначальных расплавов высокомагиезиальных расслоенных массивов могут быть использованы для восстановления составов и геохимических типов их мантийных источников. Оценка состава и геохимических характеристик родоначальной магмы расслоенного массива, состава её мантийного источника, эволюции родоначальной магмы в процессе кристаллизации на основе наиболее полной характеристики геологического строения, петрографо-минералогического состава, а также геохимического и петрохимического анализа исследуемого массива позволяет построить наиболее реальную модель формирования массивов данного типа. Оценка составов мантийных источников разновозрастных габброидных массивов, расположенных на смежных территориях, даёт возможность реконструировать эволюцию процессов мантийного магмообразования данного региона. Предложенная методика применима для петролого-геохимических исследований как расслоенных перидотит-габбровых массивов, так и вулканических комплексов мафит-ультрамафитового состава нормальной щёлочности. Программы КОМАГМАТ 3.5 и MELTS обеспечивают возможность моделирования петрологических процессов в сухих или водосодержащих, открытых или закрытых в отношении кислорода природных магматических системах для расплавов различного состава (от ультраосновного и основного до среднего и кислого) в широком диапазоне термодинамических условий (Ariskin et al., 1993; Ghiorso et al., 1994).

Апробация работы. Фактический материал, его теоретический анализ и выводы по теме диссертации изложены в 12 публикациях, в том числе в 1 авторской статье, 1 статье в соавторстве (первый автор - Бородина Е.В.), а также в научных отчётах РФФИ (фант № 98-05-65266-а, 1998 - 2000, грант № 01-05-65295-а, 2001 - 2003, грант № 02-05-65087-а, 2002 - 2004). Результаты исследований были представлены в виде докладов на «Девятом международном симпозиуме по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии» EMPG-IX в Цюрихе, Швейцария, 2002, на международном симпозиуме «Изменение окружающей среды в Центральной Азии» в Берлине, Германия, 2003, Объединённой ассамблее EGS - AGU - EUG в Ницце, Франция, 2003, Всероссийском совещании «Современные проблемы формационного анализа, петрология и рудообразование магматических ассоциаций», Новосибирск, Россия, 2003. Результаты исследований публиковались в трудах конференции MinWien 1999, Вена, Австрия, 1999, Второго Всероссийского совещания в Сыктывкаре, Россия, 2000, Региональной конференции Сибири, Дальнего Востока и северо-востока России, Томск, Россия, 2000, международного EUGXI симпозиума, Страсбург, Франция, 2001, Третьей ежегодной научной конференции «Петрология магматических и матаморфических комплексов», Томск, Россия, 2002, конференции «Проблемы геологии и географии Сибири, Томск, Россия, 2003. Тема диссертации связана с планами НИР Лаборатории петрогенезиса и рудоносности магматических формаций Института геологии СО РАН, темами РФФИ: грант РФФИ № 01-05-65295 «Эволюция мантийного магматизма кембро-ордовикского коллизионного орогена Центральной Азии» и № 04-05-64439 «Разнообразие ультрамафит-мафитового магматизма кембро-ордовикского коллизионного орогена Центральной Азии как результат взаимодействия мантийного плюма и литосферной мантии», а также с программой интеграционных исследований специализированных отделений РАН «Геодинамическая эволюция литосферы Центрально-Азиатского подвижного пояса (от океана к континенту)» и проектом НШ-1573.2003.5.

Объём работы и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, содержит 73 страницы машинописного текста, 23 рисунка и 17 таблиц. Список литературы включает 67 наименований. Общий объём диссертации составляет 117 страниц.

Благодарности. Работа выполнена в Лаборатории петрогенезиса и рудоносности магматических формаций Института геологии СО РАН под руководством д.г.-м.н. Изох А.Э., которому автор благодарен за постоянное внимание, поддержку и помощь в работе. В процессе работы над диссертацией автор пользовался консультациями д.г.-м.н. Туркиной О.М., к.г.-м.н. Калугина В.М., д.г.-м.н. Шарапова В.Н., д.г.-м.н. Кривенко А.П.. Автор выражает глубокую признательность за помощь в полевых работах и обработке материалов, использованных при подготовке диссертации, коллегам Егоровой В.В., Шелепаеву P.A., к.г.-м.н. Ступакову С.И., к.г.-м.н. Лавренчуку A.B. и Гибшер A.A., а также А.В.Травину за выполненные геохронологические исследования.

Глава 1. ЦЕНТРАЛЬНЫЙ МАССИВ (ЗАПАДНАЯ МОНГОЛИЯ) Петрографо-минералогическая характеристика. Центральный массив, расположенный в пределах Озёрной зоны (Западная Монголия), является малоглубинным расслоенным базитовым интрузивом кембрийского возраста. Массив представляет собой небольшое тело неправильно-овальной формы в плане,

вытянутое в широтном направлении и разделённое разломами северо-западного простирания на два блока - Северный и Южный. Северный блок размером 1x0,4 км сложен в основном лейкократовыми разностями пород - оливиновыми габбро, оливиновыми габброноритами, лейкогаббро и анортозитами, которые отвечают апикальной части интрузива. Южный блок, расположенный в 2-3 км к югу от Северного, имеет в своём основании кумулятивный горизонт перидотитов, последовательно сменяющийся более лейкократовыми разностями пород (Изох и др., 1990). Среди пород расслоенной серии можно отметить плагиодуниты, верлиты, меланотроктолиты, оливиновое габбро, роговообманковое габбро, лейкогаббро, анортозиты. Краевая и закалочная фации представлены оливиновыми габбро и амфиболовыми оливиновыми габбро. Характер расслоенности позволяет определить, что массив является однофазным, и вся расслоенная серия могла образоваться за счёт внедрения одной порции исходной магмы. Смена кумулятивных парагенезисов вверх по разрезу указывает на следующую последовательность кристаллизации в массиве: Ol+Sp => Pi => Срх => Орх => Amf. Составы минералов из пород Центрального массива: оливин Fo 84)5.73]2, плагиоклаз An 893-68,бэ клинопироксен Еп49)8_42,2 Fsi3i,.6>8 Wo47i4.39A магнезиальность - Mg# (100*Mg/'(Mg+Fe))=8 7,5-77,9%, ортопироксен En79,5.64,4 Fs33.6-ia,s Wo2.5-o,6, Mg# =81,5-66,6%, первичномагматический амфибол - Mg# = 79,3-70,1%.

Геохимическая характеристика. Вся совокупность пород Центрального массива обладает однотипным фракционированным трендом распределения редкоземельных элементов (РЗЭ) (рис.1). Распределение в породах массива элементов с высокой силой поля (HFS) и тяжёлых лантаноидов, немобильных при дегидратации субдуцирующей океанической плиты, характеризует мантийный компонент до обогащения подвижными элементами, сходный с источником N-MORB (MORBMA) (Kerrich, R. & Wyman, 1997). Характерной особенностью пород массива является деплетированность тяжёлыми лантаноидами, наблюдаемая как на графике распределения РЗЭ, нормированном по хондриту, так и на графике, нормированном по N-MORB. Геохимические характеристики пород Центрального массива типичны для магм, связанных с зонами субдукции, в частности, минимум по Та: (La/Ta)PM=4,2-6,0. Распределение РЗЭ в вулканитах Озёрной зоны сходно с распределением в породах Центрального массива. Сходство геохимических характеристик вулканитов Озёрной зоны и пород Центрального массива может быть основанием для предположения о существовании единого мантийного источника первичной магмы.

Результаты математического моделирования формирования массива. Согласно моделированию по программе КОМАГМАТ 3.5, вся магматическая серия Центрального массива, включая базальиый горизонт перидотитов, могла быть образована путём последовательной фракционной кристаллизации главных кумулятивных фаз - оливина, плагиоклаза и клинопироксена. Моделирование проводилось в режиме формирования расслоенного интрузива при давлении 1 кбар, буфере QFM, содержании воды в расплаве - от 0% до 0,5%, выбранных с учётом особенностей минерального состава пород массива. В качестве исходного расплава для моделирования был использован вычисленный (Бородина, 2003) валовый состав исходной магмы, соответствующий составу первичного расплава массива - 20 вес.% MgO, 7 вес.% FeO, Mg# =83,6. Содержание РЗЭ в первичном расплаве (Со)

Th U Ta La С* Nd Hf Sm Eu Gd Tb Yb Lu

100,0 В 100,0

Th Ta U Ce Nd Hf Sm Eu Gd Yb

Th U К Ta La Ce Nd P Hf Sm Tl Tb

Ta La C< Nd

Рис.1 Распределение РЗЭ: в габброидах Центрального массива и в модельном первичном расплаве (А-В), в венд-кембрийских вулканитах Озёрной зоны в сравнении с габброидами Центрального массива (Г-Е). 1 - обр.И-1984, 2 - обр.И-2038, 3 - обр.И-2045, 4 - обр. 1989, 5 - модельный первичный расплав Центрального массива; венд-кембрийские вулканиты Озёрной зоны, Западная Монголия (Коваленко и др., 1996): б - ГУ-4898/5, 7 - ГУ-4898/4, 8 - мантийный источник N-MORB (MORBMA) (Hofmann, 1988); 9 - примитивная мантия (РМ) (Sun & McDonough, 1989); в построении диаграмм использованы данные, нормированные по хондршу Cl (Boynton, 1984), N-MORB (Sun & McDonough, 1989), примитивной мантии (Sun & McDonough, 1989).

вычислено по формуле для расчёта содержания элементов в расплаве при фракционной кристаллизации (релеевская кристаллизация) Со= (Кокс и др.,

1982), где D - суммарный коэффициент распределения элементов в кристаллизате, С1 - содержание РЗЭ в оливиновом габбро (обр. И2038), a F- количество расплава, оставшегося после кристаллизации этой породы (F=0,8), рассчитанное по программе КОМАГМАТ. Установлено, что исходная магма на момент внедрения в интрузивную камеру уже содержала фенокристы оливина в количестве около 20 %, за счёт которых в придонной части интрузивной камеры был сформирован базальный горизонт перидотитов. Образование фенокристов оливина происходило в малоглубинных условиях за счёт частичной кристаллизации первичного расплава в промежуточной магматической камере. Состав и последовательность кристаллизации минералов, полученных при моделировании, соответствует составу и установленной последовательности кристаллизации минералов из пород расслоенной серии. Составы минералов, полученные в результате моделирования формирования расслоенного массива исходя из состава первичного расплава Центрального массива, варьируют в следующих пределах: оливин - Fo 94,7-76,6; плагиоклаз - An 92,6-79; клинопироксен - En48;2.4o,9 Fs13^ Wo47>!M6 А1203 2,1-2,7; ортопироксен - En72,9.7o Fs2o,i-19,2 Wo7i67.7i9 АЬОз 0,9-0,85- Тренд составов модельных кумулятов (31,7-3,1 вес.% MgO, Mg# =89,9-40,0) соответствует тренду составов пород расслоенной серии массива (34,1-4,5 вес.% MgO, Mg# =81,8-75,7). Сходство составов минералов из пород расслоенной серии и трендов составов пород массива с расчётными составами свидетельствует о высокой точности приближения параметров модельной системы к реальным параметрам формирования массива (рис.2). Для проверки результатов расчётов по программе КОМАГМАТ 3.5 были получены тренды дифференциатов в процессе моделирования фракционной кристаллизации первичного расплава Центрального массива по программе MELTS при тех же термодинамических условиях. Существенные различия в составах дифференциатов отмечены лишь при степени кристаллизации расплава, превышающей 40-50%. При меньших степенях кристаллизации, обеспечивающих изменение состава остаточного расплава от 20 до 9 % MgO, наблюдается хорошее соответствие результатов расчётов по этим двум программам, что позволяет одинаково достоверно моделировать процесс фракционной кристаллизации в указанном диапазоне как по программе MELTS, так и по программе КОМАГМАТ 3.5. Математическое моделирование по программе КОМАГМАТ 3.5 показало, что смена параметров дифференциации не позволяет получить состав венд-кембрийских вулканитов Озёрной зоны (Коваленко и др, 1996) и одновозрастных базальтов ирбитейской толщи (Восточный Танну-Ола) (Изох и др., 1998) из состава первичного расплава Центрального массива даже при условии многоэтапное™ процесса. Это значит, что мы не можем считать Центральный массив комагматом одновозрастных высокоглинозёмистых вулканитов Озёрной зоны без учёта других процессов (смешение расплавов, коровая контаминация).

Особенности состава мантийного источника. Первичный расплав Центрального массива может находиться в равновесии с оливином состава Fo-94,9, а значит, соответствует по составу первично-мантийным расплавам, образующимся при высоком давлении и температуре за счёт частичного плавления мантийного перидотита. Результаты моделирования по программе MELTS свидетельствуют о возможности мантийного происхождения первичного расплава Центрального

I0'5 e 0,0

> +++ф

1,0

s«

é 0,5

0.0

0,t

MaO(uoc.%)

j-зо

ï»

g «H 3 о

5 o.s

S 0.4

S 0,3

S" 0-2

e 0,1

Il 10 ï«

МдО(в«с.Ч)

■л-^.-ч^цаПч i -h-

15 20 МдО(мс.Ч)

+ ++ +

400

¥зоо È 200 г 100.

150 f 100 ■y 50

МдО(мс.%)

-4Ь +

Mgoteee.%) Mgo (в«.S)

1 + 2 О 3 ......... 4 ■ S □ 6 ♦ 7 О 8 •

Рис.2 Вариационные диаграммы для главных и редких элементов Центрального массива. I - породы расслоенной серии Центрального массива, 2 - породы краевой фации, 3 - составы кумулятивных фаз, полученные путём моделирования формирования расслоенного интрузива исходя из состава модельного первичного расплава Центрального массива с помощью программы КОМАГМАТ 3.5 (Ariskin et al., 1993) при 0,5% Н20, Р=1 кбар, буфере QFM, 4 - состав модельного первичного расплава Центрального массива, 5 - средневзвешенный состав расслоенной серии Центрального массива (Изох и др., 1990), б - состав краевой фации Центрального массива (обр.И-2038), 7 - модельный остаточный расплав (состав расплава, полученного после кристаллизации 20% кумулятивного оливина в процессе фракционирования первичного расплава с помощью программы КОМАГМАТ 3.5), 8 - венд-кембрийские вулканиты Озёрной зоны. Западная Монголия (Коваленко и др, 1996), крупным значком показан состав высокоглинозёмистого базальта ирбитейской толщи нижнего кембрия, Восточный Танну-Ола, Тыва (Изох и др., 1998).

массива путём частичного парциального плавления мантийного источника Fo-92,1 (6,0 вес.% FeO, 39,0 вес.% MgO) при следующих термодинамических условиях плавления: Р-25 кбар, Т-1500-1550, буфер QFM, содержание воды в источнике 0,1%, при степени парциального плавления около 10-15 %. С учётом поправок, связанных с систематической расчётной ошибкой между составами модельных и экспериментальных расплавов (Takahashi,- 1986; Taura et al., 1998; Hirose&Kushiro, 1993), состав модельного мантийного расплава (6,9-7,7 вес.% FeO, 16,8-19,4 вес.% MgO, Mg# =81,3-81,9) соответствует составу первичного расплава Центрального массива (7,0 вес.% FeO, 20,0 вес.% MgO, Mg# =83,6). Природным аналогом, наиболее близким по составу петрогенных элементов предполагаемому мантийному источнику Центрального массива, является офиолитовый комплекс Вурино, Греция (5,4 вес.% FeO, 39,1 вес.% MgO, Mg# =92,8) (Moores, 1970). Деплетированность тяжёлыми лантаноидами, являющаяся характерной чертой как пород Центрального массива, так и вулканитов Озёрной зоны, вероятно, унаследована от состава источника, однако, она не может свидетельствовать о присутствии граната в системе на момент отделения расплава от мантийного субстрата, поскольку при давлении 25 кбар поле устойчивости граната ограничено температурой 1400оС (Herzberg & Zhang, 1996), что ниже температуры образования первичного расплава массива. Влияние гранатового рестита на геохимические особенности первичных расплавов может быть существенным лишь при давлении более 50 кбар (Herzberg & Zhang, 1996), что даёт основание для предположения о воздействии на состав первичного расплава массива (за счёт смешения расплавов, либо в процессе подъёма мантийного плюма) более глубинных мантийных расплавов. Содержание РЗЭ в мантийном источнике Центрального массива (Со) рассчитано по формуле Co=Cl*(Dj°+F*(l-Pj)) (Shaw, 1970), где С1 -содержание РЗЭ в первичном расплаве Центрального массива, Dj° - общий комбинированный коэффициент распределения мезаду твёрдой фазой и жидкостью для i-элемента, F- степень частичного плавления источника при образовании этого расплава, вычисленная по программе MELTS (F=0,l-0,15), Pj - общий комбинированный коэффициент распределения ¡-элемента в расплаве. Содержание граната в мантийном источнике было принято равным 3 вес.%. Согласно расчетам, содержание РЗЭ в мантийном источнике Центрального массива в 2,5-5 раз ниже содержания РЗЭ в примитивной мантии и 1,5-3,5 раза - в источнике N-MORJB.

Глава 2. МАЖАЛЫКСКИЙ МАССИВ, ЮГО-ВОСТОЧНАЯ ТЫВА Расположение, геологическое строение и возраст Мажалыкского массива.

Мажалыкский массив, эталонный массив мажалыкского перидотит-габбрового комплекса Юго-Восточной Тывы, расположен в Балгазикской структурно-фациальной зоне Таннуольской островодужной системы (Поляков и др., 1984). Он представляет собой в плане тело размером 4*2,5 км, вытянутое в направлении с северо-востока на юго-запад с ритмически-расслоенной внутренней структурой (рис.3, см. вклейку). Границы массива большей частью скрыты четвертичными отложениями. В восточной части установлен интрузивный контакт пород закалочной и краевой фаций с терригенно-вулканогенными вмещающими породами. В экзоконтакте наблюдаются пироксеновые и амфиболовые роговики. Согласно полученным геохронологическим данным, возраст массива составляет 484,2±2,3 млн. лет. Эти геохронологические данные отвечают времени.заключительного этапа формирования расслоенной серии. В этом случае Мажалыкский массив следует

относить к проявлению ордовикского аккреционно-коллизионного этапа эволюции земной коры Центральной Азии (Владимиров и др., 1999).

Петрографо-минералогическая характеристика. В составе массива можно выделить породы краевой фации и расслоенной серии, включающей ультрамафитовую, субультрамафитовую, мафитовую и анортозитовую группы пород. Краевая фация представлена пироксен-роговообманковыми габброноритами и меланократовыми пироксен-роговообманковыми габброноритами, а расслоенная серия - дунитами, верлитами, клинопироксенитами, меланогаббро, меланотроктолитами, троктолитами, оливиновыми габбро, габбро, лейкогаббро, анортозитами. Наличие в породах краевой фации ксенолитов роговиков (восточный контакт) является подтверждением интрузивного характера контактов массива с вмещающими породами. В соответствии с характером взаимоотношений минералов в шлифах можно проследить смену ликвидусных минералов в процессе образования расслоенной серии Мажалыкского массива вверх по разрезу: ультрамафитовая группа: ОН-Бр => Срх => Р1 => Орх => АтГ, 01+Бр(+Срх) Срх+Р1 => Орх, субультрамафитовая группа: СН+Бр => Срх(+Р1) => Р1 => Орх => Ат^ 01+8р+Р1+Срх => Ат£ мафитовая группа: ОН-Бр => Срх(+Р1) => Р1 => (Орх) => Ат£, 01+8р+Срх+Р1 => (Орх) => АтГ, Срх+Р1+(0рх) => АтГ Краевая фация и собственные дайки массива: (01)+Срх+Р1+0рх => Аш£ Составы минералов из пород Мажалыкского массива: оливин Ро 33,1.71,5= плагиоклаз Ап 90,1-81,7= клинопироксен Еп53,19.43,04 Р51б,1-б,71 ^04805-32,16, =88,6-76,3%, ортопироксен ЕПз2,17-71,68 FS27.85-16.03 ^02,01-0,18, =84,0-73,1%, первичномагматический амфибол - Mg# =81,6-63,0%.

Геохимическая характеристика. Все породы Мажалыкского массива, независимо от их положения в разрезе, характеризуются однотипным трендом распределения РЗЭ (Рис.4). На графике распределения РЗЭ наблюдается незначительное обогащение лёгкими лантаноидами ((Ьп/УЬ)с[1= 1,7-8,3), а также некоторое обеднение тяжёлыми лантаноидами ((Сё/УЬ)сн=1,1-2,0. По своим геохимическим особенностям породы краевой фации и собственные дайки массива сходны с породами расслоенной серии массива. Сходство геохимических особенностей всех пород Мажалыкского массива связано с их происхождением из единого мантийного источника за счёт последовательной кристаллизационной дифференциации в процессе образования расслоенного интрузива единого родоначального расплава. Результаты математического моделирования формирования массива. С помощью программного комплекса КОМАГМАТ 3.5 с учётом геологических и петрографических особенностей была построена динамическая конвективно-кумулятивная модель формирования расслоенной серии Мажалыкского массива. Моделирование проводилось в режиме формирования расслоенного интрузива при давлении 1 кбар, буфере С^М, содержании воды в расплаве - от 0% до 0,5%. Согласно расчётам, состав родоначального расплава Мажалыкского массива соответствует пикриту (MgO - 26 вес.%, РеО - 7 вес.%, Mg# =86,9). На вариационных диаграммах MgO-элeмeнт тренд составов модельных кумулятов (38,7-4,2 вес.% MgO, Mg# =92,3-43,3) соответствует составам пород расслоенной серии массива (45,4-3,7 вес.% MgO) =88,9-43,4). Составы минералов,

полученные в результате моделирования, варьируют в следующих пределах: оливин - Ро 95,9-81,16; плагиоклаз - Ап 88,б-8о,б; клинопироксен - ЕП481|_4о16 Р3|3,7.4,7 АЬ03 2,6-1,9; ортопироксен - Еп75,7.6918 Рэ!6,6-22,4^07,9.7,7 А1203 о,9-о,8б- Сходство составов

Рис.3 Схема строения Мажалыкского массива (Бородина, Егорова, Изох, 2004).

1 - породы расслоенной серии, 2 - породы базального перидотитового горизонта, 3 - элементы залегания расслоенности, 4 -краевая фация, 5 - собственные дайки массива, 6 - ороговикованные сланцы и метавулканиты, 7 - гранитоиды бреньского комплекса, 8 - четвертичные отложения, 9 - точка отбора пробы (И-51-99) для Аг-Аг датирования, 10 - направления разрезов А-Б, В - Г, Д- Е.

Врезка к Рис.3: Схема размещения массивов перидотит-пироксенит-габброноритовой фс Тывы и Северо-Западной Монголии (Изох и др., 1990).

1 - структуры докембрийского фундамента, 2 - вулканогенные комп подчинённом значении карбонатных и терригенно-сланцевых отложений, подчинённом значении вулканогенных комплексов, 4 - позднекаледонские кембрия и флишоидные отложения кембро-ордовика, 5 - раннегерци"'""" герцинские вулканогенно-осадочные комплексы, 7 - мезо-кайнозойские -------------

9 - массивы перидотит-пироксенит-габброноритовой формации. Массивы мажалыкского комплекса Восточной Тывы: 1 -Мажалыкский, 2 - Карашатский, 3 - Калбакдагский, 4 - Брунганский, 5 - Хангский, 6 - Башхемский, 7 - Элиг-Хольский, 8 - Ханчарский, 9 - Пограничный. Массивы хиргиснурского комплекса Озёрной зоны Северо-Западной Монголии: 10-Замын, 11 - Центральный, 12-Улан-Ула, 13-Харачулу, 14 - Тас-Хайрхан, 15 - Сар-Хайрхан, 16-Дзабханский, 17 - Баянцаганский, 18 - Хайрхан, 19 - Тугурикский, 20 - Сухонгийн-Хара-Ула. Массивы тамирского комплекса Хангайской горной области Северо-Западной Монголии: 21 - Орцог-Ула, 22 - Дулан-Ула, 23 - Хара-Тологой, 24 - Харгантуин-Гол, 25 - Баян-Булак, 26 - Олон-Худук, 27-Бумбэгэр.

—i—Esa-ea -«—£57-98 —♦—ЕвЗ-98 —*— Е75-88 —Л— Е54-98 -в— ивв-оа —•—Е100-вв —*— В18-00 —т— И51-99

-MORBMA

---РМ

—»—родон.

-ч—£56-98 -0-ES7-98 —ЕбЗ-98 -*-Е75-в8 -A-E54-D8 -в- И9Э-98 -*-Е100-9в -А—В18-00 -•- И51-09 -MORBMA

-i—E56-8S •в— ES7-98 -*— Е63-98 *— Е75-98 A—E54-S8 в— И99-98 •—£100-98 *—В 18-00 И 51-99 ■ - РМ

Рис.4 Распределение РЗЭ в породах Мажалыкского массива.

Обр. Е56-98 и Е57-98 - меланогаббро; обр. Е63-98 и Е75-98 - оливиновое лейкогаббро; обр. Е54-98 - лейкогаббро; обр. И99-98 - анортозит; обр. ЕЮО-98 - габбронорит, дайка; обр. В18-00-лейкогаббро, дайка; обр. И51-99 - габбронорит, краевая фация 2; родон. -родоначальный расплав Мажалыкского массива, MORBMA - мантийный источник N-MORB (Hofmann, 1988); РМ - примитивная мантия (Sun & McDonough, 1989); в построении диаграмм использованы данные, нормированные: А - по хондриту Cl (Boynton, 1984), Б - по примитивной мантии (Sun & McDonough, 1989), В - по N-MORB (Sun & McDonough, 1989).

минералов из пород расслоенной серии и трендов составов пород Мажалыкского массива с расчётными составами свидетельствует о высокой точности приближения модельного состава родоначального расплава массива и параметров системы к реальному составу родоначального расплава и условиям формирования массива. Петрохимические особенности пород краевой фации и собственных даек массива свидетельствуют о существовании промежуточной магматической камеры, в которой происходил процесс фракционирования расплава, соответствующего по составу родоначальному расплаву Мажалыкского массива, вероятно, сопровождавшийся одновременной ассимиляцией вмещающих пород и смешением с высокоглинозёмистым низкомагнезиальным интеркумулусным расплавом.

Особенности состава мантийного источника. Вычисленный родоначальный расплав Мажалыкского массива может находиться в равновесии с оливином состава Fo-95,9. Согласно расчётам по программе MELTS, состав модельного родоначального расплава массива соответствует составу первично-мантийного расплава, образовавшегося при равновесном парциальном плавлении мантийного источника Fo-92,1 (6,0 вес.% FeO, 39,0 вес.% MgO) при давлении 25-35 кбар, температуре 1600-1700°С, содержании воды в источнике 0,1 % и степени плавления 15-25%. Состав модельного мантийного расплава (8,3-9,6 вес.% FeO, 26,0-20,9 вес.% MgO, Mg# =81,8-82,8) соответствует составу родоначального расплава Мажалыкского массива (7,0 вес.% FeO, 26,0 вес.% MgO, Mg# =86,9) с учётом поправок, связанных с систематической расчётной ошибкой между составами модельных и экспериментальных расплавов (Takahashi, 1986; Tau га et al., 1998; Hirose&Kushiro, 1993). Расчётный состав предполагаемого мантийного источника родоначального расплава массива близок по содержанию петрогенных элементов составу офиолитового комплекса Вурино (Moores, 1970). Мантийный источник родоначального расплава массива деплетирован РЗЭ относительно примитивного мантийного резервуара, поскольку вычисленное содержание РЗЭ в этом источнике в1,5-3,5 раза ниже содержания РЗЭ в РМ, и составляет 0,6-3,0 MORBMA.

Глава 3. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОСОБЕННОСТЕЙ МАНТИЙНОГО МАГМООБРАЗОВАНИЯ НА ПРИМЕРЕ ЦЕНТРАЛЬНОГО И МАЖАЛЫКСКОГО МАССИВОВ

По комплексу мииералого-петрографических и геохимических признаков ордовикские перидотит-габбровые массивы коллизионного этапа (Мажалыкский массив) неотличимы от островодужных массивов венд-кембрийского возраста (Центральный) (Borodina, 2002; Бородина, Егорова, Изох, 2004). Различие геохимических особенностей Мажалыкского и Центрального массивов состоит лишь в разном уровне содержания РЗЭ в породах (сумма РЗЭ в Мажалыкском массиве -7,5-15,8; в Центральном массиве - 5,3-11,5). Это связано с разной степенью обеднения редкоземельными элементами родоначальных (первичных) расплавов этих массивов, что можно объяснить разной степенью частичного плавления или разной степенью деплетированности редкоземельными элементами их мантийных источников. Сходство геохимических особенностей Мажалыкского массива, образование которого связано с процессом коллизии, с особенностями островодужных пород (Центральный массив) обусловлено сходством геохимических характеристик их мантийных источников. В обоих случаях происходило плавление деплетированного мантийного источника типа N-MORB, предварительно

обогащенного легкоподвижными элементами (LILE, LREE) за счёт дегидратации подстилающего слэба (Бородина, 2003). Результаты математического моделирования парциального плавления по программе MELTS позволили установить возможность происхождения родоначального расплава Мажалыкского массива и первичного расплава Центрального массива из единого по составу и геохимическим характеристикам мантийного источника Fo -92,1. По содержанию петрогенных элементов этот мантийный источник близок к офиолитовому комплексу Вурино (Moores, 1970) (Fo-92,8). Петрохимические различия между составами первичного расплава Центрального массива и родоначального расплава Мажалыкского массива объясняются разными физико-химическими параметрами мантийной магмогенерации (давление, температура и, соответственно, степень частичного плавления) в процессе образования этих расплавов (Borodina, 2002). В частности, более высокая магнезиальность родоначального расплава Мажалыкского массива, по сравнению с первичным расплавом Центрального массива, вероятно, связана с большей степенью плавления мантийного источника. Первичный расплав Центрального массива образовался при степени частичного плавления 10-15%, а родоначальный расплав Мажалыкского массива - при степени плавления 15-25%, что может быть связано с более интенсивным прогревом мантии за счёт поступления тепла от плюмового мантийного источника, время возникновения которого (490-500 млн.лет) (Ярмолюк, 2000) совпадает со временем коллизии и образования Мажалыкского массива (484,2±2,3 млн.лет), что даёт основание считать этот плюмовый мантийный источник вероятным источником родоначального расплава Мажалыкского массива. Первичный расплав Центрального массива образовался в обстановке активной субдукции, в случае Мажалыкского массива процесс субдукции уже прекратился, однако геохимические особенности мантии, давшей начало его родоначальному расплаву, неотличимы от островодужных. Таким образом, в разных геодинамических обстановках (островодужной и коллизионной) могут образоваться породы со сходными геохимическими характеристиками.

Глава 4. МАССИВ МАСКОКС (КАНАДА)

Массив Маскокс, формирование которого происходило в условиях внутриконтинентального рифтогенеза, был выбран в качестве примера применения данной методики к исследованию высокомагнезиальных расслоенных массивов, по своим петролого-геохимическим характеристикам отличающихся от субдукционно-связанных перидотит-габбровых массивов (Центральный, Мажалыкский). Несмотря на то, что массив Маскокс широко известен в литературе (Francis, 1995; Baragar, 1972; Barnes & Francis, 1994; Irvine, 1970; Irvine & Smith, 1967) и достаточно хорошо изучен, для исследования особенностей формирования расслоенной серии и оценки состава родоначального расплава методы математического моделирования ранее не применялись. Применение для исследования расслоенных массивов современных компьютерных программ КОМАГМАТ и MELTS дало возможность оценить состав мантийного источника массива Маскокс, а также уточнить состав его родоначального расплава. Согласно проведённым ранее оценкам Френсиса (Francis, 1994), родоначальный расплав массива соответствует составу MORB (13,4-16,5 вес.% MgO, 9,3-11,5 вес.% FeO).

Расположение и геологическое строение. Массив Маскокс (Округ Макензи, Северо-Западные территории, Канада) является частью позднепротерозойской (1270

млн.лет) континентальной магматической системы (Francis, 1994). Площадь массива составляет около 160 км2. В состав этой системы помимо интрузива Маскокс входят также одновозрастные толеитовые базальты Коппермайн Ривер (1200 млн.лет) (Baragar, 1972) и лайковый комплекс Маккензи. Рифтовый магматизм, давший начало формированию магматической системы Коппермайн Ривер-Макензи-Маскокс, обусловлен воздействием мантийного плюма, располагавшегося на расстоянии около 400 км к северу от интрузива (Barnes & Francis, 1995).

Петрографо-минералогическая характеристика. В составе интрузива выделяют краевую фацию, представленную иоритами, и расслоенную серию. Расслоенная серия сложена перидотитами, пироксенитами, габбро, троктолитами, анортозитами и гранофир-содержащими габбро. Порядок кристаллизации родоначальной магмы меняется от Ol; Срх; PI; Орх на ранних стадиях формирования массива до Ol; Орх; Срх; PI на поздних стадиях. Иногда наблюдается промежуточный порядок кристаллизации - 01; Срх; Орх; PI (Irvine, 1970). Составы минералов из пород массива: оливин Fo gt^-e^ клинопироксеи Епбз,4-41,9 Fs23,3-7,5 Wo44i3.i9j9 А1203 3i4_i6i Mg# =88,2-65,1%, ортопироксен Eng3,2.52,9 Fs44i4.12,9 Wo9i6_2)1 Al203 lig.0j5, Mg# =87,2-54,8%, (Francis, 1994).

Геохимическая характеристика. Геохимической особенностью всех пород массива (рис. 5) является относительное обогащение лёгкими лантаноидами (La/Ybch = 1,52 -9,39). На N-M0RJB - нормализованной диаграмме распределения редкоземельных элементов (РЗЭ) в породах массива наблюдается обеднение тяжёлыми РЗЭ ((Tb/Yb)ch =1,05-1,84), а также обогащение элементами с высокой силой поля (HFSE), что свидетельствует о происхождении его родоначальной магмы из обогащенного мантийного источника. По своим геохимическим особенностям базальты Коппермайн Ривер и породы дайки Макензи сходны с породами массива, что может быть связано с их образованием из единого мантийного источника.

Результаты математического моделирования формирования массива.

Петрохимические особенности пород массива Маскокс согласуются с фракционной кристаллизацией родоначального расплава пикритового состава (30 вес.% MgO, 8,5 вес.% FeO, Mg# =86,3). Этот состав близок к валовому составу пород краевой фации (29,2-31,0 вес.% MgO, 11,1-11,3 вес.% FeO, Mg# =82,2-83,0). Моделирование проводилось с помощью программы КОМАГМАТ 3.5 в режиме формирования расслоенного массива при давлении 1-2 кбар, содержании воды в расплаве 0,5 вес.%, буфере QFM. Полученные модельные кумуляты образуют тренд составов (42,2 - 4,4 вес.% MgO; Mg# =92,1 - 38,7), совпадающий на диаграммах MgO - элемент с трендом составов пород расслоенной серии (44,0 -1,9 вес.% MgO; Mg# =86,9 - 27,5). Согласно моделированию, в процессе формирования расслоенного интрузива наблюдается следующая кристаллизационная последовательность: Ol (Т - 1542°С; Fo - 95,6), Срх (Т - 1185°С; En 47,, Fs б 8 Wo 4б, А1203,2), PI (Т - 1172°С; An - 86,5), Орх (Т - 1168°С; En 77i5 Fs 14,8 Wo 7i7 A1203 Qtg). Прогрессивное уменьшение содержания CaO и увеличение содержания SiÖ2 в модельном родоначальном расплаве массива Маскокс, далее в пределах 1 вес.%, резко меняет последовательность кристаллизующихся фаз. Сначала ортопироксен становится третьей (Ol (Т - 1543°С; Fo - 95,6), Срх (Т - 1183°С; En 473 Fs б9 Wo 45,8 А1203 23), Орх (Т - 1174°С; En 78,3 Fs 14,0 Wo 7,7 Ai203 0,9), PI (Т - 1170°С; An 86,2)), а затем

Рнс.5 Распределение РЗЭ в породах массива Маскокс.

PERID - перидотиты, PIC - пикриты краевой фации, OL-GBN - оливиновые габбронориты, G BN -габбронориты, GRPHYR - гранофиры, GNEISS - вмещающие породы (парагнейсы), MACKEN -породы дайки Макензи, COPPER - базальты Коппермайн Ривер, родон. - родоначальный расплав массива Маскокс. В построении диаграмм использованы данные, нормированные: А - по хондриту Cl (Boynton, 1984), Б - по примитивной мантии (Sun & McDonough, 1989), В - по N-MORB (Sun & McDonough, 1989).

второй фазой в этой последовательности (Ol (Т - 154б°С; Fo - 95,6), Орх (Т -1184°С; En 78,9 Fs 13,б Wo 7i5 А1203 0,9), Срх (Т - 1175°С; En 4б,9 Fs 7,3 Wo 45,8 А1203 PI (Т - 1167°С; An - 86,0)). Составы минералов, полученные в результате моделирования, варьируют в следующих пределах: оливин - Fo - 95,6-83,2; плагиоклаз - An - 86,5-79,5; клинопироксен - En47)2.38i9 Fs15i9.6>8 Wo46i|.45)2 Al203 2.9-2,2; ортопироксен - En77i5.66i8 Fs25,3-i4,s W07,8-7,7 Al203 1,0-0,9, и соответствуют составам минералов из пород расслоенной серии массива. Петрохимические особенности пород дайки Макензи и базальтов Коппермайн Ривер (Francis, 1994) свидетельствуют о том, что они могли образоваться за счёт кристаллизации остаточных расплавов, появившихся в результате фракционирования родоначальной магмы массива. Эти данные подтверждают вывод Досталя (Dostal et al., 1983) о том, что интрузив Маскокс, вдоль оси которого располагаются вулканические породы наибольшей мощности, является источником многочисленных потоков фракционированных магм, представленных в настоящее время базальтами свиты Коппермайн Ривер.

Особенности состава мантийного источника. Наименее фракционированные породы краевой фации имеют высокие содержания Ni и Cr, 1692 и 5093 ррш, соответственно, и могут находиться в равновесии с оливином состава Fo-92,3-94,2. Модельному родоначальному расплаву массива Маскокс соответствует ликвидусный оливин состава Fo-95,6. Такие характеристики могут иметь расплавы первично-мантийного происхождения. Состав родоначального расплава массива Маскокс соответствует составу первично-мантийного расплава (11,3 вес.% FeO, 25,0 вес.% MgO, Mg# =79,8), полученного в результате моделирования по программе MELTS частичного плавления мантийного источника Fo-89,1 (8,5 вес.% FeO, 39,0 вес.% MgO) при температуре 1700°С, давлении 30 кбар и степени плавления около 40 %. Расчётный состав предполагаемого мантийного источника родоначального расплава массива Маскокс сходен с составом лерцолита KLB-1 (8,1 вес.% FeO, 39,4 вес.% MgO, Mg# =89,6). Сравнение результатов расчётов по программе MELTS с экспериментальными данными по плавлению перидотита KLB-1, полученными при тех же термодинамических условиях плавления (Taura et al., 1998), свидетельствует о соответствии, с учётом систематической ошибки, модельных составов первично-мантийных расплавов экспериментальным. Мантийный источник родоначального расплава массива Маскокс обогащён РЗЭ относительно примитивного мантийного резервуара, поскольку вычисленное содержание РЗЭ в этом источнике в 1-4 раза превышает содержание РЗЭ в РМ, а также в 1-9 раз - содержание РЗЭ в MORBMA.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Предлагаемое в диссертации решение задачи оценки составов родоначальных расплавов расслоенных перидотит-габбровых массивов и состава мантийного источника имеет ряд преимуществ по сравнению с другими. Математизация петрологических исследований облегчает интерпретацию петролого-геохимических данных, а применение современных компьютерных программ для динамического моделирования явлений частичного плавления и фракционной кристаллизации максимально автоматизирует этот процесс. Комплексное использование математических методов позволяет решать петрологические задачи на качественно новом уровне, переводя петролого-геохимические построения на количественную основу и применяя единую компьютерную технологию для изучения геологических

объектов, расположенных в различных регионах. Предлагаемые методики, которыми достигается оптимальность оценки петролого-геохимических процессов, выгодно отличаются от других. Во-первых, они основаны на термодинамических построениях с использованием обширной экспериментальной базы данных, что позволяет оценивать особенности формирования высокомагнезиальных пород (как интрузивных, так и эффузивных) на минимальном наборе максимально информативных параметров их образования, создавая весьма устойчивые и оптимальные модели, которые хорошо согласуются с особенностями реальных объектов. Во-вторых, описанные методики универсальны: они пригодны для исследования широкого спектра мафит-ультрамафитовых пород нормального ряда, как плутонических, так и вулканических, образовавшихся в любой геодинамической обстановке. В-третьих, выявляя зависимости между составом высокомагнезиальных пород и составом мантийного субстрата, они представляют их в аналитическом виде, удобном для математической обработки имеющихся петролого-геохимических данных. Наличие нескольких методик позволяет строить разные модели, а значит, и выбирать лучшую из них, осуществлять верификацию результатов. В диссертации задача оценки состава мантийного источника впервые решается комплексом петролого-геохимических методов и методов математического моделирования, что обеспечивает высокое качество исследований. Апробация этой методики показала, что моделирование формирования расслоенного массива не вызывает затруднений. Трудности могут возникнуть при выборе состава родоначального расплава и термодинамических параметров моделирования. Для преодоления этих трудностей необходимо учитывать особенности минералого-петрографического состава пород массива, последовательность кристаллизации породообразующих минералов в процессе формирования расслоенной серии, характер вмещающих пород. Данная работа имеет методологическую, методическую и практическую значимость. Методологическая значимость - предложен единый подход к обработке петрологических данных по расслоенным перидотит-габбровым массивам нормальной щёлочности, основанный на всестороннем петролого-геохимическом изучении пород массивов с применением методов термодинамического моделирования процесса внутрикамерного фракционирования и процесса частичного парциального плавления в верхней мантии с образованием первичного (родоначального) расплава массива. Методическая значимость - разработана новая оригинальная методика обработки петролого-геохимических данных на количественной основе. Практическая значимость - проведена оценка составов родоначальных расплавов и составов мантийных источников эталонных высокомагнезиальных расслоенных перидотит-габбровых массивов, что позволило выявить ряд важных петролого-геохимических закономерностей. Несомненно, исследования высокомагнезиальных расслоенных массивов должны быть продолжены. Точность расчётов по программам КОМАГМАТ и MELTS, а значит, и применимость метода математического моделирования для петролого-геохимических исследований, зависят от совершенства современного физико-математического аппарата и программного обеспечения расчётов. Поэтому дальнейшее совершенствование динамических петрологических программ и развитие математических методов в геологии будут повышать точность оценок математических расчётов и расширять диапазон применимости метода математического моделирования. Большое значение для характеристики мантийного

источника имеют индикаторные геохимические и изотопные характеристики. Такими характеристиками являются значение эпсилон Nd, необходимое для сравнения первичных отношений 143Nd/144Nd в породе с соответствующими отношениями в CHUR во время кристаллизации этой породы, и модельный Sm/Nd возраст пород, определяющий время отделения родоначального расплава данного массива от мантийного субстрата (Alegre & Mynster, 1978, Фор, 1989). В рамках комплексного изучения высокомагнезиальных пород рекомендуется дополнить предложенную в работе методику петролого-геохимических исследований высокомагнезиальных пород использованием их изотопных характеристик, позволяющих уточнить типы и степени деплетированности мантийного источника родоначальных расплавов расслоенных массивов и их вулканических аналогов. Комплексное петролого-геохимическое исследование разновозрастных перидотит-габбровых массивов, а также вулкано-плутонических комплексов пикрит-базальтового состава, расположенных на смежных территориях, позволит провести оценку состава верхнемантийных источников и условий мантийного магмообразования для этих объектов и даст возможность реконструкции эволюции процессов мантийного магмообразования и выявления локальных неоднородиостей состава верхней мантии данного района. Кроме того, оценка состава мантийного источника и физико-химических условий генерации родоначального расплава отдельно для вулканитов и интрузивных образований единого вулкано-плутонического комплекса позволит на основе сравнения этих результатов отработать методику расчёта состава родоначального расплава расслоенного интрузива на основе состава слагающих его пород. В настоящее время задача оценки состава верхнемантийных источников и условий мантийного магмообразования остаётся одной из наиболее сложных и наименее разработанных задач магматической геологии. Использование для оценки состава верхней мантии составов родоначальных расплавов перидотит-габбровых массивов, наряду с высокомагнезиальными вулканитами, открывает новые возможности изучения состава верхней мантии. Оценка состава разновозрастных верхнемантийных источников позволит выявить общие закономерности развития процессов мантийного магмообразования, представляющие как общенаучный интерес, так и служащие для понимания особенностей формирования конкретных геологических объектов. Применение современных методик компьютерной обработки геологической информации позволит с новой точки зрения исследовать хорошо известные, но всё же недостаточно изученные и даже проблематичные объекты. Преимуществами выполненного исследования перед аналогами являются более простой способ получения результатов, более высокая степень достоверности результатов, качественно новый уровень исследования геологических объектов. Петрологические задачи, поставленные в работе, являются лишь первым этапом комплексного изучения высокомагнезиальных пород. Полученные в процессе подготовки диссертационной работы данные требуют дальнейшего, более углублённого изучения разновозрастных эталонных расслоенных перидотит-габбровых массивов путём сравнительного анализа и систематизации применительно к проблемам эволюции верхнемантийных источников в целом. Исследования в данной области являются новым важным направлением развития магматической геологии и способствуют более глубокому пониманию процессов, протекающих в верхней мантии Земли.

Список опубликованных работ по теме диссертации:

1. Бородина Е.В., Егорова В.В., Изох А.Э. Петрология ордовикских коллизионных расслоенных перидотит-габбровых массивов (на примере Мажалыкского интрузива, Юго-Восточная Тыва). // Геология и геофизика. 2004. № 9. С. 1075-1091. Новосибирск, 2004. - 36 е.- Деп. в ВИНИТИ. № 734-В2004.

2. Бородина Е.В. Петрогенезис Центрального габброидного массива, Озёрная зона, Западная Монголия // Геохимия. - 2003.- № 4. - С. 380-407.

3. Бородина Е.В., Егорова В.В., Изох А.Э. Моделирование формирования высокомагнезиальных расслоенных массивов и сравнительная характеристика особенностей мантийного магмообразования на примере Центрального, Баянцаганского и Мажалыкского массивов // Геодинамическая эволюция литосферы Центрально-Азиатского подвижного пояса: Тез. докл. - Иркутск, 2003. С.33-36.

4. Borodina E.V. Parental magma composition and petrological modeling of the Muskox intrusion formation (Canada). // Abstract to the EGS - AGU - EUG Joint Assembly. Geophysical Research Abstracts. 2003. V.5. 00519.

5. Балыкин П.А., Бородина E.B., Петрова Т.Е. Исходные расплавы и физико-химические условия кристаллизации протерозойских троктолит-анортозитовых массивов Северной Америки // Конф. «Проблемы геологии и географии Сибири»: Тез. докл. - Томск, 2003. № 3. С. 140-142.

6. Borodina E.V., Egorova V.V., Izokh А.Е. Petrology and age of the Majalic peridotite-pyroxenite-gabbro layered intrusion, South-East Tuva. // Abstract to the International Symposium "Environmental Change in Central Asia", Berliner Palaobiologische Abhandlungen. 2003. V.2. P.17-18.

7. Лавренчук A.B., Балыкин П.А., Бородина Е.В. Состав исходного расплава и мантийного субстрата Лукиндинского дунит-троктолит-габбрового массива Становой складчатой системы // Конф. «Петрология магматических и матаморфических комплексов»: Тез. докл.-Томск, 2002. Вып.1. С. 114-119.

8. Borodina E.V. Estimation of the mantle source composition from gabbroic intrusions composition. // Abstract to the EMPG IX, Cambridge Publications. 2002. P. 16.

9. Borodina E.V. Gabbroic intrusions as indicators of the upper mantle composition. // Abstract to the EUGXI, Cambridge Publications. 2001. P.436.

10. Изох А.Э., Поляков Г.В., Богнибов В.И., Шелепаев Р.А., Бородина Е.В.

Габброидные формации различных геодинамических обстановок Центрально-Азиатского складчатого пояса. //Per. конф.: Тез. докл.-Томск, 2000. Т.2. С.63.

11. Бородина Е.В., Егорова В.В. Состав и петрология Мажалыкского расслоенного габброидного массива, Юго-Восточная Тува. // II Всеросс. петрографическое совещание: Тез. докл. - Сыктывкар, 2000. С.34-36.

12. Borodina E.V. Petrogenesis of the Centralnii Gabbroic Intrusion, subduction-related layered Pluton, Western Mongolia. // Beihefte zum European Journal of Mineralogy. 1999. Vol.11. P.37.

Технический редактор О.М. Вараксина

Подписано к печати 28.09.2004 Формат 60x84/16. Бумага офсет №1. Гарнитура Тайме. Офсетная печать. Печ. л. 1,4. Тираж 100. Заказ 224

Издательство СО РАН. 630090, Новосибирск, Морской пр. 2 Филиал «Гео». 630090, Новосибирск, пр. ак. Коптюга, 3

РНБ Русский фонд

2005-4 13036

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Бородина, Евгения Викторовна

Страница:

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ЦЕНТРАЛЬНЫЙ МАССИВ, ОЗЁРНАЯ ЗОНА (ЗАПАДНАЯ МОНГОЛИЯ)

1.1 Расположение и геологическое строение

1.2 Петрографическая характеристика

1.3 Минералогическая характеристика

1.4 Геохимическая характеристика

1.5 Результаты математического моделирования формирования массива 31 ф 1.6 Особенности состава мантийного источника

Глава 2. МАЖАЛЫКСКИЙ МАССИВ (ЮГО-ВОСТОЧНАЯ ТЫВА)

2.1 Расположение и геологическое строение

2.2 Возраст Мажалыкского массива

2.3 Петрографическая характеристика

2.4 Минералогическая характеристика

2.5 Петрохимическая характеристика

2.6 Геохимическая характеристика

2.7 Результаты математического моделирования формирования массива

2.8 Особенности состава мантийного источника

Глава 3. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОСОБЕННОСТЕЙ МАНТИЙНОГО МАГМООБРАЗОВАНИЯ ф НА ПРИМЕРЕ ЦЕНТРАЛЬНОГО И МАЖАЛЫКСКОГО МАССИВОВ

Глава 4. МАССИВ МАСКОКС (КАНАДА)

4.1 Расположение и геологическое строение

4.2 Петрографическая характеристика

4.3 Минералогическая характеристика

4.4 Петрохимическая характеристика

4.5 Геохимическая характеристика

4.6 Результаты математического моделирования формирования массива

4.7 Особенности состава мантийного источника

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Расслоенные массивы как индикаторы состава верхней мантии и условий мантийного магмообразования"

Необходимость изучения расслоенных массивов обусловлена общей проблемой эволюции и особенностей магматизма, приуроченного к разным геодинамическим обстановкам, островодужной (Центральный массив), коллизионной (Мажалыкский массив) и внутриплитной (массив Маскокс). Несмотря на то, что представления о происхождении и формировании расслоенных массивов лежат в основе одного из главных направлений петрологических исследований, целый ряд вопросов пока решен недостаточно полно. В их числе такие определяющие, как физико-химические условия и динамика формирования расслоенных массивов, вопросы эволюции первично-мантийных расплавов. Неоднозначно оценивается влияние термодинамических параметров мантийного плавления на состав первичных расплавов. Наиболее дискуссионны приёмы оценки состава родоначальных расплавов расслоенных массивов и состава мантийных источников. В подавляющем большинстве они не учитывают, или не в полной мере учитывают, современные достижения в области динамического моделирования петрологических процессов и не в должной мере приспособлены к принципиально новым петрологическим и геохимическим представлениям последних десятилетий.

Изученность вопроса

Интерес исследователей к высокомагнезиальным породам обусловлен общей проблемой состава и эволюции верхней мантии. Высокомагнезиальные породы, образовавшиеся за счёт высоких степеней плавления мантийных источников, наследуют геохимические и петрохимические характеристики этих источников, а потому наиболее полно отражают их состав. Некоторые перидотит-габбровые массивы могут быть плутоническими аналогами вулканитов пикритового и коматиитового состава, а также промежуточными камерами для целой серии вулканитов пикрит-баз альтового и коматиит-базальтового состава, образовавшейся за счёт магматической дифференциации исходного родоначального расплава массива. Во многих случаях родоначальные расплавы перидотит-габбровых массивов равновесны с оливином Fo>89, а значит, близки или соответствуют первично-мантийным расплавам. Это значит, что состав родоначальных расплавов высокомагнезиальных габброидных массивов, наряду с вулканитами пикритового и коматиитового составов, может быть использован для оценки составов их мантийных источников. Это наиболее важно для изучения таких глубоко эродированных территорий, на которых не сохранены или достаточно редки вулканические серии пикрит-базальтового и коматиит-базальтового ряда. Примером одного из таких районов может служить Тыва и Монголия, на территории которых расположены основные объекты данного исследования — Центральный массив хиргиснурского комплекса (Западная Монголия) и Мажалыкский массив, эталонный массив мажалыкского комплекса (Юго-Восточная Тыва).

Проблема состава верхней мантии может быть решена путём использования динамических моделей частичного плавления эталонных мантийных источников. Привлечение математического моделирования для решения вопросов, касающихся состава верхней мантии и особенностей мантийного магмообразования, обусловлено как многообразием генетически связанных с ним магматических пород, так и трудностями экспериментального изучения этих процессов. Действительно, частичное плавление перидотитов в ответ на мантийный апвеллинг фиксируется под срединноокеаническими хребтами, океанскими островами, континентальными рифтами, над субдукционными зонами и, таким образом, контролирует образование огромного числа магматических пород на Земле, а также на большинстве продолжающих дифференциацию планет (Hirschmann, 1998). Адиабатическое частичное плавление эталонного лерцолитового источника в безводных условиях может описать почти весь диапазон составов земных базальтов (Fransis, 1995). Экспериментальное воспроизведение процессов мантийного плавления осложняется тем, что эти процессы протекают в большом диапазоне давлений в мультикомпонентных, мультифазных системах. Имеющиеся экспериментальные данные ограничены и не обеспечивают всё многообразие составов систем. Попытки уменьшить разрыв между экспериментальными результатами и процессами, протекающими в мантии, предпринимались и ранее (Klein & Langmuir, 1987; McKenzie & Bickle, 1988; Niu & Batiza, 1991; Klnzler & Grove, 1992; Langmuir et al., 1992). Однако все эти модели основаны на экспериментальных данных, а потому не позволяют предсказывать аспекты плавления перидотитов за пределами экспериментально изученной области. Кроме того, эти модели не описывают термодинамические и масс-балансовые взаимоотношения между состоянием системы и характеристиками участвующих в процессе фаз, а потому не могут дать информацию об энергетической зависимости между составом частичного расплава и составом рестита. Альтернативый подход к моделированию мантийного плавления реализован в программном комплексе MELTS и заключается в применении термодинамических моделей минералов и расплавов и использовании для вычисления фазового равновесия в процессе плавления перидотитов принципов оптимизации энергетического потенциала (Hirschmann, 1998).

Поставленная в работе задача решалась поэтапно:

1. Установить особенности геологического строения и петролого-геохим ического состава пород выбранных высокомагнезиальных расслоенных массивов.

2. С помощью программы КОМАГМАТ 3.5 (Ariskin et al., 1993) http://www.geoklii.ru/^vnamics/soft.htmI-id==comagmat.htm определить составы родоначальных расплавов выбранных массивов и, с учётом особенностей геологических условий их формирования и минералого-петрографического состава пород, оценить физико-химические параметры их образования (давление, диапазон температур кристаллизации родоначального расплава, фугитивность кислорода, содержание воды в расплаве).

Фактический материал и методы исследования

Теоретической основой решения поставленных в работе задач являются современные представления о физико-химических условиях и динамике формирования расслоенных массивов, которые основаны на идее о конвективно-кумулятивном механизме формирования расслоенной серии массива, о многоэтапном пульсационном заполнении магматической камеры и влиянии на процесс кристаллизации родоначального расплава физико-химических факторов (литостатическое давление, фугитивность каслорода). Моделирование мантийного плавления заключается в применении термодинамических моделей минералов и расплавов и использовании для вычисления фазового равновесия в процессе плавления перидотитов принципов оптимизации энергетического потенциала, что обеспечивает более точные вычисления при условиях адиабатического плавления и способствует пониманию процессов частичного плавления, протекающих в верхней мантии (эволюции состава плавящегося перидотита и образующегося частичного расплава в процессе мантийного апвеллинга) (Ariskin et al., 1993; Ghiorso et al., 1994; Hirschmann, 199S; Fransis, 1995; Fransis, 1994; Klein & Langmuir, 1987; McKenzie & Bickle, 1988; Niu & Batiza; 1991; Kinzler & Grove, 1992; Langmuir et al., 1992; Hanson & Langmuir, 1978; Asimow et al., 1995, 1997).

Для решения поставленных в работе задач был использован представительный авторский и опубликованный материал, включающий петролого-геохимические данные (475 химических анализов породообразующих минералов, 515 химических анализов пород, 26 анализов по содержанию в породах редкоземельных элементов) по расслоенным перидотит-габбровым Центральной Азии и Северной Америки (Изох и' др., 1990, Изох юг др., 1998, Fransis, 1994). Анализы породообразующих минералов были выполнены на микроанализаторе "САМЕВAX-micro" в Аналитическом Центре ОИГГиМ СО РАН, аналитик Поспелова JI.H. Химические анализы пород получены рентгено-флюоресцентным методом, аналитик А.Д.Киреев, а анализы РЗЭ -инструментальным нейтронно-активационным методом в Аналитическом центре ОИГТМ СО РАН, аналитик М.С.Мельгунов, а также методом ICP-MS, аналитики JI. В. Смирнова, Г. П. Сандимирова. Геохронологические исследования были выполнены в Аналитическом центре ОИГТМ СО РАН (аналитик А.В.Травин) Аг-Аг методом по пойкилитовому амфиболу.

Основные научные результаты были получены с помощью широко известных компьютерных программ динамического моделирования петрологических процессов КОМАГМАТ 3.5 и MELTS. Программы КОМАГМАТ 3.5 и MELTS основаны на методах математического моделирования формирования геологических объектов и разработаны с учётом особенностей состава и физико-химических условий образования высокомагнезиальных пород. Программа КОМАГМАТ 3.5 обеспечивает высокую точность термодинамических расчётов в процессе моделирования фракционной кристаллизации родоначального расплава массива. Сравнение модельных температур кристаллизации ликвидусных минералов с экспериментально установленными для исходного расплава того же состава выявило погрешность расчётного метода, не превышающую ± 10°С (1а). Содержания Fo, An, En и Wo в минералах, полученных в результате моделирования, могут быть рассчитаны с точностью 1-3 mol.% (Ariskln et aL, 1993). Главной целью моделирования по программе КОМАГМАТ является нахождение путём серии расчётов таких условий фракционирования, при которых модельные тренды эволюции содержаний главных и примесных элементов в минералах и расплаве будут отвечать реальным геохимическим особенностям пород расслоенного массива (Арискин и др., 1995). Согласно принципам интерпретации полученных с помощью программы КОМАГМАТ результатов (Арискин и др., 1995), соответствие модельных трендов содержаний петрогенных и примесных элементов в минералах и расплаве выявленным особенностям пород расслоенного массива является основным критерием оценки правильности проведённых расчётов. Этот принцип был определяющим при выборе состава родоначального расплава. С помощью программы MELTS была проведена верификация результатов моделирования фракционной кристаллизации родоначального расплава по программе КОМАГМАТ 3.5. Сравнение трендов составов модельных дифференциатов, полученных по программе КОМАГМАТ 3.5, с трендами составов дифференциатов, полученных по программе MELTS при тех же условиях фракционирования, показало, что существенные различия в составах дифференциатов отмечены лишь при степени кристаллизации расплава, превышающей 40-50%, что соответствует 9-10 вес.% MgO в остаточном расплаве. При меньших степенях кристаллизации наблюдается хорошее соответствие результатов расчётов по этим двум программам, что позволяет одинаково достоверно моделировать процесс фракционной кристаллизации в указанном диапазоне как по программе MELTS, так и по программе КОМАГМАТ 3.5.

Программный комплекс MELTS, как показано в работе Хиршманна (Hirschmann, 1998), обеспечивает результаты, хорошо согласующиеся с экспериментальными данными. В работе Бородиной (Бородина, 2003) составы первично-мантийных расплавов при плавлении мантийного источника были получены методом Хансона и Лангмура (Hanson & Langmuir, 1978) и с помощью алгоритма MELTS. В первом случае в качестве критерия первичности расплава использовалось соотношение MgO-FeO. Этот метод предполагает вычисление содержания MgO и FeO в расплаве, равновесном с данным мантийным источником при минимальной и максимальной степени плавления, что определяет границы области первично-мантийных расплавов при заданных Р-Т условиях. Однако, этот способ оценки составов первично-мантийных расплавов очень приблизителен, поскольку линейная зависимость параметров сохраняется лишь на отдельных участках. В целом же составы расплавов меняются скачкообразно, увеличивая степень неопределённости в расчётах. Всё это привело к необходимости использования в предлагаемой работе программы MELTS, основанной на решении уравнений минимизации потенциала Гиббса, что снимает проблему нелинейности интегрального тренда. Этот подход позволяет связать составы участвующих фаз с энергетическими характеристиками и благодаря масс-балансовым построениям допускает экстраполяцию результатов на неохваченную экспериментами Т-Р область. Кроме того, MELTS алгоритм обеспечивает более точные вычисления при условиях адиабатического плавления, что способствует пониманию эволюции состава плавящегося перидотита и образующегося частичного расплава в процессе мантийного апвеллинга (Asimow et al., 1995,1997).

Расчёты по программе MELTS дают возможность определить диапазон вариаций термодинамических параметров частичного плавления и состава предполагаемого мантийного источника таким образом, чтобы состав модельного первичного расплава, образовавшегося при частичном плавлении источника, был близок к составу первичного (родоначального) расплава данного массива. Непосредственный расчёт состава мантийного источника данного массива или комплекса возможен в случае, если его родоначальный расплав соответствует по составу первичному и является первично-мантийным расплавом. Первично-мантийными расплавами могут быть пикритовые расплавы, равновесные с оливином Fo>89, а потому для оценки состава мантийных источников были выбраны лишь те массивы, родоначальные расплавы которых равновесны с оливином мантийного состава. Предварительная оценка параметров плавления (степени частичного плавления) и состава источника возможна методом расчёта парциального плавления (Dostal et aL, 1976), основанным на вычислении с помощью уравнений Шоу (Shaw, 1970) содержания РЗЭ в расплаве, равновесном с данным мантийным источником в зависимости от степени частичного плавления. Возможность происхождения первичного (родоначального) расплава из конкретного мантийного источника (гранатовый лерцолит, шпинелевый лерцолит, кварцевый эклогит) определяется максимальным сходством формы графиков распределения РЗЭ в первичном расплаве и в расплаве, полученном при моделировании частичного плавления. Для верификации результатов моделирования по программе MELTS и проверки полученных оценок составов первично-мантийных расплавов использовались экспериментальные данные по плавлению перидотитов, сходных по составу с предполагаемыми мантийными источниками, полученные при соответствующих термодинамических условиях плавления (Taura et al., 1998), а также метод оценки состава первично-мантийного расплава, равновесного с предполагаемым мантийным источником (Hanson & Langmuir, 1978).

Защищаются научные положения и результаты:

2. Родоначальные расплавы изученных эталонных высокомагнезиальных расслоенных массивов по составу соответствуют пикритам. Вычисленный первичный расплав Центрального массива имеет состав: 20% MgO, 7% FeO, магнезиальный номер 83,6; родоначальный расплав Мажалыкского массива - 26%-MgO, 7%-FeO, магнезиальный номер 86,9; родоначальный расплав массива Маскокс - 30 вес.% MgO, 8,5 вес.% FeO, магнезиальный номер 86,3. Формирование родоначального расплава Мажалыкского массива происходило при большей степени частичного плавления, чем формирование первичного расплава Центрального массива, что может быть связано с более интенсивным прогревом мантии за счёт поступления тепла от плюмового мантийного источника. Время возникновения этого шпомового мантийного источника даёт основание считать его вероятным источником родоначального расплава Мажалыкского массива.

3. Для раннепалеозойских островодужных и коллизионных массивов Монголии и Тувы исходным субстратом являлся деплетированный мантийный источник Fo-92,1, а для массива Маскокс, образование которого связано с внутриконтинентальным рифтогенезом, обогащённый мантийный источник Fo-89,1.

Новизна работы. Личный вклад

На основании выполненных исследований соискателем лично получены следующие новые научные результаты:

1. С использованием компьютерного моделирования разработана и реализована новая система обработки, интерпретации и визуализации петролого-геохимических данных (методика), предложены оригинальные подходы к петрологическому исследованию расслоенных перидотит-габбровых массивов: с использованием комплекса данных минералогического, петрографического и геохимического исследования проведена петролого-геохимическая типизация пород изученных эталонных высокомагнезиальных перидотит-габбровых расслоенных массивов; с помощью программного комплекса КОМАГМАТ 3.5 построены динамические конвективно-кумулятивные модели формирования изученных эталонных расслоенных перидотит-габбровых массивов с выделением основных этапов становления расслоенной серии; применяя программный комплекс КОМАГМАТ 3.5, построены математические модели формирования расслоенных массивов, с учётом соответствия составов модельных кумулятов и минералов составам пород и породообразующих минералов расслоенной серии массива, удалось оценить составы родоначальных расплавов рассматриваемых высокомагнезиальных массивов; при анализе особенностей модельных и природных систем (состав и последовательность кристаллизации породообразующих минералов из пород расслоенной серии массивов) установлено соответствие модельных физико-химических параметров (давление, фугитивность кислорода) внутрикамерного фракционирования родоначальных расплавов параметрам природной системы.

2. На основе полученных данных построена схема геологического строения Мажалыкского массива.

Сведения о теоретической значимости полученных результатов

Исследование эталонных расслоенных массивов имеет большое значение для геологического картирования и формационного анализа^ Динамические конвективно-кумулятивные модели формирования расслоенных перидотит-габбровых массивов, основанные на петролого-геохимических особенностях состава пород высокомагнезиальных расслоенных массивов, позволяют оценить составы родоначальных расплавов и физико-химические условия формирования массивов. Составы родоначальных расплавов высокомагнезиальных расслоенных массивов могут быть использованы для восстановления составов и геохимических типов их мантийных источников. Оценка состава и геохимических характеристик родоначальной магмы расслоенного массива, состава её мантийного источника, эволюции родоначальной магмы в процессе кристаллизации на основе наиболее полной характеристики геологического строения, петрографо-минералогического состава, а также геохимического и петрохимического анализа исследуемого массива позволяет построить наиболее реальную модель формирования массивов данного типа. Оценка составов мантийных источников разновозрастных габброидных массивов, расположенных на смежных территориях, даёт возможность реконструировать эволюцию процессов мантийного магмообразования данного региона. Предложенная методика применима для петролого-геохимических исследований как расслоенных перидотит-габбровых массивов, так и вулканических комплексов мафит-ультрамафитового состава нормальной щёлочности. Программы КОМАГМАТ 3.5 и MELTS обеспечивают возможность моделирования петрологических процессов в сухих или водосодержащих, открытых или закрытых в отношении кислорода природных магматических системах для расплавов различного состава (от ультраосновного и основного до среднего и кислого) в широком диапазоне термодинамических условий (Ariskin et al., 1993; Ghiorso et al., 1994).

Апробация работы

Фактический материал, его теоретический анализ и выводы по теме диссертации изложены в 12 публикациях, в том числе в 1 авторской статье, 1 статье в соавторстве (первый автор - Бородина Е.В.), а также в научных отчётах РФФИ (грант № 98-05-65266-а, 1998 - 2000, грант № 01-05-65295-а, 2001 - 2003, грант № 02-05-65087-а, 2002 — 2004). Результаты исследований были представлены в виде докладов на «Девятом международном симпозиуме по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии» EMPG-IX в Цюрихе, Швейцария, 2002, на международном симпозиуме «Изменение окружающей среды в Центральной Азии» в Берлине, Германия, 2003, Объединённой ассамблее EGS - AGU - EUG в Ницце, Франция, 2003, Всероссийском совещании «Современные проблемы формационного анализа, петрология и рудообразование магматических ассоциаций», Новосибирск, Россия, 2003. Результаты исследований публиковались в трудах конференции MinWien 1999, Вена, Австрия, 1999, Второго Всероссийского совещания в Сыктывкаре, Россия, 2000, Региональной конференции Сибири, Дальнего Востока и северо-востока России, Томск, Россия, 2000, международного EUGXI симпозиума, Страсбург, Франция, 2001, Третьей ежегодной научной конференции «Петрология магматических и матаморфических комплексов», Томск, Россия, 2002, конференции «Проблемы геологии и географии Сибири, Томск,

Россия, 2003. Тема диссертации связана с планами НИР Лаборатории петрогенезиса и рудоносности магматических формаций Института геологии СО РАН, темами РФФИ: грант РФФИ № 01-05-65295 «Эволюция мантийного магматизма кембро-ордовикского коллизионного орогена Центральной Азии» и № 04-05-64439 «Разнообразие ультрамафит-мафитового магматизма кембро-ордовикского коллизионного орогена Центральной Азии как результат взаимодействия мантийного плюма и литосферной мантии», а также с программой интеграционных исследований специализированных отделений РАН «Геодинамическая эволюция литосферы Центрально-Азиатского подвижного пояса (от океана к континенту)» и проектом НШ-1573.2003.5.

Объём работы и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, содержит 73 страницы машинописного текста, 23 рисунка и 17 таблиц. Список литературы включает 67 наименований. Общий объём диссертации составляет 117 страниц.

Заключение Диссертация по теме "Петрология, вулканология", Бородина, Евгения Викторовна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Предлагаемые методики, которыми достигается оптимальность оценки петролого-геохимических процессов, выгодно отличаются от других. Во-первых, они основаны на термодинамических построениях с использованием обширной экспериментальной базы данных, что позволяет оценивать особенности формирования высокомагнезиальных пород (как интрузивных, так и эффузивных) на минимальном наборе максимально информативных параметров их образования, создавая весьма устойчивые и оптимальные модели, которые, хорошо согласуются с особенностями реальных объектов. Во-вторых, описанные методики универсальны: они пригодны для исследования широкого спектра мафит-ультрамафитовых пород нормального ряда, как плутонических, так и вулканических, образовавшихся в любой геодинамической обстановке. В-третьих, выявляя зависимости между составом высокомагнезиальных пород и составом мантийного субстрата, они представляют их в аналитическом виде, удобном для математической обработки имеющихся петролого-геохимических данных. Наличие нескольких методик позволяет строить разные модели, а значит, и выбирать лучшую из них, осуществлять верификацию результатов.

В диссертации задача оценки состава мантийного источника впервые решается комплексом петролого-геохимических методов и методов математического моделирования, что обеспечивает высокое качество исследований. Предложенный количественный подход к исследованию расслоенных высокомагнезиальных перидотит-габбровых массивов позволяет выявлять: особенности химического состава родоначального расплава; динамику формирования расслоенного массива и физико-химические параметры формирования расслоенной серии; состав предполагаемого мантийного источника родоначального расплава; термодинамические условия (температура и давление), а также степень частичного плавления мантийного источника в процессе образования первично-мантийного расплава, соответствующего по составу родоначальному расплаву массива.

С использованием предложенной в работе методики петролого-геохимических исследований высокомагнезиальных расслоенных перидотит-габбровых массивов, а также согласно результатам математического моделирования, получены следующие научные выводы:

1.Динамические конвективно-кумулятивные модели формирования расслоенных перидотит-габбровых массивов, основанные на петролого-геохимических особенностях состава пород высокомагнезиальных расслоенных массивов, позволяют оценить составы родоначальных расплавов и физико-химические условия формирования массивов.

2. Составы родоначальных расплавов высокомагнезиальных расслоенных массивов могут быть использованы для восстановления составов и геохимических типов их мантийных источников.

3. Центральный массив является однофазным расслоенным перидотит-габбровым массивом кембрийского возраста. Вычисленный первичный расплав Центрального массива, соответствующий валовому составу исходной магмы, имеет состав: 20% MgO, 7% FeO, магнезиальный номер 83,6. Первичный расплав Центрального массива образовался в обстановке примитивной островной дуги за счёт частичного плавления мантийного источника (гранатового лерцолита), сходного до обогащения подвижными элементами в ходе субдукции с источником N-MORB. Первичный расплав Центрального массива мог образоваться за счёт частичного парциального плавления деплетированного мантийного источника Fo-92,1 при давлении 25 кбар, температуре 1500-1550°С, содержании воды 0,1 вес.% и степени плавления около 10-15%.

4. Центральный массив, возможно, является малоглубинным комагматом одновозрастных высокоглинозёмистых вулканитов Озёрной зоны при условии влияния на состав родоначального расплава вулканитов процессов коровой контаминации или смешения расплавов. Сходство геохимических характеристик вулканитов и пород массива позволяет предполагать существование единого гранатсодержащего мантийного источника первичной магмы, связанного с зоной субдукции.

5. Мажалыкский массив является малоглубинным ритмически-расслоенным перидотит-габбровым массивом ордовикского возраста (484,2±2,3 млн. лет). Состав родоначального расплава Мажалыкского массива соответствует коматииту (26%-MgO, 7%-FeO, 9%-А1гОз, магнезиальный номер 86,9). Состав родоначального расплава Мажалыкского массива соответствует составу первично-мантийного расплава, образовавшегося при равновесном парциальном плавлении деплетированного гранатсодержащего мантийного источника Fo-92,1 при давлении 25-35 кбар, температуре 1600-1700°С, содержании воды в источнике 0,1 % и степени плавления 1525%.

6. Сходство петролого-геохимических характеристик пород расслоенных перидотит-габбровых массивов коллизионного (Мажалыкский массив) и островодужного этапов (Центральный массив) обусловлено образованием их родоначальных расплавов путём частичного плавления единого деплетированного надсубдукционного мантийного источника, отвечающего по составу гранатовому лерцолиту, близкому по содержанию петрогенных элементов к составу офиолитового комплекса Вурино, Греция. Отличием Мажалыкского массива от массивов островодужного типа является более высокая магнезиальность родоначального расплава коматиитового состава, что, вероятно, связано с большей степенью плавления за счёт влияния плюмового мантийного источника, время возникновения которого даёт основание считать его вероятным источником родоначального расплава Мажалыкского массива.

7. Петролого-геохимические особенности пород расслоенного массива Маскокс (Канада) согласуются с его образованием за счёт фракционной кристаллизации родоначального расплава коматиитового состава (30 вес.% MgO, 8,5 вес.% FeO, магнезиальный номер 86,3). Состав родоначального расплава массива Маскокс сходен с составом первично-мантийного расплава, полученного в результате моделирования с помощью программы MELTS частичного плавления гранатсодержащего обогащенного мантийного источника (Fo-89,1) при температуре 1700°С, давлении 30 кбар и степени плавления около 40 %.

8. Смена последовательности кристаллизации породообразующих минералов из пород расслоенной серии массива Маскокс может быть обусловлена влиянием контаминации вмещающих пород родоначальным расплавом в процессе формирования массива.

9. Петрохимические особенности пород дайки Макензи и базальтов Коппермайн Ривер свидетельствуют о том, что они могли образоваться за счёт кристаллизации остаточных расплавов, появившихся в результате фракционирования родоначальной магмы интрузива Маскокс.

Апробация этой методики показала, что моделирование формирования расслоенного массива не вызывает затруднений. Трудности могут возникнуть при выборе состава родоначального расплава и термодинамических параметров моделирования. Для преодоления этих трудностей необходимо учитывать особенности минералого-петрографического состава пород массива, последовательность кристаллизации породообразующих минералов в процессе формирования расслоенной серии, характер вмещающих пород.

Данная работа имеет методологическую, методическую и практическую значимость. Методологическая значимость — предложен единый подход к обработке-петрологических данных по расслоенным перидотит-габбровым массивам нормальной щёлочности, основанный на всестороннем петролого-геохимическом изучении пород массивов с применением методов термодинамического моделирования процесса внутрикамерного фракционирования и процесса частичного парциального плавления в верхней мантии с образованием первичного (родоначального) расплава массива. Методическая значимость — разработаны новые оригинальные методики обработки петролого-геохимических данных на количественной основе. Практическая значимость - проведена оценка составов родоначальных расплавов и составов мантийных источников эталонных высокомагнезиальных расслоенных перидотит-габбровых массивов, что позволило выявить ряд важных петролого-геохимических закономерностей.

Несомненно, исследования высокомагнезиальных расслоенных массивов должны быть продолжены. Точность расчётов по программам КОМАГМАТ и MELTS, а значит, и применимость метода математического моделирования для петролого-геохимических исследований, зависят от совершенства современного физико-математического аппарата и программного обеспечения расчётов. Поэтому дальнейшее совершенствование динамических петрологических программ и развитие математических методов в геологии будут повышать точность оценок математических расчётов и расширять диапазон применимости метода математического моделирования. Большое значение для характеристики мантийного источника имеют индикаторные геохимические и изотопные характеристики. Такими характеристиками являются значение эпсилон Nd, необходимое для сравнения первичных отношений 143Nd/144Nd в породе с соответствующими отношениями в CHUR во время кристаллизации этой породы, и модельный Sm/Nd возраст пород, определяющий время отделения родоначального расплава данного массива от мантийного субстрата (Alegre & Mynster, 1978, Фор, 1989). В рамках комплексного изучения высокомагнезиальных пород рекомендуется дополнить предложенную в работе методику петролого-геохимических исследований высокомагнезиальных пород использованием их изотопных характеристик, позволяющих уточнить типы и степени деплетированности мантийного источника родоначальных расплавов расслоенных массивов и их вулканических аналогов.

Комплексное- петролого-геохимическое- исследование- разновозрастных перидотит-габбровых массивов, а также вулкано-плутонических комплексов пикрит-базальтового состава, расположенных на смежных территориях, позволит провести оценку состава верхнемантийных источников и условий мантийного магмообразования для этих объектов и даст возможность реконструкции эволюции процессов мантийного магмообразования и выявления локальных неоднородностей состава верхней мантии данного района. Кроме того, оценка состава мантийного источника и физико-химических условий генерации родоначального расплава отдельно для вулканитов и интрузивных образований единого вулкано-плутонического комплекса позволит на основе сравнения этих результатов отработать методику расчёта состава родоначального расплава расслоенного интрузива на основе состава слагающих его пород.

В настоящее время задача оценки состава верхнемантийных источников и условий мантийного магмообразования остаётся одной из наиболее сложных и наименее разработанных задач магматической геологии. Использование для оценки состава верхней мантии составов родоначальных расплавов перидотит-габбровых массивов, наряду с высокомагнезиальными вулканитами, открывает новые возможности изучения состава верхней мантии. Оценка состава разновозрастных верхнемантийных источников позволит выявить общие закономерности развития процессов мантийного магмообразования, представляющие как общенаучный интерес, так и служащие для понимания особенностей формирования конкретных геологических объектов.

Преимуществами выполненного исследования перед аналогами являются более простой способ получения результатов, более высокая степень достоверности результатов, качественно новый уровень исследования геологических объектов. Предлагаемые методы и подходы в области петролого-геохимического исследования перидотит-габбровых массивов не уступают мировому уровню, а в применении методов математического моделирования в исследовании формирования расслоенных массивов и оценке составов их мантийных источников данная работа является одной из первых. Применение современных методик компьютерной обработки геологической информации позволит с новой точки зрения исследовать хорошо известные, но всё же недостаточно изученные и даже проблематичные объекты. Преимуществами выполненного исследования перед аналогами являются более простой способ получения результатов, более высокая степень достоверности результатов, качественно новый уровень исследования геологических объектов.

Петрологические задачи, поставленные в работе, являются лишь первым этапом комплексного изучения высокомагнезиальных пород. Полученные в процессе подготовки диссертационной работы данные требуют дальнейшего, более углублённого изучения разновозрастных эталонных расслоенных перидотит-габбровых массивов путём сравнительного анализа и систематизации применительно к проблемам эволюции верхнемантийных источников в целом. Исследования в данной области являются новым важным направлением развития магматической геологии и способствуют более глубокому пониманию процессов, протекающих в верхней мантии Земли.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Бородина, Евгения Викторовна, Новосибирск

1. Арискин А.А., Бармина Г.С., Озеров А.Ю., Нильсен РЛ. Генезис высокоглинозёмистых базальтов Ключевского вулкана. // Петрология. 1995. Т.З. №5. С.496-521.

2. Богнибов В.И., Поляков Г.В., Ковалевский В.Е., Петрова Т.Е.

3. Бородина Е.В. Петрогенезис Центрального габброидного массива, Озёрная зона (Западная Монголия) // Геохимия. 2003. №4. С.380-407.

4. Бородина Е.В., Егорова В.В., Изох А.Э. Петрология ордовикских коллизионных расслоенных перидотит-габбровых массивов (на примере Мажалыкского интрузива, Юго-Восточная Тыва). // Геология и геофизика. 2004. № 9. С. 1075-1091. Деп. в ВИНИТИ № 734-В2004.

5. Волохов И.М., Иванов В.М., Арнаутов Н.В. и др. Мажалыкский габбро-пироксенит-перидотитовый плутон (Восточный Танну-Ола, Тува). // Проблемы петрологии ультраосновных и основных пород. // Под. ред. Кузнецова Ю.А. Москва: Наука, 1972. С. 130-145.

6. Владимиров А. Г., Гибшер А. С., Изох А.Э., Руднев С.Н. Раннепалеозойские гранитоидные батолиты Центральной Азии: масштабы, источники и геодинамические условия формирования. // Докл. РАН, 1999. 369. N 6. С. 795-798.

7. Иванов В.М., Волохов И.М. Шаманский габбро-пироксенит-дунитовый расслоенный массив лысогорского комплекса Западного Саяна / Рудные формации и генезис эндогенных месторождений Алтае-Саянской области. // Новосибирск: Наука, Сиб.отд-ние, 1968. 52-84 с.

8. Изох А.Э., Поляков Г.В., Кривенко А.П. и др. Габброидные формации Западной Монголии. Новосибирск: Наука, Сиб.отд-ние, 1990 (1). 269 с.

9. Изох А.Э., Поляков Г.В., Кривенко А.П., Богнибов В.И. Происхождение ультраосновных пород в дифференцированных габброидных интрузивах Монголии

10. Поляков Г.В. (Отв. ред.) Петрология гипербазитов и базитов. // Новосибирск: Наука, Сиб.отд-ние, 1990 (2). С.84 99.

11. Кадик А.А., Луканин О.А., Лапин И.В. Физико-химические условия эволюции базальтовых магм в приповерхностных очагах. Москва Наука, 1990. 346с.

12. Коваленко В.И., Ярмолюк В.В., Пухтель И.С. и др. Магматические породы и источники магм офиолитов Озёрной зоны, Монголия. // Петрология. 1996. Том.4. №5. С.453-495.

13. Кокс К.Г., Белл Дж.Д., Панкхерст Р.Дж. Интерпретация изверженных горных пород. М.: Недра, 1982.414 с.

14. Монгуш А.А., Лоскутов И.Ю., Агафонов Л.В. Минералогия нижнекембрийских дифференцированных габброидов Восточной Тувы. // Лебедев

15. B.И. (Отв. Ред.) Вопросы петрологии, минералогии, геохимии и геологии офиолитов. // Новосибирск: Издательство СО РАН, 1999. С.125-139.

16. Монгуш А.А. Петрография и минералогия раннепалеозойских ультрамафит-мафитовых массивов Восточной Тувы. Дис. канд. геол.-мин. наук. Новосибирск; Кызыл: Институт геологии СО РАН; Тувинский Институт комплексного освоения природных ресурсов, 2002.172 с.

17. Поляков Г.В., Богнибов В.И., Изох А.Э. и др. Перидотит—пироксенит— габброноритовая формация Восточной Тувы и Северо-Западной Монголии. // Плутонические формации Тувы и их рудоносность. // Новосибирск: Наука, 1984.1. C.3-57.

18. Рингвуд А.Е. Состав и петрология мантии Земли. М.: Недра, 1981. 584 с.

19. Ярмолюк В.В.; Коваленко В.И.; Кузьмин М.И. Северо-Азиатский суперплюм в фанерозое: магматизм и глубинная геодинамика. // Геотектоника, 2000. N 5. С. 3-29.

20. Ariskin A.A., Frenkel M.Ya., Barmina G.S., Nielsen R.L. COMAGMAT: a Fortran program to model magma differentiation processer. // Computers and Geosciences. 1993. V.19. P.l 155-1170.

21. Arnason J.G., Bird D.K., Bernstein S., Rose N.M., Manning C.E. Petrology and geochemistry of the Kruuse Fjord Gabbro Complex, East Greenland. // Geol. Mag. 1997. V. 134(1). P.67-89.

22. Arth J.G. Behaviour of trace elements during magmatic processes — a summary of theoretical models and their applications. // J.Res.U.S.Geol.Surv. 1976. V.4. P.41-47.

23. Asimow P.D., Hirschmann M.M., Ghiorso M.S., CTHara MJT., Stolper

24. E.M. The effect of pressure-induced solid-solid phase transitions on decompression melting of the mantle. // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1995. V. 59. P. 4489-4506.

25. Asimow P.D., Hirschmann M.M., Stolper E.M. An analysis of variations in isentropic melt productivity. // Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 1997. V. A 355. P. 255-281.

26. Baragar W.R.A. Coppermine River basalts: geological setting and interpretation. In Rubidium — strontium isochron age studies. Report 1. Edited by R.K.Wanless and W.D.Loveridge. Geological Survey of Canada. 1972. Paper 72-23. P.21-24.

27. Barnes, S. J., Francis, D. The distribution of platinum-group elements, nickel, copper, and gold in- the Muskox layered intrusion^ Northwest- Territories, Canada. Economical Geology. 1995. V. 90. N 1. P. 135-154.

28. Bickle, Ford, Nisbet (1977) Bickle M.J., Ford C.E., Nisbet E.G. The petrogenesis of peridotitic komatiites:evidence from hich-pressure melting experiments. // Earth and Planetary Science Letters. 1977. V.37. P.97-106.

29. Borodina E.V. Petrogenesis of the Centralnii Gabbroic Intrusion, subduction-related layered Pluton, Western Mongolia. // Beihefte zum European Journal of Mineralogy. 1999. Vol.11. P.37 (in English).

30. Borodina E.V. Estimation of the mantle source composition from gabbroic intrusions composition. // Abstract to the EMPG IX, Journal of Conference Abstracts, Cambridge Publications. 2002. P. 16.

31. Boynton W.V. Cosmochemistry of the Rare Earth Elements. Meteorite studies // Rare Earth Element Geochemistry. Amsterdam. 1984. P.63-114.

32. Dostal J., Baragar W.R.A., Dupuy C. Geochemistry and petrogenesis of basaltic rocks from Coppermine River area, Northwest Territories. // Can. J. Earth Sci. 1983. V.20. P.684-698.

33. Dostal J., Dupuy C., CouIon.C. Rare-earth elements in high-alumina basaltic rocks from Sardinia. // Chemical Geology. 1976. V.18. P.251-262.

34. Francis D. Chemical interaction between picritic magmas and upper crust along the margins of the Muskox intrusion, Northwest territories, Canada. // Geological Survey of Canada. 1994. V. 92-12. P. 1-94.

35. Francis D. The implications of picritic lavas for the mantle sources of terrestrial volcanism. // Lithos. 1995. V.34. P.89-105.

36. Freer R. Diffusion in silicate minerals and glasses: a data digest and guide to the literature. // Contributions to Mineralogy and Petrology. 1981. V.76. P.440-454.

37. Fujimaki H., Tatsumoto M., Aoki K. Partition coefficients of Hf, Zr and REE between phenocrysts and groundmasses. Proceedings of the fourteenth lunar and planetary science conference. Part 2.7/ J.Geophys.Res^ 1984^ V.89JSuppl. B662-B672.

38. Ghiorso M.S., Hirschmann M.M. & Sack R.O. MELTS: software for thermodynamic modeling of magmatic systems. // EOS Transactions, American Geophysical Union. 1994. V.75. P.571-576.

39. Green Т.Н., Blundy J.D., Adam J., Yaxley G.M. SIMS determination of trace element partition coefficients between garnet, clinopyroxene and hydrous basaltic liquids at 2-7.5 GPa and 1080-2000°C. // Lithos. 2000. V.53. P.165-187.

40. Griselin M., Arndt N. Т., Baragar W. R. A. Plume-lithosphere interaction and crustal contamination during formation of Coppermine River Basalts, Northwest Territories, Canada. // Canadian Journal of Earth Science. 1997. V.34. N. 7. P. 958-975. •

41. Hanson G.N., Langmuir C.H. Modelling of major elements in mantle-melt systems using trace element approaches. // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1978. Vol.42. P.725-741.

42. Hatch F.H., Wells A.K., Wells M.K. Petrology of the igneous rocks. // Thomas Murby & Co, London, 1972.

43. Herzberg C., Zhang J. Melting experiments on anhydrous peridotite KLB-1: Compositions of magmas in the upper mantle and transition zone. // Journal of Geophysical Research. 1996. V.101. N.B4. P.8271-8295.

44. Hirose K. & Kushiro I. Partial melting of dry peridotites at high pressures: Determination of compositions of melts segregated from peridotite using aggregates of diamond. // Earth and Planetary Science Letters. 1993. V. 114. P. 477-489.

45. Hirschmann M.M., Ghiorso M.S., Wasylenki L.E. et aL Calculation of Peridotite Partial Melting from Thermodynamic Models of Minerals and Melts. I. Review of Methods and Comparison with Experiments. // Journal of Petrology. 1998. V.39. N.6. P.1091-1115.

46. Hofmann A.W. Chemical differentiation of the Earth: the relationship between mantle, continental crust and oceanic crust. // Earth and Planet Sci.Lett. 1988. Vol.90. P.297-314.

47. HoIIoway J.R., Burnham C.W. Melting relations of basalt with equilibrium water pressure less than total pressure. // J. Petrology, 1972. V.13.P.1-29.

48. IrvineT.N^ Crystallization sequences in the Muskox intrusion and other layered intrusions. 1. Olivine-pyroxene-plagioclase relations. // The geological society of South Africa. Special Publication 1.1970. P.441-476.

49. Jones J.H. Temperature- and pressure-independent correlations of olivine/liquid partition coefficients and their application to trace element partitioning. // Contr. Miner. Petrol. 1984. V.88. P.126-132.

50. Kerrich, R. & Wyman, D. A. Review of developments in trace-element fingerprinting of geodynamic settings and their implications for mineral exploration. // Australian Journal of Earth Sciences. 1997. V. 44. P. 465-487.

51. Kinzler R.J. Melting of mantle peridotite at pressures approaching the spinel to garnet transition: Application to mid-ocean ridge basalt petrogenesis. // Journal of Geophysical Research. 1997. V.102. N. Bl. P. 853-874.

52. Kinzler R.J. & Grove T.L. Primary magmas of mid-ocean ridge basalts 1.

53. Experiments and methods. // Journal of Geophysical Research. 1992. V.97. P. 6885-6906.

54. Klein E.M. & Langmuir C.H. Global correlations of ocean ridge basalt chemistry with axial depth and crustal thickness. // Journal of Geophysical Research. 1987. V.92. P. 8089-8115.

55. Leake B.E. Nomenclature of amphiboles. // Canad. Mineral, 1978. V.16. P.501-520.

56. McKenzie D. & Bickle MJ. The volume and composition of melt generated by extension of the lithosphere. // Journal of Petrology. 1988. V.29. P.625-679.

57. Miller D.M., Langmuir C.H., Goldstein S.L., Franks A.L. The importance of parental magma composition to calc-alkaline and tholeiitic evolution: evidence from Umnak Island in the Aleutians. // J. Geophys. Res. 1992. V.97. P.321-343.

58. Moores E.M. Petrology and structure of the Vourinos ophiolitic complex of northern Greece. // Geol. Soc. Am. Spec. 1970. V.l 18. P. 1-74.

59. Niu Y. & Batiza R. An empirical method for calculating melt compositions produced beneath mid-ocean ridges: application to axis and off-axis (seamounts) melting.ф // Journal of Geophysical Research. 1991. V.96. P.21753-21777.

60. Roeder P.L., Emslie R.F. Olivin-liquid equilibrium // Contr.Miner.Petrol. 1970. V.29. P.275-89.

61. Rollinson H. Using Geochemical Data. Evaluation, Presentation, Interpretation. Longman. Harlow. 1993.345 P.

62. Sawidis S., Hovorka D. Vourinos complex (Greece) an example of eastern mediterranean ophiolite. // Geol. carpath. 1997. V. 48. N1. P. 11-18.

63. Shaw D.M. Trace element fractionation during anatexis. // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1970. V.34. P.237-243.

64. Smith C.H. Notes on the Muskox intrusion, Coppermine River area, District of Mackenzie. // Geol. Surv. Can. 1962. Paper 61-25. P. 16.

65. Sun S-S, McDonough W.F. Chemical and isotopic systematics of oceanic ф basalts: implications for mantle composition and processes. // Saunders A.D. and Norry

66. M.J. (Eds). Magmatism in the ocean basins. // Geological Society of London Special Publication. 1989. V.42. P.313-345.

67. Takahashi E. Melting of a dry peridotite KLB-1 up to 14 Gpa: Implications on the origin of peridotitic upper mantle. // Journal of Geophysical Research. 1986. V.91. NB9. P.9367-9382.

68. Taura H., Yurimoto H., Kurita K., Sueno S. Pressure dependence on partition coefficients for trace elements between olivine and the coexisting melts. // Phys. Chem. Minerals. 1998. V. 25. P. 469-484.

69. Tharp T.M., Loucks R.R., Sack R.O. Modeling compaction of olivinecumulates in the Muskox intrusion. // American Journal of Science. 1998. V.298. P.758-790.

Информация о работе

Бородина, Евгения Викторовна
кандидата геолого-минералогических наук
Новосибирск, 2004
ВАК 25.00.04

Диссертация

Расслоенные массивы как индикаторы состава верхней мантии и условий мантийного магмообразования - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы