Малые и редкие элементы в плагиоклазе – ключ к изучению процессов в магматическом очаге (на примере вулкана Кизимен, Камчатка)

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Институт вулканической геологии и геохимии ДВО РАН

Малые и редкие элементы в плагиоклазе -ключ к изучению процессов в магматическом очаге (на примере вулкана Кизимен, Камчатка)

Чурикова П.Н.

Петрология и геохимия пород вулкана

Один из активных голоценовых вулканов Курило-Камчатской дуги вулкан Кизимен, расположенный на широте Ключевской группы, занимает граничное положение между двумя вулканически активными поясами дуги: Центральной Камчатской Депрессией (ЦКД) и Восточным

Вулканическим Фронтом (ВВФ). Постройка вулкана представляет собой сложный комплекс, сформированный многочисленными лавовыми потоками и экструзивными куполами. Согласно детальным тефрохронологическим исследованиям, возраст пород варьирует от 12-11 тыс. лет назад до поздне-голоценовых (1 тыс лет) извержений [Мелекесцев и др., 1992].

Породы представлены последовательным рядом от базальтов до дацитов с антидромной последовательностью извержений (рис. 1). Характерной особенностью пород является сосуществование крупных фенокристов плагиоклаза (до 2 см) и роговой обманки с одной стороны и оливина и ортопироксена с другой. Андезитовые и дацитовые лавовые потоки насыщены сингенетичными включениями более основного, базальтового и андезито-базальтового состава (рис. 2). В наиболее молодых привершинных лавах количество таких включений достигает 35% объёма лавового потока. Все породы роговообманковые и относятся с средне-калиевой известково-щелочной серии.

Распределение редкоземельных элементов на спайдерограммах является типичным для островодужного вулканизма с характерной отрицательной Nb-Ta аномалией и обогащением литофильными элементами. Тем не менее, андезитовые и дацитовые лавы значительно обогащены несовместимыми редкими элементами (LLILE, LREE) и обеднены тяжелыми редкоземельными элементами (HREE) в сравнении с базальтовыми и андезито-базальтовыми включениями, формируя ясное пересечение кривых распределения элементов на спайдерограммах (рис. 3). На фоне региональных геохимических вариаций от фронта к тылу Камчатской дуги [Churikova et al., 2001, рис. 2] лавы вулкана занимают промежуточные значения.

Таким образом, вулкан Кизимен уникален с нескольких точек зрения: (1) многие лавовые потоки несут на поверхность необычно много сингенетичных основных включений; (2) кривые распределения редкоземельных элементов дацитовых лав вулкана и базальтовых включений, которые находятся в этих лавах, пересекаются; (3) некоторые фенокристы плагиоклаза обнаруживают высокую анортитовую составляющую в ядрах кристаллов (до An94) и (4) в едином образце сосуществуют основные и кислые плагиоклазовые зерна. В настоящем сообщении приводятся данные как по геохимии пород вулкана, так и детальные минералогические исследования отдельных зерен плагиоклаза на макро- и микрокомпоненты как из кислых лав, так и из базальтовых включений в них. С помощью современного микроанализатора JEOL 8900 RL, установленного в университете Гёттингена (Германия), нам удалось осуществить количественный анализ на макро- (Al, Si, Na, Ca, K) и микро-(Ba, Sr, Mg, Fe) элементы в точках по профилям от центра к краю фенокристаллов плагиоклаза. Эти данные помогли нам понять историю формирования пород вулкана, процессы смешения разных по составу лав и их дальнейшую эволюцию в очаге до извержения.

Согласно петрографическим исследованиям, базальтовые и андезито-базальтовые включения Кизимена в свою очередь также фракционированы в сравнении с примитивными расплавами и в различной степени контаминированы более кислым материалом породы-хозяина.

Плагиоклазы вулкана Кизимен

Как в породе-хозяине, так и в базальтовом включении фенокристаллы представлены двумя генерациями среди которых присутствуют: (1) нерезорбированные зерна и (2) сильно резорбированные по краям фенокристы (рис.4). Анализировались все разновидности плагиоклазов (Pl).

На диаграмме содержания Mg в плагиоклазе в зависимости от его состава (An составляющая) ясно обнаруживаются два поля точек (рис. 5). Ядра нерезорбированных зерен из базальтовых включений являются наиболее основными (An75-An94) и наиболее обогащены Mg (300-550 ppm) в

сравнении со всеми другими кристаллами (рис. 4, 5). Эти высоко-An плагиоклазы могли быть сформированы в наиболее основном конечном члене системы и не были нами обнаружены в породе-хозяине. В отличие от них, центральные зоны нерезорбированных плагиоклазов из лав-хозяев, а так же центральные части всех резорбированных кристаллов (рис. 4б) представлены низко-Mg кислым Pl (An40-An50). Такие низко-An плагиоклазы, вероятно, росли из эволюционированного, кислого расплава, и встречаются как в несущих дацитовых лавах, так и в базальтовых сингенетичных включениях.

Составы средних зон и края кристаллов свидетельствуют о различной истории ассоциированных расплавов. Нерезорбированные плагиоклазы из включений обнаруживают типичный тренд фракционирования (тренд I на рис. 1) с уменьшением An и содержания Mg от центра к краю.

Средние и краевые зоны нерезорбированных плагиоклазов из пород-хозяев формируют два тренда. Один из них совпадает с трендом I, в то время как второй тренд (тренд II на рис. 1) характеризуется возрастанием An-составляющей от центра к краю при постоянном содержании Mg. Ясно,

что два принципиально различных тренда предполагают различные, их контролирующие, процессы. Тренд I представляет собой тренд фракционирования и предполагает процесс смешения двух расплавов (кислого и основного), а также дальнейший рост краевых и средних частей кристаллов из единого расплава. плагиоклаз вулкан редкоземельный

Процесс смешения подтверждается также детальными исследованиями зерен плагиоклазов (рис. 4). Центральные и средние зоны всех резорбированных кристаллов как из дацита-хозяина, так и из базальтовых включений, аналогичны таковым нерезорбированных плагиоклазов дацита, что указывает на их формирование из единого дацитового расплава. Растворение краевых частей этих плагиоклазов обусловлено смешением с базальтовым расплавом. В результате такого смешения, краевые части кристаллов росли из нового (гибридного) более основного расплава, что подтверждается увеличением содержаний An и Mg при уменьшении Ba в краевых оторочках резорбированных кристаллов (рис. 4б).

Кристаллы, сформированные из базальтового высоко-Т расплава не растворялись при смешении с низко-Т дацитовой магмой. Тем не менее, на смешение с этой магмой указывает ясное уменьшение An и Mg при увеличении Ba и Sr в краевых зонах высоко-An плагиоклазов базальтовых включений (Рис. 4а).

Тренд II характеризуется многократно повторяющимися циклами изменения содержания An плагиоклаза даже в рамках одного кристалла без соответствующего изменения в содержании Mg. Такое поведение химии плагиоклазов может объясняться возрастанием температуры в системе, либо возрастанием содержания воды в расплаве без его химического изменения. Возрастание температуры расплава (и как следствие - увеличение An в плагиоклазе) может быть результатом добавки тепла методом термической проводимости от базальтовой высоко-Т магмы, внедряющейся в дацитовый, расплав. В этом случае не ожидается химического эффекта на содержание

Mg в то время как An-составляющая растёт.

Альтернативное объяснение предполагает перемещение фенокристаллов к водонасыщенному граничному слою (и/или от него) магматического очага.

Наконец, тренд III на рис. 1 характеризуется увеличением содержания Mg при уменьшении

An компоненты плагиоклаза от центров к средним зонам высоко-An нерезорбированных зерен плагиоклаза из базальтовых включений. Аналогичные тренды были обнаружены во всех плагиоклазах An75-95 из различных серий пород срединно-океанических хребтов (неопубликованные данные Л. Данюшевского). При этом было показано, что содержания An и MgO в сосуществующих расплавах коррелирует положительно [в том числе McNeill and Danyushevsky, 1996]. Мы считаем, что негативная корреляция An и Mg в высоко-An плагиоклазах является функцией нелинейного поведения коэффициента распределения магния (KdMg) в системе Pl-расплав и не контролируется напрямую составом расплава. Насколько известно авторам, этот эффект показан впервые и требует

С целью выяснения PT условий внутри магматического очага и состава гибридной магмы перед извержением была осуществлена серия петрографических экспериментов в экспериментальной петрологической лаборатории университета Аляски (Фейербанкс, США). Эти эксперименты показали, что последнее переуравновешивание дацитовой лавы в. Кизимен происходило при давлении ~125 MPa и температуре ~820°C (Рис. 6).

Краткие выводы

Зональный анализ плагиоклаза предоставляет уникальную возможность изучения магматического развития системы. При этом в различных секторах кристаллов ясно различимы химический и/или температурный эффекты взаимодействия магм.

Магний в плагиоклазах контролируется нелинейной функцией KdMg между Pl и расплавом, возрастая от An95 до An75 и убывая далее в низко-An плагиоклазах.

Внедрение базальтовой магмы в приповерхностный очаг вулкана Кизимен происходило периодически и осуществлялось в локальном режиме тектонического растяжения. При этом взаимодействие двух разных по составу и физическим характеристикам магм комплексное: иногда мы наблюдаем только температурное взаимодействие, в других случаях химическое смешение расплавов и кристаллов также имеют место. Вполне вероятно, что кислая дацитовая магма является результатом фракционирования базальтового расплава, аналогичного тому, который эпизодически внедряется в коровый резервуар вулкана. Тем не менее, корреляция усиления основности андезито-базальтовых и базальтовых включений с историей развития вулкана (рис. 2) предполагает, что в настоящее время резервуары кислого и основного расплавов расположены в различных частях системы. Похожие схемы эволюции расплавов и их смешения ранее была описаны и на других вулканах, в том числе на вулкане Унзен (Япония) [Eichelberger et al., 2000].

Анализ краевых зон плагиоклазов показал, что внедрение базальтовой магмы в дацитовый резервуар является спусковым крючком извержений. Причиной этого процесса может являться выделение большого объема газовой фазы при поступлении горячей базальтовой магмы в насыщенный кристаллами дацитовый расплав, что способствует быстрому подъёму

Список литературы

Мелекесцев И.В., Пономарева В.В. и Волынец О.Н. Вулкан Кизимен (Камчатка) - будущий Сент-Хеленс // Вулканология и сейсмология, 1992, № 4. C. 3-32.

Размещено на Allbest.ru