ПЕТРОЛОГИЯ, 2008, том 16, № 1, с. 21-37
УДК 552.323.4
РОГОВЫЕ ОБМАНКИ В АНДЕЗИТАХ ИЗВЕРЖЕНИЯ 30 МАРТА 1956 г. ВУЛКАНА БЕЗЫМЯННЫЙ И УСЛОВИЯ ИХ ОПАЦИТИЗАЦИИ
© 2008 г. П. Ю. Плечов*, А. Е. Цай*, В. Д. Щербаков*, О. В. Дирксен**
*Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, геологический факультет
119899 Москва, Воробьевы горы, Россия; е-mail: pavel@web.ru **Институт вулканической геологии и геохимии ДВО РАН 683006 Петропавловск-Камчатский, бул. Пийпа, 9, Россия Поступила в редакцию 24.05.2006 г.
Получена после доработки 11.11.2006 г.
Статья посвящена изучению условий образования кайм опацитизации вокруг роговых обманок в андезитах катастрофического извержения 30 марта 1956 г. вулкана Безымянный (Камчатка). Каймы опацитизации образовались вследствие биметасоматической реакции роговой обманки и расплава с формированием зональности: роговая обманка —- Px + Pl + Ti-Mag —► Px + Pl —- Px —► расплав. Биметасоматоз проходил при активном выносе CaO из роговых обманок, привносе SiO2 и более сложном поведении остальных компонентов. Наряду с каймами, в зернах роговой обманки наблюдаются реакции объемного распада, которые проходили в почти изохимических условиях. Образование кайм опацитизации происходило в изобарических условиях, при давлении около 6 кбар. Главной причиной нестабильности роговых обманок послужил нагрев магматического очага от 890 до 1005°С, вследствие инъекции порции более горячей магмы. По мощности кайм опацитизации было установлено, что время, прошедшее от внедрения порции горячей магмы в очаг и до начала извержения, не превышает 37 суток. Таким образом, извержение 30 марта 1956 г. не связано с возобновлением активности вулкана в сентябре-ноябре 1955 г. и вызвано новой инъекцией магмы в очаг в феврале-марте 1956 г.
Вулкан Безымянный (55.98 с.ш., 160.58 в.д., 2880 м выше у. м.) - единственный активный ан-дезитовый вулкан Ключевской группы (рис. 1). Катастрофическое извержение 30 марта 1956 г. и последовавший за ним очередной период активизации, продолжающийся уже более 50 лет, ставят этот вулкан в один ряд с самыми активными вулканами мира. Однако катастрофическому извержению 30 марта 1956 г. предшествовало несколько эпизодов эруптивной деятельности, начавшейся 22 октября 1955 г. Динамика подъема магмы непосредственно перед катастрофическим извержением представляет безусловный интерес. Ключевыми являются следующие вопросы: 1) что могло служить непосредственной причиной катастрофического извержения, 2) есть ли прямая связь между эруптивными событиями 19551956 гг. на вулкане Безымянный, или это отдельные эпизоды на фоне общего возобновления вулканической деятельности?
Ключ к пониманию динамики подъема магмы дает изучение незавершенных минеральных реакций. В андезитах вулкана Безымянный распространены реакционные опацитовые каймы вокруг роговых обманок. Опацитовые каймы - непрозрачные в проходящем свете каймы вокруг темноцветных минералов в эффузивных горных
породах, представляющие собой продукты реакции этих минералов с окружающим их расплавом. Непрозрачность опацитовых кайм обусловлена значительным содержанием в них рудных минералов (титаномагнетита или магнетита и ильменита). Термин "опацит" (opacite) впервые употребил Герман Фогельзанг (Vogelsang, 1867) для обозначения неидентифицируемого минерала, встреченного им в виде "черных непрозрачных комочков". Ф.Ю. Левинсон-Лессинг (Левинсон-Лессинг, 1933) приводит фотографии опацитовых кайм вокруг зерен роговой обманки в андезитах Центрального Кавказа и ссылается на эксперименты (Kozu, Yoshiki, 1927), которые показали возможность разложения роговой обманки при нагреве.
Причины и механизмы образования опацитовых кайм до сих пор неясны и на протяжении долгих лет активно обсуждаются в литературе (например, Левинсон-Лессинг, 1933; Лодочников, 1955; Garsia, Jacobson, 1979; Rutherford, Hill, 1993; Rutherford, Devine, 2003; Buckley et al., 2006). Нестабильность роговой обманки и ее разложение могут быть вызваны многими факторами, например дегазацией расплава при декомпрессии (Kuno, 1950; Garsia, Jacobson, 1979; Rutherford, Devine, 2003; Buckley et al., 2006), увеличением температуры (Rutherford, Devine, 2003), окислением
Рис. 1. Общий вид вулкана Безымянный в августе 2005 г.
расплава (Garsia, Jacobson, 1979; Murphy et al., 2000; Rutherford, Devine, 2003).
Многие исследователи отмечают наличие в одних и тех же образцах различных типов реакционных кайм вокруг роговых обманок наряду с абсолютно свежими роговыми обманками, что, возможно, указывает на одновременное действие различных факторов, приводящих к нестабильности роговых обманок. М. Гарсия и С. Джа-кобсон (Garcia, Jacobson, 1979) выделяют два типа реакционных кайм: (1) черный тип, в котором амфибол полностью или частично замещается тонкозернистым агрегатом оксидов железа и пироксена; (2) габброидный тип, в котором амфибол полностью или частично замещается тонко- и среднезернистым агрегатом ортопироксена, кли-нопироксена, плагиоклаза и магнетита. Эти авторы заключили, что габброидный тип каймы образуется за счет понижения fHO в магматическом
резервуаре, тогда как черный тип каймы является результатом окисления во время экструзии. М. Мерфи с соавторами (Murphy et al., 2000) выделяют три типа реакционных кайм вокруг амфиболов в продуктах извержения вулкана Суифриере Хиллс: (1) тонкозернистые (5-30 мкм) агрегаты взаимопроросших клинопироксена, ортопироксе-на, пижонита, плагиоклаза и Ti-магнетита, встречающиеся в виде кайм, а также вдоль спайности кристаллов; (2) более грубозернистые срастания (30-200 мкм) тех же фаз, что и в типе 1; (3) непрозрачные замещения (собственно "опацит"), встречающиеся как в каймах, так и вдоль спайности многих кристаллов. Опацитовый агрегат, по мнению этих авторов, состоит из очень тонкозернистых прорастаний (1-10 мкм) тех же фаз, что в типе 1 и 2, но Ti-магнетит преобладает над други-
ми темноцветными минералами. М. Мерфи с соавторами (Murphy et al., 2000) считают, что тип 1 образуется при дегидратации амфибола во время подъема магмы, тип 2 отражает долгую историю перекристаллизации, а тип 3 соответствует последней стадии окисления внутри экструзивного купола. М. Рузерфорд и Дж. Девайн (Rutherford, Devine, 2003) отмечают, что в одной и той же породе могут наблюдаться несколько популяций роговых обманок с различными типами реакционных кайм. В продуктах извержений вулкана Суифриере Хиллс эти авторы выделяют (1) тонкие (1-20 мкм) каймы, образовавшиеся за счет декомпрессии при подъеме магмы; (2) мощные (200-500 мкм) крупнозернистые преимущественно клинопироксеновые каймы, образовавшиеся за счет термического разложения; (3) агрегаты рудных минералов вдоль спайности и трещин, которые образуются за счет окисления (Rutherford, Devine, 2003).
М. Рузерфорд с соавторами в серии экспериментальных работ показал возможность использования реакционных кайм для определения времени протекания реакции роговых обманок с окружающим расплавом (Rutherford, Hill, 1993) или оценки скоростей подъема магм (например, Rutherford, Devine, 2003). Реакционные каймы образуются за счет реакции с расплавом (Rutherford, Hill, 1993) и контролируются диффузионными процессами (Coombs, Gardner, 2004). Многие исследователи (Rutherford, Hill, 1993; Rutherford, Devine, 2003; Buckley et al., 2006) отмечают существование "времени покоя", в течение которого образования реакционной каймы не происходит. В данной статье рассматриваются вопросы, связанные с типизацией реакций разложения рого-
вых обманок в продуктах извержения 30 марта 1956 г. вулкана Безымянный и обсуждаются механизмы их образования. На основе изобарических экспериментов по разложению роговых обманок (Rutherford, Hill, 1993; Rutherford, Devine, 2003) и петрографических наблюдений мы рассматриваем процесс образования кайм за счет би-метасоматической реакции с расплавом и предлагаем уравнение для оценки времени протекания реакций. Полученные оценки температур, давлений и времени образования реакционных кайм позволяют понять процессы, протекавшие в магматическом очаге непосредственно перед катастрофическим извержением 30 марта 1956 г.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Все анализы минералов и стекол выполнены с помощью микрозонда Cameca SX100 (Hobart Uni, Australia) при ускоряющем напряжении 15 кэВ и токе 20 нА. Диаметр пучка 5 мкм. Фотографии были выполнены на электронном микроскопе Camscan-4DV (кафедра петрологии МГУ) в режиме отраженных электронов при ускоряющем напряжении 20 кэВ.
Мощности реакционных кайм роговых обманок измеряли в шлифах на сечениях зерен, ориентировку которых определяли при помощи универсального теодолитного столика Федорова. Для каждого зерна были определены сферические координаты, как минимум, двух выходов осей индикатрисы. Третью ось индикатрисы достраивали как перпендикуляр к первым двум. Оси индикатрисы определяли с помощью компенсатора. Далее рассчитывали ориентировку плоскости данного разреза относительно осей Np и Nm (рис. 2), которые для роговой обманки совпадают с кристаллографическими осями X и Y соответственно (Трегер, 1958). Для каждого разреза определяли М/-координаты и, с помощью программы Shape, уровни среза каждого зерна и грани разреза. Для каждой грани каждого разреза выполняли 8-10 замеров видимых мощностей кайм на различных участках грани. Измерения производили на изображениях в отраженных электронах, так как при этом видны только те фазы, которые находятся на поверхности образца.
В табл. 1 приведены истинные мощности кайм по каждой серии измерений. Истинную мощность кайм рассчитывали как проекцию на перпендикуляр к данной грани. Замеры на грани (001) производили на максимально удлиненных зернах, а остальные замеры выполняли на шестиугольных сечениях различной ориентировки. Мощность кайм на торцевых гранях (001) выше, чем на всех остальных. Однако, как видно из табл. 1, разница лежит в пределах точности измерений.
Таблица 1. Замеры мощностей реакционных кайм на сечениях роговой обманки с определенной ориентировкой
Номер зерна а, град (010), мкм (110), мкм ( 110), мкм (001), мкм Среднее по зерну, мкм
1 5 20
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.