ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2011, № 6, с. 36-46
УДК 549.02+552.13
СОСТАВЫ ШПИНЕЛЕЙ ИЗ КУМУЛЯТИВНОГО АНОРТИТА ВУЛКАНОВ МУТНОВСКИЙ, КСУДАЧ, ГОЛОВНИНА, МАЛЫЙ СЕМЯЧИК (КАМЧАТКА)
© 2011 г. В. В. Ананьев
Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН 683006 Петропавловск-Камчатский, бульвар Пийпа, 9, e-mail: avv@kscnet.ru Поступила в редакцию 25.10.2010 г.
При микрозондовом изучении незональных плагиоклазов (Ли92_96) из кристаллокластического туфа вулкана Мутновский и алливалитовых нодулей из пород вулканов Ксудач, Малый Семячик, Го-ловнина были отмечены мелкие включения темноцветного минерала, идентифицированного в дальнейшем как шпинель. Анализы шпинелей на микрозонде показали, что зерна не зональны, при этом, в одном кристалле плагиоклаза могут находиться включения шпинели различного химического состава. Составы шпинелей образуют четко выраженный единый протяженный тренд, попадающий в зону сольвуса твердого раствора и не описанный в литературе. Существование полученного тренда шпинели в зоне сольвуса можно объяснить ранним захватом зерен шпинели растущими кристаллами плагиоклаза и быстрым их остыванием после извержения, что привело к закалке ме-тастабильного раствора. Предполагается, что данные шпинели формировались синхронно с кристаллизацией плагиоклаза. Разнообразие составов шпинели объясняется термодиффузионным выравниванием состава первоначально зональных кристаллов шпинели после их включения в кристаллы плагиоклаза или их ростом в зонах кристаллизационных двориков анортита.
ВВЕДЕНИЕ
При изучении плагиоклаза из кристаллокластического туфа вулкана Мутновский в отдельных кристаллах были обнаружены мелкие включения темноцветного минерала, идентифицированного в дальнейшем как шпинель. При анализе этих шпинелей на микрозонде выяснилось, что их составы образуют единый протяженный тренд, который до этого практически не описан в литературе. Для более подробного изучения подобных шпинелей и сравнительного анализа были исследованы плагиоклазы аналогичного состава из Ol-An включений (алливалитов) вулканов Ксудач, Головнина и Малый Семячик. Изучение шпинелей из плагиоклазов алливалитов выявило, что их составы практически точно или с небольшим отклонением ложатся на первоначально выявленный тренд. Из литературных данных следует, что опубликованы только единичные анализы подобных шпинелей [Гриб, 2007; Гриб, 2008; Barnes, Roeder, 2001]. Схожие и несколько отличные составы шпинелей, заключенных в кристаллы оливина из алливалитов и базальтов, опубликованы в работах [Гриб, 2008; Плечов и др., 2008; Приходь-ко и др., 1977; Krause et al., 2007], а также получены авторами данной статьи, но в данной работе они не рассматриваются.
КРАТКОЕ ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ И ПЕТРОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ИССЛЕДУЕМЫХ ОБРАЗЦОВ
Грубослоистые пирокластические туфы вулкана Мутновский лежат на вершине северо-восточного гребня хребта, отходящего от обрыва восточного кратера. Туфы представляют пирокластические образования, состоящие из тонкого пеплового материала, обломков шлака размером от 0.5 см до 3—7 см, большого количества кристаллов плагиоклаза размером 0.4—1 см и отдельных — до 4 см по длинной оси. Кристаллы имеют уплощенную прямоугольную форму со скошенными углами, часто сдвойникованы, причем плоскостью срастания является наиболее широкая сторона. В обломках шлаков встречаются включения таких же крупных кристаллов и мелкие оливины. Туфы, мощность которых в данном месте достигает 2—3 м, подстилаются потоками низкокалиевых базальтов.
Алливалиты — кумулятивные оливин-анорти-товые включения широко распространены в низкокалиевых островодужных толеитах. Их геологическое положение, минеральный и химический состав, в том числе и для вулканов Ксудач, Голов-нина и Малый Семячик, охарактеризованы в многочисленных работах [Волынец и др., 1978; Приходько и др., 1977; Селянгин, 1987; Фролова, Плечов, 2001; Плечов и др., 2008; Шишкина и др.,
2009]. Наиболее полный обзор гипотез о происхождении алливалитов дан в работе [Плечов и др., 2008] и возвращаться к этому вопросу в настоящей работе мы не будем. Автор разделяет точку зрения о кумулятивном генезисе алливалитов из высокоглиноземистого, низкокалиевого расплава. Следует отметить, что изученные образцы алливалитов вулканов Ксудач и Головнина находились в пирокластических отложениях, а вулкана Малый Семячик — в лавовом потоке [Селянгин, 1979].
Выбранные для исследования образцы представляют собой грубозернистые 01-Ап нодули со средним размером зерен плагиоклаза 0.5—1.5 см, и оливина до 0.5 см, в межзерновом пространстве находится черная основная масса, занимающая по отношению к кристаллам небольшой объем.
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ АНАЛИЗА
Ввиду того, что включения шпинели непосредственно в кристаллах плагиоклаза встречались весьма редко и прямое их изучение на микрозонде встретило значительные трудности, была отобрана проба кристаллов плагиоклаза (вулкана Мутновский) весом приблизительно в 100 г и растворена в плавиковой кислоте по методике, опубликованной в работах [№иегЪиг§, 1961, 1975]. Сравнимое количество плагиоклаза было отобрано из грубозернистых алливалитов вулканов Ксу-дач и Головнина и обработано аналогично. В результате, в первом случае было выделено около 200 зерен, а во втором и третьем — приблизительно по 30—40 зерен шпинели. Зерна, как правило, имели форму октаэдров со слегка скругленными ребрами размером 0.03—0.1 мм, редко — до 0.4 мм. Шпинели из алливалитов вулкана Малый Семячик изучались непосредственно в кристаллах плагиоклаза.
Анализ минералов проводился автором на микрозонде СашеЪах (ИВиС ДВО РАН). Концентрации вычислялись с помощью стандартного математического обеспечения. Ускоряющее напряжение 20 кв, ток 40 на. Эталоны: Fe — ильменит; Мп — родонит; N1 — синтетическая N1—Fe шпинель; Zn — синтетический Zn0; А1, М§, Сг — хромовая шпинель. Содержание № и Zn во всех шпинелях практически нулевое, поэтому в анализах не отображается. Количество Fe+3 вычислено в соответствии со стехиометрией шпинели.
РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА
Исследуемые шпинели представлены серией твердых растворов с большими вариациями в соотношениях герцинитового, плеонастового, магне-титового и ульвошпинелевого миналов (табл. 1). За исключением одного зерна неправильной формы, представляющего обломок более крупного кри-
сталла (табл. 2), признаки зональности в шпинелях не установлены. Связи между размером зерен шпинели и ее составом не обнаружено. В одном кристалле плагиоклаза могут находиться зерна шпинели со значительными вариациями состава (см. табл. 1, ан. 4, 8). Среди шпинелей из плагиоклаза алливалитов вулкана Малый Семячик выявлено присутствие разностей со структурами распада твердого раствора. В отдельных кристаллах шпинели встречаются расплавные включения, представленные стеклом, содержащим иногда минералы-узники — высокоглиноземистые клинопироксен и роговую обманку.
Плагиоклазы из туфов вулкана Мутновский и алливалитов имют состав An92-96 и не зональны. На границе кристалла с основной массой (для образцов алливалитов) может появляться узкая, около 100 мк, оторочка, где состав плагиоклаза равномерно изменяется приблизительно до An60 и сопровождается повышением содержания FeO до 2—3%. В плагиоклазах туфов редко встречаются мелкие (до 0.3 мм), неправильной формы включения хромдиопсида (табл. 3). В составе ал-ливалитов присутствуют также оливин Fo75-81, реже клинопироксен.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ АНАЛИЗОВ
Проблеме типоморфизма минералов группы шпинели посвящено значительное количество научных работ. Это связано с тем, что шпинели образуют непрерывные (за некоторым исключением) серии твердых растворов, составы которых контролируются температурой, фугитивностью кислорода, общим давлением и составом исходного расплава. Изменение любого из факторов (или их группы) в магматической системе приводит к определенным изменениям в химическом составе шпинели. К настоящему времени выделены определенные тренды и поля составов шпинелей, принадлежащие к разным типам пород и разным геологическим объектам. Многие из данных построений базируются или находят подтверждения в экспериментальных исследованиях [Hill, Roeder, 1974; Muan, 1975; Sack, Ghiorso, 1991]. Перечислить в данной статье все работы, на основании которых проводились подобные построения, невозможно ввиду их многочисленности. Поэтому, при анализе наших данных будем, в основном, ссылаться на работу [Barnes, Roeder, 2001], в которой, на основании большой выборки анализов (более 21 000) и обобщения материалов многих авторов, выделены в определенных системах координат поля и тренды, определяющие ти-поморфизм шпинелей для разных типов пород и геологических процессов.
При рассмотрении составов шпинелей в координатах Fe+3—Cr+3—Al+3 (формульные единицы) на тройной диаграмме (рис. 1а) можно отметить,
□ 1 02 Ф3 A4 0 5 »6 ■ 7
Рис. 1. Фигуративные точки составов шпинелей по результатам данной работы, нанесенные на диаграммы в соответствии с [Barnes, Roeder, 2001].
1 — вулкан Мутновский; 2 — вулкан Мутновский, зональная шпинель (см. табл. 2); 3 — вулкан Ксудач; 4 — вулкан Головнина; 5 — вулкан Малый Семячик; 6 — составы из зоны распада шпинели вулкана Малый Семячик; 7 — зональная шпинель Sr157 [Ridley, 1977].
Цифрами обозначены (тройная диаграмма): 1 — линия сольвуса для хромшпинелидов расслоенного перидотит-габ-брового комплекса Старе Ранско (Stare Ransko) [Van der Vfeen, 1995], 2 — линия сольвуса для хромшпинелидов Уктус-ского и Кытлымского массивов [Пушкарев, 2000], 3 — обобщенная линия сольвуса для хромшпинелидов мафических пород [Barnes, Roeder, 2001], 4 — тренд зональной шпинели Sr157 [Ridley, 1977].
Fe# = Fe +2/(Fe+2 + Mg+2); Cr# = Cr+3/(Cr+3 + Al+3); Fe111 = Fe+3/(Fe+3 + Al+3 + Cr+3); TiO2 - весовые проценты.
Таблица 1. Репрезентативные анализы шпинели
№ п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
№ обр. М10-25 М12-12 М12-3 М12-9 М10-19 М10-15 М15-20 М14-803 К14-5 К15-5 К15-9 К15-11 С-11 О-Зб С-47 С-18 8-2114 8-124 8-176 вв-б 8в-8
ТЮ2 0.31 0.64 0.88 1.30 1.75 2.23 5.18 7.89 0.28 0.79 0.93 1.61 0.46 0.54 0.54 1.66 0.35 0.88 0.75 0.30 1.45
А12о3 50.79 42.52 34.94
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.