ПЕТРОЛОГИЯ, 2008, том 16, № 3, с. 248-276
УДК 552.323.4
УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ АЛЛИВАЛИТОВ -ОЛИВИН-АНОРТИТОВЫХ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ -В ВУЛКАНИТАХ КУРИЛО-КАМЧАТСКОЙ ДУГИ
© 2008 г. П. Ю. Плечов*, Т. Ä. Шишкина*, В. Ä. Ермаков**, М. В. Портнягин***, ****
* Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Геологический факультет 119899 Москва, Воробьевы горы, Россия; е-тай:рауе1@м>еЬ.ги ** Институт физики Земли РАН 123995 Москва, Большая Грузинская ул., 10, Россия *** Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН 119991 Москва, ул. Косыгина, 19, Россия **** Division of the Ocean Floor, IFM-Geomar, Wischhostr. 1-3, 24148 Kiel, Germany Поступила в редакцию 22.01.2007 г.
Получена после доработки 27.05.2007 г.
Данная работа посвящена алливалитам - крупно- и гигантозернистым оливин-анортитовым породам, встречающимся в виде отдельных блоков в продуктах извержений многих вулканов фронтальной части Курило-Камчатской дуги. Приведены новые данные по петрографии, минералогии и составу расплавных включений в минералах из 10 образцов алливалитов из вулканов Ксудач, Ильинский, Заварицкого, Кудрявый и Головнина. Температуры кристаллизации минералов алливалитов оцениваются в 970-1080°С при содержании воды в расплаве 3-3.5 мас. % и фугитивности кислорода NNO = 1-2. Продемонстрирована генетическая связь составов расплавных включений с составами интерстициальных стекол алливалитов и пород вулканов. Обоснован кумулятивный генезис алливалитов. С помощью масс-балансовых расчетов оценена степень фракционирования родоначаль-ных расплавов при образовании кумулятивных горизонтов - от 22 до 46% для различных вулканов.
Необычные полнокристаллические крупно- и гигантозернистые оливин-анортитовые включения в эффузивах многих вулканов Камчатки и Курил стали известны со времени работ Б.И. Пийпа (например, Пийп, 1947). Первое петрографическое описание и анализы минералов этих пород приведены в работах (Шеймович, 1966; Дубик, 1969). Для них был предложен ряд названий: габброидные включения (Пийп, 1947; Шеймович, 1966; Дубик, 1969), оливиновый анортозит (Селянгин, 1974), алливалит (Родионова, Федорченко, 1971; Масуренков, 1974), оливин-анортитовая порода (Волынец и др., 1978). Включения собственно оливин-анортитовых пород встречаются совместно с разнообразными пирок-сен-оливин-плагиоклазовыми габброидами, в том числе с эвкритами, троктолитами, амфиболовы-ми габбро и др. Видимо, поэтому в работе Г.Е. Богоявленской и Э.Н. Эрлиха (1969) оливин-пи-роксен-анортитовое включение было описано как анортозитовый микротинит (пироксен был ошибочно принят за стекло).
Несмотря на то, что термин "алливалит" (а1-НуаШе) (Нагкег, 1909) относится к породам, описанным в пределах расслоенного интрузива о. Рам (Шотландия), это название закрепилось в литературе для оливин-анортитовых пород, и в
частности для кристаллических включений в вулканитах Камчатки. Алливалиты отличаются от троктолитов (например, Lundgaard et al., 2002) рядом особенностей: 1) ассоциацией высококальциевого плагиоклаза (An > 90) и железистого оливина (Fo < 81); 2) очень узкими вариациями состава минералов в пределах одного образца (2-3 номера анортитовой или форстеритовой составляющей).
Алливалиты описаны на многих вулканах Камчатки: Кихпиныч, Ксудач, Камбальный, Ильинский, Желтовский, Кошелевский, Мутнов-ский, Малый Семячик, Карымский (Гриб, 1997; Волынец и др., 1978 и ссылки в ней; Селянгин, 1987) и в ряде вулканов Главной Курильской дуги: Менделеева, Кудрявый, кальдер Головнина, Немо, Заварицкого (Масуренков, 1974), Тао-Русыр, Эбеко (Дриль, 1988). Сходные породы были обнаружены во внешних зонах вулканических дуг Северной Японии: Миякеджима, Некома, Риши-ри, Акаги (Amma-Miyasaka, Nakagawa, 2002; Ish-ikawa, 1951). На Малых Антилах встречаются крупные блоки габбро-алливалитовой ассоциации, имеющие вес до нескольких сотен килограмм (Arculus, Wills, 1980).
Все находки алливалитов относятся к вулканам вулканического фронта островных дуг (Фро-
лова и др., 2000; Amma-Miyasaka, Nakagawa, 2002), общей особенностью которых является присутствие в продуктах извержений низкокалиевых островодужных толеитов (Фролова и др., 2000). Алливалиты встречаются преимущественно среди тефр и вулканитов риолитового, риодацитово-го, реже андезитового состава (Волынец и др., 1978; Фролова и др., 2000), тогда как в базальтах часты гломеропорфировые сростки оливина и плагиоклаза.
Кроме алливалитов, вулканиты Курило-Кам-чатской дуги содержат включения разнообразных анортитсодержащих габброидов, получивших название габбро-алливалитовой ассоциации (Ермаков, Печерский, 1989). Например, амфи-бол-анортитовые породы, близкие по химизму к алливалитам, встречены на вулканах Авачин-ский, Успенский, гора Острая; в миоценовых андезитах Парамушира (находки В.А. Ермакова); в высокоглиноземистых базальтах серии Татун в Северном Тайване (Chen, 1978). Распространенность габбро-алливалитов и их парагенезис с другими типами кристаллических включений на вулканах Курило-Камчатской дуги рассмотрены в (Ермаков и др., 1987; Ермаков, Печерский, 1989). В настоящей работе исследуемый материал ограничен только алливалитами.
Изучение составов расплавных включений в оливинах и плагиоклазах из алливалитов четырех вулканов Курило-Камчатской островной дуги позволило установить генетическое родство алливалитов с вмещающими эффузивами, их кумулятивную природу, а также оценить температуры совместной кристаллизации ассоциации оливин-плагиоклаз - 1050-1100°С (Фролова и др., 2000). По предположению Т.И. Фроловой и др. (2000) алливалиты могли образоваться при фракционировании 7-8% оливина и анортита из родоначаль-ного богатого водой (1.5-2 мас. % H2O) расплава, эволюция которого привела к возникновению эффузивных серий соответствующих вулканов Камчатки и Курильских островов.
В настоящей статье приводится детальное описание минералогии алливалитов, их типизация и обсуждаются возможные механизмы образования этих пород. Представлены данные по изучению расплавных включений в оливинах из 10 образцов алливалитов различных морфологических типов из вулканов Ксудач, Ильинский, За-варицкого, Кудрявый и Головнина. Приведены новые данные по составам породообразующих минералов, гомогенизированных расплавных включений, минеральных дочерних фаз в раскри-сталлизованных расплавных включениях и ин-терстициальных стекол алливалитов. На основе полученных результатов рассмотрены существующие гипотезы образования алливалитов, подтвержден их кумулятивный генезис и оценены условия их формирования.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Термометрические эксперименты с визуальным контролем проведены при помощи малоинерционной микротермокамеры конструкции Соболева-Слуцкого в ГЕОХИ РАН (БоЪо1еу е! а1., 1980). Использована стандартная методика, описанная в (Портнягин и др., 2005).
Закалочные эксперименты по частичной гомогенизации включений (БапушИеузку е! а1., 2002а) были проведены в лаборатории экспериментальной петрографии МГУ в муфельной печи с силито-выми нагревателями. Зерна оливина размером 0.5-1 мм закладывали в фарфоровые тигли, пересыпали графитовой крошкой, что позволяло поддерживать внешние окислительно-восстановительные условия на уровне буфера ССО для предохранения зерен от окисления при высоких температурах. Время эксперимента не превышало 10 мин при температурах выше 1000°С, во избежание существенных потерь воды расплавом во включении. Закалку производили в воду при 1200°С. После закалочного эксперимента отбирали зерна, содержащие расплавные включения размером не менее 20 мкм, и включения выводили с помощью абразивов на поверхность зерен.
Определение состава минералов и расплавных включений в алливалитах проводили с помощью энергодисперсионной приставки Ппк8у$1еш-10000 к электронному микроскопу Саш8сап-4БУ (кафедра петрологии МГУ, аналитики Е.В. Гусева и Н.Н. Коротаева), при стандартном рабочем напряжении 15 кВ. Минеральные фазы анализировали в точке (3 х 3 мкм), стекла включений и основной массы анализировали в сканирующем режиме площадками не менее 10 х 12 мкм. Фотографии были выполнены в режиме отраженных электронов при ускоряющем напряжении 20 кВ.
Содержание воды в стеклах определяли с помощью вторично-ионной масс-спектрометрии на приборе Cameca-ims4f в ИМИиИ РАН, г. Ярославль. Методика измерений описана в работе (Соболев, 1996).
ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектами данного исследования являются образцы алливалитов из вулканов Курило-Камчатской островной дуги: Ксудач, Ильинский (южная часть п-ова Камчатка), Заварицкого (о. Симу-шир), Кудрявый в пределах кальдеры Медвежья (северо-восточная оконечность о. Итуруп) и Головнина (южная оконечность о. Кунашир) (рис. 1, табл. 1). Все названные вулканы занимают фронтальное положение по отношению к глубоководному желобу, имеют сложную и длительную историю развития, с формированием кальдер и посткальдерной активностью. Изверженные породы образуют непрерывные серии от базальтов до дацитов. Алливалитовые нодули обычно при-
с.ш.
55°
50°
45° -
155°
и
в.д.
13 (а)
2 Л / п-ов
Охотское А: : Камчатка
море ъ ■ И
о' ы Ш ^влк. Ксудач влк. Ильинский
влк. Головнина АС
\ влк. Заварицкого
влк. Кудрявый Шр* ТИХИЙ ОКЕАН
К20 + №20, мол.кол 120 г
1001-
д 80
Щелочной оливин-базальтовый тип
&
Л Л
■ 1 .'.2 ь 3 4 5
Толеитовый тип
(б)
-10
0 10 К20, мас.% 1.
20
30
40
50
60
д, %
70 75 8Ю2, мас. %
Рис. 1. (а) Область распространения современных низкокалиевых вулканитов в Курило-Камчатской островной дуге по (Пискунов, 1976). 1 - область пород толеитового типа, 2 - линия разделения пород толеитового и щелочного оливин-базальтового типа, 3 - исследуемые вулканы.
(б, в) Классификационные диаграммы (К2О + №20)-д (Пискунов, 1976) и ^0-8102 для петрохимических серий вулканов Ксудач (1), Ильинский (2), Заварицкого (3), Кудрявый (4), Головнина (5). Величина д отражает избыток (недостаток) кремнезема, необходимого для образования наиболее насыщенных минералов, рассчитывается по формуле: д = 60 (8Ю2 + ТЮ2 + Бе203 - Бе0 - МпО - Mg0 - СаО - А1203 - 5(№20 + К20))/1000 (%), где оксиды в молекулярных количеств
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.