ПЕТРОЛОГИЯ, 2010, том 18, № 3, с. 282-296
УДК 552.1
ВАРИОЛИТОВЫЕ ЛАВЫ В ОСЕВОМ РИФТЕ СРЕДИННО-АТЛАНТИЧЕСКОГО ХРЕБТА И ИХ ПРОИСХОЖДЕНИЕ, ПОЛИГОН
СЬЕРРА-ЛЕОНЕ, 6° 18' с.ш.
© 2010 г. И. С. Красивская, Е. В. Шарков, Н. С. Бортников, А. В. Чистяков,
Н. В. Трубкин, Т. И. Голованова
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН Старомонетный пер., 35, Москва, 119017, Россия; e-mail: sharkov@igem.ru Поступила в редакцию 18.06.2009 г.
Получена после доработки 30.08.2009 г.
Впервые описаны измененные вариолитовые лавы из осевой зоны Срединно-Атлантического хребта, где в пикробазальтовой матрице содержатся округлые глобулы андезитового (исландитового) состава, окруженные светлой каймой трахиандезитового состава. Глобулы перемещались вместе с пикробазальтовым расплавом и затем всплывали к поверхности лавового потока. Показано, что формирование лейкократовых оторочек, по-видимому, связано с явлениями термодиффузии (принцип Соре) в остывающем гетерогенном расплаве. Предполагается, что происхождение такого гетерогенного расплава связано с пересечением поднимающейся колонной пикробазальтовой магмы уже существовавшего к тому времени небольшого внутрикорового магматического очага с остаточным андезитовым расплавом типа исландита и вовлечением его в общее движение вверх. Поскольку подъем расплавов в областях океанического спрединга осуществляется очень быстро, путем турбулентного течения, чужеродный расплав диспергировался в потоке пикробазальтовой магмы на мелкие капли, но не успевал прореагировать с расплавом-хозяином. Формирование собственно вариолитов происходило уже в процессе остывания такого гетерогенного лавового потока. Признаков образования изученных вариолитов в результате ликвации не установлено.
Как известно, под вариолитом (оспенным камнем) понимают пятнистую породу основного состава с овоидными обособлениями (вариолями, глобулами), погруженными в микрокристаллическую или стекловатую матрицу. Сами глобулы обычно сложены мелкозернистыми агрегатами преимущественно плагиоклаз-клинопироксено-вого состава, часто (но не всегда) с радиально-лу-чистым строением. Вариолиты известны еще с глубокой древности, однако до настоящего времени их происхождение является предметом дискуссии. После классических работ Ф.Ю. Левинсон-Лессинга (1949) по палеопротерозойским варио-литам Ял-Губы (Онежское озеро) они стали рассматриваться в качестве примера ликвации базальтового расплава, распавшегося на жидкости основного и среднего состава. Вместе с тем многие петрологи, в частности А.Н. Заварицкий и В.С. Соболев (1961), исходя из того, что базальты и андезиты легко смешиваются и растворяются друг в друге, считали, что механизм ликвации не может объяснить происхождение подобных пород, и полагали, что их появление связано со сферолитовой кристаллизацией расплава.
Глобулярные породы описаны в целом ряде вулканических провинций. Часто такие смешанные породы имеют макроскопически хорошо видимые глобулярные структуры (глобулы размером от миллиметра до первых сантиметров) и встреча-
ются в разновозрастных комплексах (Schreiber et al., 1999), в том числе в палеопротерозойских и архейских вулканических породах (Смолькин, 1992; Hanski, 1993; Fowler et al., 2002; Светов, 2005, 2008). Вместе с тем до настоящего времени вариолиты были практически неизвестны среди вулканитов срединно-океанических хребтов. Поэтому изучение такой редкой, если не уникальной, породы как вариолит, драгированной из осевой части Средин-но-Атлантического хребта (САХ), в зоне современного океанического спрединга, представляет значительный петрологический интерес как в сравнительном плане, так и для понимания условий и механизма формирования подобных пород.
Особенно важно изучение вариолитов в связи с проблемой ликвации в силикатных расплавах, постоянно обсуждаемой в петрологической литературе. Обстоятельные обзоры по этой проблеме сделаны Э. Реддером (1983) и А. Филпоттсом (Philpotts, 1990). После того как Д. Грейгом в 1927 г. была экспериментально установлена область высокотемпературной (надликвидусной) ликвации (которая, однако, не реализуема в природных системах), было проведено много исследований с природными и искусственными силикатными расплавами. Они показали, что области несмесимости расплавов с понижением температуры расширяются, и поэтому существует возможность их распада не только в зоне стабильной, но и метаста-
бильной (субликвидусной и субсолидусной) ликвации. В 1951 г. Э. Реддер (1983) установил область низкотемпературной (около 1100°С) несмесимости расплавов в системе K2O—FeO—Al2O3—SiO2, т.е. в условиях, близких к реальным природным системам по температуре и составу. Дальнейшие исследования расширили поле ликвации, в частности за счет добавления в системы ряда элементов, в том числе Na. В результате ликвационная концепция распространилась не только на глобулярные, ва-риолитовые и подобные образования, но и на большие массы контрастных по составу пород, вулканических серий, крупных интрузивных комплексов, в том числе расслоенных плутонов (Mc Birney, 1975; Veksler et al., 2007 и др.).
Однако неоспоримыми природными свидетельствами ликвации, общепризнанными к настоящему времени, являются только микронные (до 10 мкм) стекловатые глобулы в мезостазисе, т.е. в остаточном расплаве вулканических пород. Впервые они были описаны в лунных образцах (Roedder, Weinblen, 1970), а затем обнаружены и в земных лавах (Roedder, Weinblen, 1971; Philpotts, 1982; Реддер, 1983). Несмесимые стекла контрастного состава (в целом мафически-салического) найдены в широком ряду толеитовых базальтов, а также в некоторых андезитах и щелочных базальтах. Во всех случаях они ограничены исключительно мезостази-сом, который, как правило, формируется после 70— 75%-ной кристаллизации расплава (Philpotts, 1990, 2008). Образование таких стекол трактуется как явление распада гомогенных расплавов, которые были переохлаждены ниже температуры их равновесной кристаллизации (немного выше 1000°С в экспериментах, Freestone, 1979; Biggar, 1979).
Главный аргумент против ликвации расплавов при более высоких температурах в базальтовых и андезитовых магмах заключается в том, что природные геологические доказательства такого фазового сепарирования отсутствуют. Если бы магмы могли расщепляться на несмесимые расплавы на более ранних стадиях кристаллизации, то эти фазы сохранились бы как стекловатые глобулы в лавах (т.е., по существу, "стекло в стекле"), признаки которых в природных системах не найдены (Заварицкий, Соболев, 1961; Hanski, 1993; Philpotts, 2008).
Такой подход к проблеме подразумевает, что дискретность составов и физических свойств глобул и матрикса в вариолитах, так же как и резкие переходы: на границе двух фаз, представляют необходимое, но недостаточное доказательство их ликвационной природы (Реддер, 1983). В то же время, как отмечают многие исследователи (Sparks, Marshall, 1986; Schreiber et al., 1999 и др.), мениски и градиенты составов на границе двух фаз могут возникнуть и при двух нормально смешивающихся расплавах, т.е. морфологически последствия ликвации и смешения могут быть подобны.
Таким образом, изучение вариолитов может пролить свет на широкий круг петрологических и
геохимических проблем, связанных с реальной значимостью ликвации в петрогенезисе магматических пород, а также процессов неполного смешения различных магм.
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ РАЙОНА
Полигон Сьерра-Леоне, где в ходе 10-го рейса НИС "Академик Иоффе" (2002 г.) был поднят изученный образец с глобулярной структурой (№ 11020/3), расположен в осевой части Средин-но-Атлантического хребта (САХ) (рис. 1). Рельеф хребта здесь сильно расчленен, и его минимальная глубина составляет около 2 км. Он представляет собой плато, осложненное неовулканическими хребтами и пересекаемое осевой рифтовой долиной, которая образована эшелонированной системой грабенообразных впадин глубиной до 4—5 км. Образец был драгирован на станции 11020 (6°18' с.ш.) с восточного склона рифтовой долины (интервал глубин 3900—3750 м). В этой драге вместе с рассматриваемым образцом было поднято также несколько кусков зеленокаменно-изменен-ных базальтов с афировой структурой. Все образцы с этой станции частично палагонитизированы и покрыты тонкими пленками железо-марганцевых оксидов, т.е. их формирование произошло существенно раньше излияний свежих пиллоу-лав на территории полигона.
Геологическое строение полигона Сьерра-Леоне охарактеризовано в ряде публикаций (Пущаровский и др., 2004; Шарков и др., 2005, 2008). Петрографический спектр драгированных здесь пород типичен для медленно-спрединговых хребтов, к которым относится САХ. Выделяются: (1) ультрабазиты, часть из которых является мантийными реститами, а в других сохраняются реликты кумулятивных структур, свидетельствующие об их принадлежности к интрузивным образованиям; (2) габброиды, включающие тр-октолиты, оливиновые габбро, нориты, габбро-но-риты, роговообманковые габбро-нориты, габбро-пегматиты, Бе-Т оксидные габбро-нориты и габбро-диориты, с которыми ассоциируют жилы гранодио-ритов и трондьемитов; (3) долериты дайкового (?) комплекса, в том числе и ильменит-роговообманко-вые; (4) базальты — фрагменты подушечных и массивных лав. Практически все породы, за исключением свежих пиллоу-лав с корками закалочного вулканического стекла, в разной степени подверглись катаклазу и метаморфизму в условиях эпидот-амфи-болитовой или зеленосланцевой фаций.
ПЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ И ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ
Методы аналитических исследований
Весь комплекс исследований (микроскопическое изучение и анализ элементного состава) был выполнен в ИГЕМ РАН.
Микроскопические исследования. Прозрачно-полированные шлифы отобранной породы внача-
Рис. 1. Положение района исследования среди структур океанического дна Центральной Атлантики.
ле изучались под обычным поляризационным микроскопом с целью выявления их главных петрографических особенностей. После этого в части шлифов с помощью электронного микроскопа JEM-100Q оборудованного аналитической энергодисперсионной приставкой Link ISIS, изучали тонку
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.