научная статья по теме ЗОНАЛЬНОСТЬ ПО МАКРО- И МИКРОЭЛЕМЕНТАМ В ПЛАГИОКЛАЗЕ ВУЛКАНА КИЗИМЕН (КАМЧАТКА) ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ПРОЦЕССАМ В МАГМАТИЧЕСКОМ ОЧАГЕ Геофизика

Текст научной статьи на тему «ЗОНАЛЬНОСТЬ ПО МАКРО- И МИКРОЭЛЕМЕНТАМ В ПЛАГИОКЛАЗЕ ВУЛКАНА КИЗИМЕН (КАМЧАТКА) ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ПРОЦЕССАМ В МАГМАТИЧЕСКОМ ОЧАГЕ»

УДК 551.21+553.86

ЗОНАЛЬНОСТЬ ПО МАКРО- И МИКРОЭЛЕМЕНТАМ В ПЛАГИОКЛАЗЕ ВУЛКАНА КИЗИМЕН (КАМЧАТКА) ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ПРОЦЕССАМ В МАГМАТИЧЕСКОМ ОЧАГЕ

© 2013 г. Т. Г. Чурикова1, 2, Б. В. Иванов1, Дж. Айкельбергер3, Г. Вёрнер2, Б. Броун4, П. Избеков5

Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН 683006Петропавловск-Камчатский, б-р Пийпа, 9, e-mail: tchurikova@mail.ru 2Отделение геохимии Центра геологических наук Геттингенского университета Германия, 37077Геттинген, ул. Гольдшмидта, 1, e-mail: gwoerne@gwdg.de 3Программа вулканической опасности Геологической службы США Рестон, Вирджиния, США, e-mail: jeichelberger@usgs.gov 4Отделение геологических наук Калифорнийского государственного университета Фуллертон, Калифорния, США, e-mail: bbrowne@fullerton.edu 5Вулканологическая обсерватория Геофизического института Университета Аляски Фэрбенкс, Аляска, США,

e-mail: pavel@gi.alaska.edu Поступила в редакцию 25.10.2010 г.

Представлены данные по геохимии пород вулкана Кизимен и результаты микрозондовых исследований зерен плагиоклаза из кислых лав и базальтовых включений на макро- и микроэлементы. Вулкан Кизимен характеризуется следующими особенностями: 1) кислые лавы насыщены базальтовыми включениями; 2) распространены полосчатые, смешанные лавы; 3) кривые распределения редкоземельных элементов кислых лав и базальтовых включений пересекаются; 4) Sr-Nd изотопная систематика пород и включений не указывает на смешение с коровым материалом; 5) фенокристал-лы плагиоклаза имеют как прямую, так и обратную зональность; 6) в породах сосуществуют оливин и роговая обманка, а также основной и кислый плагиоклазы. Исследования показали, что породы вулкана являются гибридными и сформировались в результате неоднократного смешения кислых и основных расплавов, причем наблюдается как химическое и тепловое взаимодействие расплавов, так и исключительно тепловое. Изучение распределения макро- и микроэлементов в зональных минералах является информативным инструментом для понимания истории формирования и эволюции расплавов в магматическом очаге.

DOI: 10.7868/S0203030613020028

ВВЕДЕНИЕ

Процессы, протекающие в магматических очагах, такие, как конвекция и смешение магм, дифференциация расплавов, рост кристаллов в расплаве, играют важную роль в формировании магматических пород. Экспериментальные и расчетные модели этих процессов, например, [Marsh, 1989], дают возможность изучать такие физические параметры, как плотность и вязкость в зависимости от состава расплава, температурных градиентов внутри очага и на его контакте с вмещающей породой, геометрии очага и т.д. Поскольку часть перечисленных параметров в ре-

альных природных системах не поддаются однозначному определению, применимость таких моделей ограничена.

Процесс смешения магм, предложенный Р. Бунзеном в 1851 г. [Bunsen, 1851], до последнего времени изучается активно, и в настоящее время роль этого процесса при формировании изверженных горных пород не может быть недооценена. Особенно часто случаи смешения частично-закристаллизованных магм проявлены в острово-дужных обстановках, где внутри долгоживущих магматических очагов магма имеет возможность фракционировать до кислых разностей. При этом

помимо случаев смешения различных по составу и происхождению магм, часто наблюдается смешение магм одинакового происхождения, которые обособились в результате дифференциации, ассимиляции или отделения порций магмы в приповерхностные очаги [Kawamoto, 1992; Наумов и др., 1997; Couch et al., 2001]. В этом случае более глубинные магмы основного (базальтового) состава периодически поступают в близповерх-ностные коровые очаги, содержащие кислую магму, в результате чего формируется ряд гибридных смешанных магм [Иванов и др., 1978; Eichelberger et al., 1978].

В зависимости от степени смешения, изверженные гибридные лавы могут быть представлены полосчатыми лавами, либо крупными обособленными блоками основной лавы внутри потока кислой лавы, либо относительно однородной лавой, содержащей, тем не менее, явно неравновесные с основной массой вкрапленники. При микроскопическом исследовании пород процесс смешения магм также имеет ряд характерных признаков: это резорбция вкрапленников, формирование реакционной каймы и обратная зональность минералов в связи с растворением низкотемпературных минералов при повышении температуры расплава и последующего роста кристаллов из нового гибридного расплава, а также наличие неравновесных ассоциаций вкрапленников [Dungan, Rhodes, 1978; Кадик и др., 1986; Eichelberger et al., 2000, 2006; Плечов и др., 2008].

В последнее время многие исследователи изучают геохимическую зональность в плагиоклазах, пироксенах и других минералах, рассматривая ее как индикатор изменчивости среды роста минерала, позволяющей проследить историю кристаллизации минералов в породах вулканических извержений. Плагиоклазы, имеющие зачастую многоуровневую зональность, легко реагируют на изменения состава магмы или условий ее кристаллизации [Волынец и др., 1979; Фрих-Хар, 1977; Davidson, Tepley III, 1997; Ginibre et al., 2002a, 2002b]. Зональность плагиоклазов по главным элементам, отражающая диффузию CaAl-NaSi пар в плагиоклазовой An-Ab двойной системе [Grove et al., 1984; Tsuchiyama, 1985], широко использовалась при изучении процессов в магматическом очаге. Во многих расчетных моделях, в т.ч. [Allègre et al., 1981], также делались попытки оценить кинетические аспекты роста кристаллов плагиоклаза и их резорбции.

Все эти исследования помогают лучше понять причину возникновения зональности в плагиоклазах. Тем не менее, до последнего времени совместное влияние нескольких факторов, таких как температура, давление, состав расплава, содержание H2O на систему An-Ab было трудно различимо.

Благодаря развитию локальных высокоточных методов анализа вещества, использующих электронный микроанализатор и ионный зонд, появилась возможность анализировать не только малые элементы, которые, как правило, замещают макроэлементы в структуре минерала и присутствуют в концентрациях 0.1—1.0 вес. %, но и редкие элементы, которые обычно находятся в пустотах кристаллических решеток минералов, и их концентрации не превышают 0.1 вес. % [Winter, 2001]. Кроме того, в последние годы появляется все больше работ по определению изотопных отношений в отдельных зонах кристаллов плагиоклаза на площадке в несколько микрон с использованием ионного зонда [Brophy et al., 1996] или изотопных масс-спектрометров [Чурикова, Соколов, 1993; Davidson, Tepley III, 1997; Tepley III, Davidson, 2000]. Эти методы значительно улучшили возможность идентификации различных причин зональности плагиоклазов, в т.ч. смешения магм разного состава, ассимиляции, влияния температурного фактора. Однако, эти методы очень трудоемки и дороги, а в случае ионного зонда часть кристалла полностью выгорает, из-за чего не всегда можно провести повторное измерение. Современные электронные микроанализаторы позволяют определять ряд микроэлементов в концентрациях до 100 ppm в отдельных зонах плагиоклаза на площадке размером в несколько микрон [Ginibre et al., 2002a, 2002b]. Эти приборы дают возможность исследовать как на макро-, так и на микроэлементы большое количество образцов, не разрушая исследуемого материала.

В настоящей работе приводятся результаты анализа фенокристаллов плагиоклаза из базальтов, андезибазальтов и дацитов вулкана Кизимен, полученные с использованием современного электронного микроанализатора. Детальные теф-рохронологические исследования [Мелекесцев и др., 1992] возраста лавовых потоков и эруптивной истории вулкана показали, что он сформирован в четвертичное время и был активен в течение голоцена (наиболее поздние лавы датируются поздним голоценом). В настоящее время на склоне вулкана наблюдается активная фумарольная деятельность.

Исследование пород вулкана проходило в два этапа. На первом были изучены содержания макро- и микроэлементов, а также изотопные отношения Sr, Nd и Pb в породах вулкана; на втором — исследованы кристаллы плагиоклаза в наиболее представительных образцах. Электронный микроскоп был использован для определения содержаний макро- (Al, Si, Na, Ca, K) и микроэлементов (Ba, Sr, Mg, Fe) в отдельных точках размером в несколько микрон. Выбор положения точек для измерений делался по снимкам высокого разрешения в отраженном свете. Исследования были направлены как на изучение магматической эво-

люции вулкана, так и на выявление процессов, влияющих на кристаллизацию расплава внутри магматического очага до извержения.

1. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Все аналитические работы производились в Отделении геохимии Центра геологических наук Гёттингенского университета (Германия). Содержания в породах макроэлементов и некоторых микроэлементов (8е, V, Сг, Со, N1, Zn, Ga, 8г, Zr, Ва) определялись рентгенофлуоресцентным анализом (РФА). Относительные аналитические ошибки (±28) для макроэлементов составили менее 1% (за исключением Fe, № — 2%) и для микроэлементов около 5%. Ошибка определения потерь при прокаливании ~10%. Все остальные редкие элементы определялись методом ГСРМ8. Ошибки, оцененные по стандартам JB3 и JA2, составляют для № и Та около 15—20%, для других редких элементов — менее 10%.

Изотопные отношения 8г, Nd и РЬ измерялись на масс-спектрометре Finnigan МАТ 262 RPQ 11+ с использованием стандарта NBS987 (0.710245) для 8г, стандарта La Jolla (0.511847) для № и стандарта NBS981 (рекомендованные значения по [Todt etal., 1984]) для РЬ. Статистические ошибки (±2ст) составили менее 0.004% для Sr и Nd и менее 0.1% для РЬ. Детальное описание всех методик можно найти в работах [Чурикова и др., 2001; Chuгikova et al., 2001, 2007; Doгendoгf et al., 2000a, 2000Ь].

Содержания макроэлементов (Si, А1, Ca, № и К) и микроэлементов (Mg, Fe, Т1, Ba и Sr) в плагиоклазах определялись на электронном микроанализаторе JEOL8900 WDS с использованием набора синтетических и природных стандартов. Отдельные зоны в кристаллах плагиоклаза идентифицировались по изображениям кристаллов в отраженных электронах. Для выяснения эволюции плагиоклазов в процессе их роста химический анализ выполнялся

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.

Показать целиком