ПЕТРОЛОГИЯ, 2009, том 17, № 3, с. 311-323
УДК 550.89
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ МАГМООБРАЗОВАНИЯ В ОСНОВАНИИ СИБИРСКОГО ПЛЮМА ПО ДАННЫМ ИССЛЕДОВАНИЯ РАСПЛАВНЫХ МИКРОВКЛЮЧЕНИЙ В МЕЙМЕЧИТАХ И ЩЕЛОЧНЫХ ПИКРИТАХ МАЙМЕЧА-КОТУЙСКОЙ ПРОВИНЦИИ
© 2009 г. И. Д. Рябчиков*, Л. Н. Когарко**, И. П. Соловова*
*Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН Старомонетный пер., 35, Москва, 119017, Россия; e-mail: iryab@igem.ru **Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН ул. Косыгина, 19, Москва, 119975, Россия; e-mail: kogarko@geokhi.ru Поступила в редакцию 11.07.2008 г.
На основании данных по составу расплавных микровключений и сосуществующих минералов в мей-мечитах и щелочных пикритах оценены температуры и давления вещества восходящего сибирского плюма на уровне верхней границы астеносферы. Расплавы, захваченные оливинами, характеризуются высокими содержаниями титана и других несовместимых элементов. Породы кристаллизовались при высоких значениях летучести кислорода. Рассчитанные составы исходных магм близки к близсолидусным выплавкам из сухого фертильного лерцолита при 7 ГПа. Оцененная потенциальная температура близка к 1650°C, что значительно выше потенциальных температур плюмов, генерирующих первичные базальтовые магмы срединных океанических хребтов. Полученные данные показывают, что в период активности гигантской магмогенерирующей системы Сибирской траппо-вой провинции произошел подъем горячих перидотитовых масс, возможно, с границы мантии и ядра до основания континентальной литосферы. Наши результаты не согласуются с представлениями о том, что базальтовые потоки Сибирской и других гигантских магматических провинций не связаны с мантийными плюмами.
Породы меймечитовой серии (меймечиты, щелочные пикриты и хатангиты) являются одними из наиболее магнезиальных вулканических и субвулканических пород (Kogarko, Ryabchikov, 2000; Соболев и др., 1991; Шейнман, 1947). Вместе с породами гигантского ультраосновного-щелочного и карбонатитового комплекса Гули они встречаются в Маймеча-Котуйской субпровинции Сибирской трапповой провинции и, согласно имеющимся изотопным данным (Arndt et al., 1998; Kogarko, Ryabchikov, 2000; Когарко и др., 1988), они одновоз-растны и имеют сходный мантийный источник с потоками толеитовых базальтов, которые резко преобладают среди других магматических пород Сибирской трапповой провинции. Эти сведения предполагают, что высокомагнезиальные магмы, по-видимому, выплавлялись в основании магмогенерирующей мантийной колонны, и поэтому, их геохимические характеристики могут дать информацию о температурах мантийного плюма и термальной структуре глубин Земли (Ryabchikov et al., 2001a, 2001b; Рябчиков и др., 1999). В настоящей работе приводятся оценки потенциальной температуры мантийного плюма в восточной части Сибирской трапповой провинции на основе новых данных по расплавным микровключениям
в минералах меймечитов и щелочных пикритов, являющихся представителями единой магматической серии с меймечитами (Kogarko, Ryabchikov, 2000).
МИКРОТЕРМОМЕТРИЧЕСКИЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ
Изучение включений проводили в полированных пластинах толщиной 0.3 мм. Объекты исследовали с помощью оптического (микроскоп Olympus BX-51), термо- и криометрического методов. В работе использовали термо- и криокаме-ры (TS1500 и THMSQ 600) и печи с графитовым вкладышем для предотвращения окисления Fe-содержащих фаз, работающие в интервале температур 600°С-1500°С.
Расплавные микровключения до и после нагревания и минералы исследуемых пород и включений анализировали на электронном микрозонде JEOL RL-8900 (Institut für Mineralogie, J.W. Goethe Universität, Frankfurt/Main, Germany) с ускоряющим напряжением 20 кв и током на образце 20 нА. В качестве стандартов для калибровки использовали природные и синтетические минералы. Анализы минера-
Mg# 0.93
0.92
0.91
0.90
Край О (
О О
ft с9
о
о
о
Центр
0.1 0.2 0.3
Расстояние от края, мм
0.4
Рис. 1. Профиль Mg# (атомное отношение Mg/(Mg + + Бе)) в пределах крупного вкрапленника оливина.
лов приведены в табл. 1, а закаленных стекол нагретых микровключений - в табл. 2.
Ряд более крупных нагретых микровключений были проанализированы на элементы-примеси с помощью ионного микрозонда (табл. 3).
МИКРОВКЛЮЧЕНИЯ
Расплавные микровключения были найдены во вкрапленниках оливина из меймечита и щелочного пикрита. Детальное петрографическое описание изученных пород и минералов, а также их химические составы приведены в работах (ЯуаЪ-сЫкоу е! а1., 2001а, Рябчиков и др., 2002). Исследуемые породы состоят из обильных вкрапленников магнезиального оливина (табл. 1, ан. № 1-3) с включениями мелких (несколько микрометров) зерен хромшпинелида (табл. 1, ан. № 10, 11). Крупные зерна оливина слабозональны: в краевой зоне шириной 80-100 мкм магнезиальность возрастает от ^о90 до ^о915, а затем к центру зерна ее рост замедляется, и в центре магнезиальность лишь незначительно превышает ^о92 (рис. 1). Пространство между крупными зернами оливина заполнено микрофенокристаллами клинопирок-сена и менее магнезиального оливина (табл. 1, ан. № 6, 4), содержащего включения хромшпинелида, но с более высокими содержаниями титана и магнетитового компонента (табл. 1, ан. № 11). Мелкозернистая матрица состоит из клинопирок-сена, флогопита, титаномагнетита, ильменита и измененного стекла (табл. 1, ан. № 8, 12 и 13). Породы умеренно серпентинизированы.
Расплавные микровключения в оливинах размером от 10 до 100 мкм чаще всего малопрозрачны из-за обильной кристаллизации мельчайших дочерних фаз. В случае кристаллизации из расплава включений крупных фаз газовое обособление во включениях занимает от 6 до 16% объема
вакуолей. Присутствие сингенетичных флюидных включений позволяет рассматривать включения с высокими объемными соотношениями газ-расплав как комбинированные, что свидетельствует о гетерогенном состоянии минерало-образующей среды (магмы). В качестве главных дочерних минералов во включениях определены клинопироксен и флогопит (табл. 1, ан. № 7, 9). Найден также высокотитанистый силикат, пока не идентифицированный в качестве определенного минерального вида (табл. 1, ан. № 14). Часто во включениях присутствуют кристаллы хромшпинелида, захваченные вместе с расплавом (рис. 2).
Вблизи расплавных микровключений (как негретых, так и некоторых нагретых) присутствуют градиентные зоны шириной 10-20 мкм, что свидетельствует о кристаллизации оливина на стенках микровключений. В их пределах в направлении границы микровключение-оливин наблюдается увеличение концентраций БеО и возрастание N10 (рис. 3а, 36).
Первые признаки плавления вещества во включениях отмечались при 1130°С. Полной гомогенизации вещества достичь не удалось. Однако, судя по температурам расплавления рудной фазы, одного из наиболее высокотемпературных дочерних минералов (1375°С) и появлению у вакуолей негативных форм, обусловленных плавлением дочернего оливина на стенках включений (1370-1385°С), температуры гомогенизации включений должны быть близки к этим величинам.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Оценка составов примитивных магм, участвовавших в формировании исследуемых пород, требует знания летучести кислорода, поскольку она необходима для расчета степени окисления железа в расплаве. Летучесть кислорода может быть оценена на основе анализа данных по составам сосуществующих хромшпинелидов и оливинов (табл. 1, ан. № 3, 4, 10, 11). Высокие содержания магнетитового компонента в зернах хромшпинелидов, захваченных оливинами, свидетельствуют о высокой степени окисления магматической системы. Использование геооксометров, предложенных в работах (Ballhaus, 1993; Wood et al., 1990), дает оценки интервалов величин AQMF (логарифмы отношений летучести кислорода для рассматриваемой системы к буферу кварц-магнетит-фаялит) + 2.2... + 2.5 и + 1.8... + 2.45 соответственно. Формулы, предложенные в цитированных выше работах, применимы к минеральным парагенезисам, включающим шпинель, оливин и ортопироксен. В нашем случае ортопи-роксен отсутствует, что требует введения поправок в оценки величин AQMF. Эти поправки могут быть определены путем сравнения катионных до-
Таблица 1. Микрозондовые анализы минералов из меймечита № 1985-37 (мае. %)
Компоненты Ol Ol Ol Ol Ol Cpx Cpx
1 2 3 4 5 6 7
SiÜ2 39.17 40.72 40.41 37.95 40.22 49.01 45.16
TiÜ2 0.04 0.04 0.03 0.50 0.03 2.19 4.81
AI2O3 0.05 0.07 0.06 0.30 0.07 2.26 4.65
&2O3 0.11 0.10 0.11 0.11 0.11 0.48 0.03
Fe2Ü3* н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. 2.94 4.10
FeO* 9.54 7.59 7.93 15.16 8.02 3.06 5.44
MgO 48.63 50.24 49.61 43.48 49.42 14.78 11.63
CaO 0.34 0.31 0.34 0.64 0.35 22.83 21.71
Na2O 0.02 0.02 0.03 0.03 0.02 0.38 0.86
K2O 0.00 0.00 0.00 0.01 0.00 0.00 0.05
NiO 0.45 0.42 0.45 0.25 0.43 0.04 0.05
MnO 0.15 0.13 0.13 0.23 0.11 0.09 0.16
Сумма 98.50 99.66 99.10 98.67 98.78 98.08 98.64
100Mg/(Mg + Fe) 90.09 92.19 91.80 83.64 91.66 89.60 79.22
Компоненты Phl Phl Chr Chr Ti-Mag Ilm Hi-Ti
8 9 10 11 12 13 14
SiO2 38.68 37.21 0.58 0.50 0.23 0.17 33.23
TiO2 4.60 7.05 5.30 7.09 21.65 49.30 28.98
AI2O3 12.47 14.53 9.62 4.97 2.05 0.16 1.99
&2O3 0.00 0.81 44.02 33.94 0.42 0.05 0.06
Fe2O3* н.о. н.о. 8.94 17.28 25.02 9.48 н.о.
FeO* 10.92 7.86 14.78 23.81 45.81 34.43 2.76
MgO 18.47 17.89 15.18 8.94 2.87 5.21 8.37
CaO 0.13 2.66 0.03 0.55 0.03 0.06 23.54
Na2O 0.61 1.62 0.00 0.03 0.00 0.03 0.21
K2O 7.49 6.75 0.01 0.00 0.01 0.00 0.03
NiO 0.06 0.25 0.36 0.25 0.11 0.03 0.02
MnO 0.11 0.09 0.26 0.37 1.25 0.59 0.06
Сумма 93.60 96.73 99.07 97.74 99.45 99.51 99.44
100Mg/(Mg + Fe) 75.09 82.82 64.80 40.10 9.60 21.30 84.40
Примечание. н.о. - не определялось. *Количества FeO и Fe2O3 рассчитывались из стехиометрии минералов. Если указано, что Fe2O3 не определялось, то FeO* означает общее количество железа, пересчитанное на FeO. Ol - оливин, Cpx - клинопироксен, Phl - флогопит, Chr - хромит, Ti-Mag - титаномагнетит, Ilm - ильменит, Hi-Ti - высокотитанистый силикат в закристаллизованном расплав-ном включении (рис. 2). 1 - край крупного фенокристалла оливина, 2 - центр крупного фенокристалла оливина, 3 - оливин-хо
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.