УДК 552.11:548.4
РАСПЛАВНЫЕ ВКЛЮЧЕНИЯ В ОЛИВИНАХ БОНИНИТОВ НОВОЙ КАЛЕДОНИИ: ПОСТЗАХВАТНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ РАСПЛАВА И ОЦЕНКА
СОСТАВА ПЕРВИЧНЫХ МАГМ © 2012 г. И. П. Соловова*, Д. Оненстеттер**, А. В. Гирнис*
*Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН Старомонетный пер., 35, Москва, 119017, Россия; e-mail: solovova@igem.ru **CRPG, CNRS, F-54501 Vandeuvre lès Nancy, France; e-mail: dohnen@crpg.cnrs-nancy.fr Поступила в редакцию 11.03.2012 г.
Получена после доработки 08.06.2012 г.
Изучены расплавные включения во вкрапленниках оливинов из бонинитов Новой Каледонии, обедненных СаО, TiO2 и обогащенных SiO2 и MgO. Породы состоят из вкрапленников оливина и пироксенов, погруженных в стекловатую основную массу. Вкрапленники оливина содержат расплавные включения, состоящие из стекла, флюидного пузырька и дочерних кристаллов оливина и ортопироксена. При нагревании дочерние минералы полностью растворяются в образующемся расплаве при 1200—1300°C, в то время как полное растворение флюидной фазы в опытах не достигалось. Составы гретых и природно закаленных включений, а также стекол основной массы были исследованы с помощью электронного микрозонда и методом вторично-ионной масс-спектрометрии. Частично гомогенизированные расплавы (с газом) содержат 12—16 мас. % MgO. Концентрации H2O в стеклах включений и основной массы значительно различаются: до 2 мас. % в стеклах гретых включений, до 4 мас. % в природно закаленных включениях и 6—8 мас. % в основной массе. Детальное исследование выявило необычную зональность в оливине — повышение его магнезиальности в зоне, непосредственно контактирующей со стеклом. По-видимому, этот эффект связан с частичной потерей воды (водорода) и окислением Fe после захвата включения. Численное моделирование такого процесса показывает, что потеря воды не превышала десятых долей процента и не могла быть причиной значительных различий в составах включений и стекол пород. Предполагается, что последние обогащались H2O после полного затвердевания породы в результате взаимодействия с морской водой. На основании полученных данных оценен состав первичных магм бонинитов и высказано предположение, что вариации составов расплавов связаны не только с фракционированием оливина и пироксена из единого первичного расплава, но также с разными степенями и (или) глубинами выплавления первичных магм.
ВВЕДЕНИЕ
Бониниты — высокомагнезиальные, богатые кремнеземом, вулканиты с низкими содержаниями Ti и высокими концентрациями воды (Cameron et al., 1983). Эти породы являются продуктами специфического островодужного магматизма, который предположительно связан с плавлением обедненных мантийных пород под действием водного флюида (Hickey, Frey, 1982), термальных аномалий и/или мантийного плюма (Macpherson, Hall, 2001). Участие флюида играет существенную роль в моделях образования бонинитов. В частности, высокий потенциал воды расширяет поле стабильности оливина за счет ортопироксена, что приводит к образованию на небольших глубинах высокомагнезиальных магм с очень высокими содержаниями кремния (например, Green, 1976). Снижение температуры плавления в присутствии воды позволяет объяснить выплавление высокомагнезиальных магм из обедненного перидотито-вого материала, не прибегая к предположению об
экстремально высоких температурах (Falloon, Danyushevsky, 2000). Флюидный перенос компонентов может быть причиной наблюдаемого относительного обогащения бонинитов некоторыми несовместимыми элементами (легкими РЗЭ, Ba, Sr и др.) (Hickey, Frey, 1982; König et al., 2010).
Оценка содержания воды в магмах бонинитов важна для построения моделей эволюции зон субдукции. Эта задача осложняется тем, что высокомагнезиальные стекла бонинитов легко гид-ратируются под воздействием морской воды (Ky-ser et al., 1986). Перспективным является исследование первичных расплавных включений во вкрапленниках пород. Такой подход применялся ранее для оценки составов бонинитовых магм (Sobolev, Danyushevsky, 1994; Симонов и др., 1994; Dobson et al., 1995; Ohnenstetter, Brown, 1996; Портнягин и др., 1996; Sobolev, Chaussidon, 1996; Kamenetsky et al., 2002; Симонов и др., 2004) и выявил повышенные содержания воды в первичных расплавах. В то же время полученные данные по-
ка весьма ограничены, особенно учитывая существенные вариации составов бонинитов. В настоящей статье приводятся новые результаты изучения включений во вкрапленниках оливина бонинитов Новой Каледонии.
МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ МИНЕРАЛОВ И ВКЛЮЧЕНИЙ
Для изучения включений использовали полированные с двух сторон пластины толщиной до 0.3 мм. После их оптического изучения проводили нагревательные эксперименты на установках различной конструкции — в высокотемпературной микрокамере Linkam Т8 1500 и в небольшой муфельной печи. Образец накрывали графитовой крышкой для предотвращения окисления Бе-со-держащих фаз. Термопары установок градуировали по температуре плавления золота (1063°С) и №С1 (800°С). Точность определения температуры составляла ±5°С. В термокамере Linkam Т8 1500 золотинки размером до 5 мкм помещали на предметное сапфировое стекло и на поверхность изучаемого препарата. Градиент температуры, установленный на основании плавления золота на разных уровнях рабочей камеры, учитывали для введения поправки на показания прибора.
Изучение флюидных включений проводили на криокамере Linkam-THMSG 600, охлаждающейся жидким азотом. Для калибровки термопары использовались синтетические флюидные включения С02 и раствора №С1 с известными концентрацией и плотностью. Скорость охлаждения и нагревания варьировала от 0.5 до 100°С/мин. Точность определения температуры составляла ±0.1°С.
Для изучения вещественного состава расплав-ных включений при выведении их на поверхность использовали алмазные пасты, после чего поверхность очищали гексаном.
Концентрации главных компонентов в твердых фазах получены с помощью электронного микрозонда "СатеЪах-МкгоЪеат" (Институт геохимии и аналитической химии им. Вернадского, аналитик Н.Н. Кононкова). Состав минералов и стекол определяли при ускоряющем напряжении 15 кВ, токе 30 нА, и времени 10—40 с. Информационная поверхность составляла 5 х 5 или 2 х 2 мкм для минералов и 5 х 5 или 12 х 12 мкм для стекол. Для предотвращения миграции щелочей их концентрации определяли в первую очередь. В качестве стандартов использованы аттестованные природные минералы и стекла ^аго8еукИ е! а1., 1979): Si, А1, Бе, Мв, Са - USNM 111240/2 (базальтовое стекло VG-2); № — жадеит, К — ортоклаз, Мп — родонит, Т — ТЮ2, Zr — Zr02, Б — М§Б2, С1 — ванадитит. Точность определения элементов при их содержании >10% составляла 2 отн. %, в интервале 1—10% — 5 отн. % и при <1% — 10 отн. %.
Содержания микроэлементов и H2O определяли методом вторично-ионной масс-спектромет-рии на приборе Cameca IMS-4f (Ярославский Филиал Физико-технологического института РАН, ЯФ ФТИАН, аналитик С.Г. Симакин) по методике, описанной в работах (Соболев, 1994; 1996). Поверхность образца предварительно покрывали золотом. Первичный пучок О- с ускоряющим напряжением в 10 кВ и током в 3-6 нА фокусировали на поверхности образца площадью 20 мкм. Содержание элементов рассчитывали по отношению измеряемых изотопов элементов к 30Si, определенному по аттестованным стандартам. Измерения включали 5 накопительных циклов. Точность составляла: менее 10 отн. % для содержаний >1 ppm, <20 отн. % для содержаний 0.1-1 ppm, <40 отн. % для содержаний менее 0.1 ppm. Параллельно нами был проведен контрольный замер содержания воды в искусственном стекле базальтового состава (46 мас. % SiO2) с 2.42 мас. % Н2О. Полученная величина (2.50 мас. % Н2О) находится в пределах точности метода.
КРАТКОЕ ПЕТРОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПОРОД
Бониниты Новой Каледонии образуют потоки, пиллоу-лавы и дайки в серпентинизированных перидотитах (коллекция Д. Оненстеттера). Они характеризуются отношением CaO/Al2O3 = 0.39-0.45, Mg# = 0.79-0.84 (Ohnenstetter, Brown, 1996) и относятся к низкокальциевому типу (Cameron et al., 1983). Кроме того, для них характерна сравнительно высокая щелочность по сравнению с другими бони-нитами (Cameron et al., 1983) (2.3-3.6 мас. % Na2O).
Было изучено 8 образцов даек, представляющие собой низкопористые порфировые породы. Вкрапленники оливина, клиноэнстатита и микровкрапленники ортопироксена с каймами кли-нопироксена погружены в буроватое стекло, пронизанное закалочными кристаллами. Основные различия между образцами определяются количественными соотношениями различных вкрапленников, вкрапленников и стекла, а также степенью закристаллизованности последнего. Так, в двух образцах (RR10 и RB2) оливин занимает не менее 20 об. %, стекло породы содержит незначительное количество закалочной фазы. В образцах RB6 и RB5 количество оливина заметно меньше. Остальные образцы содержат только единичные зерна оливина. Размер кристаллов оливина 0.4-1.0 мм.
Оливины обогащены Cr2O3 (до 0.14 мас. %) и NiO (до 0.41 мас. %) при низких концентрациях CaO и MnO (не более 0.15 мас. %). Наблюдается зависимость Cr2O3, NiO, MnO и СаО от магнези-альности оливина (Mg# = Mg/(Fe + Mg)).
Пироксены являются наиболее распространенными вкрапленниками в бонинитах. Они
Рис. 1. Микрофотографии бонинитов, проходящий свет.
(а) — гломеропорфировые сростки клиноэнстатита; (б) — агрегат из зерен оливина, в одном из которых присутствует первичное расплавное включение; (в) — скелетная форма кристаллизации клинопироксена; (г), (д) — закалочные кристаллические агрегаты в буром стекле породы; (е) — реликты измененного оливина в мелкозакристаллизованной основной массе бонинита. Масштабная линейка: для (а) и (е) отвечает 500 мкм, для (б), (в), (г) и (д) — 150 мкм.
представлены клиноэнстатитом, ортопироксе-ном, авгитом и пижонитом (Ohnenstetter, Brown, 1992). Для всех пироксенов характерна химическая зональность. Клиноэнстатит и оливин часто образует гломеропорфировые агрегаты (рис. 1а и 1б). Микровкрапленники пироксена неоднородны по составу (рис. 2а и 2б): ядра низкотитанистого ортопироксена обрастают ферроавгитом с содержанием FeO до 14.5 мас. %. Магнезиаль-ность ортопироксена
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.