CC BY
270
УДК 552.313:53
ПЕТРОХИМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МАНТИЙНОГО МАГМАТИЗМА Ж.А. Федотов
Г еологический институт КНЦ РАН
Аннотация
Построена диаграмма плавления пиролита в координатах Мд - ^е+ТО - А1 по литературным экспериментальным данным. Она увязывает состав жидкости с давлением и степенью плавления пиролита. Рассматриваются три способа отделения жидкости от мантийного субстрата - гравитационный, работающий при степени его плавления 25%; механизм типа фильтр-прессинг, эффективный при степени плавления меньше 2%; локальное почти полное плавление мантийного вещества. Важная роль отводится гранату в твердом остатке, принципиально влияющему на состав мантийных магм.
При степени плавления мантийного субстрата < 2% в зоне устойчивости граната происходит сегрегация пикритовой и ферропикритовой щелочных первичных магм на глубине 120 и 210 км соответственно, а выше гранатовой зоны - толеитбазальтовых магм. При степени плавления 25% формируются пикробазальтовая, коматиитбазальтовая, пикритовая и ферропикритовая первичные магмы толеитовой серии на глубине 80, 130, 240 и 300 км соответственно. Ультраосновная коматиитовая магма образуется при высокой степени плавлении мантийного субстрата без граната в твердом остатке. Толеитбазальтовая серия имеет два первичных расплава -глиноземистый и магнезиальный базальтовые. Оба отделяются от мантийного субстрата по механизму типа фильтр-прессинг - первый на глубине меньше 10 км, в зонах океанического спрединга, второй на глубине 50-60 км, в зонах океанического спрединга и в субконтинентальной литосфере. Первичные магнезиальные базальтовые магмы известково-щелочной и толеитбазальтовой серий образуются в литосферной мантии в одинаковых условиях. Разные направления эволюции близких по составу первичных магм определяются условиями их последующей фракционной кристаллизации - в обстановке сжатия и насыщения расплава водными флюидами в зонах субдукции в первом случае и растяжения и свободного подъема магмы к земной поверхности во втором. Серии ультракалиевых пород - лампрофиров, лейцититов, камафугитов, лампроитов и кимберлитов образуются при плавлении метасоматизированной субкратонной мантии. Ключевые слова:
мантийный магмогенез, вулканические серии, первичные магмы, петрохимическая диаграмма состояния расплавной системы пиролита.
Введение
Большой вклад в понимание мантийного магматизма внесли полибарические эксперименты по плавлению вещества в системе СаО - MgO - А1203 - SiO2. Херцберг и О’Хара подвели итог этим исследованиям, сопоставив на диаграмме CMAS составы расплавов, полученных в этой синтетической системе и экспериментах с природными перидотитами, с составом пород толеитовых магматических серий [1]. К настоящему времени выполнено большое количество экспериментов по плавлению перидотитов, раскрывающих общую картину мантийного магмогенеза.
Одной из главных проблем петрологии является проблема происхождения серий магматических пород и их родоначальных магм. В ее решении за почти столетний период получены исчерпывающие результаты. Установлено, что разнообразие магматических пород в рамках серии обусловлено, в основном, процессами фракционной кристаллизации первичной магмы в ходе ее подъема к земной поверхности. Множественность серий магматических пород отражает многообразие условий образования первичных магм в мантии. Состав первичных магм определяется степенью плавления пиролита и глубиной отделения жидкости от мантийного субстрата. Первичные магмы щелочных серий образуются при очень низкой степени плавления, толеитовых серий - при очень низкой и умеренной, а коматиитовой серии - при высокой степени плавления мантийного субстрата. С уменьшением глубины, на которой жидкость отделяется от субстрата, растет глиноземистость мантийных выплавок.
При хорошей общей изученности серий вулканических пород и состава жидкостей, образующихся при экспериментальном плавлении мантийных перидотитов, существует разрыв в анализе условий плавления мантийного вещества, определяющих разнообразие первичных магм, и процессов фракционной кристаллизации этих магм, с которыми связано многообразие пород каждой вулканической серии. При численном моделировании процессов фракционной кристаллизации в качестве исходных для магматических серий принимаются наиболее примитивные лавы, которые только приближаются по составу к первичным мантийным магмам [2]. Сопоставление реальных пород и жидкостей, образующихся при равновесном плавлении перидотита, на петрохимической диаграмме CMAS [1] дает лишь качественный результат.
Для совместного анализа состава пород реальных магматических серий и экспериментальных жидкостей предлагается использовать диаграмму Mg - ^е+Т^ - А1. Информативность этой диаграммы определяется тем, что ее координатными компонентами являются химические элементы, совместимые с минералами главных реакционных рядов Боуэна. Петрохимические тренды на ней отражают равновесие расплава не с отдельными минеральными фазами, а их группами, представляющими реакционные ряды минералов - магнезиально-железистый (01, Орх, Срх, Атр), кальций-натриевый (Ап, АЬ) и железо-титановый (Mag, 11т, Тш, Аст). Это позволяет проводить петрохимический анализ вулканических серий на основе принципа реакционных рядов минералов Боуэна. Диаграмма Mg - ^е+Т^ - А1 отображает фазовые равновесия в упрощенной псевдотрехфазной системе, которая является весомой составной частью многомерной диаграммы состояния мантийных магматических систем. Конечно, она не учитывает влияние таких важных окислов, как SiO2, СаО, №20 и К20, но по отдельным элементам общей картины, таким как относительная железистость расплава и состав котектики плагиоклаз (гранат) - Fe-Mg силикаты, слабо реагирующим на вариации содержания дополнительных компонент, диаграмма позволяет оценивать состав первичных магм, степень плавления субстрата и глубину, на которой жидкость отделяется от него.
Настоящая работа является продолжением ранее вышедшей статьи, посвященной петрохимическому анализу камерной кристаллизации магмы на основе реакционного принципа Боуэна [3]. В ней был сделан вывод о том, что магматическая эволюция происходит при кристаллизации движущегося расплава. Теперь обсуждаются вулканические серии, многообразие пород которых отражает эту эволюцию. По литературным экспериментальным данным в координатах Mg - ^е+Т^ - А1 построена петрохимическая диаграмма состояния расплавной системы пиролита, увязывающая состав жидкости с давлением и степенью плавления. Показана возможность прямого сопоставления петрохимических трендов с нисходящими изобарическими линиями плавления пиролита на диаграмме Mg - ^е+Т^ - А1. На этой основе оценивается состав и условия генерации первичных магм главных вулканических серий.
Петрохимическая диаграмма состояния расплавной системы пиролита
На диаграмму Mg - ^е+Т^ - А1 нанесены составы жидкостей, полученных в экспериментах по плавлению мантийных перидотитов в интервале давлений 1-18 ГПа [4-11] и толеитовых базальтов при давлении 1 атм. [12]. Эти данные позволяют понять главные закономерности плавления мантийных перидотитов (рис. 1). Определенному давлению соответствует своя нисходящая линия эволюции состава равновесных выплавок из перидотита. Каждая из них состоит из двух отрезков -начального высокотемпературного, характеризующего состав расплавов равновесных с Fe-Mg силикатами, и конечного - с составом выплавок, отвечающих котектике минералов глиноземистого и Fe-Mg реакционных рядов. Чем выше давление, тем короче начальный и длиннее конечный отрезки траекторий плавления. При давлении 14 ГПа нисходящая линия плавления представлена только конечным отрезком, что соответствует присутствию оливина и граната в твердом остатке на всем интервале плавления перидотита [5]. При давлении 1 ГПа длина конечного отрезка равна нулю и траектория плавления представлена только начальным отрезком, что соответствует стабильности одних Fe-Mg силикатов на всем интервале плавления. Расположение всех начальных отрезков на одной линии свидетельствует об отсутствии влияния давления на состав жидкости, равновесной с Fe-Mg силикатами, в рассматриваемой псевдотрехфазной системе. В то же время оно сильно влияет на состав котектики плагиоклаз или гранат - Fe-Mg силикат. Содержание плагиоклаза в ней при увеличении давления (начиная с атмосферного) растет и, достигнув максимума при давлении 1 ГПа, далее уменьшается. При давлении выше 3 ГПа вместо плагиоклаза в конечной котектике представлен
гранат. Одинаковую степень плавления перидотита в экспериментах с разным давлением [10] удовлетворительно аппроксимируют линии равной железистости, исходящие из вершины А1.
А1 Mg
Рис. 1. Состав экспериментальных выплавок из перидотита при высоком давлении и из толеитовых базальтов при атмосферном в координатах Mg - (¥е+Тг) - А1: жирные линии - траектории экспериментального плавления мантийного пиролита при разных давлениях (цифры 1-14 ГПа), пунктир - изоплета железистости, проведенная из вершины А1 через точку 1 [2], точечные линии - границы поля котектик плагиоклаз - Fe-Mg силикат при атмосферном давлении [12], SV-24 - котектика плагиоклаз - Fe-Mg силикат, полученная при двухступенчатом эксперименте плавления пиролита при давлении 1 ГПа [15], ММ-3 - пиролит [2]
Используя эти закономерности, можно экстраполировать имеющиеся экспериментальные данные в область низких степеней плавления и построить диаграмму плавления перидотита в координатах - (Бе+Т^ - А1 (рис. 2а). Для этого достаточно провести на диаграмме прямую линию из вершины А1 через точку состава 2% выплавки из перидотита, полученной при давлении 1 ГПа [2]. Ее отрезок правее этой точки можно принять в первом приближении за линию полибарического субсолидуса перидотита со степенью плавления 2%. Продлив до нее конечные отрезки нисходящих линий плавления, мы получаем диаграмму плавления пиролита. Положение конечных отрезков для давлений 1.5 и 2 ГПа рассчитано пропорционально общей тенденции изменения состава экспериментально установленных конечных котектик.
Рис. 2. Петрохимическая диаграмма состояния расплавной системы пиролита (а) и Р-Т диаграмма ее фазового состояния (б): на рис. (а): нисходящие линии состава
равновесных жидкостей от точки ликвидуса пиролита до линии солидуса при разном давлении
- цифры от 1 до 15.5 ГПа, точечные линии см. рис. 1;
на рис. (б): точечные линии - границы фаз по экспериментальным данным [6], жирная ломаная линия - граница раздела жидкостей, равновесных с минералами одного реакционного ряда со стороны ликвидуса и двух со стороны солидуса;
01 - оливин, в и у - другие структурные модификации Mg2Si04, Орх - ромбический пироксен, Wus - магнезиовюстит, Ргу -магноперовскит, Grt - гранат, Р1 - плагиоклаз
гг\ ^ (о) Перидотит расплав _ о 'АЯ° лс, «/ В \ / ■ /Гс$" : V - NMt
^ ■ Pl'.Gt Baker et al., 1995: □ Ol+Opx+Gl Walter, 1998: © Ol+Gl a Ol+Opx+Gl о Ol+Px+Gt+Gl • Solid
і і 'і і і 0 5 10 15 20 P, GPa
Представленная диаграмма является петрохимическим дополнением к Р-Т диаграмме фазового состояния перидотитового расплава (рис. 2б). Жирная ломаная линия на нем обобщает фазовые границы, на которых в равновесие с расплавом вступает минерал второго реакционного ряда. Определяющими на ней являются точки касания линий ликвидуса и солидуса. В точках касания с линией ликвидуса происходит обращение порядка кристаллизации реакционных рядов минералов, а в точке касания с линией солидуса - перемена знака корреляции состава котектики с давлением.
Нисходящие линии плавления перидотита на рисунке 2а представляют собой развертки по составу жидкости изобарических температурных срезов от ликвидуса до солидуса диаграммы рисунка 2б. В точках смены порядка кристаллизации фаз из расплава одновременно кристаллизуются минералы разных реакционных рядов. Следовательно, отрезки котектической кристаллизации при давлении 14 и 22.5 ГПа начинаются в точке состава исходного перидотита, то есть траектории его плавления при этих давлениях совпадают. При давлении 15.5 ГПа первым на линии ликвидуса оказывается гранат, поэтому нисходящая линия плавления для этого давления на рисунке 2а начинается в точке исходного состава, а ее конечный отрезок располагается правее. Судя по рисунку 2б, нисходящие линии плавления для давлений 14-22.5 ГПа на рисунке 2а собраны в узкий пучок между линиями 14 и 15.5 ГПа. Это означает, что при высоком давлении состав расплава слабо зависит от давления и определяется в основном температурой и связанной с ней степенью плавления перидотита. К сожалению, состав расплава вблизи температуры солидуса пиролита экспериментально изучен только в одной точке при давлении 1 ГПа [2]. Для экспериментального подтверждения полученной схемы магмогенеза не хватает состава жидкостей со степенью плавления перидотита при высоком давлении, приближающейся к 2%.
Предлагаемая диаграмма плавления перидотита, как и Р-Т диаграмма, устанавливает причинноследственную связь фазового состава, правда в обобщенном виде, с Р-Т параметрами системы. Однако главным ее достоинством является включение в систему этих связей состава равновесной жидкости. Давление определяет на диаграмме состав котектики плагиоклаз (гранат) - Fe-Mg силикат и глиноземистость расплава, а температура - степень плавления и железистость выплавляемой жидкости. Необходимо подчеркнуть, что состав расплава зависит от степени плавления перидотита, которая связана с реальной температурой, а не оценками последней, то есть ошибка в оценке температуры в опыте не влияет на положение точек состава экспериментальных жидкостей на диаграмме. Петрохимическая природа диаграммы дает возможность анализировать на ней тренды реальных вулканических серий в свете предлагаемой аппроксимации экспериментальных данных.
Главными отправными пунктами для ее построения послужили состав пиролита и экспериментальных котекик Fe-Mg силикат - плагиоклаз (гранат) при разных давлениях [2, 6, 10]. Данные этих авторов выбраны потому, что достигнутые ими степени плавления достаточны для характеристики составов названной котектики при давлениях от 1 до 22.5 ГПа. В подавляющем большинстве экспериментов по плавлению перидотитов низкие степени плавления не достигнуты и их результаты характеризуют только полибарический тренд состава расплавов, равновесных с Fe-Mg силикатами. Большинство экспериментов выполнено на стартовых составах, характеризующих мантийный пиролит [2, 6, 11], такой как KR4003 [10] и KLB-1 [5, 7). Принятый в модели тренд проведен через пиролит ММ3 и точку 2% выплавки из него при давлении 1 ГПа [2]. Положение этой краеугольной для модели мантийного магмогенеза точки требует специального обсуждения, так как высказаны сомнения в корректности эксперимента, в котором получена выплавка, сильно пересыщенная кремнеземом [13]. Представляется, что точка состава выплавки лежит на линии Fe-Mg тренда вблизи точки реверсии, которой он заканчивается. К этой точке стремятся результаты и других авторов, выполнявших эксперименты при давлении 1 ГПа [7-9, 11, 14]. Близость выплавки, полученной Бейкером, по составу котектике плагиоклаз - Fe-Mg силикат подтверждает эксперимент по двустадийному фракционному плавлению пиролита при давлении 1 ГПа [15]. В опыте SV24 при температуре 1090° (рис. 1) ими получен высокоглиноземистый расплав, равновесный с плагиоклазом и пироксеном. При более высокой температуре жидкости равновесны только с Fe-Mg силикатами. В системе СаО - MgO - А1203 - SiO2 котектика оливин-плагиоклаз имеет максимум содержания глинозема при давлении около 1 ГПа [16]. Выплавка Бейкера представляет такой максимум в системе природного пиролита.
Петрохимическая диаграмма плавления перидотита построена по данным “сухих” экспериментов. Предварительный анализ с ее помощью результатов плавления перидотита с участием воды [17, 18] показал, что добавка воды снижает давление, при котором получаются выплавки данного состава, не изменяя общей закономерности вариаций состава равновесной
жидкости. Значит, диаграмма оперирует с максимальными значениями общего давления и глубины отделения мантийных расплавов от субстрата. Фактически роль воды в мантийных магмах возрастает с увеличением глубины их отделения от субстрата и уменьшением степени его плавления. Соответственно, максимальное завышение глубины образования первичных магм модель дает для богатых летучими компонентами пород щелочных серий и ферропикритов толеитовой серии.
Мантийный магмогенез и серии вулканических пород
Проблема многообразия родоначальных магм и происхождения петрохимических серий магматических пород является главной в петрологии. Она обсуждается более ста лет в петрохимическом, физико-химическом, геохимическом, изотопном и геодинамическом аспектах. Петрохимические исследования явились основой для выделения и классификации главных серий магматических горных пород. Принято различать три группы серий: толеитовую, щелочную и известково-щелочную [19]. В группе толеитовых мы рассматриваем общепринятые базальтовую, пикритовую и коматиитовую серии. Из пикритовой серии мы выделяем геологически обособленные ферропикритовую, породы которой содержат более 10% Бе-Т окислов, и коматиитбазальтовую с минимальным их содержанием. Особенно разнообразна группа щелочных серий. На диаграмме Mg -(Бе+Т1) - А1 мы проанализировали только три конкретные серии щелочных магматических пород, развитых на Кольском полуострове, - щелочноультраосновную и щелочнобазальтовую девонские и палеопротерозойскую лампрофировых даек. По аналогии с сериями толеитовых пикритов и в надежде, что изученные нами серии девонских щелочных пород окажутся типичными, мы называем их по составу родоначальных магм щелочной ферропикритовой и щелочной пикритовой. Изученную серию дайковых лампрофиров мы рассматриваем в сравнении с лейцитовой, камафугитовой и лампроитовой сериями ультракалиевых щелочных пород. Породы этих серий близки по характеру распределения рассеянных элементов и низкой железистости и различаются по уровню щелочности и насыщенности пород кремнеземом. Известково-щелочная серия по насыщенности пород кремнеземом и щелочности близка толеитбазальтовой серии, но отличается от нее высокой глиноземистостью пород и определяющей ролью в них гиперстена.
На рисунке 3 показан состав пород толеитовых вулканических серий: коматиитов архея и коматиитовых базальтов палеопротерозоя Балтийского щита [20], ферропикробазальтов печенгско-варзугского комплекса
карелид и пикритов южной зоны Печенги на Кольском полуострове по авторским данным; а также базальтов срединно-океанических хребтов,
наиболее полно представляющих толеитбазальтовую серию, и пород известково-щелочной серии с Рис. 3. Состав вулканических пород толеитовых серий преимущественной выборкой
в координатах М - ^е+Т1) - А1 химических анализов относительно
редких пород - высокоглиноземистых базальтов срединно-океанического хребта (СОХ) с вкрапленниками плагиоклаза и магнезиальных базальтов островных дуг. Петрохимические тренды большинства толеитовых серий состоят из двух отрезков - начального, представляющего эволюцию состава расплавов, связанную с фракционированием минералов одного реакционного ряда, и конечного, представляющего расплавы, в которых происходит котектическая кристаллизация и фракционирование минералов двух реакционных рядов. Отличаются пикритовая серия, петрохимический тренд которой представлен только начальным отрезком, и толеитбазальтовая, представленная на рисунке 3 двумя конвергентными петрохимическими трендами, отражающими наличие у нее двух родоначальных расплавов - магнезиального базальтового и высокоглиноземистого базальтового. Тренды всех толеитовых серий сходятся в одну область в центральной части диаграммы, в которой располагаются эвтектики минералов трех реакционных рядов. Множество таких точек отражает вариации состава тройной эвтектики, связанные с влиянием дополнительных компонент (К, №, Са, Si). Полный петрохимический тренд конкретной толеитовой серии на данной диаграмме можно рассматривать как нисходящую линию фракционной кристаллизации мантийного расплава с тремя характерными точками - родоначального расплава, перегиба тренда, разделяющей отрезки
“бивариантной” и “моновариантной” кристаллизации, и конечной точкой эвтектической кристаллизации. Тренд пикритовой серии неполный -в нем отсутствует конечный отрезок фракционирования расплава. На тройных диаграммах фазового состояния частных расплавных систем такая ситуация случается, когда тренд эволюции расплава в поле кристаллизации первой фазы ориентирован непосредственно на точку тройной эвтектики. Все эти рассуждения справедливы для толеитовых серий. Тренд известковощелочной серии начинается примерно в той же области диаграммы, где располагается магнезиальный базальтовый
первичный расплав
толеитбазальтовой серии, но отличается от тренда типичных толеитовых серий противоположной направленностью конечного отрезка в сторону вершины А1. Такое различие трендов свидетельствует о разных условиях фракционирования первичных мантийных расплавов известково-щелочнои и толеитовой серий, принципиально не отличающихся по составу. В условиях растяжения фракционирование магнезиального базальтового мантийного расплава заканчивается при низком давлении образованием толеитбазальтовых магм, спокойно изливающихся на земную поверхность или на дно океана. В обстановке сжатия, господствующей в зонах субдукции и коллизии, фракционирование Fe-Mg силикатов из расплава происходит до глубины 30 км, где самой легкоплавкой базальтовой жидкостью является высокоглиноземистый расплав. Второй причиной, определяющей разные пути эволюции открытой щелочноземельной и закрытой толеитбазальтовой магматических систем, является контаминация базальтовой магмы сиалическим веществом. Кольский полуостров является Классической провинцией развития щелочного магматизма. Максимум его активности приходится здесь на время 360-380 млн лет, когда образовались около двух десятков интрузивных массивов щелочных ультраосновных пород центрального типа и два громадных массива нефелиновых сиенитов -Хибинский и Ловозерский. Они представляют собой в разной степени эродированные субвулканы. В районе Контозера сохранилась кальдера, выполненная вулканическими породами. В интрузивных породах Хибинского и Ловозерского массивов встречаются останцы вулканических пород кровли. Все массивы сопровождаются ореолами даек щелочных базитов. В зоне кандалакшского грабена широко распространены автономные поля даек щелочных базитов такого же возраста. Кроме девонских щелочных пород в регионе выявлены дайки высококалиевых лампрофиров, имеющие возраст 1710-1760 млн лет. Наиболее магнезиальные из них, приближающиеся по составу к лампроитам, изучены в Порьей губе Терского берега Белого моря [21], самые железистые - в южной зоне печенгского комплекса [22]. Рой даек лампрофиров промежуточного состава вскрыт каналами Верхнетуломской ГЭС [23].
Все разнообразие щелочных пород Кольского полуострова укладывается в координатах Mg-(Бе+Т^-А1 в три сериальных тренда (рис. 4). Серия щелочных ферропикритов представлена в лавовых образованиях девонских массивов [24, 25]; в дайках обрамления Хибинского массива [23]; в раннем щелочно-ультраосновном интрузивном комплексе, породы которого сохранились в виде ксенолитов в нефелиновых сиенитах [26] и в более молодом расслоенном ийолит-мельтейгитовом интрузивном комплексе ийолит-уртитовой дуги Хибин [27]. К серии щелочных пикритов относятся дайковые породы самого Хибинского массива [23, 28] и автономных роев даек Кандалакшского залива Белого моря [29]. Серию ультракалиевых магнезиальных лампрофиров представляют в Кольском регионе раннепротерозойские дайки известково-щелочных лампофиров.
Рис. 4. Состав щелочных пород Хибинского массива и лампрофиров Кольского региона в координатах М& - (Ре+Тї) - А1: прямые линии - тренды эволюции состава остаточных расплавов, усредняющие точки соответствующих серий; кругами выделены породы-кумулаты, точки которых лежат в стороне от трендов фракционирования жидкостей, желтый контур - состав дайковых пород Кандалакшского залива [29], штрих-пунктир - состав пород ультракалиевых щелочных серий мира [30-34], пунктир - смотри рис. 1 и 2
Их принадлежность к одной магматической серии не очевидна, так как определяется только уникальностью состава пород пространственно разобщенных даек и близким временем их образования на завершающей стадии палеопротерозойского рифтогенного толеитового магматизма. В глобальном масштабе ультракалиевые магнезиальные породы представлены группой геологически родственных магматических серий: лампроитовой, камафугитовой и лейцититовой. На рисунке 4 точки кольских лампрофиров показаны на фоне поля составов ультракалиевых щелочных пород наиболее изученных вулканических провинций мира [30-34]. Совершенно определенно кольские высококалиевые лампрофиры и ультракалиевые породы лампроитовой, камафугитовой и лейцититовой серий, различающиеся по степени насыщенности кремнеземом и уровню щелочности, представляют близкие по условиям образования исходные магмы. Роднит их уникальное сочетание высокой магнезиальности пород, резкой обогащенности их калием и другими несовместимыми элементами и деплетированность танталом и ниобием. Ультракалиевый магматизм имеет постколлизионный характер и отражает начальные процессы рециклинга корового материала в мантии [32].
Распределение точек состава щелочных пород вдоль трендов на обсуждаемом рисунке не столь компактно, как в толеитовых сериях, однако и в них отчетливо проявляются излом трендов и изменение направления эволюции, связанные с вступлением в кристаллизацию минералов Fe-Ti реакционного ряда, и различается положение начальных точек трендов, позволяющее судить о составе родоначальных расплавов. В интрузивных сериях тренды состава кумулатов и жидкостей, из которых они образуются, совмещены. Вступление в кристаллизацию Fe-Ti минералов изменяет направление эволюции жидкости и кумулат, определяющий новое направление фракционноцй кристаллизации, не может лежать на начальном отрезке тренда - он лежит в стороне от тренда фракционирования жидкости в створе конечного его отрезка (точки, отмеченные кругами на рис. 4). Принципиальное различие трендов эволюции состава пород щелочных и толеитовых серий на диаграмме определяется разным составом тройной эвтектики пироксен-титаномагнетит-полевой шпат при атмосферном давлении. Эвтектика с плагиоклазом, характерная для толеитовых расплавов, содержит сопоставимые доли эвтектических фаз, что определяет расположение поля таких эвтектик в центральной части диаграммы. Конечная эвтектика щелочных -*-расплавов несоизмеримо обогащена фельдшпатоидными фазами и ее точки располагаются у вершины Al тройной диаграммы. По этой причине петрохимические тренды толеитовых серий заканчиваются в центральной части диаграммы, а кристаллизационное фракционирование пикритоидных щелочных магм разной глубинности ничем не ограничено и доходит до образования существенно лейкократовых пород - фонолитов и сиенитов. Соответственно конечные отрезки трендов щелочных серий заканчиваются у вершины Al обсуждаемой диаграммы.
Обсуждение результатов
Построенную по экспериментальным данным для давлений 1-22.5 ГПа петрохимическую диаграмму сухого плавления перидотита можно использовать для оценки состава первичных магм большинства вулканических серий и условий их образования в мантии. Для каждой вулканической серии (рис. 5) находится точка на одной из нисходящих линий плавления перидотита, представляющая ее первичную магму. Принципы выбора такой точки на диаграмме, обсуждаются ниже.
Механизм сегрегации расплава
Степень плавления пиролита изменяется с температурой непрерывно, но жидкость способна отделяться от материнского субстрата только при определенном ее содержании. Первичные магмы щелочных серий образуются при очень низкой степени плавления мантийного субстрата. Это одно из главных условий предельного обогащения щелочных пород несовместимыми рассеянными элементами. Сегрегация такого расплава происходит по механизму типа фильтр-прессинг. Экспериментально он воспроизведен высачиванием фракционированного интерстициального расплава в скважины, бурившиеся в застывшей корке лавового озера Алаэ на Гавайях [35]. В современной трактовке его можно определить как процесс коалесценции расплава в фрактальную систему магмоводов. Этот механизм отделения расплава разработан при геологическом изучении жил дунитов и габбро в перидотитах офиолитов. Он работает при низкой степени плавления, когда мантийный субстрат сохраняет способность к образованию трещин [36]. Минимальной степени плавления на рисунке 5 соответствует линия 2% плавления перидотита. Точка пересечения
петрохимического тренда с этой линией представляет первичную магму данной шелочной вулканической серии на диаграмме. Проходящая через эту точку нисходящая линия экспериментального плавления перидотита определяет общее давление и глубину отделения расплава от мантийного субстрата. Тренд щелочной ферропикритовой серии пересекает линию 2% плавления в точке окончания траектории плавления пиролита при давлении 7 ГПа, что соответствует глубине образования первичной магмы 210 км. Аналогичным образом определенная модельная глубина образования щелочной пикритовой магмы 120 км. Первичные магмы толеитовых серий образуются при умеренной и низкой степени плавлении мантийного субстрата. Более точно степень плавления определяется механизмом сегрегации расплава. При умеренной степени плавления сегрегация жидкости происходит под действием сил гравитации. Степень плавления, необходимая для гравитационного отделения жидкости от твердого остатка, соответствует максимальному объему расплава, который может разместиться в интерстициях минеральных зерен без нарушения жесткости каркаса кристаллического остатка. Нами она оценивается цифрой 25%. Простой опыт показывает, что именно такой объем воды поглощается сыпучими веществами (песок, крупы) до появления над их поверхностью зеркала жидкости. Размещение точек первичных магм на линии 25% плавления перидотита лучше всего согласует петрохимические тренды толеитовых вулканических серий с данными экспериментов. Модельная глубина образования ферропикритового первичного расплава 300 км, пикритового - 240, коматиитбазальтового - 140 и пикробазальтового - 80 (рис. 5).
Рис. 5. Петрохимическая
модель мантийного
магматизма:
Линии со стрелками -петрохимические тренды вулканических серий: ЩФП и ЩП - ферропикритовая и пикритовая щелочные, ФП и П - то же толеитовые,
КБ - коматиит-базальтовая, К - коматиитовая,
Л - ламлрофировая,
А1 Mg ТБ - толеитбазальтовая,
ИЗЩ - известково-щелочная;
серое поле - все возможные поровые астеносферные жидкости; темно-серые линии - поровые жидкости, способные к сегрегации; белые кружки - состав первичных магм реальных толеитовых вулканических серий, ромбики - то же щелочных; черные кружки - виртуальные первичные магмы, равновесные с пиролитом; жирные линии - изобарические траектории плавления пиролита по экспериментальным данным, цифры над ними - давление (ГПа); жирный пунктир - шесть локальных полибарических трендов поровых расплавов слева направо: ТОР-2, толеитовый базальт -ферропикрит (самый длинный), ТОР-1 - пикробазальт, анкарамит - океанит, щелочной пикрит и щелочной ферропикрит; серый пунктир - линии равной железистости равновесных поровых жидкостей, цифры у их концов - степень плавления мантийного субстрата; нулевые линии - состав экспериментально установленных котектик плагиоклаз - Fe-Mg силикат при атмосферном давлении: сплошная - для лишенных щелочей лунных морских базальтов, две точечные - границы поля толеитовых базальтов К20<1%, тонкий пунктир - граница котектических андезибазальтов коматиитбазальтовой серии К20>1%
Большое значение для понимания толеитбазальтового мантийного магматизма имеет петрохимический тренд глиноземистых базальтов СОХ. Эти базальты не рассматриваются в литературе как представители первичной магмы, из-за большого количества порфировых вкрапленников плагиоклаза в их составе. Однако об их примитивности свидетельствует высокая магнезиальность пород и возрастание значения Mg# с увеличением глиноземистости. Обилие вкрапленников плагиоклаза в глиноземистых базальтах объясняется образованием их первичной магмы при давлении порядка 1 ГПа и кристаллизации при атмосферном, а не их аккумуляцией. Линия петрохимического тренда этих пород на обсуждаемой диаграмме соединяет фигуративное поле базальтовых стекол ТОР-2 [37], образовавшихся при давлении, близком к атмосферному, с
конечной точкой траектории плавления пиролита при давлении 1 ГПа, представляющей магнезиальную высокоглиноземистую жидкость. Ее расположение выше линии экспериментального солидуса пиролита свидетельствует об участии процесса фракционной кристаллизации в образовании расплава толеитовых базальтов.
Температура в каждой точке поднимающейся колонны мантийного вещества и глубина верхней границы его плавления определяются соотношением величин двух тепловых потоков -положительного адиа-батического и отрицательного кондуктивного. Первая является функцией вертикальной составляющей скорости подъема мантийного вещества и с приближением к дну океана может только уменьшаться, а вторая - функцией градиента температуры и с приближением зоны плавления к дну океана увеличивается с ускорением. По этой причине глубина, на которой возможно равновесное плавление мантийного вещества имеет верхний предел, свой для каждой скорости его подъема. Отделение расплава по механизму фильтр-прессинг вызывает течение поровой жидкости в мантийном субстрате. Это заметно увеличивает положительный поток тепла и поднимает верхнюю границу зоны плавления. Движущийся поровый расплав испытывает полибарическую фракционную кристаллизацию [38]. Термин полибарическая обозначает изменение состава котектики плагиоклаз -Fe-Mg силикат по мере подъема расплава, а фракционная - выход его железистости за предел равновесного солидуса пиролита. Поровые жидкости отделяются от субстрата при давлениях в сотни бар. Их смешение дает исходные магмы океанических толеитовых базальтов.
На рисунке 6 представлена схема строения астеносферы, объясняющая генерацию мантийных магм под срединно-океаническими рифтами. Базальты группы ТОР-2 образуются при максимальной скорости подъема мантийного вещества и его плавлении на рекордно малой глубине (рис. 6а). Наклонное положение линии солидуса связано со сменой вертикального движения нагретого мантийного субстрата на горизонтальное. Давление определяет состав интерстициальной жидкости вблизи линии равновесного солидуса пиролита. На глубине 30 км она н имеет состав базальта с максимальным содержанием
глинозема, которое уменьшается вверх и вниз от этой точки, так что толеитбазальтовые магмы отделяются 20 от мантийного субстрата на двух уровнях - у дна океана (рис. 6а) и на зо глубине 50-60 км. Скорость генерации базальтовой магмы и, следовательно, скорость течения 40 интерстициального расплава
максимальна в осевой части рифта. 50 Здесь интерстициальный расплав испытывает максимальное
фракционирование и отделяется от субстрата на минимальной глубине, отвечающей давлению меньше 1 70 кбар. С удалением от центральной части хребта скорость течения gQ интерстициальной жидкости падает и степень влияния фракционной кристаллизации на ее состав уменьшается от толеитового базальта к высокоглиноземистому. В этом же ряду уменьшается распространенность пород, то есть активность магматизма с удалением от осевой части рифта падает. В осевой части с глубиной растет степень плавления вещества, определяющая изменение состава интерстициального жидкости
Поверхность океана
Рис. 6. Варианты подъема астеносферы, объясняющие генерацию первичных магм ТОР-2 (а) и ТОР-1 (б) и ассоциацию с ними глиноземистой и магнезиальной базальтовых и пикробазальтовой мантийных магм: стрелки - векторы движения мантийного субстрата; темно-серые линии - верхняя граница астеносферы; серые поля - зона частичного плавления мантии; тонкие линии - границы полей жидкостей, равновесных только с Fe-Mg
от толеитового базальта к пикробазальту. По этим причинам в рассматриваемом режиме невозможно образование толеитовых базальтов глубинной генерации. При меньшей скорости раздвижения плит реализуется термальный режим, представленный на рисунке 6б. При температуре близкой солидусу пиролита в осевой части рифта на глубине 50-60 км от субстрата отделяются магмы, исходные для базальтовых стекол группы ТОР-1, а на большей глубине и на удалении от оси рифта магмы относительно редких магнезиальных базальтов. В этом режиме на глубине 80 км достигается максимально возможная в астеносфере степень плавления пиролита 25%. На этой глубине в осевой части рифта от мантийного субстрата отделяется пикробазальтовая магма по гравитационному механизму. В Исландии среди постледниковых лавовых потоков доминирующих толеитовых базальтов группы ТОР-1 присутствуют лавовые потоки магнезиальных базальтов и пикробазальтов [39].
В режимах промежуточных между двумя рассмотренными выше в осевой зоне СОХ близ солидуса пиролита существуют только глиноземистые интерстициальные жидкости. Их отделение от мантийного субстрата, по-видимому, затруднено, особенно жидкостей с максимальным
содержанием глинозема. На рисунке 6а видно, что к линии солидуса примыкает поле котектических интерстициальных жидкостей. Оно сужается к точке
генерации магм с максимальным содержанием глинозема. Степень же плавления субстрата увеличивается с удалением от линии солидуса. Поэтому генерацию толеитбазальтовой магмы питает резерв эвтектической
интерстициальной жидкости, а высокоглиноземистая магма образуется в плоскости солидуса из
интерстициальной более бедной
глиноземом жидкости, равновесной с Бе-Mg силикатами. Большой объем интерстициальной толеитбазальтовой жидкости определяет ее быструю
фильтрацию, сильное фракционирование и широкую распространенность в природе лав такого состава. Ничтожное количество высокоглиноземистой интерстициальной жидкости затрудняет все эти процессы. Таким образом, дискретность состава групп базальтов ТОР-1 и ТОР-2 обусловлена инверсией направления эволюции состава котектики плагиоклаз - Fe-Mg силикаты при давлении 1 ГПа, определяющей образование толеитовых базальтов на двух уровнях, разделенных зоной отделения глиноземистых интерстициальных жидкостей. Представленный анализ показывает, что генерацию исходных магм дискретных групп вулканических пород СОХ: ТОР-1 и ТОР-2, глиноземистых и магнезиальных базальтов, а также пикробазальтов хорошо объясняет представление об отделении магм от мантийного субстрата при степени плавления <2 и 25%.
Представление о двух уровнях генерации мантийных магм в астеносфере позволяет не только судить о составе первичных мантийных магм, но и объяснить формационную ассоциацию и количественное соотношение вулканических пород - производных сосуществующих разноглубинных мантийных очагов (рис. 7). Линии солидуса и степени плавления пиролита 25% на этом рисунке построены по экспериментальным данным [2, 10]. Мантийная адиабата соответствует
2 тыс. °С на границе нижней и средней мантии [40].
Точки первичных магм разных вулканических серий перенесены с рисунка 5 по значениям давления и степени плавления. Их положение на Р-Т диаграмме определяет температуру образования первичных магм. Через эти точки проведены возможные локальные магматические геотермы. Точки
1111111
0 5 10 Р. ГПа
Рис. 7. Р-Т диаграмма первичных мантийных магм: кружки - первичные магмы; тонкие линии -субконтинентальные магматические геотермы: коматиитбазальтовая (1), базальт -ферропикритовая (2), шелочнопикритовая (3), щелочноферропикритовая (4); точечные линии -океанические магматические геотермы: ТОР-2 (1), ТОР-1 - пикробазальтовая (2), анкарамит -океанитовая (3)
сосуществующих разноглубинных первичных магм располагаются на одной геотерме. В качестве сосуществующих мы рассматриваем первичные магмы, продукты фрационной кристаллизации которых изливаются на поверхность практически одновременно. Такие ассоциации вулканитов однозначно фиксируются в зонах океанического спрединга (ТОР-1 и пикробазальт) и в трапповых формациях (толеитовый базальт и ферропикрит или пикрит).
Активность магмогенерации в периферийных астеносферных очагах определяется растяжением литосферы, а во внутренних очагах степенью перекрытия линии 25% плавления пиролита соответствующими геотермами, то есть по существу перегревом. На рисунке видно, что геотермы выгнуты вверх сильнее, чем линии плавления пиролита. Максимальной распространенностью в природе обладают пикритоидные лавы, образующиеся на глубине 140-150 км. Очаги, расположенные выше и ниже не дают таких объемов магмы. В первой группе очагов зарождаются магмы коматиитбазальтовых серий и океанитовой серии Гавай. Они представлены многокилометровыми толщами пикритоидных магм. Во второй группе очагов зарождаются пикробазальтовые магмы СОХ на глубине 80 км, пикритовые и ферропикритовые магмы трапповых формаций на глубине значительно превышающей 150 км. Их производные сосуществуют с доминирующими в разрезе толеитовыми базальтами.
Ни фильтр-прессинг, ни гравитационная сегрегация расплава не удаляют из мантийного субстрата всю жидкость с образованием сухого тугоплавкого остатка. В первом случае выделение жидкости в трещины стимулируется и компенсируется непрерывным поровым ее потоком, во втором
- удаляется только ее часть избыточная над максимальным объемом порового пространства 25%. Иная картина наблюдается при образовании коматиитового мантийного расплава. Экспериментально установлено, что ультраосновные коматиитовые расплавы образуются при высокой степени плавления мантийного пиролита, приближающейся к полному его плавлению. Такое возможно только при практически моментальном локальном плавлении мантийного вещества, так как при медленном нагревании избыток расплава сверх степени плавления субстрата 25% будет удаляться из зоны плавления силами гравитации. Механизм такого шокового плавления не ясен. Высказаны предположения, что коматиитовые жидкости образуются в мантийном плюме при плавлении тугоплавкого остатка после удаления базальтовой жидкости [41] или фертильного мантийного вещества на глубине 400 км [42]. Согласно обсуждаемой схеме мантийного магматизма, при умеренной степени плавления субстрата на больших глубинах образуются жидкости типа ферропикритов, обогащенные железом, титаном и другими несовместимыми редкими элементами, а в астеносфере - коматитбазальтовые, но не ультраосновные коматиитовые магмы. Мы принимаем версию образования коматиитовой магмы при высокой степени локального плавления мантийного субстрата. Такое плавление возможно при быстром локальном перегреве мантийного вещества поднимающегося плюма концентрированным глубинным газовым потоком. Признаки необычно сильного нагревания пород газовым потоком на разных уровнях литосферы установлены в зоне подводящего магматического канала Мончегорского плутона [43]. При шоковом плавлении одноактно образуется магма, которая в виде диапира всплывает в мантии при одновременном гравитационном осаждении из нее твердой фазы. Поэтому петрохимический тренд коматиитовой серии, как тренд фракционной кристаллизации, исходит из точки полного плавления пиролита. Он пересекает линию 25% плавления пиролита в точке первичной магмы коматиитбазальтовой серии. Этим определяется наличие близких по составу коматиитовых базальтов коматиитовой и коматиитбазальтовой серий. Но это разные магматические серии, отличающиеся геологически и геохимически в полном соответствии с разными условиями образования их родоначальных магм.
Роль граната в мантийном магмогенезе
Гранат является уникальным магматическим минералом. На рисунке 2 видно, что в экспериментах по плавлению перидотита при высоких давлениях он играет в фазовых равновесиях ту же роль, что и плагиоклаз при низких. В то же время он участвует в реакционных отношениях с минералами железомагнезиального ряда. Среди минералов каждого из реакционных рядов он по-своему уникален. В отличие от плагиоклаза он не содержит натрия, а в ряду равновесных Fe-Mg силикатов максимально обогащен железом, хромом и титаном [10]. Гранат имеет коэффициенты распределения тяжелых редкоземельных элементов с силикатным расплавом выше единицы. При этом совместимость РЗЭ с гранатом падает от лютеция к лантану в соответствии с увеличением ионного радиуса элементов.
На рисунке 5 точки расплавов, равновесных с гранатом в мантийном субстрате, располагаются на конечных отрезках нисходящих линий плавления пиролита при давлении 3 ГПа и выше. Мантийные жидкости в равновесии с гранатом при уменьшении степени плавления обогащаются щелочами относительно глинозема (то есть увеличивается их щелочность) и легкими редкоземельными элементами (РЗЭ) и обедняются тяжелыми. При степени плавления 25% граната в твердом остатке в несколько раз меньше чем равновесной с ним жидкости, поэтому породы коматиитбазальтовой, пикритовой и ферропикритовой толеитовых серий слабо обогащены легкими РЗЭ. При степени плавления меньше 2% граната в мантийном субстрате в десятки и сотни раз больше, чем жидкости, поэтому первичные магмы щелочных серий имеют коэффициент агпаитности больше единицы и резко обогащены легкими РЗЭ - отношение ^а/УЬ)*т может достигать 200.
Показательно различие состава базальтов СОХ и пород щелочных серий. Их родоначальные расплавы отделяются от мантийного субстрата при одинаково низкой степени его плавления, но на разной глубине. Базальты СОХ относятся к толеитовой серии и деплетированы легкими РЗЭ. Щелочные породы недосыщены кремнеземом, имеют коэффициент агпаитности больше единицы, и очень сильно обогащены легкими РЗЭ и другими некогерентными элементами. Это связано только с тем, что в первом случае при отделении мантийного расплава от субстрата вместо граната в твердом остатке представлен плагиоклаз. Недосыщенность щелочных пород кремнеземом связана с присутствием граната в твердом остатке косвенно через давление. При высоком давлении поле устойчивости пироксена расширяется, а кристаллизация этого минерала вместо оливина ведет к снижению содержания кремнезема в остаточном расплаве.
Еще большую роль играет гранат в определении состава пород ультракалиевых магматических серий и кимберлитов. Петрохимические тренды этих серий начинаются на диаграмме в области достаточно высоких степеней плавления пиролита (рис. 5), ив то же время их породы сильно обогащены несовместимыми элементами. Такая ситуация согласуется с представлением об образовании ультракалиевых исходных магм в метасоматизированной над длительно погружавшимся литосферным слэбом субконтинентальной мантии [32]. Плавление корового вещества при высоком давлении происходит при преобладании граната в твердом остатке. При низкой степени плавления могут появляться агпаитовые жидкости, сильно обогащенные некогерентными элементами. Такие богатые флюидами жидкости метасоматизировали мантию, обогащая ее калием и другими несовместимыми элементами. При равновесии только с гранатом они должны быть сильно обогащены также железом и титаном, ультракалиевые же породы бедны этими элементами и деплетированы Та и № относительно других некогерентных элементов. Поэтому в твердом остатке вместе с гранатом мог присутствовать ильменит или титаномагнетит. Тренды ультракалиевых серий вулканических пород на диаграмме Mg - ^е+Ті) - А1 (рис. 5) пересекают линию 2% плавления мантийного перидотита и не выходят за линию 25% плавления, но установить точки ультракалиевых первичных магм и определить условия образования последних на диаграмме невозможно. Точки состава алмазоносных оливиновых лампроитов располагаются на рисунке 6 рядом с точкой ферропикритового родоначального расплава. Однако щелочная лампроитовая и толеитовая ферропикритовая магмы явно разноглубинные, так как с породами только первой из них связаны проявления алмазов. Кроме того, тренды двух серий на диаграмме необъяснимо отличаются по наклону. Пологий наклон тренда серий ультракалиевых вулканитов не согласуется с механизмом фракционной кристаллизации высокомагнизиального расплава. Из этого следует, что состав метасоматизированной мантии над субдукцируемым литосферным слэбом настолько сильно отличается от однородного пиролита, что диаграмма, построенная на экспериментах по его плавлению, не позволяет оценивать условия образования и эволюции ультракалиевых мантийных магм.
Заключение
Диаграмма Mg - ^е+Ті) - А1 - особенная петрохимическая диаграмма. Она позволяет проводить петрохимический анализ на основе принципа реакционных рядов минералов Боуэна. С одной стороны, это развивает сам принцип, распространяя его действие на сферу глубинного магмогенеза и дополняя реакционные ряды высокобарическими фазами, с другой - позволяет анализировать мантийный магматизм с точки зрения взаимоотношений не отдельных минеральных фаз, а их родственных групп. Такая генерализация позволяет в двухмерном изображении исследовать причинно-следственные связи между составом жидкости, фазовым составом, давлением и степенью плавления мантийных расплавных систем, завуалированные взаимоотношениями множества фаз на других петрохимических и фазовых диаграммах. Диаграмма Mg - ^е+Ті) - А1 обладает суммарной
информативностью петрохимических и фазовых диаграмм при анализе многокомпонентных природных систем.
Первый опыт использования диаграммы в таком качестве позволил сделать два принципиально новых вывода:
1. Отделение жидкости от мантийного субстрата происходит при конкретных значениях степени плавления - < 2, 25 и > 50%, характеризующих механизм сегрегации - фильтр-прессинг, гравитационный и локальное почти полное шоковое плавление субстрата соответственно.
2. Магматическую эволюцию определяет фракционная кристаллизация движущегося расплава, а не застойная кристаллизация в промежуточном очаге.
В координатах Mg - (Fe+Ti) - Al по экспериментальным данным построена диаграмма экспериментального плавления пиролита, представляющая собой петрохимическое дополнение к P-T диаграмме его фазового состояния. На ней можно сопоставлять и оценивать результаты экспериментов и планировать новые эксперименты. Она настолько логична и последовательна, что допускает экстраполяцию состава экспериментальных выплавок в субсолидусную область. Диаграмма позволяет оценивать состав первичных мантийных магм вулканических серий.
Предлагаемая диаграмма позволяет по-новому оценивать происхождение серий вулканических пород. Часть из них обязана своим происхождением двум процессам: парциальному плавлению химически однородного пиролита и последующей фракционной кристаллизации мантийной магмы в ходе ее подъема к земной поверхности. Для этих серий с помощью предлагаемой диаграммы можно оценивать состав, глубину и механизм отделения первичных магм от мантийного субстрата. Другую группу серий представляют вулканические породы, в той или иной степени связанные с субдукционными зонами Беньофа-Заварицкого. Их образование осложнено процессами контаминации магм и метасоматоза субкратонной мантии над субдукцируемым слэбом. Эти серии образуют пространственный ряд на профиле субдукционной зоны: бонинитовая - известковощелочная - лампрофировая, камафугитовая, лейцититовая, лампроитовая - кимберлитовая. Степень метасоматического преобразования литосферной мантии увеличивается с глубиной погружения корового слэба, и самые глубинные первичные магмы ультракалиевых пород и кимберлитов зарождаются в сильно метасоматизированном мантийном субстрате, поэтому диаграмма, построенная на экспериментах по плавлению однородного пиролита, позволяет только в общих чертах судить об их происхождении.
Петрохимический анализ вулканических серий показал, что диаграмму Mg - (Fe+Ti) - Al можно эффективно использовать для изучения мантийного магматизма. Однако это только первый опыт. По существу проанализированы лишь серии пород Кольского региона и некоторые типичные их аналоги из других районов. Только широкий опыт петрохимического анализа конкретных серий магматических пород может установить сильные и слабые стороны предлагаемого метода.
Автор глубоко благодарен А.А. Арискину (ГЕОХИ РАН) за конструктивную критику, определившую современный облик статьи.
ЛИТЕРАТУРА
1. Herzberg C.T., O’Hara M.J. Phase equilibrium constraints on the origin of basalts, picrites, and komatiites // Earth-Science Reviews. 1998. Vol. 44. C. 39-79. 2. Арискин А.А, Бармина Г.С. Моделирование фазовых равновесий при кристаллизации базальтовых магм. М.: МАИК, 2000. 363 с. 3. Федотов Ж.А. Роль общей конвекции расплава в образовании скрытой расслоенности кратонных интрузивных комплексов // Петрология. 2011. № 2. С. 205-224. 4. Baker M.B., Hirschmann M.M., Ghiorso M.S., Stolper E.M. Compositions of near-solidus peridotire melts experiments and termodinamic calculations // Nature. 1995. Vol. 375, № 6529. P. 308-311. 5. Falloon T.J., Green D.H., Hatton C.J., Harris K.L. Anhydrous partial melting of a fertile and depleted peridotite from 2 to 30 kb and application to basalt petrogenesis // J. Petrology. 1988. Vol. 29, № 6. P. 1257-1282. 6. Herzberg C.T., Zhang J. Melting experiments on anhydrous peridotite KLB-1 // J. Geophys. Res. 1996. Vol. 101, B4. P. 8271-8295. 7. Hirose K., Kushiro I. Partial melting of dry peridotites at high pressures: Determination of compositions of melts segregated from peridotite using aggregates of diamond // Earth Planet. Sci. Lett. 1993. Vol. 114. P. 477-489. 8. Laporte D., Toplis M.J., Seyler M., Devidal J-L. A new experimental technique for extracting liquids from peridotite at very low degrees of melting: application to partial melting of depleted peridotite // Contrib. Mineral. Petrol. 2004. Vol. 146. P. 463-484. 9. Pickering-Witter J., Johnston A.D. The effects of variable bulk composition on the melting systematics of fertile peridotitic assemblages // Contrib. Mineral. Petrol. 2000. Vol. 140. P. 190-211. 10. Walter M.J. Melting of garnet peridotite and the origin of komatiite and depleted lithosphere // J. Petrology. 1998. Vol. 39, № 1. P. 29-60. 11. Wasylenki L.E., Baker M.B, Kent A.J.R., Stolper E.M. Nearsolidus melting of the shallow upper mantle: partial melting experiments on depleted peridotite // J. Petrology. 2003. Vol. 44, № 7. P. 1163-1191. 12. Yang H-J., Kinzler R.J., Grove T.L. Experiments and models of anhydrous, basaltic olivine-plagioclase-augite saturated melts from 0.001 to 10 kbar // Contrib. Mineral. Petrol. 1996. Vol. 124. P. 1-18. 13. Falloon T.J., Green D.H., O’Neill H.St.C., Hibberson W.O. Experimental tests of low degree peridotite partial melt compositions:
implications for the nature of anhydrous near-solidus peridotite melts at 1 GPa // Earth Planet. Sci. Lett. 1997. Vol. 152. P. 149-162. 14. Falloon T.J., Danyushevsky L.V., Green D.H. Peridotite melting at 1 GPa: Reversal experiments on partial melt compositions produced by peridotite-basalt sandwich experiments // J. Petrology. 2001. Vol. 42, № 12. P. 2363-2390. 15. Villiger S., Ulmer P., Muntener O., Thompson A.B. The liquid line of descent of anhydrous, mantle-derived, tholeiitic liquids by fractional and equilibrium crystallization - an experimental study at 1.0 GPa // J. Petrology. 2004. Vol. 45, № 12. P. 2369-2388. 16. Presnall D.C., Dixon J.R., O’Donnell T.H., Dixon S.A. Generation of mid-ocean ridge tholeiites // J. Petrology. 1979. Vol. 20, № 1. P. 3-35. 17. Hirose K., Kawamoto T. Hydrous partial melting of lherzolite at 1GPa: The effect of H2O on the genesis of basaltic magmas // Earth Planet. Sci. Lett. 1995. Vol. 133. P. 463-473. 18. Kawamoto T., Holloway J.R. Melting temperature and partial melt chemistry of H2O-saturated mantle peridotite to 11 gigapascals // Science. 1997. Vol. 276. P. 240-243. 19. Kuno H. High-alumina basalt // J. Petrology. 1960. Vol. 1, № 2. P. 121-145. 20. Коматииты и высокомагнезиальные вулканиты раннего докембрия Балтийского щита / под ред. О.А. Богатикова. Л.: Наука, 1988. 193 с. 21. Никитина Л.П., Левский Л.К., Лохов К.И. и др. Протерозойский щелочно-ультраосновной магматизм восточной части Балтийского щита // Петрология. 1999. №
3. С. 252-275. 22. Скуфьин П.К., Баянова Т.Б. Лампрофиры в раннепротерозойском вулканогенном комплексе Печенгской структуры // Петрология. 1999. № 3. С. 299-315. 2з. Арзамасцев А.А, Федотов Ж.А., Арзамасцева Л.В. Дайковый магматизм северо-восточной части Балтийского щита. СПб.: Наука, 2009. 384 с.
24. Боруцкий Б.Е. Породообразующие минералы высокощелочных комплексов. М.: Наука, 1988. 168 с.
25. Арзамасцев А.А., Арзамасцева Л.В., Беляцкий Б.В. Щелочной вулканизм инициального этапа палеозойской
тектоно-магматической активизации северо-востока Фенноскандии: геохимические особенности и
петрологические следствия // Петрология. 1998. № 3. С. 316-336. 26. Арзамасцев А.А. Щелочные ультрамафиты в Хибинском массиве: новые данные и петрологические следствия // Щелочной магматизм северо-восточной части Балтийского щита. Апатиты: Изд. КНЦ РАН, 1990. С. 4-19. 27. Арзамасцев А.А, Иванова Т.И., Коробейников А.Н. Петрология ийолит-уртитов и закономерности размещения в них залежей апатита. Л.: Наука, 1987. 110 с. 28. Зак С.И., Каменев Е.А., Минаков Ф.В. и др. Хибинский щелочной массив. Л.: Недра, 1972. 175 с. 29. Моралев В.М., Балуев А.С., Ларин Н.В., Пржиялговский Е.С., Терехов Е.Н. Геохимия РЗЭ и зональность размещения щелочных пород Беломорского дайкового пояса как свидетельства пропагации Кандалакшского палеорифта // Геохимия. 2002. № 5. С. 499-512. 30. Peccerillo A., Poli G., Serri G. Petrogenesis of orenditic and kamafugitic rocks from central Italy // Canadian Mineralogist. 1988. Vol. 26. P. 45-65. 31. Conticelli S., Piccerillo A. Petrology and geochemistry of potassic and ultrapotassic volcanism in central Italy: petrogenesis and inferences on the evolution of the mantle sources // Lithos. 1992. Vol. 28. P. 221-240. 32. Mirnejad H., Bell K. Origin and source evolution of the Leucite Hills lamproites: evidence from Sr-Nd-Pb-O isotopic compositions // J. Petrology. 2006. Vol. 47, № 12. P. 2463-2489. 33. Gao Y., Hou Z, Kamber B.S., Wei R., Meng X., Zhao R. Lamproitic rocks from a continental collision zone: evidence for recycling of subducted tethyan oceanic sediments in the mantle beneath Southern Tibet // J. Petrology. 2007. Vol. 48, № 4. P. 729-752. 34. Scott-Smith B.H. and Skinner E.M.W. Diamondiferous lamproites, J. Geol. 1984. Vol. 92. P. 433-438. 35. Peck D.L., Wright T.L., Moore J.G. Crystallisation of tholeiitic basalt in Alae lava lake, Hawaii // Bull. Volcanology. 1966. Vol. 29. P. 629-642. 36. Kelemen P.B., Braun M., Hirth G. Spatial distribution of melt conduits in the mantle beneath oceanic spreading ridges: observations from the Ingalls and Oman ophiolites // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2000. Vol. 1, Paper № 1999GC000012. 37. Дмитриев Л.В. Вариации состава базальтов срединно-океанических хребтов как функция геодинамической обстановки их формирования // Петрология. 1998. № 4. С. 340-362. 38. O'Hara M.J. Primary magmas and the origin of basalts // Scot. J. Geol. 1965. Vol. 1. P. 19-40. 39. Slater L., McKenzie D., Gronvold K., Shimizu N. Melt Generation and Movement beneath Theistareykir, NE Iceland // J. Petrology. 2001. Vol. 42, № 2. P. 321-354. 40. Добрецов Н.Л. Глобальная геодинамическая эволюция Земли и глобальные геодинамические модели // Геология и геофизика. 2010. № 6. С. 761-784. 41. Arndt N.T. Ultrabasic magma and high-degree melting of the mantle // Contrib. Mineral. Petrol. 1977. Vol. 64. P. 205-221. 42. Arndt N.T., Kerr A.C., Tarney J. Dynamic melting in plume heads: formation of Gorgona komatiites and basalts // Earth Planet. Sci. Lett. 1997. Vol. 146. P. 289-301. 43. Федотов Ж.А., Серов П.А., ЕлизаровД.В. Толеиты из деплетированной субкратонной мантии в корневой зоне Мончегорского плутона, Балтийский щит // ДАН. 2009. Т. 426, № 6. С. 784-788.
Сведения об авторе
Федотов Жорж Александрович - к.г.-м.н., старший научный сотрудник; e-mail: [email protected]
