Статья: Соотношения пород примитивной мантии, реститов и метасоматитов во включениях базанитов вулкана Карьерный (Западное Прибайкалье)

Примечание. Fo - форстерит; Cr# Sp и Mg#Sp - хромистость и магнезиальность шпинели; En, Wo и Fs - энстатит, волластонит и ферросилит. Аналитик - Л. Ф. Суворова.

Состав минералов бесшпинелевых лерцолитов варьируется в этих же пределах. Состав силикатных минералов флогопитовых верлитов подобен составу минералов лерцолитов:оливин (90 % форстерита), хромдиопсид (Эн₅₀Во47Фсз) при пониженной магнезиальности хром- шпинели ((100*Mg/(Mg+Fe) = 64) и повышенной хромистости (Cr# = 100*Cr/(Cr + Al) = 53). Состав минералов шпинелевых гарцбургитов: энстатит Эн₉₀Во₁Фс₉ и оливин (90 % форстерита).

В хромшпинели гарцбургитов отношение 100*Mg/(Mg + Fe) = 74. Акцессорный диопсид имеет состав: Эн₄₉Во₄₈Фс₄. Состав минералов оливиновых вебстеритов: диопсид Эн₄₈Во₄₈Фс₄, энстатит Эн₉₀Во₁Фс₉ и оливин (90 % форстерита).

Петрохимическое группирование пород относительно состава примитивной мантии

На диаграмме Mg/Si и Al/Si (рис. 2) включения зеленых перидотитов разделяются на три группы. Одна группа представлена образцом BS-16-11, близким к составу примитивной мантии (primitive mantle, РМ).

Подобный состав имеют включения зеленых перидотитов из местонахождения Козья Шейка.

Другая (основная) группа шпинелевых лерцолитов, шпинелевых гарцбургитов и флогопитовых верлитов обнаруживает более заметное возрастание отношения Mg/Si при понижении отношения Al/Si, эта группа представлена образцами BS-16-1, BS-16-2, BS-16-3, BS-16-4, BS-16-8, BS- 16-9, BS-16-10, BS-16-12, BS-16-13, BS-16-14, BS-16-15 и BS-16-16.

Повышение отношения Mg/Si с понижением отношения Al/Si обозначает образование рестита - тугоплавкого продукта, остающегося в результате частичного плавления и удаления расплава из первичного мантийного материала.

В тренде обеднения, выраженном двумя группами пород, вторая из них относится к реститам.

Третья группа шпинелевых и бесшпинелевых лерцоли- тов и оливиновых вебстеритов отличается пониженными отношениями Mg/Si при отношениях А1/81, сопоставимых с этим отношением в группе 1, третья группа представлена образцами Б8-16-5, Б8-16-б и Б8-16-7. Эта группа смещена от тренда обеднения и относится к метасоматитам (табл. 2).

Рис. 2. Группирование ксенолитов на диаграмме М§/Б1 и А1/Б1 Состав ксенолитов из местонахождения Козья Шейка (Зун-Мурин) показан по данным [Рассказов, Иванов, Демонтерова, 2000]. Синей штриховой линией со стрелкой обозначен тренд обеднения пород групп 1 и 2 относительно состава примитивной мантии (РМ). Состав РМ [Геохимия архея ... , 1987]

Таблица 2

Результаты силикатного анализа включений зеленых перидотитов

Примечание. Глубинные включения: 1-4, 8-10, 12-16 - реститы; 11 - порода, близкая к примитивной мантии; 5-7 - метасоматиты. Н. о. - не определялось. Аналитик - Е. Г. Колтунова, ИЗК СО РАН.

Усл. обозн. см. рис. 3. Давление в гегапаскалях (1 ГПа = 10 кбар)

На диаграмме РеО_общ-Л1₂О₃ (рис. 3) фигуративные точки ксенолитов групп 1 и 2 распределяются вдоль тренда обеднения примитивной мантии с относительным снижением оксида алюминия.

Породы основной реститовой группы имеют предельное истощение около 24 % при давлении 1-3 ГПа.

Такими величинами оценивается степень плавления гранатсодержащего источника базальта срединных океанических хребтов [McKenzie, Bickle, 1988]. Группа 1 (образец BS-16-11) соответствует реститу примитивной мантии с более низкой степенью плавления порядка 15 % при давлении, сопоставимом с нижней предельной оценкой давлений для пород основной группы реститов.

Оценки температур и вариаций частичного плавления

По двупироксеновым термометрам (W) [Wells, 1977] и (NT) [Nimis, Taylor, 2000] и тоже по двупироксеновому термометру (W) [Wells, 1977] и растворимости Ca в ортопироксене (BKN) [Brey, Kцhler, 1990] получены сопоставимые температуры (табл. 3).

Для интерпретации принимаются температурные оценки по термометру (NT) [Nimis, Taylor, 2000]. Получается температурный интервал пород основной группы реститов около 100 °C, на высокотемпературном конце которого находятся породы группы 1, а на низкотемпературном конце - породы группы 3.

Таблица 3

Результаты расчета температур пород по минералогическим термометрам

Примечание. Термометры: BKN [Brey, Kцhler, 1990]; (BKN) Ca-in-opx [Brey, Kцhler, 1990]; W [Wells, 1977]; NT [Nimis,Taylor, 2000].

Кондуктивный градиент возрастания температуры литосферы с глубиной составляет в среднем 1 °С на 30 м. Принимая такое изменение температуры в интервале значений термометра (TN) в качестве показателя слоя, сложенного реститами основной группы, получаем приблизительную оценку мощности этого слоя порядка 3 км.

Слой характеризуется общим истощением материала относительно примитивной мантии. В его нижней (более высокотемпературной) части находится слабообедненная порода группы 1, а в верхней части - метасоматиты (рис. 4).

По петрохимическим критериям намечается обеднение пород основной группы реститов в результате частичного плавления примитивной мантии и более слабое обеднение пород, близких к составу примитивной мантии.

Выявляется также отличие группы 3 от реститов групп 1 и 2, хотя составы хромшпинели группы 3 перекрываются с реститовыми хромшпинелями. По экспериментальным данным [Wood, 1991], с повышением частичного плавления в рестите должна возрастать хромистость шпинели (Cr#) (см. табл. 1). Между тем в породах основной группы реститов значения Cr# варьируются от 26 до 53 при одинаковом уровне значений отношения Mg/Si. Вариации хромистости шпинели реститов не проявились в тренде истощения материала примитивной мантии.

Рис. 4. Диаграмма М§/Б1 - температура (ЫТ) равновесия пироксенов. Усл. обозн. см. рис. 2 (объяснения в тексте)

Микроэлементные признаки наложенного обогащения пород

На диаграмме Th/Yb - Ta/Yb (рис. 5, а) образец BS-16-11 наименее обедненной породы находится в пределах мантийного направления рядом с составом примитивной мантии.

Часть фигуративных точек основной группы реститов (BS-16-9, BS-16-13 и BS-16-15) распределяются вдоль мантийного направления, смещаясь от состава примитивной мантии к составу нижней коры. Другая часть точек основной группы реститов обнаруживает относительное возрастание Th/Yb, характерное для средней коры и валового состава коры. Три точки группы метасоматитов образуют отчетливый тренд широких вариаций Th/Yb при узком диапазоне Ta/Yb. На этот тренд попадают две фигуративные точки основной группы реститов (BS-16-1 и BS-16-10), тогда как большинство других фигуративных точек этой группы смещены правее этого тренда, по направлению к составу базальта океанических островов (OIB). Максимальное смещение дают образцы BS-16-16 и BS-16-3.

Другим признаком наложенных на мантийные породы процессов служит повышение концентраций легких элементов в нормированных к хондриту спектрах редкоземельных элементов (РЗЭ) клинопироксенов (рис. 5, б). Максимальные содержания РЗЭ определены в образце BS-16-16, смещенном к OIB на диаграмме Th/Yb - Ta/Yb (см. рис. 5, а). Общее слабое снижение концентраций РЗЭ в образцах BS-16-2 (флогопитовый верлит) и BS-16-15 (лерцолит мантийного направления, близкий к составу нижней коры) сопровождается выполаживанием линии нормирования к хондриту в легкой части спектра. Далее, в образце BS-16-8 наблюдается относительное снижение средних и тяжелых элементов ряда. И наконец, в образцах BS-16-1 (тренд нижней - средней коры) и BS-16-14 резко опускается центральная часть спектра. Такая V-образная форма спектра в целом не характерна для мантийных пород и часто проявляется в коровых гранитоидах.

Рис. 5. а - диаграмма Th/Yb - Ta/Yb для зеленых перидотитов и б - спектры редкоземельных элементов клинопироксенов, нормированные к хондриту. Усл. обозн. см. рис. 2. Составы обогащенного и нормального базальтов срединных океанических хребтов (E-MORB и N-MORB), базальта океанических островов (OIB) и примитивной мантии (PM) показаны по работе [Sun, McDonough, 1989; Arevalo, McDonough, 2010]. Составы нижней, средней, верхней коры и валовый состав показаны по работе [Rudnick, Fountain, 1995]

Для сопоставления нанесен состав авгита из черного включения (см. рис. 5, б). Конфигурация РЗЭ-спектра с выположенной легкой частью РЗЭ сопоставима с конфигурацией спектров основной группы реститов. Следовательно, наложенные процессы преобразования реститов, вероятно, были связаны с кристаллизацией черных авгитсодержащих пород (табл. 4).

Спектры пород зеленой группы метасоматитов не обнаруживают какого- либо выполаживания легкой части ряда РЗЭ и характеризуют ее как самостоятельную группу с геохимическими характеристиками нижней - средней коры.