Серия щелочных базальтов и базанитов




Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Строительная теплофизика
Прочность сплавов
Основания и фундаменты
Осадочные породы
Прочность дорог
Минералогия глин
Краны башенные
Справочник токаря
Цементный бетон




13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017





Яндекс.Метрика
         » » Серия щелочных базальтов и базанитов

Серия щелочных базальтов и базанитов

14.08.2017


Уже произошел переход термина оливиновой базальт через понятие оливиновый щелочной базальт к термину щелочной базальт. В принципе эта серия магматических пород и ее мафический прародитель — щелочной базальт — выделяются уже в течение нескольких десятилетий. Ее название основывается на особенностях состава, а не определяется точно тектоническим положением, как в случае БСОХ и ТОО. Это разумно, поскольку щелочные базальты существуют в различных тектонических условиях. Например, породы серии щелочных базальтов слагают многие мелкие океанические острова, расположенные вдали от срединно-океанических хребтов, хотя они, несомненно, образуют не более 1—2 % объема Гавайских островов, где интенсивно изучаются. Эти породы также широко распространены в некоторых континентальных провинциях, связанных с куполообразным воздыманнем и (или) рифтообразованием. Особо выделяются отложения от неогена до современных в провинции Африканской рифтовой долины и палеоген-неогеновые породы Восточной Австралии. В меньшей степени щелочные базальты развиты в пределах конвергентных окраин плит, например в Новой Зеландии, хотя они не повсеместно распространены в таких условиях. Р. Шварзер и Дж. Роджерс перечисляют не менее 39 примеров дифференцированных серий щелочных базальтов: 23 для океанических островов, 11 для континентов и 5 для островных дуг. Они также описывают еще 26 примеров только щелочных базальтов без членов дифференцированных серий: 8 океанических, 15 континентальных и 3 островодужных.
Р. Шварзер и Дж. Роджерс обращают внимание на общую химическую аналогию щелочных базальтов, развитых в различных условиях. Хотя рассмотренные ими океанические и континентальные базальты обнаружены в горячих точках, предположительно связанных общим происхождением из предполагаемых мантийных потоков, маловероятно, что островодужные породы произошли аналогичным способом. Анализ, проведенный этими исследователями, основывается только на петрохимии основных элементов, что может привести к ошибкам при изучении мафических пород, в которых распределение рассеянных элементов может иметь большое петрогенетическое значение. В приведенных примерах одни породы относительно богаты калием, тогда как другие содержат модальный полевой шпат (и являются базанитами). Следовательно, для такой довольно общей классификации, как классификация Р. Шварзера и Дж. Роджерса, может быть сделано исключение. Итак, щелочные базальты характеризуются гораздо более низкой активностью кремнезема, чем толеиты. Очевидным следствием низком активности кремнезема является го, что оливин самый распространенный железомагниевый минерал (ни в коем случае не железомагнезиальный пироксен) и в породах, принадлежащих к серии щелочных базальтов, он обычно присутствует в двух генерациях — как фенокристалл и как минерал основной массы. Обобщение бесчисленных петрографических различий между толеитами и щелочными базальтами, включая данные Р. Уайта, основанные на изучении гавайских пород, представлено в табл. 8. Может возникнуть ошибочное мнение, что есть много петрографических различий и путей диагностики пород, однако на практике большинство из них трудно применимо, поскольку отдельные образцы имеют чрезвычайно тонкозернистую или даже стекловатую структуру, а также некоторые из принятых критериев негативны или относительны. Таким образом, родство конкретного образца относительно этих двух важных мафических групп остается сомнительным, пока не готовы химические анализы.
Объемный химический анализ за последние годы стал более быстрым и гораздо доступнее, и, следовательно, он начинает играть чрезвычайно важную роль в сравнительном анализе неизменных серий вулканических пород. В первом приближении основным различием в химическом составе толеитов и щелочных базальтов служит то, что отчетливо более низкая активность кремнезема в последних приводит к появлению в их нормативных составах CIPW нефелина, в отличие от толеитов, которые всегда имеют в нормативном составе гиперстен. Тем не менее породы с модальным нефелином называются базанитами (или тефритами при наличии свободного оливина), а не щелочными базальтами. В кристаллических породах эмпирически наблюдается, что модальный нефелин появляется, когда массовая доля нормативного нефелина превосходит 5 %, так что эта величина служит для разделения щелочных базальтов и базанитов, а очень тонкозернистая или стекловатая порода с содержанием нормативного нефелина более 5 % может быть, таким образом, названа «базанитоидом». Это, между прочим, хороший пример того, как термин петрографического происхождения получил разумное переопределение в химическом смысле. Этот процесс происходит в наши дни часто без изменения или по крайней мере определения термина, так что читатель обычно не переориентируется на это переопределение.


В этой концепции выделения щелочных базальтов как пород с массовой долей нормативного нефелина от 0 до 5 %, кажущейся простой и прямолинейной, заключены свои трудности. Вопросы возникают в том случае, когда порода, возможно, была подвергнута позднему или послекристаллизационному окислению, в результате которого возросло количество Fe2O3 по отношению к Fe2O. Расчеты нормативного состава включают все содержание Fe2O3 равным молярным количеством FeO для определения формирования нормативного магнетита, который, безусловно, не содержит кремнезема вообще, так что анализы пород, имеющих высокое отношение соединения трехвалентного железа к содержанию двухвалентного оксида, обусловленного вторичными процессами, приведут к случайно завышенным значениям концентрации кремнезема, доступного для других нормативных минералов, и, следовательно, дадут неверное определение принадлежности породы к той или иной группе магматических образований. Очевидно, что было бы желательно перед расчетом нормативного состава и использованием его для сравнительных целей вводить некоторую коррекцию в необработанные анализы. Такая корректировка часто проводится. Она может принимать различные формы, а именно: можно уменьшить количества Fe2O3 до какого-то постоянного значения или до некоторой постоянной пропорции всего присутствующего оксида железа (111), или можно использовать более усложненные коррекции, соотносящие концентрации Fe2O3 с остальными химическими параметрами, такими как содержание щелочей или TiO2 (не надо упускать из виду, что «истинные» содержания магматического Fe2O3 и отношения заметно меняются в различных группах мафических пород). Поскольку еще отсутствует принятое мнение по поводу этой обработки (см. дискуссию в работе Ч. Хьюджеса и Е. Хасса), то этот поправочный коэффициент (или отсутствие какой-либо поправки) оказывает отрицательное влияние при сравнивании данных. Довод для принятия некоторого разумного среднего отношения был приведен Ч. Хьюджесом и Е. Хассом (привести содержание Fe2O3 к значению 0,2 от всего содержания оксидов железа), но он может быть подвергнут критике, так как «действительные» отношения ниже, чем в БСОХ и коматиитах, и, очевидно, стремятся быть выше в более щелочных мафических породах. Однако принятие его или какого-либо другого согласованного аналогичного условного значения внесло бы ясность в существующую путаницу.
Дальнейшая сложность заключается в том, что некоторые поводы, переходные между толеитами и щелочными базальтами, могут быть гиперстен-нормативными, но имеют явное петрографическое родство с щелочными базальтами, поскольку ни в них, ни в членах их ассоциаций оливин не вступает в реакцию с железомагнезиальным пироксеном.
Эмпирическое отделение щелочных базальтов (и вообще более щелочных мафических пород) от толеитов (и вообще «субщелочных» пород) с помощью вариационной диаграммы, в которой все щелочи (Nа2О+К2O) соотнесены с кремнеземом, уже упоминалось выше. Это, вероятно, наиболее часто употребляемая вариационная диаграмма главных элементов, используемая для распознавания пород в настоящее время, особенно для неизмененных мафических вулканических пород. Сложность использования диаграммы для сильно измененных пород заключается в том, что вторичные процессы, включающие частичное или полное замещение пирогенного плагиоклаза альбитом, очевидно, сопровождаются метасоматическим привносом натрия в породу. По этой причине спилитизированные толеиты на вариационной диаграмме попадают в поле щелочных базальтов.
Следующее химическое отличие толеитов от щелочных базальтов относится к составу авгитовых фенокристаллов (если они имеются). Последние в толеите представлены нормативным гиперстеном, тогда как в щелочных базальтах они обогащены кремнеземом и содержат нормативный нефелин благодаря наличию твердых растворов в виде жадеита (NaAlSi2O6) и Ca-молекулы Чермака (CaAl2SiO6). Эти недонасыщенные кремнеземом компоненты (стехиометрические аналоги соответственно альбита и анорита, в каждом на одну молекулу меньше кремнезема) отражают кристаллизацию клинопироксена в щелочных базальтах из расплавов с меньшей активностью кремнезема, чем в толеитах.

Фракционирование серий щелочных базальтов сохраняет серии пород от несколько недонасыщенных до насыщенных, известных как гавайиты, муджиериты, бенмориты и трахиты. Первые три специфичны для серий щелочных базальтов. Это хороший пример необходимости создания новой классификации, чьи таксоны пересекали бы подразделения традиционной петрографической схемы Средние анализы этих пород с Гавайских островов, где они интенсивно изучались, приведены в табл. 9 (использованы данные Г.А. Макдональда). Петрографически гавайит является основной породой с несколько низким цветным индексом для базальта и характеризуется плагиоклазом андезинового состава (по этой причине он неправильно называется в некоторых старых отчетах андезитом ). Муджиерит, хотя и является все еще базальтовой породой по виду, но имеет еще более низкий цветной индекс (около 20—25) и обычно содержит плагиоклазовые микрофенокристаллы натриевого плагиоклаза андезинового состава, переходящего в основной массе в известково-анортоклазовый полевой шпат (по данным И. Мера и Ч. Тилли). Благодаря относительной распространенности и распределению таблитчатых полевошпатовых микролитов многие муджиериты в обнажениях становятся сланцеватыми и отбирать из них образцы очень трудно. Как гавайиты, гак и муджиериты могут содержать оливин, который при увеличении концентрации натрия в составе плагиоклаза постепенно обогащается железом. Бенморит не имеет четко определенного минералогического состава, а трахиты — существенно кислые породы, обычно с содержанием кремнезема свыше 60%. На практике содержание кремнезема часто употребляется в определенных пределах для классификации анализируемых пород внутри серии. Например. А. Дункан при работе с вулканическими породами г. Этна использовал следующее произвольное деление серии щелочных базальтов по массовой доле SiO2 (в %).

Дж. Макдональд показал, что последовательные члены серии щелочных базальтов на Гавайских островах могли бы, вероятно, быть выделены путем вычитания химического состава наблюдаемых фенокристаллических фаз, из состава материнской щелочной базальтовой магмы и последовательно выделяющихся расплавов. Таким образом, представляется, что механизм кристаллического фракционирования доказан или по крайней мере правдоподобен для этой серии близко родственных дифференцированных пород.
Конечным продуктом фракционной кристаллизации в серии щелочных базальтов может быть не трахит, а породы, включающие небольшие количества либо отчетливо пересыщенных (например, пантеллерит и комендиты с о. Tepceйpa, Азорские острова, либо недонасыщенных (например, фонолиты о. Св. Елены). Породы этих составов, безусловно, более тесно, чем трахит, связаны с породами, соответствующими двум минимумам в системе SiО2—Ne—KS, которые, по нашим предположениям, должны были бы получиться в результате крайней степени фракционирования. Часто встречающийся в обоих случаях перщелочной минеральный состав отражает «плагиоклазовый эффект», за счет последнего продолжающееся фракционирование плагиоклаза (не только более известкового, но и более богатого алюминием, чем расплав, из которого он кристаллизуется, по крайней мере в простой системе An — Ab) может в конце концов привести к перщелочным условиям в расплаве. При наличии в конечных продуктах, связанных с серией дифференцированных щелочных базальтов, как недонасыщенных, так и пересыщенных пород предполагается, что серия щелочных базальтов могла бы быть подразделена на основании небольших начальных различий в активности кремнезема, отраженных в заключительных продуктах фракционной кристаллизации. При этом необходимо исключить вероятность влияния других факторов, таких как перенос щелочей с помощью газа. Химические составы пород двух серий океанических щелочных базальтов, иллюстрирующие описанные выше две противоположные возможности, представлены в табл. 10 и 11, а именно серия Азорских островов, заканчивающая комендитом, и серия о. Св. Елены, заканчивающаяся фонолитом.

Анализы, приведенные в табл. 10, выбраны из описания о. Tepсейра Азорского архипелага, сделанного С. Селфом и Б. Ганном. Они охватывают породы, собранные из зоны разломов и вулкана Санта-Барбара — двух областей острова, наиболее активных за последнее время. Приведенные анализы были пересчитаны на 100 % на безводной основе с небольшим округлением в некоторых из их суммарных значений. Суммарное железо было описано как Fе2О3, а в сопутствующих нормативных расчетах соотношение его оксидов было произвольно пересчитано. Доказано, что щелочные базальты и гавайиты являются нефелин-нормативными. а остальные — гиперстен-нормативными. Пантеллериговый трахит и комендиг содержат нормативные акмит и кварц.

В табл. 11 даны осредненные анализы шести петрографических группировок пород, изменяющихся по составу от щелочных базальтов через трахиты до фонолитов, с учетом данных И. Бейкера по петрологии о. Св. Елены. Все породы содержат нормативный нефелин, а трахит нормативен акмиту. И. Бейкер пришел к выводу, что, тогда как процессы фракционирования кристаллов привели к образованию серий пород от щелочных базальтов до трахитов, химический состав фонолитов может дополнительно отражать некоторый перенос летучих компонентов на поздних стадиях и миграцию богатых щелочами флюидов. Значения Al даже среди наиболее основных представителей серий пород о. Св. Елены низки. Это позволяет предполагать интенсивное фракционирование, т. е. здесь мы видим петрографическую и топографическую вершину огромной пирамиды фракционированных пород.
Для обсуждения значений содержаний рассеянных элементов в щелочных базатьтах, особенно для противопоставления щелочных базальтов толеитам, обратимся к представлению о границе между этими породами, высказанному Ф. Гастом, который утверждает, что:
«В большинстве случаев обсуждение проблемы родоначальной магмы и генетических взаимоотношении между типами магм проводится на основании их объемных составов (основных элементов) и взаимоотношений при равновесных фазах. Следовательно, целесообразно более детально установить отличия, которые могут основываться на геохимии рассеянных элементов.
Даже поверхностный обзор концентраций рассеянных элементов в вулканических породах указывает на то, что они должны нести очень важную информацию, касающуюся генетических взаимоотношений различных расплавов. Например, в классе пород, описанных как базальты, амплитуда колебаний содержаний Rb, Cs и Ba превышает два порядка. В самом деле, различные содержания рассеянных элементов в насыщенных и недонасыщенных вулканических породах являются такими же характерными признаками этих типов магмы, как и их минеральный состав и химические свойства главных элементов».

Из табл. 12 видно, что, тогда как содержания Cr и Ni сравнимы (а это позволяет предполагать, что ни одна из групп пород не претерпела заметно более раннего фракционирования оливина, чем другая), содержание несовместимых элементов, особенно Rb, последовательно выше в группе щелочных базальтов. По относительной распространенности РЗЭ щелочные базальты существенно отличаются от толеитов БСОХ. Распределение РЗЭ показывает усиление тенденции, наблюдаемой в ТОО, т. е. относительное обогащение легкими РЗЭ (см. рис. 19).
Значения отношения (87Sr/86Sr)° последовательно выше в щелочных базальтах океанических островов (0,7030—0,7045), чем в БСОХ, и в целом выше, чем в ТОО. Разница в отношении 87Sr/86Sr в БСОХ и ТОО обусловлена различными мантийными источниками; та же причина может быть применима и к океаническим щелочным базальтам, но должен рассматриваться другой коэффициент. Радиогенный 87Sr в мантии является необычайно несовместимым элементом или, точнее, несовместимым изотопом, поскольку он был совершенно не к месту в кристаллической решетке любого акцессорного мантийного минерала (флогопита?) или на плоскостях кристаллов, которые усваивают в первую очередь К и, следовательно, Rb. Он должен бы интенсивно выделяться в жидкую фазу во время частичного плавления совместно с несовместимыми элементами и по той же причине. Незначительное частичное плавление, таким образом, может привести к более высокой величине 87Sr/86Sr в расплавах, сформировавшихся первыми по отношению к расплавам, выделяющимся при более высоких степенях частичного плавления.
Вслед за Ф. Гастом можно считать, что доступные данные по содержаниям несовместимых элементов согласуются с гипотезой, по которой первозданные магмы, поставляющие щелочные базальты, выделились при более низких степенях частичного плавления из верхней мантии принятого минерального состава, чем магмы, формировавшие толеиты. Причем образование толеитов, возможно, сопровождалось более отчетливо выраженными процессами зонной очистки. Следовательно, данные по содержанию рассеянных элементов поддерживают представления о различной природе групп толеитов и щелочных базальтов. В дополнение к этому по распределению РЗЭ предполагается, что дальнейшее различие возникает под действием эклогитового фракционирования первозданной щелочно-базальтовой магмы при высоком давлении; в меньшей степени этот процесс проявлен в случае первозданных магм ТОО и не характерен для первозданной магмы БСОХ.

Дж. Макдональд высказывает противоположную точку зрения, что относительно небольшие количества щелочных базальтов на Гавайских островах могли быть результатом пироксенового фракционирования на глубине первозданной богатой оливином толеитовой магмы. Однако это заключение основывается только на петрохимических данных по главным элементам и не учитывает значения представлений, базирующихся на содержаниях рассеянных элементов.
На о. Гранд-Комор, самом молодом острове Коморского архипелага, обнаружена интересная серия щелочных базальтов и более щелочных базанитов с хорошо выраженными типичными чертами пород обеих групп. В этом районе щелочные базальты влк. Картала образуют типичную фракционированную серию, связанную, вероятно, с выпадением из родоначальной магмы оливина и авгита, наблюдаемых в составе фенокристаллов. Было бы логично принять, что материнская магма эквивалентна наиболее богатым магнием афировым породам, анализы которых можно сделать (и, таким образом, исключить вероятность считать кумулаты соответствующими материнской магме). Наоборот, базаниты соседнего влк. Ла-Грилль труднее поддаются объяснению. Влк. Ла-Грилль представляет собой щитовой массив с относительно пологими склонами, предполагается, что в результате извержений магмы здесь было образовано 120 пирокластических конусов. Базаниты содержат обильные мафические ксенолиты и имеют ярко выраженную порфировую структуру. Вкрапленники представлены оливином, который может быть частично ксеногенным (т. е. образовавшимся при механическом разрушении ксенолитов), частично скелетным (позволяющим предположить подавленную кристаллизацию обогащенной магнием магмы) или эвгедральным (подтверждающим возможность влияния аккумуляции на объемный химический состав пород). В химическом отношении они не образуют когерентной серии, которая может быть фракционирована на высоком уровне, как в случае лав Картала, но, очевидно, быстро извергались с глубин в виде отдельных небольших партий магмы, которые, вероятно, отражают изменяющиеся степени фракционирования при высоком давлении.

В противоположность Ла-Гриллю, где не хватает некоторых членов базанитовой серии, о. Тенериф, самый большой из Канарских островов, площадью более 2000 км2, в плиоцен-плейстоненовых вулканогенных породах содержит хорошо описанную серию пород от базанитов до фонолитов с большим количеством средних и кислых разновидностей. Следуя классификации У. Ридли, можно все типы пород, составляющих как афировые, так и порфировые разновидности, условно разделить на четыре группы; базаниты, трахибазальты, плагиоклазовые фонолиты и фонолиты (табл. 13). Однако наличие континиума, наряду с ассоциацией фонолитов, и пород несколько повышенной щелочности с составом, связанным с недонасыщенным минимумом в системе SiO2 — Ne — KS, убедительно свидетельствует о происхождении этой серии путем фракционирования родоначальной базанитовой магмы.
Необычайно богатая калием серия щелочных базальтов найдена на о. Тристан, крупнейшем (площадь около 100 км2) среди островов Тристан-да-Кунья, расположенных в 500 км к востоку от Срединно-Атлантического хребта. На о. Тристан обнажаются самые молодые вулканические породы архипелага. Остров имеет форму простого конуса с паразитическими жерлами и куполами, возвышается на 2060 м над уровнем моря и приблизительно на 5800 м над основанием вулканической постройки. После хорошо известного извержения в октябре 1961 г и эвакуации обитателей острова в начале 1962 г. в результате работы экспедиции Kopoлейского лондонского общества собрано очень много детальной информации Породы о. Тристан образуют серию, охватывающую ряд от аккумулятивных анкарамитов и щелочных базальтов, через промежуточные разности до фонолитов. Все породы содержат нормативный нефелин (хотя в отчете кислые члены именуются трахитами), но нефелин фактически отсутствует. Тем не менее для многих членов группы трахибазальтов, которые, следовательно, формально соответствуют базанитам из-за присутствия модального полевого шпата, характерен лейцит в виде интерстициальных кристаллов и субгедральных кристаллов основной массы. Оказывается, с присутствием лейцита связано относительно высокое отношение K/Na (табл. 14). Таким образом, серия о. Тристан характеризуется более низкой щелочностью по сравнению с породами о. Тенериф и более высоким отношением K/Na. Это указывает на необходимость использования графиков общая щелочность — отношение K2OZ(K2O+Na2O), а не значений M для этих и других серий щелочных базальтов.