Экспериментальный петрогенезис коматиитов и высокомагнезиальных базальтов

- 2 -
Содержание
стр.
Условные обозначения 4
Введение 5
1. Литературные сведения о коматиитах и родственных породах 12
1.1. Геологическое положение 12
1.2. Минералогия и геохимия 20
1.3. Экспериментальное изучение 29
1.4. Генетические модели 35
2. Выбор образцов для экспериментального изучения 44
3. Аппаратура и методика 55
3.1. Установка типа "цилиндр-поршень” 55
3.1.1. Гидравлическая Ьистема’ ) 55
3.1.2. Схема нагрева 57
3.1.3. Твердофазовые ячейки 60
3.1.4. Измерение давления 65
3.1.5. Измерение температуры 68
3.2. Подготовка образцов для экспериментов 75
3.3. Окислительно-восстановительный потенциал
и режим летучих в опытах 78
3.4. Анализ продуктов опытов 83
3.5. Вопросы равновесности и кинетики 84
4. Результаты экспериментов 98
4.1. Порядок кристаллизации расплавов пород коматиитовой серии 98
4.2. Составы кристаллических фаз 107
4.3. Составы расплавов 127
5. Петрогенезис коматиитов и коматиитовых базальтов Восточной Карелии 142
- 3 -
стр,
5.1. Условия выплавления и дифференциации коматиитовых расплавов 142
5.2. Содержание редкоземельных элементов в породах коматиитовой серии в связи с проблемами их
генезиса 160
5.3. Особенности состава реликтов магматических
минералов из коматиитовых базальтов кряжа Ветреный Пояс 170
Заключение ' 182
Литература 186
- *0 -
мое отождествление составов расплава и зоны спинифекс не всегда правомерно, поскольку эти породы могут быть своеобразными кумуля-тами (Campbell,Arndt, 1982;Вагпез е.а.,1983). При этом ближе всего к исходному расплаву породы с беспорядочным спинифексом.
Помимо потоков, ограничено распространены субвулканические тела коматиитового состава (Naldrett,Mason, I968;Dixon, 1981; Arndt е.а.,1979). Встречаются мелкие дайки и силлы, похожие на потоки, но лишенные структур, образованных при быстром остывании. Описаны крупные, мощностью несколько сотен метров расслоенные силлы (Arndt е.а.,1977). Интересны мощные (до 1500 м) линзовидные интрузии, сложенные дунитами в центральной части и перидотитами на краях, которые, возможно, представляют собой остатки промежуточных очагов (Naldrett,Turner, 1977).
1.2. Минералогия и геохимия
В собственно коматиитах с содержанием MgO > 20 вес.$ магматические минералы - оливин, шпинель и клинопироксен. Пластины оливина из пород со структурой спинифекс, как правило, имеют зональное строение, изменяясь от Ро9з_94 в ядре до Foq5_90 на краях (Green е.а., I975;st0lz, Nesbitt, 1981). Оливин кумулятивных зон нередко на 2гЗ мол.$ еще более магнезиальный, чем оливин из зоны со структурой спинифекс (Arndt е.а., 1977). Магматический оливин содержит 0,4-0,5 вес./S МО , 0,2-0,3 вес.^Сг^ , 0,2-0,4 вес.5? С&о(Arndt, I977;Green е.а., I975;Pyke е.а., 1973). Скелетный клинопироксен из основной массы также зонален. В ядрах отмечается пижонит с 4 вес.$ СаО и 2 вес./? AlgOg (Arndt е.а. ,1979), либо авгит с высоким содержанием AlgOg (до 8,5/?), 18-21/? СаО, 0,5-1$ ТЮ2> 0,3-0,5$Сг2О^ И 0,2$Ма2О (Arndt е.а. ,1977; Руке е.а., 1973). Края имеют авгитовый состав с невысокой глиноземис-тостью (<4 вес.$ А1203).
- 21 - •
Такой же минеральный состав имеют коматиитовые базальты о. Горгона с 15-17 вес.$ LlgO (Dietrich е.а.,1981). Оливин здесь несколько более железистый (Pog5_g()) и кальциевый (до 0,4 вес.$ СаО). Первый моноклинный пироксен очень глиноземистый (до 13 вес* $ AlgOg), к краям содержание Al^Og падает до 2 вес.$.
В коматиитовых базальтах с 12-15 вес.$ 1%0 основным минералом может быть оливин или авгит, причем видимой связи между составом породы и минеральным составом нет Glrndt е*а*,1979). Эксперименты с коматиитами при I атм. (Arndt,1976) показали, что кли-нопироксен начинает кристаллизоваться только при содержании MgO в расплаве менее 9 вес.$. В природе же появление клинопироксена отмечается еще при 14 вес.$ LlgO . Такое несоответствие можно объяснить неравновесной кристаллизацией пироксена при быстром охлаждении расплава (Arndt,Fleet, 1979; Campbell,Arndt, 1982).
В породах с 9-12 вес.$ MgO основной минерал всегда пироксен, оливина мало или нет вообще, есть плагиоклаз. В еще менее магнезиальных породах появляется кварц, оливин исчезает, много плагиоклаза (Arndt е.а., 1979). Данные о химическом составе минералов мафических коматиитов весьма скудные. В коматиитовом базальте из Мунро Тауншип проанализирован скелетный клинопироксен (Arndt е.а. ,1977). По составу он близок к пироксену из основной массы коматиита с оливиновым спинифексом (8,8$ AlgOg, 20$ CaO, 1,2$ Ti02). Реликты авгита из коматиитового бааальта Минесотты ( Green, Schulz,1977) имеют неожиданно низкие содержания AlgOg (0,79 вес.
$) и т±о2 (0,17 вес.$), что, впрочем, может быть следствием метаморфической перекристаллизации.
Прежде чем перейти к рассмотрению особенностей геохимии, остановимся на наложенных изменениях, которые могут изменять химический состав пород. Все ныне известные коматииты, за исключением мезозойских пород о. Горгона (со стеклом!) в той или иной