Вещественный состав магматических серий океана Разделы и задачи презентации: 1.Классификация базальтов. 2.Элементы-примеси и коэффициент распределения 3.Выводы о степени фракционирования и плавления в зависимости от концентрации элементов 4.Изотопные системы 5.Типы серий

ПородаОсновная массаВкрапленники Риолиткварц-альбит-к.п.ш.кварц, санидин Дациткварц-альбит-к.п.ш.плагиоклаз Андезитандезин+рудныйплагиоклаз, роговая обманка, биотит, клинопироксен Базальтплагиоклаз +клинопироксен +рудный клинопироксен, оливин, ортопироксен, роговая обманка Ультраосновные вулканитыклинопироксен+оливин+ру дный оливин, флогопит, клинопироксен В этой таблице кратко показана классификация эффузивных горных пород нормального ряда океана.

Говоря о основной массе, вкрапленниках и количественном составе породы, стоит напомнить о данной диаграмме. Точка эвтектики – точка пересечения всех трех линий кристаллизации минералов, где они вместе кристаллизуются в той пропорции, в соответствии с которой располагается точка. При постепенном и полным остывании количественный состав породы будет такой, где располагается точка эвтектики. Экспериментальная диаграмма Диопсид-Анортит- Форстерит в сухой системе при давлении 1 атм. Котектика – линия совместной кристаллизации двух минералов.

1. Классификация базальтов. Базальт – вулканическая порода, в которой примерно равное содержание плагиоклаза и пироксена, если и присутствует кварц, то он ксенокристаллический, то есть захваченный магмой при потоке. Отличается от дацита и риолита по основной массе – плагиоклаз представлен более «игольчатыми» формами. Андезит же сложен в основном плагиоклазом. Фотография базальта в шлифе по геотектонической обстановке по степени насыщения кремнеземом по содержанию калия на диаграмме SiO2- K2O по известково-щелочному индексу Пикока. Классификация:

Некоторые случаи являются спорными, например Исландия является островом на срединно-океаническом хребте. При этом, исландские базальты несут в себе геохимические черты и магматизма срединно-океанических хребтов, и океанических островов. Особенно много спорных случаев при классификации древних базальтов, для которых мы не можем точно определить палеогеографическую обстановку. 1.1 Классификация современных базальтов по геотектонической обстановке является одной из самых простых классификаций, поскольку базируется на очевидных географических принципах. В настоящее время выделяются основные типы геотектонических обстановок: базальты срединно-океанических хребтов и трансформных разломов(базальты СОХ или MORB) базальты океанических островов (OIB) островодужные базальты (IAB) базальты задуговых бассейнов или окраинных морей (BABB) базальты крупных магматических провинций (BLIP)

Классификация предложена Йодером (Yoder, Tilley, 1962) и основана на том, что активность кремнезема в расплаве контролируется преимущественно реакциями типа: 2(Mg,Fe)SiO3 -> (Mg,Fe)2SiO4 + SiO2 (ортопироксен = оливин + кремнезем) NaAlSi3O8-> NaAlSiO4 + SiO2 (альбит = нефелин + кремнезем) По этим реакциям базальты можно разделить на 3 группы: кварц-нормативные (содержащие избыток кремнезема.) Толеит – порода с кварц-полевошпатовыми сростаниями в базальтах. нефелин-нормативные (недостаток кремнезема) Щелочной оливиновый базальт – базальт с нефелин- нормативной концентрацией, противоположность толеита. гиперстен-нормативные (при отсутствии нормативных кварца или нефелина) Классификация отображена на данной схеме 1.2 По степени насыщения кремнеземом Базальты:ТолеитовыеЩелочныеИзвестково- щелочные СоставКварц- нормативные Нефелин- нормативные Ни то, ни то. Распространен ие ВездеВ основном океанические острова Основная масса Плагиоклаз, клинопироксен Оливин Отличия ортопироксен редок Ортопироксена нет Нет щелочных ПШ Есть щелочные ПШ. K-серия – (K>Na) Na-серия – (Na>K) Есть стекло и QСтекла редки

1.3 Классификация по содержанию калия на диаграмме SiO2-K2O Эта классификация основана на том, что при кристаллизационой дифференциации базальтов нормального ряда, калий ведет себя как некогерентный элемент и постоянно накапливается в расплаве. При ассимиляции магмами кислых пород или смешении с кислыми расплавами, калий добавляется примерно в той же пропорции, что и при фракционировании. Поэтому, островодужные серии как правило формируют четкие тренды на диаграмме SiO2- K2O, примерно параллельные разделительным классификационным линиям, которые характеризуют серию в целом, как производную исходной магмы. Эта классификация удобна во многих случаях, так как позволяет определить принадлежность к серии не только дифференциатов, но и вулканических пеплов, тефры и т.д. Разделение вулканитов по щелочности по Gill, 1981.

1.4 По известково-щелочному индексу Пикока. щелочные (менее 51%) щелочно-известковые (52-56 %) известково-щелочные (56-61 %) известковые (более 61%) Индекс Пикока определяется для непрерывной вулканической серии на диаграмме, где по горизонтальной оси откладывается SiO2, а по вертикальной одновременно откладываются сумма щелочей (Na2O+K2O) и CaO. Индекс Пикока это содержание SiO2, при котором пересекутся тренды накопления щелочей и убывания кальция.По величине индекса Пикока, породы делятся на Оценка индекса Пикока для серии островодужного вулкана Бакенинг (Камчатка) PI=62.5

2. Элементы-примеси Крупноионные литофильные элементы (LILE) Li, K, Rb, Cs, Sr, Ba - (K является элементом примесью до появления собственных минералов) Высокозарядные элементы (HFSE) Zr, Nb, Ta, Hf, (U, Th ) Редкоземельные элементы (REE) La, Ce, Nd, Sm, Eu, Tb, Yb, Lu (LREE, HREE) сидерофильные элементы - Ni, Co, Cr, V, Mn (Fe) Элементы-примеси - такие элементы, которые в рассматриваемой системе не входят стехиометрично в формулы минералов. Выделяются группы элементов с одинаковым или близким поведением :

Коэффициент распределения., где ci(a) – концентрация минерала, ci(b) – концентрация расплава. По валовым коэффициентам распределения выделяются: когерентные (Kd >> 1) (тугоплавкие, раньше кристаллизуются, совместимые элементы) умеренно-когерентные (Kd > 1) умеренно-некогерентные (Kd < 1) некогерентные (Kd

3. Выводы о степени фракционирования и плавления в зависимости от концентрации элементов Ni, Co, Cr - Совместимые (когерентные) элементы. Ni (Co) преимущественно входит в оливин. Cr входит в хромшпинелид и клинопироксен.Высокие концентрации показывают малую степень фракционирования. V, Ti - Несовместимые элементы на ранних этапах фракционирования, но сильно совместимы с ильменитом и титаномагнетитом. Раздельное поведение отражает появление самостоятельной фазы титана. Zr, Hf - Сильно несовместимые элементы. Должны постоянно накапливаться при фракционировании. Ba, Rb - Несовместимые до появления минералов калия (калиевый полевой шпат, слюды - биотит, роговая обманка). Rb предпочитает слюды и Fsp. По K/Ba отношению можно выявить появление К-фаз. Sr - Замещает Ca в плагиоклазе (но не в клинопироксене). Совместим при низких давлениях (ранний плагиоклаз), несовместим при высоких (плагиоклаз неустойчив). Оценка глубинности фракционирования. REE - Гранат преимущественно накапливает тяжелые REE. Ортопироксен и роговая обманка имеют тот же эффект, но в меньшей степени. Сфен и плагиоклаз содержат приемущественно легкие REE. Eu2+ примущественно в плагиоклазе. Степень деплетированности/фракционирования. Y - несовместимый (на уровне HREE). Преимущественно входит в гранат и амфибол. Сфен и апатит также могут концентрировать Y. Составы расплавных включений или закалочных стекол? близких к первичным расплавам (о.Macquarie). Различия в геохимии могут отражать различную степень плавления источника (чем больше степень плавления, тем ниже содержания несовместимых элементов). В качестве критерия первичности расплава использовалась Mg# стекол. Выбраны стекла с наибольшей Mg# (от 65 до 69). Mg# также слегка повышается с увеличением степени плавления.

4. Изотопные системы. Стабильная изотопия: для магматизма характерно более «тяжелое» содержание O, то есть δ18O=5 H - водород (1H, 2H, 3H) C - углерод (13C, 14C) O - кислород (16O, 17O, 18O) S - сера (32S, 34S) He - гелий (3He, 4He) B - бор (10B, 11B) Радиогенные системы: Используются для определения источников вещества, возраста. Принцип в том что, изотопы нижеперечисленных элементов с большей атомной массой не фракционируют, в отличие от кислорода. Особенность магматических систем из-за высокой температуры: чем она ниже, тем больше коэффициент фракционирования. K-Ar Sm-Nd Rb-Sr U-Pb-Th Lu-Hf Re-Os La-Ce Короткоживущие космогенные изотопы: Используются для получения информации о возрасте и обстановках образования пород. 10 Be, например, накапливается на поверхности пород, а во время погружения нет, затем во время подъема снова накапливается, что дает дополнительную информацию. 10 Be 36 Cl 14 C Схема изотопного фракционирования кислорода.

5. Типы серий Однородные (например только базальт) Непрерывные (например плавно переходят базальт – риолит) Контрастные (перерыв, четкая граница между составом одной и той же лавы из вулкана, например, риолит – базальт – риолит) Каждый тип характеризуется: тектоническим положением и геодинамикой условиями образования вулканологическими особенностями вещественным составом структура Минералогия Химизм элементы-примеси Изотопы режим летучих эволюцией происхождением