Распространённость щелочных и ультракалиевых вулканических пород в геологических комплексах эталонных геодинамических обстановок

Гущин А.В.

Федеральное Государственное Унитарное Предприятие «Институт Минералогии, Геохимии и Кристаллохимии редких элементов» (ФГУП ИМГРЭ, Москва)

gusev@imgre.ru

 

Анализ распределения концентраций в сериях вулканитов показывает, что щелочность и потенциал калия являются главными факторами, определяющими уровни концентраций макро- и микроэлементов в широком диапазоне кремнекислотности. Щелочные, агпаитовые и ультракалиевые вулканические породы по сравнению с нещелочными сериями, как правило, сильно обогащены такими элементами, как Ti, P, Rb, Ba, Sr, Zr, Hf, Nb, Ta, Th, Y и легкие РЗЭ.

К щелочным в широком смысле мы относим следующие разновидности пород: 1) щелочные неагпаитовые (Щ) – породы с высокими содержаниями суммы щелочей Σ_alk относительно кремнезёма [Магматические… 1985-1987] и коэффициентом агпаитности AI < 1; 2) щелочные агпаитовые (ЩА) - аналогичные породы с AI > 1; 3) нещелочные агпаитовые (А) породы с умеренными содержаниями Σ_alk и с AI > 1). В геологических комплексах 13 эталонных геодинамических обстановок выявлены явные различия по этим группам щёлочности (таблица 1).

 

Таблица 1. Частоты распределения трех групп щелочных вулканических пород в 13 геодинамических обстановках, расположенных в соответствии с циклом Вильсона (в процентах от всех анализов вулканических пород)

Инд*	ГТК	ГТО	КР	ТРП	ОПЛ	CОХ	ОБ	ЮД	РД	ЗД	ОФ	ОТ	КЛ
Щ	15,6	12,28	21,77	0,56	2,86	0	0	0	0,15	1,36	0,97	4,32	5,83
ЩА	11,9	2,64	10,47	0,04	0,49	0	0	0,1	0	5,12	0	2,55	0,88
А	10,4	2,58	2,73	0,08	1,16	0	0	0	0	0	0	2,31	0,27
Σ	37,8	17,50	34,97	0,68	4,50	0	0	0,1	0,15	6,48	0,97	9,18	6,98
N	724	8564	1098	2514	1644	440	1544	885	676	664	1034	1296	1132

 

Индексами в первой строке обозначены следующие геодинамические обстановки: горячие точки: ГТК – континентов, ГТО – океанов; КР – континентальные рифты; ТРП – траппы; ОПЛ – океанические плато; СОХ – срединные океанические хребты; ОБ – окраинные бассейны; островные дуги: ЮД – юные; РД – развитые; ЗД – зрелые; зоны активных континентальных окраин: ОФ – фронтальные, ОТ – тыловые; КЛ – коллизионные пояса. Инд* (в первой колонке) – обозначения групп щелочных пород (см. текст выше). N – число всех анализов, включая нещелочные породы и щелочные.

 

Можно видеть, что щелочные вулканические породы довольно широко распространены в обстановках континентальных и океанических горячих точек и континентальных рифтах. Они отсутствуют в СОХ и ОБ., лишь местами появляются в ЗД и ОФ. В заметных количествах встречаются в ОТ и КЛ. Среди щелочных неагпаитовых пород обстановок ГТК, ГТО, КР, ОПЛ и ОТ преобладают высококалиевые вулканиты базанитового  интервала (42,5-47,5 % SiO₂). Агпаитовые породы групп ЩА и А (главным образом, лампроиты), сосредоточенные в интервале  52,5-57,5 % SiO₂, наиболее распространены в обстановках горячих точек континентов. В противоположность всем, отмеченным выше, супрасубдукционные щелочные вулканиты имеют преимущественно кислые составы. Среди них -  агпаитовые риолиты (пантеллериты) Новой Зеландии (остров Мэр), а также щелочные неагпаитовые риолиты ОФ и КЛ обстановок.

Ультракалиевые вулканические породы, выделяемые по модифицированной диаграмме [Peccerillo and Taylor, 1976], встречаются среди щелочных и нещелочных породных ассоциаций (таблица 2)

 

Таблица 2. Распространенность ультракалиевых вулканических пород 13 геодинамических обстановок (в процентах от общего числа всех, как щелочных, так и нещелочных, вулканитов).

 

Инд*	ГТК	ГТО	КР	ТРП	ОПЛ	CОХ	ОБ	ЮД	РД	ЗД	ОФ	ОТ	КЛ
Щ	3,6	1,7	5,8	0,2	1,9	0,0	0,0	0,0	0,0	1,4	0,0	1,5	0,9
ЩА	8,7	1,6	4,8	0,0	0,4	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	2,0	0,1
А	9,0	1,3	1,1	0,0	0,7	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	2,0	0,3
НЩ	9,7	3,2	7,8	2,0	5,1	0,0	0,1	0,0	0,9	2,0	0,0	10,6	2,4
Σ	30,9	7,9	19,6	2,2	8,1	0,0	0,1	0,0	0,9	3,3	0,0	16,2	3,6

Инд* (в первой колонке) – обозначения групп щелочных пород (см. текст выше). НЩ – нещелочные ультракалиевые вулканиты.

 

 

 

Сопоставление данных, приведенных в обеих таблицах, позволяет рассмотреть контрасты в распределении щелочных и ультракалиевых вулканических пород, которые явным образом зависят от их геодинамической принедлежности. Прежде всего, очевидны различия трёх групп обстановок: 1) внутриплитовых (ГТК, ГТО, КР, ТРП, ОПЛ), 2) зон спрединга (СОХ, ОБ) и 3) надсубдукционных поясов (ЮД, РД, ЗД, ОФ, ОТ и КЛ). Главные причины, определяющие наблюдаемые контрасты и различия, представляются следующими.

Вариации глубин формирования магм с контрастами давления и температуры определяют, по крайней мере, две разновидности щелочного и ультракалиевого магматизма плюмовой и надсубдукционной обстановок. Глубокие, промежуточные и малоглубинные уровни генерации магм контролируют состав и массы магматических продуктов.

Взаимодействие локального (щелочного) и массового (толеитового, андезитового) типов магм определяют возможность, место и время щелочных проявлений. Как правило, существенные массы щелочных магм появляются на значительном расстоянии от современных им зон спрединга [Гущин, 2005]. Щелочные магматические провинции (Маймеча-Котуйская и другие) находят наиболее благоприятные условия проявления в дистальных зонах, на периферии больших базальтовых полей (или крупных провинций изверженных пород).

Различия состава плавящихся материалов в глобальном (рециклинг), региональном (сегментация плит) и локальном (блоковые структуры) масштабах являются одними из важнейших причин инициализации процессов щелочного магматизма. В глобальном плане источником щелочных магм могут быть глубоко погруженные слэбы океанической литосферы.

Условия застывания в магматических камерах и подводящих каналах определяют температуру, размеры и скорость подъема магм. Эти факторы контролируют процессы гибридизма и смешения магм, которые совсем не благоприятны для сохранения щелочных раритетов, особенно, - в случае весьма локальных кимберлитовых и лампроитовых тел.

Геодинамические контрасты состава флюидов (главным образом, водных в надсубдукционных зонах) определяют составы и объемы магматических камери возможности взаимодействий.

Стадии эволюции земной коры, литосферы и мантии создают условия метасоматических преобразований в мантии и последующего плавления с образованием щелочных и карбонатитовых проявлений [Kogarko et al., 2001].

Все эти факторы, несомненно, находятся в тесном взаимодействии. Они определяют бимодальность и разрывы в сериях щелочного и ультракалиевого вулканизма, их существование или отсутствие и картины частот распределения.

 

Литература:

Гущин А.В. Несубдукционные щелочные вулканиты океанов (геодинамическая позиция, петрогеохимические типы, ассоциации и эволюция) / Прикладная геохимия. Выпуск 7. Минералогия, геохимия и генетические типы месторождений. Книга 1. Минералогия и геохимия. Главные редакторы Э.К.Буренков, А.А.Кременецкий. / Сборник научных статей. - М.: ИМГРЭ, 2005 г., 360 с. С. 251-275.

Магматические горные породы. T. 3-5. Ред. О.А.Богатиков. 1985-1987. М.: Наука.

Kogarko L.N., Kurat G., Ntaflos T. Carbonate metasomatism of the oceanic mantle beneath Fernando de Noronha Island, Brasil // Contrib Mineral Petrol. 2001. Vol. 140. P. 577-587.

Peccerillo A. and Taylor S.R. Geochemistry of Eocene calc-alkaline rocks from Katsamonu area, Northern Turkey // Contrib. Miner. Petrol. 1976. Vol. 58, P, 63-82.