797

Муравьева Н.С.^*, Иванов А.В.^**.

 

Современные рифтовые зоны являются уникальным объектом для изучения мантийного магматизма. Классическая область проявления ультракалиевого магматизма – Западная ветвь Восточно-Африканской рифтовой зоны. В Западной (Танганьикской) зоне, протяженностью от озера Альберт до озера Танганьика, эффузивные породы слагают несколько провинций – Торо-Анколе, Вирунга, Ю.Киву, Рунгве. Встречающиеся там магматические породы обнаруживают максимальную степень обогащения щелочами и редкими некогерентными элементами. Самые молодые вулканиты северного окончания рифтовой зоны Торо-Анколе (10-12 млн. лет) изучены менее детально. В этой провинции встречаются ультракалиевые разновидности магматических пород камафугитового ряда: мафуриты, катунгиты, угандиты.

         Нами на основании состава вкрапленников и содержания в породах редких и петрогенных элементов получены новые данные по петрологии и геохимии, проливающие свет на происхождение ультракалиевых пород данного района. Исследованы образцы мафуритов, катунгитов и угандитов провинции Торо-Анколе (вулканическое поле Буньяругуру) и угандиты, лейцитовые базаниты и лейцититы вулканического поля Вирунга (вулкан Високе и Махавура), собранные во время полевых работ 1968-1969 гг. В.И. Герасимовским и А.И. Поляковым. Часть пород – ультракалиевые высокомагнезиальные камафугиты Буньяругуру – представляют собой неизмененные или слабо измененные мантийные выплавки, тогда как среди эффузивов вулкана вулканического поля Вирунга встречаются дифференцированные разности – мелалейцититы, лейцититы, лейцитовые базаниты. Такая выборка позволяет сравнить особенности магматизма двух соседних провинций, оценить роль процессов кристаллизации и сопоставить состав их мантийного источника. Содержания редких элементов определены методом ICPMS в Институте Земной коры СО РАН (рис. 1).

        Особенности исследованных пород в отношении петрогенных и редких элементов показаны на представительных вариационных диаграммах (рис. 2). Из графиков видно, что магматизм вулканических полей Вирунга и Буньярунгуру имеет различные источники (Zr – MgO и La/Yb – SiO₂), а также, что химизм пород в значительной степени обусловлен фракционированием оливина (корреляция NiO и MgO) и клинопироксена (корреляция CaO/Al₂O₃ и MgO). Интенсивность и тип процессов фракционной кристаллизации различаются для двух провинций. Если в вулканитах Торо-Анколе существенную роль играет фракционирование оливина, то в породах Вирунги в значительной степени проявлено клинопироксеновое фракционирование.

         Минеральный состав вкрапленников обычен для оливиновых мелалейцититов: оливины, клинопироксены, лейцит, титаномагнетит, хромшпинелид, перовскит, слюда. В основной массе присутствуют кальсилит, апатит. Породы несут следы интенсивной флюидной проработки. В минералах часто встречаются включения разных типов – флюидные, частично раскристаллизованные расплавные и кристаллические. Часть вкрапленников зональна. Отдельные вкрапленники корродированы и содержат стекло.

        В угандитах и катунгите был определен состав породообразующих минералов на микроанализаторе Cameca (ГЕОХИ РАН, аналитик В.Г. Сенин). Состав оливинов изменяется в интервале Fo₉₀ – Fo₇₁. Наиболее железистые составы относятся к включениям в клинопироксенах. Содержание NiO в высокомагнезиальных оливинах достигает 0.48 вес.%, что свидетельствует о глубинной кристаллизации вкрапленников, протекавшей в условиях верхней мантии. Некоторые зерна оливинов, имеющие остроугольную форму, возможно, являются дезинтегрированными нодулями. Состав шпинелидов, включенных в оливины, и фенокристов характеризуется низким содержанием глинозема и повышенным содержанием Fe₂O₃.Для равновесия «оливин-шпинель» оценена температура и парциальное давление кислорода.

        В оливинах и клинопироксенах встречается как «прямая», так и «обратная» зональность. Если прямая зональность (постепенное уменьшение магнезиальности краевых частей вкрапленников) объясняется традиционной кристаллизационной дифференциацией, то обратная зональность требует в каждом случае отдельного рассмотрения. Магнезиальность клинопироксенов в исследованных образцах изменяется от 0.9 до 0.4 Mg#. Включения клинопироксенов в клинопироксенах и ядра отдельных зерен зональных пироксенов в угандитах Торо-Анколе характеризуются повышенными концентрациями железа (до 17 вес.% FeO) и натрия (до 2.5 вес. % Na₂O), тогда как во внешней зоне содержания   FeO ~ 4 – 6 вес.% и Na₂O 0.4-0.7 %. Подобные клинопироксены описаны для щелочных базальтов различных провинций – Центральный Французский массив [4, 5], Западный Эйфель [2], Италии [1], Уганды [3].Очевидно, что кристаллизация ядер пироксенов, также как и кристаллических включений, проходила из расплавов, обогащенных железом, существенно отличающихся от состава породы в целом. Образование клинопироксенов такого состава связывают с процессами мантийного метасоматоза [4] и с высокобарной кристаллизацией щелочнобазальтовой магмы [2].

        Особый интерес представляют вкрапленники флогопит-биотита, поскольку этот минерал является основным концентратором калия при P-T параметрах верхней мантии, что существенно определяет специфику химизма магм данного района. Слюда в исследованных образцах образует как фенокристы – в лавах, так и мегакристы – в пористых образцах, претерпевших существенную дегазацию при быстром подъеме. Максимальное содержание Cr₂O₃ в флогопитах-мегакристах составляет 1.7 вес.%, а магнезиальность – 0.88 Mg#, что характерно для мантийных образований. Все мегакристы, в отличие от фенокристов, в значительной степени замещены оливином, лейцитом, клинопироксеном и титаномагнетитом. Разложение мегакристов слюды при декомпрессионном подъеме магм с выделением летучих может быть описано реакцией типа PhlogàOl + (+Cpx) + Lc + TiMt + H₂O.

        Результаты проведенного исследования свидетельствуют о том, что образование угандитов проходило в несколько этапов. Характер зональности вкрапленников и твердофазовых включений указывает на смешение различных порций расплава. Вероятно наличие, как минимум, двух резервуаров, расположенных на уровне литосферы и астеносферы. Наиболее реалистичным сценарием образования вулканических пород Торо-Анколе представляется модель, согласно которой расплавы низких степеней плавления «просачиваются» сквозь верхние горизонты. В процессе подъема они претерпевают кристаллизационную дифференциацию и либо затвердевают в мантии в виде жил, либо скапливаются в промежуточном очаге на границе литосферы – астеносферы. Позднее новые порции расплавов, образовавшиеся при больших степенях плавления мантии, при подъеме захватывают обломки этих жил (иногда вместе с расплавами) в виде включений, что можно наблюдать на примере зональных пироксенов провинции Торо-Анколе.

        Для вулканических пород провинции Вирунга, где дифференциаты щелочно-базальтовой магмы распространены более широко, для вулкана Високе нами проведена количественная оценка роли фракционной кристаллизации. При построении модели использовались данные по составу пород и минералов-вкрапленников. Расчеты фракционирования калиевой щелочной серии Восточно-Африканской рифтовой зоны “оливиновый мелалейцитит (угандит) – мелалейцитит – лейцитит” проводились с помощью баланса масс. Полученные результаты показали принципиальную возможность образования лейцититового остаточного расплава из исходного угандитового за счет фракционирования оливина, клинопироксена, лейцита и флогопита.

 

Литература

1. Barton M., Varekamp J.C., Bergen vM.J. Complex zoning of clinopyroxenes in the lavas of Vulsini, Latium, Italy: evidence for magma mixing // J. Volcan. Geotherm. Res.;1982, 14.P.361-388.

2. Duda A., Schminke H.-U. Polybaric differentiation of alkali basaltic magmas: evidence frome green-core clinopyroxenes (Eifel,FRG) // Contrib. Mineral. Petrol.; 1985, 91.P.340-353.

3. Lloyd F.E. Upper-mantle metasomatism beneath a continental rift: clinopyroxenes in alkaline mafic lavas and nodules from South-West Uganda // Mineral.Mag.;1981,44.P.315-323

4. Pilet S., Hemandez J., Villemant B. Evidence for high silic melt circulation and metasomatic events in the mantle beneath alkaline provinces: the Na-Fe-augitic green-core pyroxenes in the Tertiary alkaline basalts of the Cantal massif (French Massif Central) // Mineral.Petrol., 2002, 76. P.39-62.

5. Pilet S., Hemandez J., Bussy F., Sylvester P.J.  Short-term metasomatic control of Nb/Th rations in mantle sources of intraplate basalts // Geology; 2004 v.32, N2.P.113-116.

 

 

Подписи к рисункам.

 

Рис. 1. Содержание редких элементов в вулканических породах провинции Торо-Анколе (красные значки) и Вирунга (синие), нормированные к составу примитивной мантии.

 

Рис. 2. Вариационные диаграммы, иллюстрирующие соотношении петрогенных и редких элементов в исследованных породах. Ромбы – эффузивы Торо-Анколе, треугольники – эффузивы провинции Вирунга.