В. Г. Степанец

г. Вильгельмсхафен, Германия

wladimir@stepanez.de

 

 

Определение основных условий генерации магмы над зонами субдукции, несмотря на длительную историю изучения фанерозойского вулканизма островодужных систем и активных окраин континентов, все еще остается в значительной мере дискуссионным.

С позиций тектоники плит плавление мантийного вещества над зоной субдукции происходит при взаимодействии его с водосодержащими флюидами. Сегодня существуют две основные точки зрения на состав и природу водного флюида. Представители первого направления, наиболее многочисленные на сегодняшний день, полагают, что основным источником водного флюида является дегидратация водосодержащих минералов субдукцированной плиты [3, 6 и др.]. Сторонники другой точки зрения утверждают, что обогащение хлором, обнаруженное в расплавных включениях вулканитов островодужных систем, слишком велико, чтобы быть объясненным исключительно присутствием его в минералах океанической плиты. Это дало основание утверждать, что источником хлора является морская вода, обогащенная галогенами, поставляемая смежной зоной субдукции [7, 9].

Анализ уровня накопления MgO, Na, Sc, Co, Cr, Ni, Cl и отношения их содержаний в фанерозойских вулканитах островодужных систем свидетельствует, что примитивные вулканиты (ПВ, >6 % MgO) содержат высокие концентрации Sc, Co, Cr, Ni и низкие концентрации Cl < 0.09 %, а дифференцированные вулканиты (ДВ, <6 % MgO) содержат крайне высокие концентрации Cl > 0.1% и низкие концентрации Sc, Co, Cr и Ni.

Эту закономерность распределения в вулканитах элементов группы железа (Ni, Co, Cr, V, Sc) и MgO можно объяснить с позиции хлорирования расплавов магматических очагов, формирующихся в процессе флюидно-магматической дифференциации астеносферного мантийного диапира над зоной субдукции [9].

Основные постулаты предлагаемой модели хлорирования астеносферной мантии. Известно, что морская вода характеризуется постоянством солевого состава на протяжении всего фанерозоя. Этот вывод обоснован тем, что биологические виды палеозоя и мезозоя более или менее сходны с современными видами. В открытых частях современных океанов морская вода в среднем содержит до 35 ⁰/₀₀ солей, в которых основную массу составляют ионы (⁰/₀₀): Cl^– (18.978), Na⁺ (10.5561), а также SO₄^2- (2.6486), Mg²⁺ (1.272), Ca²⁺ (0.4001), K⁺ (0.3800), F^– (0,0013), Sr²⁺ (0.0133).

Верхняя часть океанической коры состоит из пелагических осадков и гидратизированных базальтов. Обе составляющие океанической коры содержат морскую воду, которая при субдукции поступает в мантию и участвует в магматических и метаморфических процессах. Об этом свидетельствуют высокие концентрации Cl в расплавных включениях фанерозойских вулканогенных и плутонических пород, а также во флюидных включениях минералов различных типов гидротермальных рудных месторождений [7 и др.]. Это дает основание заключить, что солевым составом морской воды океанов может быть обусловлен состав флюида, образующегося в процессе сепарации морской воды, отделяющейся от погружающихся в зону субдукции пелагических осадков и гидратизированных базальтов. Подтверждением поступления морской воды в магматические камеры, генерирующие над зоной субдукции, являются также концентрации органического азота в вулканических парах, величина δ¹⁸О, повышенные концентрации благородных газов и изотопа ¹⁰Be в расплавных включениях островодужных вулканитов [3, 4].

Источником солевого галогенного флюида может служить и собственно морская вода, которая, учитывая высокое давление водного столба океанов, может поступать в мантию под рифты океанических островов. При таких условиях дифференцированные вулканиты характеризуются низкими концентрациями бария. Тогда как образование магм дифференцированных вулканитов, генерирующих над зоной субдукции, обусловлено контаминацией мантийного вещества океаническими осадками, обогащенных барием.

Магматические процессы, протекающие над зонами субдукции, имеют резко выраженную хлоридную специализацию. Хлор обладает высокой химической активностью: увеличивает скорость прохождения химических реакций, снижает температуру плавления и кипения образованных хлоридов, определяет распределение элементов в водогазовых смесях и магматическом расплаве.

Различие температур плавления и кристаллизации элементных фаз дает основание предположить, что в процессе хлорирования происходит ликвация астеносферной мантии над зоной субдукции, при этом образуются легкоплавкие кислые, средние, основные магмы и тугоплавкая хромшпинелевая ультраосновная магма.

Постоянный вынос из магматического расплава Mg и элементов группы железа способствует образованию дифференцированных вулканитов и одновременному увеличению объема оливиновой и хрошпинелевой фаз в ультраосновном расплаве [9].

Этот процесс можно сопоставить с сегрегацией или ликвацией в металлургии, хлорированием труднообогатимых руд цветных (Ti, Co, Cu, Ni и др.) и благородных (Pt, Ir, Os, Rh, Pd) металлов, образующих летучие хлориды. Метод хлорирования расплавов широко используется в отечественной металлургии [1] и давно известен металлургам-технологам [2].

Концентрации MgO, Na₂O, Ni, Cr, Co, V, Sc в магматических породах надсубдукционных комплексов лимитируются уровнем насыщения магматического расплава хлором. Доказательствами геохимической взаимосвязи между галогенами, петрогенными окислами и элементами группы железа являются отношения Cl-MgO; F-MgO; Cl-Cr и Cl-Ni, которые характеризуются отрицательными трендами; отношения Cl-K₂O, Cl-Na₂O; Cr-, Ni-, Co-, Sc-MgO, которые коррелируют положительно. Распределение Co, Sc, Cr, Ni и MgO относительно хлора в расплавных включениях и матриксах вулканитов подчиняется хлоритовому закону: чем выше концентрации Cl, тем ниже уровень обогащения вулканических пород Co, Sc, Cr, Ni и MgO.

Главными особенностями составов шпинелидов кумулятивных перидотитов, ассоциирующих с дифференцированными вулканитами, являются низкие содержания Ti, Fe и высокие концентрации Mg при широких вариациях содержаний Cr, Al. Такая геохимическая специализация рудных хромитов перидотитов, ассоциирующих с дифференцированными вулканитами (с поздними производными феннеровского типа дифференциации), может свидетельствовать о том, что высокие концентрации хлора способствуют стабилизации ферришпинелевой фазы, обогащению Na и выносу Mg, Cr, Ni, Sc из базальтового расплава и одновременному увеличению объема оливиновой и хромшпинелевой фаз в ультраосновном расплаве. Установленная генетическая взаимосвязь между низкими концентрациями Mg, Cr в базальтах и присутствием высокомагнезиальных хромитовых залежей в ассоциирующих с ними рестит-кумулятивных дунитах мафит-ультрамафитов офиолитов может служить надежным критерием поисков скрытых месторождений хромитов в структурах фанерозойских спрединговых задуговых бассейнов.

Следовательно, распределение элементов группы железа в магматических расплавах объясняется с позиции хлорирования расплавов магматических очагов, формирующихся в процессе плавления астеносферного мантийного диапира над зоной субдукции, а не примитивным повторным плавлением астеносферной мантии, вызывающим обширную кристаллизацию мафических фаз [8].

 

Литература