Геолого-петрографический материал, новейшие экспериментальные исследования, геохимическое изучение базальтов позволяют ответить на ряд вопросов петрологии основных пород. Этими вопросами являются причины и направленность дифференциации базальтовых магм, состав кристаллического вещества, являющегося исходным материалом для базальтов, а также место их образования. Рассмотрим следующие вулканические ассоциации: 1) щелочных оливиновых базальтов, широко распространенная на континентах и в океанических бассейнах; 2) толеитовых базальтов – кварцевых диабазов, развивающаяся а неорогенных континентальных условиях, однако известная также и на океанических островах; 3) лейцитовых базальтов – калиевых трахибазальтов негеосинклинальных континентальных регионов; 4) спилито-кератофировая ассоциация геосинклиналей; 5) базальтов, андезитов и риолитов, характерная для орогенных поясов. Большинство природных ассоциаций соответствует тому или иному из этих типов, некоторые же являются переходными между ними. Скорее всего, тип образующегося базальта определяется глубиной генерации. Дело в том, что глубокофокусные землетрясения обусловлены подъемом еще не расплавленного вещества мантии (пиролита), которое плавится на более высоких горизонтах и создает магму. Решающим моментом является глубина, на которой происходит отделение расплава и его последующая дифференциация.
1. Если глубина отделения магматического расплава составляет 35-60 км (давление 12-18 кбар), то в равновесии с расплавом будут существовать энстатит и клинопироксен. Эти минералы содержат много Al2O3 и SiO2 и, следовательно, остаточный расплав будет относительно обогащен щелочными металлами и соответствовать щелочному оливиновому базальту.
2. При глубине отделения магматического расплава от 15 до 35 км (давление ~ 9 кбар) в равновесии с расплавом находится оливин и слабо глиноземистый пироксен, а сам расплав соответственно обогащен Al2O3. Эти расплавы могут подниматься к поверхности и формировать высокоглиноземистые разновидности. При дифференциации в условиях небольших глубин из них могут образоваться псевдостратифицированные интрузии.
3. При глубине отделения магмы 0-15 км кристаллическим остатком, образующимся в процессе кристаллизационной дифференциации (гравитации), является оливинит, а остаточный расплав имеет состав толеитового базальта или кварцевого толеитового базальта.
Возникновение очагов базальтовой магмы предполагает их дальнейшую дифференциацию, ход которой обусловлен следующими процессами: а) фракционирование твердых фаз в связи с температурным режимом (температурный интервал кристаллизации оливина, ромбического и моноклинного пироксенов и плагиоклаза составляет 250-270 ºС, что может обусловить накопление кристаллов, выпадающих из расплава); б) фракционная кристаллизация основной магмы на глубине может осуществляться вследствие ритмичного изменения давления водяного пара, и при одном и том же составе могут возникать при высоком давлении прослои пироксенитов, а при низком – анортозитов; в) различная роль летучих компонентов в еще не начавшем кристаллизацию базальтовом очаге может привести к особому типу дифференциации с обогащением апикальных частей летучими компонентами и кремнеземом. Когда при благоприятных тектонических условиях из такого резервуара будут подаваться отдельные порции магмы, то первые из них образуют породы, несколько более кислые. Они обычно более полно раскристаллизованы по сравнению с последующими порциями. Последние порции магмы вследствие низкого содержания летучих компонентов будут слабее проникать в вышележащие горизонты. Кроме того, они будут иметь наиболее основной состав (например, трапповая формация Сибири). Учитывая, что активность вулканической деятельности зависит от количества водяного пара, растворенного в магме, можно объяснить более основной состав и обеднение летучими компонентами поздних эффузивных образований по сравнению с начальными в едином вулканическом цикле.
Лекция 12. СРЕДНЕКРЕМНЕКИСЛЫЕ ПОРОДЫ ИЗВЕСТКОВО-ЩЕЛОЧНОГО РЯДА (ГРУППА ДИОРИТОВ-АНДЕЗИТОВ)
Магматические породы этой группы, так же как и основные, представлены главным образом эффузивными разностями – андезитами и андезитовыми порфиритами (23% массы магматических пород). Интрузивные породы – диориты встречаются сравнительно редко (1,8% от общей массы магматических пород). По содержанию SiO2 (53-65%) породы этой группы являются средними. Они, как правило, насыщены кремнеземом. А иногда бывают пересыщены и содержат кварц. Содержание кальция, железа и магния несколько меньше, а щелочных металлов больше, чем в породах группы габбро-базальтов: CaO – 8,0-8,5%; Fe2O3+FeO – 9,0-10,0%; MgO – 4,5-6,0%; Na2O - ~3,5%; K2O – до 1,5%. Геологически и петрографически породы группы диоритов-андезитов тесно связаны с породами групп габбро-базальтов, гранитов-риолитов и сиенитов-трахитов.