Olivine megacrysts in alkali-basaltoid dikes of the Western Sangilen, Southeastern Tuva

全文:

ВВЕДЕНИЕ

Крупные одиночные кристаллы или мегакристы обнаружены во многих щелочных базальтах кайнозойских вулканических провинций. Большая часть из них представлена клинопироксеном, амфиболом, шпинелью, флогопитом. Оливины, гранаты, цирконы встречаются редко. Большинством исследователей мегакристы рассматриваются как ранние фазы, кристаллизовавшиеся из щелочных базальтовых расплавов при высоком давлении в глубинных очагах [1–4], или как ксенокристаллы, являющиеся фрагментами дезинтегрированных мантийных и коровых пород [5–7]. Мегакристы могут быть продуктами глубинной кристаллизации щёлочносалических расплавов, возникающих в коре под воздействием базитовых магм [8]. Каков бы ни был их генезис, мегакристы являются ценным источником информации о процессах, происходящих в глубинных магматических очагах.

В данной работе представлены результаты исследований мегакристов ордовикских щёлочнобазальтоидных (камптонитовых) даек агардагского комплекса Западного Сангилена, Юго-Восточной Тувы. Дайки описаны в ряде работ [9–14], однако мегакристам в них уделяется небольшое внимание.

Мегакристы в камптонитах, которые также выносят мантийные и коровые ксенолиты [15], представлена в основном клинопироксеном, амфиболом, флогопитом. Нами в одной из даек обнаружены мегакристы оливина (до 4 см). Крупные одиночные кристаллы (мегакристы) оливина описаны только в одном месте – в кайнозойских щелочных базальтах плато Дариганга в Монголии [16]. Появление мегакристов оливина имеет важное значение для петрогенетических построений. Нами были исследованы мегакристы оливина и клинопироксена, и их сростки с целью определения их генезиса и оценки параметров кристаллизации щёлочнобазальтоидных расплавов в промежуточных камерах, расположенных на разных уровнях литосферной мантии. Ранее по ксенолитам габброидов из камптонитовых даек были проведены оценки глубины промежуточных базитовых камер и мощности земной коры для Западного Сангилена на ордовикское время [15]. Для мегакристов такие оценки проведены впервые.

Исследование химического состава минералов проводилось методом электронной микроскопии в ЦКП Многоэлементных и изотопных исследований СО РАН на растровом сканирующем электронном микроскопе с ЭДС-системой химического анализа TESCAN MIRA 3LMU в обратно-рассеянных электронах с использованием программного обеспечения INCA. Минералы анализировались как в непокрытом полированном шлифе породы, так и в выборках зёрен (оливин), монтированных в эпоксидные шайбы.

ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПОЛОЖЕНИЕ И СОСТАВ ДАЕК АГАРДАГСКОГО КОМПЛЕКСА

Дайки агардагского комплекса проявлены на северо-западной окраине Западного Сангилена, где располагаются в виде пояса субширотного простирания. Протяжённость некоторых даек превышает 1 км, при мощности 2–4 метра. Дайки прорывают терригенно-карбонатные породы моренского метаморфического комплекса, кембрийские вулканогенно-осадочные породы, Правотарлашкинский габброидный и Башкымугурский габбро-монцодиоритовый массивы, а также ордовикские гранитоиды (рис. 1). Ar–Ar-датирование по фенокристаллам биотита и амфибола показало позднеордовикский возраст даек агардагского комплекса 446 млн лет [13]. Закартировано более 30 даек, которые варьируют по составу и по набору включений, при этом встречаются как простые, так и сложные комбинированные дайки, в которых в качестве второй фазы выступают лейкократовые породы сиенитового состава. Некоторые дайки насыщены мантийными и коровыми ксенолитами, что указывает на быстрый подъём и остывание расплава при их формировании. В них же отмечаются мегакристы оливина, клинопироксена, флогопита и амфибола.

 

Рис. 1. Схема расположения камптонитовых даек агардагского комплекса Западного Сангилена (Юго-Восточная Тува) по [15]. 1 – докембрийские метаморфизованные терригенно-карбонатные породы моренского комплекса; 2 ‒ кембрийские вулканогенно-осадочные породы; 3 – гипербазиты; 4 – габброиды Правотарлашкинского и Башкымугурского массивов; 5 ‒ монцодиориты Башкымугурского массива; 6 ‒ ордовикские гранитоиды; 7 ‒ дайки камптонитов агардагского комплекса, крупной звездой показана дайка с мегакристами оливина; 8 ‒ разломы.

 

Дайки камптонитов сложены тёмно-серыми тонко-мелкозернистыми породами, в которых иногда встречаются лейкократовые обособления, образованные салическими минералами. В качестве вкрапленников в камтонитах присутствуют клинопироксен (титанавгит), биотит, реже оливин и амфибол (керсутит). Основная масса сложена клинопироксеном, амфиболом и биотитом, и ксеноморфными сильно изменёнными салическими минералами (нефелин, плагиоклаз, калиевый полевой шпат). По своим петрографическим особенностям дайки относятся к камптонитам, хотя в минералогическом составе наблюдаются вариации – в части даек во вкрапленниках и в основной массе присутствует амфибол (керсутит), а часть даек не содержит амфибола ни во вкрапленниках, ни в основной массе. По химическому составу камптониты близки к щелочным базальтам с высоким содержанием титана, фосфора и щелочей, особенно, калия [17]. Устанавливается обогащённость камптонитов лёгкими REE, при пологом распределении тяжёлых REE. Высокие содержания Sr, LILE (Ba, K, U, Th) и HFSE (Zr, Nb и Ta) позволяют относить их к плюмовому щёлочнобазальтоидному типу [17].

СОСТАВ ОЛИВИНОВ И КЛИНОПИРОКСЕНОВ

Оливин присутствует в камптонитах как в виде мегакристов, так и вкрапленников, в основной массе оливин не наблюдается. Мегакристы оливина обнаружены только в дайке 5Н, имеющей самое высокое содержание MgO (до 16.4 мас. %). Они представляют собой кристаллы размером от 1 до 4 см, сохраняющие кристаллографическую форму (рис. 2).

 

Рис. 2. Фотография мегакриста оливина (Ол) в камптоните (дайка 5Н). Размер кристалла 3.5 см в длину, они имеет чёткую кристаллографическую огранку.

 

Мегакристы оливина имеют тонкую оторочку, состоящую из минералов основной массы камптонитов. Они однородны по химическому составу и, в отличии от вкрапленников оливина, не имеют зональности. Магнезиальность (Mg#) мегакристов оливина находится в узком интервале от 81 до 83 ат. %, содержание никеля составляет 0.24–0.37 мас. %, содержание CaO – 0.2–0.3 мас. % (рис. 3, табл. 1).

 

Рис. 3. Состав оливинов из даек агардагского комплекса: 1 – мегакристы; 2 – ядра вкрапленников оливина в камптонитах; 3 – краевые части вкрапленников оливина в камптонитах; 4 – сростки мегакристов клинопироксена и оливина; 5 – ксенокристаллы оливина; 6 – оливин из ксенолитов лерцолитов, выносимых дайками камптонитов; 7‒8 – оливины из габброидов : 7 ‒ Правотарлашкинского массива, 8 – Башкымугурского массива. Mg# = Mg*100/ (Mg+Fe), ат. %.

 

Таблица 1. Представительные анализы (мас. %) оливинов из щелочнобазальтоидных даек Западного Сангилена

	SiO2	FeO	MnO	MgO	CaO	NiO	Сумма	Mg#
Мегакристы
5Н-2	39.8	15.31	0.22	43.82	0.17	0.31	99.7	83
5Н-5	39.2	16.02	0.19	44.13	0.25	0.37	100.1	83
5Н-6	40.0	16.99	0.28	42.07	0.25	0.29	99.9	81
5Н-7	39.2	16.12	0.27	43.99	0.24	0.24	100.1	82
Сростки с мегакристами клинопироксена
5Н-6	40.5	13.69	0.23	46.03	0.18	0.3	100.6	86
5Н-11	39.2	17.37	0.22	41.34	0.27	0.3	98.2	81
5Н-14	39.4	16.22	0.21	43.71	0.29	0.36	100.2	83
Вкрапленники
5H-5	40.4	13.48	0.19	44.48	0.34	0.28	98.9	85
5Н-2	39.3	18.02	0.35	42.07	0.31	0.26	100.0	81
3H-1	39.2	16.04	0.23	43.3	0.31	0.37	99.5	83
Оливины из ксенолитов лерцолитов
5H-7	40.5	8.79	0.18	49.15	0.13	0.47	99.1	91
5H-13	40.3	9.06	0.15	50.35	0.13	0.52	100.2	91
Оливины из габброидных интрузивов
Е7/16	38.1	21.19	0.30	39.66	0.01	0.06	99.3	77
ПТ1	37.2	25.51	0.42	35.77	0.01	0.02	99.0	71

Примечание: Mg# = Mg*100/(Mg+Fe), ат. %.

 

Состав мегакристов оливина отличается от оливинов из ксенолитов лерцолитов и ксенокристаллов, а также от оливинов из габброидных интрузивов, расположенных в районе распространения камптонитовых даек. Оливины из лерцолитов более магнезиальные Mg# 88–91 ат. % и содержит больше NiO (0.4–0.57 мас. %), а содержание CaO наоборот ниже. Оливины из габброидных интрузивов менее магнезиальные Mg# 67–77 ат. % и практически не содержат NiO и CaO (рис. 3, табл. 1). По составу мегакристы оливина попадают в интервал составов оливинов из вкрапленников Mg# 80–85, NiO (0.19–0.37 мас. %) и CaO (0.13–0.36 мас. %) (рис. 3, табл. 1). В краевых частях вкрапленников магнезиальность уменьшается до 76 ат.%, что коррелирует с уменьшением NiO (рис. 3).

В отдельных случаях обнаружены сростки мегакристов клинопироксена и оливина, что свидетельствует об их совместной кристаллизации. Магнезиальность оливинов из этих сростков изменяется в более широких пределах от 80 до 85.8 ат. %, но в целом попадает в поле одиночных мегакристов оливина (рис. 3).

Мегакристы клинопироксена представляют собой крупные кристаллы чёрного цвета размером от 1 до 6 см. Они имеют зональное строение. Внутренние ядерные части по составу отвечают высокоглинозёмистому авгиту, сами ядра в шлифах незональные, бесцветные. Магнезиальность в ядрах разных кристаллов варьирует от 83 до 72 ат. %. Для ядер характерны высокие содержания Al₂O₃ 8.6–10 мас. %, TiO₂ (1–2 мас. %) и Na₂O (1.5–2 мас. %), которые возрастают по мере уменьшения магнезиальности. Содержание хрома во всех ядрах крайне низкое. Тонкие краевые зоны мегакристов клинопирокена имеют розовую окраску, ещё больше обогащены титаном (до 4 мас. %) и по составу отвечают клинопироксенам из основной массы камптонитов. Клинопирокены из сростков с оливином попадают в поле составов мегакристов, хотя некоторые образцы имеют большую магнезиальность, коррелирующую с магнезиальностью оливина (Mg# 79–85, Al₂O₃ 7–9.5 мас. %, TiO₂ 1–1.8 мас. %) (табл. 2). От клинопироксенов из ксенолитов лерцолитов и пироксенитов (Mg# 89–91), вынесенных теми же камптонитами, они отличаются меньшим Mg#, большими содержаниями TiO₂ и меньшими Cr₂O₃. Клинопироксены из габброидных ксенолитов и габброидных массивов в отличие от клинопироксенов из камптонитов содержат меньше TiO₂, Al₂O₃ и Na₂O.

 

Таблица 2. Представительные анализы (мас. %) клинопироксенов из щелочнобазальтоидных даек Западного Сангилена

	SiO2	TiO2	Al2O3	MnO	FeO	MgO	CaO	Na2O	Cr2O3	Сумма	Mg#	P, кбар	T,°C
Мегакристы
5H-2	48.8	1.38	8.48	0.23	6.41	13.5	19.5	1.35	0.3	99.9	79	11.7	1190
5H-1	48.5	1.63	8.35	0.25	5.09	14.4	18.8	1.71	0.23	98.9	83	13.1	1109
5H-4	46.8	2.17	10.0	0.15	6.96	12.6	20.3	1.01	0.21	100	76	10.3	1159
5H-7	48.9	1.42	8.6	0.22	6.41	12.8	20.5	1.17	0.28	100	78	11.2	1050
5H-6	46.6	2.17	9.4	0.18	6.74	12.7	21.3	0.96	0.25	100	77	9.3	1127
Сростки с мегакристами оливина
5H-8	49.9	1.02	7.31	0.15	4.61	14.8	19.1	1.37	0.48	98.7	85	12.3	1193
5H-3	50.4	0.93	7.14	0.18	4.4	14.4	19.1	1.25	0.56	98.4	84	12.7	1200
5H-9	48.5	1.02	7.92	0.23	4.61	15.7	20.0	1.44	0.72	100	85	11.2	1164
3H-9	47.4	1.7	9.58	0.19	5.98	13.1	20.0	0.98	0.39	99.3	79	11.1	1155
3H-4	47.9	1.78	8.12	0.14	5.65	13.2	21.5	0.93	0.45	99.7	81	10.0	1091
3H-1	49.1	1.27	7.03	0.26	5.81	14.8	19.9	0.86	0.3	99.3	82	10.1	1177

Примечание: Mg# = Mg*100/(Mg+Fe), ат. %, расчет температуры и давления по [18, 19].

 

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Находка хорошо огранённых крупных кристаллов оливина в щелочных базальтах ордовикского возраста является уникальной. Редкость появления мегакристов оливина может быть связана с тем, что их кристаллизация происходит либо при высокой магнезиальности родоначальной щёлочнобазальтоидной магмы, либо при умеренном давлении в промежуточной камере, поскольку при высоком давлении при кристаллизации котектика оливина с клинопироксеном сменяется котектикой клинопироксена с гранатом. Мегакристы граната не обнаружены в ордовикских камптонитовых дайках, однако в кайнозойских щелочных базальтах различных регионов (Монголия, Вьетнам), они встречаются в ассоциации с клинопироксеном, но без оливина [8, 16]. Для них были установлены давления образования 14–17 кбар (рис. 4 б) [8]. Можно предположить, что кристаллизация мегакристов оливина и клинопироксена из камптонитовых даек происходила при меньших давлениях.

Близость по составу мегакристов оливина и клинопироксена и их сростков к минералам вкрапленников камптонитов, позволяет предполагать, что их образование происходило из щёлочнобазальтоидного расплава в глубинных условиях. Оценки температур и давления кристаллизации были проведены с помощью клинопироксенового геобарометра [18] и геотермометра [19]. Значения рассчитанных температур колеблются в интервале 1050–1190°С для мегакристов клинопироксена и 1090–1200°С для сростков клинопироксена и оливина (рис. 4 а). Определенные таким образом давления составляют 9–13 кбар для мегакристов и 10–12.7 кбар для клинопироксенов в сростках с оливином, что ниже, чем для мегакристов из кайнозойских щелочных базальтов различных регионов (рис. 4 б) [10]. Полученные значения соответствуют глубинам 30–43 км.

 

Рис. 4. (а) Результаты термобарометрических расчетов по [18, 19]: 1 – для мегакристов клинопироксена, 2 – для сростков клинопироксена и оливина; 3 – для габброидных ксенолитов из даек агардагского комплекса по [15], 4 – экспериментальные данные по [20]. (б) Давления образования и состав клинопироксенов мегакристовой ассоциации щелочных базальтоидов различных регионов: 1‒2 – из камптонитов агардагского комплекса: 1 – мегакристы, 2 – сростки с оливином; 3 – Монголия; 4 – Вьетнам; 5 – Киргизия.

 

Оливины состава близкого к мегакристам оливина были получены в опытах по плавлению и кристаллизации природного муджиерита [20]. При содержаниях 2 и 5% H₂O в расплаве фиксируется близликвидусный оливин в интервалах температур 1000–1100°С и давлений 9–13 кбар (рис. 4 а). При этом в качестве сосуществующих фаз отмечены слюда, амфибол и клинопироксен. Эти данные не противоречат данным по температурам и давлению, оцененным по сросткам оливина и клинопироксена.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, проведённые исследования показали, что мегакристы оливина в камптонитовых дайках Западного Сангилена являются ранней ликвидусной фазой. Их состав близок к составу вкрапленников оливина. Наличие мегакристов клинопироксена со сростками оливина позволило оценить глубину становления промежуточной магматической камеры, в которой происходило формирование мегакристовой ассоциации, 34–43 км (10–13 кбар), что отвечает глубинам границы коры и литосферной мантии (МОХО) для Западного Сангилена, установленным ранее по габброидным и мантийным ксенолитам [15].

В отличие от мегакристов из камптонитов Западного Сангилена, мегакристы клинопироксенов, исследованные в других регионах в кайнозойских щелочных базальтоидах, образовались в более глубинных условиях (47–58 км), и также фиксируют границу МОХО [10, 16]. Этот факт позволяет предположить, что увеличение мощности земной коры не способствует формированию мегакристов оливина при глубинной кристаллизации щелочных базальтов. Этим можно объяснить редкость их обнаружения.

ИСТОЧНИК ФИНАНСИРОВАНИЯ

Работа выполнена при поддержке Российского Научного Фонда проект № 23-27-00224.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ.

Авторы утверждают отсутствие у них конфликта интересов.

作者简介

A. Izokh

Sobolev Institute of Geology and Mineralogy Siberian Branch Russian Academy of Sciences

编辑信件的主要联系方式.
Email: izokh@igm.nsc.ru
俄罗斯联邦, Novosibirsk

V. Egorova

Sobolev Institute of Geology and Mineralogy Siberian Branch Russian Academy of Sciences

Email: izokh@igm.nsc.ru
俄罗斯联邦, Novosibirsk

R. Shelepaev

Sobolev Institute of Geology and Mineralogy Siberian Branch Russian Academy of Sciences

Email: izokh@igm.nsc.ru
俄罗斯联邦, Novosibirsk

Ya. Shelepov

Sobolev Institute of Geology and Mineralogy Siberian Branch Russian Academy of Sciences

Email: izokh@igm.nsc.ru
俄罗斯联邦, Novosibirsk

参考

补充文件