Контаминация кислых коровых магм более основными горными породами

При внедрении гранитных массивов во вмещающие породы повышенной основности, например, в более древние габброиды или базальты, последние попадают в кислый расплав в виде об­ломков. Кислые магмы не обладают достаточным запасом тепла, чтобы расплавить эти обломки, но могут вступать с ними в химиче­ское взаимодействие и частично растворять чужеродный материал. В ходе этого процесса базитовые ксенолиты постепенно теряют резкие контуры, пропитываются кислым расплавом и в конечном итоге превращаются в пятна и шлиры, обогащенные цветными ми-

8. Магматические породы гибридного происхождения

нералами и более основным плагиоклазом (теневые ксенолиты). Растворение базитового материала приводит к общему увеличе­нию основности магмы, и в зонах эндоконтактов граниты могут сменяться адамеллитами, гранодиоритами и кварцевыми диори­тами. Объем таких гибридных пород невелик, и они распростране­ны локально. В большинстве случаев гранитоиды повышенной ос­новности не являются продуктами местного гибридизма, а представляют собой либо обособленные интрузивные тела, связан­ные с более глубокими магматическими источниками, либо внеш­ние зоны дифференцированных плутонов.

Наряду с локальным гибридизмом в эндоконтактовых зонах гранитоидных массивов широко развиты процессы приконтактовой лейкократизации, которая сводится к обогащению апикальных ча­стей интрузивных тел остаточным кремнекислым расплавом и скоп­лению здесь водных растворов, отделившихся от магмы. В резуль­тате воздействия этих растворов на затвердевшие породы в субсолидусных условиях возникают кварц-калишпатовые и дру­гие метасоматические минеральные агрегаты.

8.4. Контаминация умеренноглиноземистых кислых магм Р- и I-типов высокоглиноземистыми метаосадочными

Породами

Если умеренноглиноземистые кислые магмы, образованные в нижней части континентальной земной коры и имеющие на­чальную температуру 900-1000 °С, в процессе подъема приходят в соприкосновение с метаосадочными толщами, богатыми глино­земом, то в результате смешения степень насыщения расплава А1₂0₃ может возрасти, и он превратится из диопсиднормативного в корунднормативный. Контаминация расплава углистым вещест­вом (графитом) из метаосадочных пород может привести к подав­лению кристаллизации магнетита, и из расплава начнет выделять­ся только ильменит. В конечном итоге продукты кристаллизации кислой магмы приобретут признаки, свойственные высокоглино­земистым S-гранитам. Отличить такие гибридные породы от тех, которые возникли при частичном плавлении высокоглиноземис­того источника, непросто.

Часть III. Магматические горные породы (петрология)

8.5. Смешение мантийных и коровых магм

Магматические очаги в верхней мантии и континентальной земной коре, как правило, возникают одновременно или почти од­новременно и в течение определенного времени сосуществуют друг с другом. Вследствие этого появляется возможность смешения ман­тийных и коровых магм, которое начинается непосредственно в ко-ровых магматических очагах, возникающих под тепловым воздей­ствием мантийных магматических масс. Процесс одновременного зарождения магм разного состава называют синтексисом.

На более высоких гипсометрических уровнях распространенным механизмом смешения является проникновение базальтовых или пикритовых магм мантийного происхождения в магматические ка­меры, которые заполнены жидкими или не полностью затвердевши­ми кислыми магмами, образованными в коре. Возможны и обрат­ные соотношения, когда кислые магмы, возникшие в нижней части коры, проникают в промежуточные камеры, заполненные диффе-ренциатами и кумулатами мантийных магм и расположенные на бо­лее высоком гипсометрическом уровне. Подобные процессы иг­рают ведущую роль в формировании гибридных магматических пород среднего состава: андезитов, андезидацитов и их интрузивных аналогов. Часто смешение магм происходит в процессе их подъема по одним и тем же каналам, что подтверждается геологическим строением некков и даек.

8.5.1. Признаки смешения магм

Многократно описаны текстурные, минералогические и гео­химические признаки смешения магм. Следы этого процесса сохра­няются в текстурном рисунке магматических пород в тех случаях, когда гибридный расплав затвердевает, не достигнув полной гомо­генизации. Например, часто встречаются зональные дайки, состо­ящие из базитовых краевых зон и кислого ядра. При внедрении по­добных даек кислый и основной расплавы поднимались одновременно по одному трещинному каналу, но базитовые крае­вые зоны затвердели раньше, чем внутренняя часть, заполненная бо­лее низкотемпературным кислым расплавом. В гибридных вулка­нических породах нередко сохраняются закаленные текстуры эмульсионного вида, отражающие различные стадии смешения

8. Магматические породы гибридного происхождения

магм: полосы, линзы, шлиры, включения разного состава. Подоб­ные текстуры можно наблюдать и в интрузивных телах.

Рис. 8.1. Меланократовые включения в лей-кократовых кислых породах, возникшие в процессе смешения основных и кислых магм

Особенно характерны меланократовые кристаллические вклю­чения, которые в изобилии встречаются в гибридных извержен­ных породах среднего состава. Для маловодных андезитов и анде-зидацитов типичны плагиоклаз-пироксеновые включения, иногда содержащие оливин. Включения в интрузивных породах всегда в той или иной степени перекристаллизованы и обычно представлены диоритами, которые обогащены игольчатым амфиболом и крупноче­шуйчатым биотитом. Размер включений варь­ирует от нескольких миллиметров до десят­ков сантиметров в попе­речнике. Включения имеют округлую или не­правильную амебооб-разную форму (рис. 8.1). Иногда вдоль контакта таких включений с внутренней стороны видна тонкозернистая за­каленная кайма. Появление меланократовых включений обуслов­лено тем, что базитовый расплав, имеющий температуру солидуса 1200—1100 °С, попадая в менее нагретую кислую магму (Т≤ 900-1000 °С), начинает затвердевать, и струи базитового распла­ва распадаются на отдельные изолированные включения, которые кристаллизуются раньше, чем окружающая кислая магма. Механизм этого процесса в принципе сходен с образованием шаровых лав при попадании магматического расплава в водонасыщенные илы во время подводных вулканических извержений.

В некоторых интрузивных массивах можно видеть так называ­емые синконсолидационные (синплутонические) базитовые дайки, которые были внедрены в граниты или сиениты до полного их за­твердевания. Нередко такие дайки распадаются по восстанию или простиранию на скопления округлых включений, которые посте­пенно растворяются в окружающем магматическом материале. Со­отношения синплутонических даек с вмещающими интрузивными

Часть III. Магматические горные породы (петрология)

породами служат наглядной иллюстрацией начальной стадии сме­шения магм.

При внедрении относительно большого объема базитов в коро-вые кварц-полевошпатовые породы последние могут испытывать частичное плавление. Этот процесс,, который называют контак­товым анатексисом, часто приводит к появлению гибридных пород с характерной сетчатой текстурой, когда светлый эвтектоидный кислый расплав проникает в ранее затвердевшие базиты по систе­ме ветвящихся прожилков и образует в них линзообразные обо­собления.

Минералогические признаки смешения магм особенно харак­терны для гибридных вулканических пород, в которых сохраняют­ся неравновесные сочетания вкрапленников, первоначально выде­лившихся из расплавов разного состава. Так, в андезибазальтах, андезитах и дацитах могут встречаться вкрапленники магнезиально­го оливина (Fo₉₀_₇₅), которые являются продуктом кристаллизации основных магм, и наряду с ними вкрапленники кварца, которые, су­дя по составу расплавных микровключений, кристаллизовались из кислой магмы. При этом вокруг вкрапленников оливина могут воз­никать ортопироксеновые оторочки, а вкрапленники кварца часто окружены реакционной короной, состоящей из кислого стекла и мелких кристаллов клинопироксена. Для гибридных пород харак­терны вкрапленники плагиоклаза разного состава, неравновесные по отношению к основной массе. Многие такие вкрапленники не­сут следы частичного растворения с образованием внешних сетча­тых кайм. Зная состав вкрапленников и коэффициенты распреде­ления химических элементов между ними и магматической жидкостью, можно оценить состав расплавов, принимавших учас­тие в смешении.

Если разные расплавы механически интенсивно перемешивают­ся при высокой температуре, то в результате может образоваться од­нородная магма, которая при затвердевании превращается в столь же гомогенную вулканическую и интрузивную породу, лишенную явных признаков гибридизма. Связь таких пород с разными источ­никами можно выявить лишь с использованием геохимических кри­териев. Один из таких критериев заключается в том, что составы ги­бридных пород должны удовлетворять уравнению смешения*

Ax+Bxy + Cy+D = 0, а соответствующие им точки должны лежать на линии смешения, которая описывается этим уравнением, где х и у - концентрации

8. Магматические породы гибридного происхождения

двух химических элементов или отношения концентраций х = Р/b и у = Q/а; А, В, С, D- константы, которые определяются по коор­динатам двух точек (х₁ = Р₁/b₁; у₁ = Q₁/a₁ и х₂ = Р₂/b₂; у₂ = Q₂/a₂, ле­жащих на линии смешения: А=а₂b₁у₂-а_]b₂у_];

B = a_]b₂-a₂b₁;

C= a₂b₁x₁-a₁b₂x₂;

D = a₁b₂x₂y₁-a₂b₁x₁y₂.

Если х и у- концентрации химических элементов, то линия смешения — прямая; если хотя бы одна из переменных представля­ет отношение концентраций (Fe/Mg, Ca/Al и т.п.), то линия смеше­ния имеет форму гиперболы.

При расчете уравнений смешения следует помнить, что соста­вы смешивающихся магм могут меняться во времени и что смеше­ние может сопровождаться кристаллизационной дифференциаци­ей как исходных магм, так и их смесей. В результате этого линии смешения могут отклоняться от прямых и гипербол, отвечающих простейшему случаю смешения двух постоянных составов (рис. 8.2).

Если гибридная порода образовалась в результате смешения двух разных магм постоянного состава, то по всем компонентам должен сходиться баланс масс:

c₃=c₁*f+c₂ (1-f),

Рис. 8.2. Отклонение от прямолинейного тренда гибридной серии, вызванное смеше­нием кислого расплава с базитами, испытав­шими разную степень кристаллизационной дифференциации с накоплением ТiO2 (тренд дифференциации отмечен стрелкой) 1 — кислый расплав, 2 — основной расплав, 3 — гибридный расплав

где С₃— - состав гибридной породы, С₁ и С₂— составы магм, прини­мающих участие в смешении, f — доля расплава С₁ в смеси. Пользуясь методом наименьших квадра­тов, можно рассчи­тать такой модельный состав смеси, сумма квадратов отклоне­ний от которого по всем компонентам бу­дет минимальной по сравнению с реальной гибридной породой. Задача легко решается с помощью компью­тера.

Часть III. Магматические горные породы (петрология)

8.5.2. Главные типы гибридных магматических пород

Среди гибридных изверженных пород, образованных в процес­се смешения мантийных и коровых магм, наиболее распростране­ны четыре типа:

1. Высокомагнезиальные низкощелочные породы основного и среднего составов, близкие к коматиитовым базальтам и бонини-там, которые образованы в результате смешения коматиитов с низ­кокалиевыми дацитами и риодацитами. Подобные гибридные по­роды известны в докембрийских зеленокаменных поясах и некоторых расслоенных плутонах. Коматиитовые магмы, обладая высокой температурой, могут растворять продукты плавления кварц-полевошпатовых пород практически бесследно, и контами­нация коматиитов коровым материалом выявляется в основном геохимическими методами. Сохранение коматиитами первичного состава указывает на высокую скорость подъема магмы к поверхно­сти, при которой мантийный расплав не успевает ассимилировать породы земной коры. Не исключено, что сохранение древних не-контаминированных коматиитов является следствием того, что в раннем архее не было мощной континентальной коры, а отсутст­вие более молодых коматиитов обусловлено тем, что, поднимаясь сквозь мощную кору с большим количеством сиалических пород, они превращаются в менее магнезиальные гибридные породы.

2. Магнезиальные низкощелочные андезиты, которые возник­ли в результате смешения пикритов или пикробазальтов с дацита-ми-риодацитами. Такие породы встречаются в островодужных вул­канических сериях.

3. Низкомагнезиальные низкощелочные андезиты, андезида-циты и их интрузивные аналоги (кварцевые диориты), возникшие при смешении дацитов-риодацитов с дифференцированными то-леитовыми базальтами, которые бедны магнезией, но обогащены глиноземом. Гибридные андезиты и комагматичные им интрузивы широко развиты в пределах островных дуг и континентальных ин­трузивно-вулканических поясов орогенного типа.

4. Умереннощелочные латиты, трахиандезиты, трахиты, а так­же монцониты, монцодиориты, сиениты, которые образовались вследствие смешения щелочных базальтов с коровыми кислыми магмами. Последние во многих случаях также относятся к умерен-нощелочному ряду. Гибридные породы повышенной щелочности известны как в пределах подвижных поясов, так и на кратонах.

8. Магматические породы гибридного происхождения