|
Вулканические породы,
представляющие наряду с другими вулканогенными образованиями основной объект
изучения в палеовулканологии, непосредственно наблюдаемый в поле и
лаборатории, и естественной обстановке встречаются обычно в разных сочетаниях
друг с другом, а также с пирокластическими, осадочными и иными породами.
Поэтому давно уже были предприняты различные попытки упорядочить сведения об
этих породах путем объединения их в "естественные ассоциации".
Первые попытки такого рода относятся еще к домикроскопическому периоду в
истории геологии; они основывались, конечно, на сравнении химических анализов
пород.
Соответствующего направления исследования ведут начало от
Дюроше [338], Ф.Ю. Левинсон-Лессинга [98], Иддингса [376] и других
исследователей, привлекавших к общей систематике изверженных пород главным
образом пересчитанные тем или иным способом химические данные. На этой основе
были разработаны представления о петрографических провинциях, объединяющих
щелочно-известковые и щелочные кланы (Sippe) пород собственно Тихоокеанской и
Атлантической провинций. В дальнейшем были выделены собственно Атлантические
натриевые и Средиземноморские калиевые "магмы", а затем Бурри [311]
предложил различать в Тихом океане ряд провинций с характерными для них
молодыми вулканическими породами.
Разрабатывая основы петрохимии как науки, ставящей
целью "сравнительное изучение естественных комплексов горных пород в
отношении их химизма" [61, с. 5], А.Н. Заварицкий также обратился к идее
исследования ассоциаций вулканических пород по особенностям их химического
состава. Для этого он предложил использовать разработанный им метод пересчета
химических анализов, сейчас широко известный в нашей стране, и привлек данные
Бурри, Вольфа и других исследоваталей для выделения типовых, эталонных
ассоциаций вулканических пород. Сравнение, проведенное на основе
предложенного метода, позволило А.Н. Заварицкому построить ряд кривых,
определяющих особенности и вариации состава пород, свойственные различным
ассоциациям. Эти кривые, характеризующие петрохимические ассоциации
вулканических пород, широко применяются сейчас многими исследователями для
сравнения изверженных пород, принадлежащих самым различным регионам и разным
возрастным группам и ассоциациям.
Подобного рода построения хотя и отражают общее
разнообразие пород, входящих в ту или иную ассоциацию, тем не менее не
учитывают количественных соотношений между различными видами этих пород.
Поэтому, естественно, дальнейшие поиски в области совершенствования методов
сравнения ассоциаций пород в настоящее время идут по линии приложения к
разработке данной проблемы современных методов математической статистики,
опирающейся на использование электронно-вычислительных машин. Такие поиски
применительно к вулканическим породам ведут, в частности, В.В. Кепежинскас
[71, 72], В.А. Кутолин [91] и другие исследователи. Разрабатываются и другие
возможности математических методов, основанные на факторном и кластерном
анализе, а также на новых подходах к сравнению серий и групп химических
анализов (П.М. Бондаренко и др.). В большинстве случаев все эти новые методы
привлекаются преимущественно к выявлению типичных черт химизма вулканических
пород, свойственных различным структурным зонам, или используются для различных
корреляций со строением глубинных зон Земли. Наряду с этим предпринимаются
различные усилия для привлечения математических методов к разграничению
различных групп пород на основе расчета дискриминантных функций (Чейз,
Лемэтр) . Однако до сих пор еще по-прежнему нет достаточно совершенного и
удобного математического метода сравнения химического состава ассоциаций
изверженных, в том числе вулканических, пород. Поиски в этом направлении
должны продолжаться.
Нынешнее состояние проблемы петрохимических ассоциаций
вулканических пород определяется, таким образом, тем, что, во-первых, имеется
возможность проводить сравнения таких ассоциаций на основании применения
системы пересчетов, предложенных А.Н. Заварицким и все еще сохраняющих
существенное значение в нашей стране, во-вторых, тем, что такие же сравнения
можно осуществлять на основе выделения серий, отличающихся по комплексу
химических и минералогических признаков, включая малые элементы, а в-третьих
— поисковым характером исследований, связанных с выделением петрохимических
серий или групп на основе приложения методов математической статистики.
Прежде всего о петрохимических сериях А.Н. Заварицкого. В
них объединены породы, принадлежащие либо одному вулкану, либо группе
вулканов со сходными чертами строения и "общностью геологического
положения". Изображение серий дается на барицентрических диаграммах,
представляющих развертку тетраэдра на плоскость. На диаграммах ось SB
(фемическая) отвечает содержанию в породах кремния (S) и фемических компонентов
(б). А — щелочная ось и С — анортитовая ось, указывающая содержание
анортитовой молекулы в плагиоклазах. Различные серии на диаграммах отличаются
тем, что соответствующие им линии, следующие вдоль зоны наибольшего сгущения
фигуративных точек, изображающих единичные анализы, неодинаково наклонены
относительно оси SB и по-разному удалены от нее. При таком способе построения
кислые породы изображаются точками вверху на диаграмме, основные — внизу, а
щелочные оказываются смещенными вправо от пород щелочноземельного ряда. В
местах расположения точек размещаются векторы, по которым в правой части
диаграммы отмечаются (по расчетам) относительные содержания железа к магнию
(пологие векторы, наклоненные вправо, отвечают преобладанию магния, крутые —
железа) или алюминия к железу (пологие векторы, наклоненные влево,
соответствуют избытку глинозема, крутые — меньшему его содержанию). Такие же
векторы в левой части диаграммы означают относительную роль натрия и калия:
крутой наклон вектора отвечает преобладанию натрия над калием, пологий —
калия над натрием.
Способ пересчета химических анализов и построения таких
диаграмм описан А.Н. Заварицким в его работах [61] ив руководстве по
пересчетам С.Д. Четверикова [258]. Сводная диаграмма разных серий показана
на 6. Используя эту систему пересчетов, Г.С. Горшков [37, 39] предпринял
попытку представить серии, типичные для океанов и континентов, на основе
данных о средних химических составах пород ( 7). На его схеме в качестве
типовой черты различий указан наклон кривых на диаграмме, составляющий для
серий континентальных 15—18 , а для океанических — около 30 к оси SB.
Переходя к вопросам выделения вулканических серий по
комплексу химических и минералогических признаков, включая редкие элементы,
необходимо подчеркнуть, что основой в такого рода систематике серий является
в первую очередь химический состав пород; другие признаки являются не
определяющими, а второстепенными. Общий обзор таких серий дан сравнительно
недавно Жиро [355] ;он считает возможным выделять пять серий: а) толеитовую,
б) известково-щелочную, в) щелочную, г) промежуточную и д) шошонитовую.
Толеитовая серия охватывает группу пород достаточно
разнообразную, поэтому ее название в известной степени условно; Наряду с
толеитовыми базальтами серии подчинены андезиты, которые И. Кармишель
рекомендовал называть исланди- тами, а также кислые породы риолитового
состава. Характерно отношение (Na20 + + K20)/Si02, отличающее всю эту серию
от известково-щелочной на соответствующей диаграмме ( 8) по разграничительной
линии, предложенной Куно в 1968 г. [401]. В нормативном составе пород (по
CJPW) характерно пересыщение всех лав серии кремнеземом (кварц, гиперстен).
Типично также обогащение железом (феннеровский тренд) в средних породах,
вследствие чего появляются такие породы, как исландиты и ферробазальты. В
минеральном составе пород типичен пижонит, поэтому Куно считал возможным
называть эту серию пижонитовой. Характерно присутствие оливина в основных и
кислых породах (не в средних) с соответственным изменением состава от
форстерита к фаялиту. Общая эволюция состава пород указывает на прогрессивное
обогащение железом. В кислых лавах характерны кварц и щелочные полевые шпаты,
отвечающие гранофировому остатку дифференциации габбро и долеритов. Пример,
на который ссылается Жиро, — Гекла в Исландии.
Известково-щелочная серия, называемая также, по
Куно, "геперстеновой серией", как и предыдущая, содержит
лавы, перенасыщенные кремнеземом. В ней, кроме того, имеются базальты,
обогащенные Al203 (Si02 < 53%; Al203 > 17%), а также андезиты (53% <
S Ю2 < 62%) , дациты (62% < S i02 < 68%) и риолиты (S Ю2 > >
68%). На диаграмме щелочи-кремнезем (см. 8) точки, отвечающие породам этой
серии, расположены между группами точек толеитовой и щелочной серий.
Характерно несколько более высокое содержание суммы щелочей, чем в порогах
толеитовой серии. В минералогическом отношении типично присутствие
ортопироксена в фено- кристах и основной массе пород. Пижонит, наоборот,
редок или отсутствует. Оливин присутствует в фенокристах средних и основных
пород, но он неустойчив и вступает в реакцию с расплавом, преобразуясь в
ортопироксен. Основные и средние породы имеют обычно порфировое строение, и в
них есть вкрапленники зонального плагиоклаза и клинопироксена. По данным об
исландитах, средние лавы (андезиты и дациты) более богаты А1203 О 17%) , но
бедны ТЮ2 и Fe. Типично частое присутствие в породах серии гидроксильных
минералов — роговой обманки и биотита.
Щелочная серия отличается от предыдущих значением
соотношения сумма щелочей — кремнезем и дефицитом кремнезема, выраженного
присутствием нормативных оливина и фельдшпатоидов. При общей недонасыщенности
Si02 породы этой серии варьируют по содержанию кремнезема, калия и натрия.
Поэтому Е. Саггерсон и Л. Вильяме [465а] предложили еще в 1964 г. выделять вместо одной щелочной серии две — умереннощелочную и сильнощелочную. В
умереннощелочной серии обычны щелочные базальты, лавы, лишенные
фельдшпатоидов,но содержащие нормативный нефелин (по Грину и Рингвуду, в
общем около 5%) , а также базаниты, фельдшпатоид- ные лавы, в которых
содержится более 5% нормативного нефелина. В сильнощелочной серии основные
породы представлены преимущественно нефелинитами, лавами, резко
недонасыщенными кремнеземом, лишенными полевых шпатов и богатыми фельд-
шпатоидами. Щелочные базальты эволюционируют в сторону трахитов, несколько
недо- насыщенных или перенасыщенных кремнеземом (но не к риолитам), тогда как
базаниты и нефелиниты — к нефелинитам и фонолитам. Такие соотношения между
кислыми и основными породами серии отвечают фракционной кристаллизационной
дифференциации.
Как отмечал Куно [401], на диаграмме щелочи—кремнезем
устанавливаются различия между продуктами дифференциации, перенасыщенными
Si02: при содержании Si02 более 60% сумма щелочей составляет менее 10% для
первых и выше 10% для вторых. Для первого типа лав щелочной серии Ирвин и
Барагар в 1971 г. предложили различать натриевый (Na/K >1) и калиевый
(Na/K < 1) ряды. В умереннощелочной серии Na-ряд представлен щелочными
базальтами (и базанитами) , гавайитами, муд- жиеритами, бенморитами и
трахитами (и/или фонолитами). В серии сильнощелочной Na-породы (например,
нефелиниты) встречаются чаще, чем калиевые. Обычно калиевые недонасыщенные
лавы имеют очень специфичный минеральный и химический состав. Количественные
данные показывают, что средние породы типа гавайитов и муд- жиеритов очень
редки. Базальты в целом преобладают в этой серии, но отмечены случаи
(например, вулкан Кения), в которых господствующими оказываются фонолиты.
Существование разрыва между базальтами и средними лавами определяется
отношением между гавайитами и муджиеритами, которые, как предполагается,
являются дифференциатами базальтовой магмы, образовавшимися при высоком
давлении (более 10 кбар) в верхней мантии.
В отношении минерального состава щелочная серия
характеризуется отсутствием ортопироксена и пижонита, присутствием оливина в
фенокристах и основной массе пород, а также пироксена, более богатого Ti и
Са, чем в предыдущих сериях. Щелочной полевой шпат обычен в фонолитах,
трахитах и риолитах, но в основных породах содержится лишь в небольшом
количестве в мезостазисе. В щелочных базальтах, ба занитах и нефелинитах
часты включения перидотитов и минералов ранних фаз кристаллизации
(феррисиаллит, керсутит, олигоклаз, шпинель и другие) .
Промежуточная серия занимает положение между толеитовой и
щелочной сериями. Породы промежуточной серии представлены базальтами с
нормативными гиперстеном и оливином; они обычно относительно обогащены Fe,
как и породы толеитовой серии, но кислые породы этой серии, перенасыщенные
кремнеземом, существенно обогащены щелочами и могут рассматриваться как
сверхщелочные. Такие сверхщелочные породы содержат щелочи в количестве,
превышающем тс, которое входит в состав полевых шпатов или фельдшпатоидов.
Иначе говоря, в таких породах сумма щелочей больше Al203. Классическим типом
такого состава пород являются комендиты и пантеллериты, а в целом к ним
относятся также риолитовые лавы щелочной и промежуточной серий.
В минеральном составе пород промежуточной серии характерно
присутствие в основных типах оливина и пижонита в мезостазисе, а также
гиперстена в зависимости от степени пересыщения пород кремнеземом. Также
могут быть характерными следы клинопироксена, бедного Са. Ультращелочные
кислые лавы отличаются присутствием натровых минералов, лишенных алюминия,
таких, как эгирин, арфведсонит и др.
Примером промежуточной серии являются широкоизвестные
сейчас четвертичные лавы вулканической группы Война в Афаре, описанной
Барбери и другими в 1975 г.
[122]. Жиро отмечает, что имеются также другие примеры
океанических и континентальных областей, где риолиты принадлежат
ультращелочному ряду пород, тогда как базальты, с которыми они ассоциируют,
хотя и являются щелочными, но в меньшей степени, чем кислые породы.
Шошонитовая серия выделена Жоплиным [386, 387] в
качестве ассоциации вулканических пород с типичным для них повышенным
содержанием калия. Хотя первоначально высказывались сомнения в возможности ее
выделения, сейчас эта серия охарактеризована достаточно определенно на
примерах Абсарока (Вайоминг), Стром- боли и других регионов. Идентификация
этой серии построениями на диаграмме щелочи—кремнезем исключается, так как
точки, соответствующие типичным для нее породам, попадают в поле щелочной серии.
Тем не менее есть ряд характерных признаков химического состава пород серии.
В них повышено содержание калия, поэтому отношение K20/Na20 близко к единице
(при среднем 0,5 для щелочных базальтов), относительно мало'содержание ТЮ2.
Поведение железа изменчиво, в некоторых случаях проявляется
"феннеровский тренд", но в других, вероятно более многочисленных,
обогащения железом в промежуточной группе пород не наблюдается. Степень
насыщения кремнеземом незначительна, резкого дефицита его в породах не
наблюдается; в шошонитах могут быть либо нормативный кварц, либо такой же
нефелин. Мак Кензи и Шаппель [413] предложили различать внутри серии по
содержанию кремнезема и окиси калия: основные лавы «50% Si02) — абсарокиты
(или шошонитовые базальты) , средние (50% < Si02 < 57%) — шошониты и
кислые лавы (Si02 > 57%) — ла- титы.
Минеральный состав пород шошонитовой серии отличается: а)
присутствием фе- нокрист зональных оливина, клинопироксена, плагиоклаза и
иногда ортопироксена; б) обилием калиевых полевых шпатов в основной массе
пород, а также фенокрист плагиоклаза, содержащегося и в мезостазисе; в)
наличием в основной массе породы оливина, относительно обогащенного железом.
Среди других минералов обычны ин- терстициональный флогопит, анальцим
(Стромболи), лейцит (о-ва Фиджи), высокотемпературный кремнезем (Перу).
Стекло шошонитовое, если оно есть, имеет различный состав, отвечающий либо
толеитовому базальту, либо щелочному базальту.
|