Содержание к диссертации
СОДЕРЖАНИЕ1.1 АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.2 ЦЕЛЬ РАБОТЫ
2 КЛЮЧЕВСКОЙ ВУЛКАН: ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ, РЕЗУЛЬТАТЫ ПРЕДЫДУЩИХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБОСНОВАНИЕ ЗАДАЧИ РАБОТЫ
2.1 ГЕОГРАФО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПОЛОЖЕНИЕ ВУЛКАНА И ГЕОДИНАМИКА
2.2 СТРОЕНИЕ, ВОЗРАСТ И ПРОДУКТЫ ИЗВЕРЖЕНИЙ КЛЮЧЕВСКОГО ВУЛКАНА
2.3 РЕЗУЛЬТАТЫ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.4 ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ГЕНЕЗИСЕ БАЗАЛЬТОВ КЛЮЧЕВСКОГО ВУЛКАНА - РЕЗУЛЬТАТЫ МИНЕРАЛОГО-ПЕТРОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.5 ОБОСНОВАНИЕ ЗАДАЧИ ДАННОЙ РАБОТЫ
3 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
3.1 АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
5.1.1 Методы валового аналгаа
3.1.1.1 Рентгено-флуоресцентный анализ (РФА или XRF)
5.1.2 Методы локального аначиза
3.1.2.1 Электронный микрозондовый анализ
3.1.2.2 Метод вторично-ионной масс-спектрометрии (ВИМС или SIMS)
3.2 МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ МАГМАТИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ
3.2.1 Представительность рааиавов, захваченных в виде включений
3.2.2 Изменение состава включений после их захвата
3.2.3 Экспериментальные исследования
3.2.3.1 Высокотемпературный эксперимент с расплавными включениями
3.2.3.1.1 Высокотемпературная установка
3.2.3.1.2 Особенности поведения включений в эксперименте, кинетика плавления
3.2.3.1.3 Остаточные фазы во включениях
3.2.3.1.4 О потере воды из включений
3.2.3.1.5 О проблемах, связанньк с го.могенизацией изученных включений
3.2.3.2 О соответствии составов природно и экспериментально закаленных включений
Показанные соотношения свидетельствуют о соответствии полученных результатов в ходе экспериментальных исследований и природных данных
3.2.3.3 Экспериментальное изучение флюидных включений
3.2.4 Методы коррекции составоврасплавных включений
3.2.4.1 Моделирование обратной кристаллизации для включений в железистых оливинах
3.2.4.2 Зависимость расчетного состава расплава от окислительно-восстановительных условий
3.2.4.3 Расчет состава расплава с учетом процесса переуравновеш1геания включений с минералом-хозяином
3.2.4.4 Зависимость расчетного состава расплава от исходного содержания FeO
3.3 МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ
3.3.1 Температура
3.3.1.1 Ликвидусные термометры
3.3.1.2 Оливйн-клинопироксеновый термометр
3.3.2 Давление
3.3.2.1 Клинопироксеновый геобарометр
3.3.2.2 Определение давления по клинопироксен-расплав равновесию
3.3.2.3 Оценка давления по разнице расчетных температур OI и Срх
3.3.2.4 Оценка Ршо по содержанию воды в расплавах
3.3.2.5 Оценка давления по плотности СО2 во флюидных включениях
3.3.3 Окислительно-восстановгтгелъные условия
3.3.4 Оценка содержания воды в расплавах
3.3.4.1 Оценка по сумме микрозондового анализа
3.3.4.2 Оценка по сравнению закалочной и расчетной температур
3.3.4.3 По отношениям H2O/AI2O3, ЬШ/КгО
3.3.4.4 Оценка по разнице расчетных температур для оливина и плагиоклаза
3.3.4.5 rioKd *^ "^^ ^ между плагиоклазом и расплавом
3.3.4.6 Оценка для водонасыщенных расплавов
3.3.5 Оценка содержания COj в расплаве
3.3. б Оценка времени нахолсденгш вкрапленников оливина в магматической системе
3.4 МОДЕЛИРОВАНИЕ
3.4.1 Масс-балансовые расчеты МНК
3.4.2 Моделирование в системе Комагмат
3.4.3 Плавление источника и оценка состава субдукционных компонентов
3.5 ВЫВОДЫ
4 ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ
4.1 МАТЕРИАЛ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ И ГЕОлогачЕскиЕ ОБЪЕКТЫ КЛЮЧЕВСКОГО ВУЛКАНА (ИЗВЕРЖЕНИЯ, ПОТОКИ, КОНУСА)
4.1.1 Калгенный материап
4.1.2 Особенности изученных изверэ/сений
4.1.3 Связь состава .чае с высотой изверокетт
4.1.4 Продукты гаверэюений Ключевского вулкана
4.2 ПЕТРОГРАФИЯ И МИНЕРАЛОГИЯ ПОРОД
4.2.1 Петрография
4.2.2 Минералогия
4.2.2.1 Олпвнны
4.2.2.1.1 Магнезиальпость
4.2.2.1.2 Микроэлементы (Мп, Са, Ni, Сг)
4.2.2.1.3 Роль безоливипового (пнроксенитового) мантийного источника в образовании магм
Ключевского вулкана
4.2.2.2 Клинопироксены
4.2.2.3 Ортопироксены
4.2.2.4 Плагиоклазы
4.2.2.5 Шпинель
4.3 ПЕТРОХИМИЯ И ГЕОХИМИЯ ПОРОД
4.3.1 Петрохимия
4.3.2 Геохимия
4.4 Выводы
5 МАГМАТИЧЕСКИЕ ВКЛЮЧЕНИЯ
5.1 РАСПЛАВНЫЕ ВКЛЮЧЕНИЯ
5.1.1 Расплавные включения в оливинах
5.1.1.1 Ореолы вокруг включений
5.1.1.2 Возможные механизмы захвата включений
5.1.1.3 Фазовый состав раскристаллнзованных включений
5.1.1.3.1 Клинопирокссн
5.1.1.3.2 Шпинель
5.1.1.3.3 Плагиоклаз
5.1.1.3.4 Амфибол
5.1.1.3.5 Остаточные стекла
5.1.1.3.6 Сульфид
5.1.1.4 Степень и характер раскристаллизованности включений
5.1.2 Расплавные включения в клинопироксенах
5.1.3 Расплавные включения в плагиоклазах
5.2 ФЛЮИДНЫЕ ВКЛЮЧЕНИЯ ПО
5.3 КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ВКЛЮЧЕНИЯ •. ПО
5.4 Выводы
6 СОСТАВ РАСПЛАВНЫХ ВКЛЮЧЕНИЙ В ОЛИВИНЕ
6.1 ГЛАВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
6.1.1 Общая систематика
6.1.2 Отдельные составы пород и включений, отличающиеся от болыиинства составов
6Л.2.1 Породы
6.1.2.2 Включения
6.1.3 Переуравновешивание включений с оливином-хозяином и кристаллизация оливина на стенках включений в магнезиачъных оливинах (Fo>82)
6.1.3.1 Переуравновешнвание включений
6.1.3.2 Вариации по содержанию FeO вследствие кристаллизации оливина на стенках включений б. 1.3.3 Влияние процесса переуравновешивания на состав включений
6.2 С0ДЕРЖЛН11Я ВОДЫ, СЕРЫ, ХЛОРЛ И ФТОРЛ
6.2.1 Вода
6.2.2 Сера
6.2.3 Хчор
6.2.4 Фтор
6.2.5 Различный характер изменения содержаний серы, хлора и фтора
6.3 СОДЕРЖАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ-ПРИМЕСЕЙ
6.3.1 Общее распределение содержаний эле.ментов-примесей
6.3.2 Вариации некоторых отношений (K/Ti, La/Yb, Nb/Y) э-пементов-примесей в расплавных включениях
6.3.3 Особенности поведения Li враспчавных включениях
6.3.4 Отсутствие влияния сульфида внутри включений на содержание РЬ в стеклах включений
6.4 ОЦЕНКА СОСТАВА РАСПЛАВОВ
6.5 ОБЩАЯ СТАТИСТИКА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВОВ РАСПЛАВОВ И ПОРОД
6.7 Выводы
7 СОСТАВ И ПРОИСХОЖДЕНИЕ РОДОНАЧАЛЬНЫХ МАГМ КЛЮЧЕВСКОГО ВУЛКАНА
7.1 ОЦЕНКА СОСТАВА РОДОНАЧАЛЬНЫХ МАГМ КЛЮЧЕВСКОГО И СРАВНЕНИЕ С ДРУГИМИ ОБЪЕКТАМИ
7.2 УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ПЕРВИЧНЫХ РАСПЛАВОВ
7.3 ВАРИАЦИИ СОСТАВА РОДОНАЧАЛЬНЫХ МАГМ
7.3.1 Вариации по содержанию главных элементов
7.3.2 Литология источника как основная причина вариаций по гпавным элементам
7.3.3 Ковариации содержания Ni в оливине и главных элементов в расплаве
7.3.4 Вариации по содержанию элементов-примесей
7.3.4.1 Общая характеристика вариаций
7.3.4.2 Участие главных компонентов
7.3.4.3 Флюидный компонент
7.3.4.4 Обогащенный литосферннй компонент
7.3.4.5 Корреляции с изотопным составом кислорода (dO"*)
7.3.4.6 Системат№1еские вариации состава во времени
7.3.4.7 Возможные причины вариаций по содержанию бора
7.4 Выводы
8 ЭВОЛЮЦИЯ РОДОНАЧАЛЬНЫХ МАГМ И УСЛОВИЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ
8.1 ФРАКЦИОНИРОВАНИЕ КАК ОСНОВНОЙ МЕХАНИЗМ ЭВОЛЮЦИИ РОДОНАЧАЛЬНЫХ РАСПЛАВОВ
8.1.1 Оценка степени фракционирования
8.1.2 Поведение элементов-примесей 18J
8.1.3 Из.менение содержания главных элементов в расплавах в зависимости от магнезиалъности
8.1.4 Последовательность кристаллизаг^ии
8.2 ТЕМПЕРАТУРА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ
8.2.1 Оценка содержания воды в системе '
8.2.2 Оценка Т кристаллизации по равновесию 01-расплав
8.2. S Оценки Т кристаллизации, сделанные другими методами
8.3 ДАВЛЕНИЕ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ
8.3.1 Оценка для равновесия 01-Срх-расплав
8.3.2 Оценка для равновесия Срх-расплав
8.3.3 Оценка по флюидным включениям COj
8.3.4 Оценка по составу Срх
8.4 РАЗЛИЧНЫЕ РЕЖИМЫ ФРАКЦИОНИРОВАНРМ (P-T-F) МАГМ МАГНЕЗИАЛЬНЫХ И ВЫСОКОГЛИНОЗЕМИСТЫХ БАЗАЛЬТОВ
8.5 ОЦЕНКА ВРЕМЕНИ ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ И ПОДЪЕМА МАГМ
8.5.1 Оценка по диффузионной зональности вокруг расплавных включений в оливине
8.6 ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ
8.6.1 Вариации условий для вулкана в целом
8.6.2 Вариации условий для отдельных потоков
8.6.3 Поток Апахончич. Оценкиусчовий по различным методикам
8.7 СОПОСТАВЛЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ ДАННЫХ С ДАННЫМИ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
8.7.1 Сейсмичность и распределение землетрясений под Ключевским вулканом
8.7.2 Данные сейсмотомографии
8.8 ЭМИССИЯ ЛЕТУЧИХ НАПОВЕРХНОСТЬ
8.8.1 Поведение летучих в ходе эволюции магм Ключевского вулкана
8.8.2 OifeHKa эмиссии летучга на поверхность
8.9 ПРИЧИНЫ ОТЛИЧИЯ РАСПЛАВОВ И ПОРОД
8.9.1 JIoKaibHbie процессы ассимиляции
8.9.2 Переуравновешивание лшнтийныхрасплавов при подъеме
8.9.3 Процессы кристаллизации, смешения и кумуляции
8.10 ВЫВОДЫ
9 ПЕТРОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОБРАЗОВАНИЯ И ЭВОЛЮЦИИ РОДОНАЧАЛЬНЫХ МАГМ КЛЮЧЕВСКОГО ВУЛКАНА ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ БЛАГОДАРНОСТИ
Введение к работе
1.1 Актуальность темы исследования Одной из главных геодинамических обстановок проявления вулканизма на Земле являются конвергентные границы литосферных плит, на которых происходит субдукция океанической плиты в мантию. В этой обстановке происходит образование новой коры, по составу приближающейся к континентальной, и процессы фундаментального преобразования океанической плиты в условиях высоких температур и давлений в мантии Земли. Ключевой задачей исследований вулканизма конвергентных границ литосферных плит, который проявлен в островных дугах и активных континентальньк окраинах, является реконструкция всего пути эволюции магм от момента образования до извержения на поверхность Земли. Несмотря на значительные усилия, направленные на комплексное решение этой проблемы методами петрологии и геохимии, многие вопросы остаются недостаточно освещенными. В особенности дискуссионными остаются состав и источники родоначальных островодужных магм [Portnyagin et al., 2007а, EPSL; Kelemen et al., 2003], ранние этапы фракционирования магм в коре [Pichavant et al., 2002, 2007], значение коровой ассимиляции в эволюции примитивных магм [Danyushevsky et al., 2004; Reubi, Blundy, 2008], флюидный и окислительно-восстановительный режимы дифференциации магм [Wallace, 2005; Rowe et al., 2009].
В данной работе была поставлена задача реконструкции всего пути эволюции островодужных магм с момента зарождения в мантии до извержения на поверхность для одного вулканического центра — вулкана Ключевской на Камчатке. В основу работы положено детальное изучение маглтатических включений в минералах, сохранивших информацию о различных этапах эволюции магм и значительных вариациях составов расплавов, существовавших в природе. На основе полученных данных была создана модель эволюции магм Ключевского вулкана, согласованная с геофизическими данными.
По постановке задачи и набору использованных методов для ее решения данное исследование является одним из первых в мировой практике и служит фундаментальным вкладом в понимание комплексньк процессов магматизма конвергентных границ литосферньк плит.
1.2 Цель работы Цель настоящей работы состояла в решении следз^ющих вопросов:
1. Развитие и совершенствование методики изучения магматических включений в минералах для решения петрологических задач в областях надсубдукционного магматизма.
2. Оценка состава родоначалъных расплавов Ключевского вулкана и реконструкция составов и условий плавления их мантийных источников.
3. Вьшснение происхождения микроэлементных и изотопных вариаций составов родоначальных магм Ключевского вулкана.
4. Определение физико-химических условий кристаллизации родоначальных расплавов и их изменения в процессе эволюции магм вплоть до момента вулканического извержения.
5. Построение согласованной с геофизическими данными петролого-геохимической модели образования и эволюции магм Ключевского вулкана.
