Содержание к диссертации
Введение
1. Литературный обзор. 9
1.1. Позднечетвертичный вулканизм Срединного хребта Камчатки 9
Палеогеодинамическое положение Срединного хребта. 9
Современное геодинамическое положение Срединного хребта. 10
Состав пород фундамента Срединного хребта . 12
Проявления голоценового вулканизма в пределах Срединного хребта. 13
Предшествующие петролого-геохимические исследования голоценовых вулканитов Срединного хребта. 16
1.2. Признаки пироксенитового источника расплавов. 23
Петрохимические признаки. 23
Состав оливина. 24
1.3. Nba аномалия в вулканических породах островных дуг. 26
2.Методы исследований 28
2.1. Препаратоподготовка. 28
Подготовка препаратов для поиска расплавных включений 28
Подготовка препаратов для нагревательных экспериментов с визуальным контролем . 28
Подготовка препаратов для анализа расплавных включений. 29
2.2. Эксперименты с расплавными включениями. 30
Микротермокамера Соболева-Слуцкого. 30
Микротермокамера Linkam TS1500. 31
Эксперименты без визуального контроля. 31
2.3. Аналитические методы 33
Рентгенофлуоресцентный анализ пород. 33
Энергодисперсионный анализ минералов и сткол 33
LA-ICPMS анализ минералов и сткол. 34
Микрорамановский анализ сткол. 34
SIMS анализ сткол. 36
2.4. Расплавные включения в оливине 38
Факторы, искажающие состав первичного расплавного включения в оливине 38
Методы восстановления состава расплава. 39
3. Реконструкция состава и PT условий кристаллизации магматических расплавов, на основе изучения расплавных включений из оливина пеплов и лав одного извержения (На примере толбачинского извержения 2012-2013 г.). 47
3.1. Отбор образцов и их петрографические особенности. 47
Свежий вулканический пепел. 47
Искусственно-закаленная лава. 49
Природно-закалнная лава. 49
3.2. Моделирование изменения фазовых соотношений в лавах после их излияния.
3.3. Содержания летучих компонентов в расплавных включениях в оливине . 52
3.4. Восстановление состава расплавов и их сравнение с составами пород 54
3.5. Условия консервации расплавов в оливине. 56
Давление. 56
Температура. 57
4. Составы расплавов голоценовых эруптивных центров Срединного хребта Камчатки 58
4.1. Голоценовые вулканиты Кекукнайского поля ареального вулканизма. 58
Петрография и минералогия пород 58
Расплавные включения в оливине. 60
Аппроксимация композиционных профилей оливина-хозяина расплавных включений. 62
Состав и условия кристаллизации расплавов. 64
Природа отличий в составе расплавов и лав. 67
4.2. Седанкинское ареальное поле. 69
Группа вулканов Терпук. 69
Эруптивный центр ЛИ. 77
4.3. Эруптивный центр Тобельцен. 83
Петрография и минералогия пород 83
Расплавные включения в оливине . 85
Состав расплавов. 86
4.4. Эруптивный центр Южный Черпук. 89
Петрография и минералогия пород 89
Расплавные включения в оливине. 90
Состав расплавов. 90
Природа отличий в составе расплавов и лав. 93
5. Обсуждение результатов. 95
5.1. Отличия составов и условий кристаллизации расплавов голоценовых вулканитов Срединного хребта. 95
Влияние коровой ассимиляции на составы расплавов и лав. 96
Давление при консервации расплавов. 99
Температура консервации расплавов. 101
5.2. Источник родоначальных расплавов голоценовых вулканитов Срединного хребта 102
Петрохимические критерии источника голоценовых вулканитов Срединного хребта. 102
Геохимические критерии источника голоценовых вулканитов Срединного хребта. 103
Состав оливина как критерий источника голоценовых вулканитов Срединного
хребта. 106
Заключение. 108
Список использованной литературы: 110
- Состав пород фундамента Срединного хребта
- Подготовка препаратов для нагревательных экспериментов с визуальным контролем
- Содержания летучих компонентов в расплавных включениях в оливине
- Расплавные включения в оливине
Состав пород фундамента Срединного хребта
В качестве оценки состава и петрохимических особенностей расплавов, которые могут образовываться при деламинации и плавлении нижнекоровых кумулятивных пироксенитов, были использованы данные по экспериментальному плавлению состава Pyrox2B в безводных условиях [Kogiso, Hirschmann, 2001] и состава OCA-2 в водных условиях [Sorbadere et al., 2013] при 1 ГПа. Состав OCA-2 является искусственным аналогом природных оливин-амфибол-клинопироксеновых кумулятивных пород, образующихся в островодужных условиях [Medard et al., 2006]. Образец Pyrox2B является аналогом мантийного клинопироксенита. В качестве оценки состава расплава, образующегося при плавлении перидотитового субстрата в аналогичных условиях, были использованы данные по плавлению состава KLB-1 [Sorbadere et al., 2013], который часто используется как оценка среднего состава верхней мантии [Takahashi, 1986].
На Рисунке 1.5 представлена проекция составов расплавов, полученных при плавлении составов OCA-2, Pyrox2B и KLB-1, на плоскость диопсид-нефелин-кварц из точки состава оливина в тетраэдре CMAS (диаграмма построена с помощью программы [France, Nikollet, 2010]). На данной проекции показано, что расплавы, образованные при плавлении пироксенитов в условия границы нижней коры и верхней мантии, попадают в нефелин-нормативную область, в то время как расплавы, образованные при плавлении лерцолитов, попадают в гиперстен- и кварц-нормативную области.
Проекция составов сткол из экспериментов по плавлению пироксенитов [Kogiso, Hirschmann, 2001; Sorbadere et al., 2013] и перидотитов [Sorbadere et al., 2013] при 1ГПа на плоскость Di-Ne-Q в системе CMAS из точки состава оливина. Построение диаграммы осуществлялось с помощью программы [France, Nikollet, 2010].
Состав оливина. При плавлении перидотитового субстрата основной фазой контролирующей распределение компонентов между расплавом и реститом является оливин. При плавлении пироксенитов в данной роли выступают пироксены, что существенно влияет на состав расплава и минералов, которые впоследствии из него кристаллизуются [Sobolev et al., 2007].
Оливин первым кристаллизуется в ходе остывания магматических расплавов перидотитового происхождения. Расплавы, выплавленные из пироксенитового субстрата, изначально не насыщены по оливину, но он становится ликвидусной фазой при декомпрессии. В связи с этим, состав наиболее магнезиального оливина магматических серий отражает особенности состава расплавов, выплавленных как из перидотитового, так и из пироксенитового источника [Sobolev et al., 2007].
Расплавы, выплавленные из пироксенитового субстрата, относительно обогащены NiO за счт того, что в 3-4 раза меньше, чем [Sobolev et al., 2005], также для них характерны относительно низкие значения Mn/Fe [Humayun et al., 2004]. Оливин, кристаллизующийся из данных расплавов, имеет существенно более высокие содержания Ni по отношению к магнезиальности и низкие значения Mn/Fe, чем кристаллизующихся из типично-мантийных расплавов [Sobolev et al., 2007].
На основе экспериментов по плавлению пироксенитов [Sobolev et al., 2007] и перидотитов [Walter, 1998], были выделены поля составов оливина, равновесного с результирующими расплавами [Sobolev et al., 2007]. Кроме того, на основе Fe/Mn (PPM), как наиболее стабильного отношения в оливине, и модели равновесия оливин-расплав [Herzberg, O Hara, 2002], предложена формула для оценки содержания доли пироксенитового компонента в источнике плавления: [Sobolev et al., 2007].
Однако данная формула предложена для расплавов, полученных при давлениях 3-5 ГПа, и составов пироксенитов, которые образуются при реакции рециклированного материала океанической коры и мантии, потому для случая плавления деламинирующих блококов кумулятивных пироксенитов в условиях границы коры и мантии она может показывать лишь относительные значения. 1.3. Nba аномалия в вулканических породах островных дуг.
Большая часть островодужных пород образуется за счт плавления пород мантийного клина при участии флюида и расплавов субдуцирующей океанической коры [Ringwood, 1974]. Они характеризуются относительным обеднением по содержаниям некоторых HFSE (Nb, Ta, Zr, Hf) относительно LILE и REE в ряду когерентности перидотитовому источнику, что, по общепринятой концепции, связано с обогащением пород мантийного клина, флюид-мобильными элементами [McCulloch, Gamble, 1991; Keppler, 1996]. В результате этого процесса, содержания в них Nb, Ta, Zr и Hf, остаются такими же, как и до обогащения флюидом, поступающим от субдуцирующей плиты. Состав данного флюида, согласно экспериментальным данным [Keppler, 1996], характеризуется обогащением щелочными компонентами и хлором, так как в случае чистого водного флюида подобное обеднение должно быть свойственно ещ, к примеру, U и Pb.
В качестве количественной оценки величины отрицательной Nba аномалии в логарифмических координатах была использована формула (1), так как рассматриваемые отрицательные аномалии в островодужных породах выделяются в ряду когерентности мантийным источникам при нормировании на мантийные выплавки. Данная формула показывает относительную глубину отрицательной аномалии по содержанию Nb в логарифмических координатах при нормировании содержаний рассеянных элементов на N-MORB. Содержания Nb были выбраны для характеристики Nba аномалии, так как в вулканических породах они выше, чем содержания Ta, что приводит к меньшим ошибкам при их измерениях. Содержания La и Th, как соседних элементов в ряду когерентности, были выбраны из аналогичных соображений.
Как пример того, какие значения может принимать Nb для островодужных расплавов, можно рассмотреть выборку примитивных расплавов Восточного Вулканического Фронта (ВВФ) и Центрально-Камчатской Депрессии (ЦКД) из работы [Portnyagin et al., 2007]. Данный параметр не проявляет никакой зависимости от положения вулкана относительно зоны субдукции и, как показано на Рисунке 1.6, отвечает значению -0.59±0.09, кроме вулкана Авачинский, для которого – -0.91±0.1.
Величина параметра Nb для образца AB 02-21 (наиболее примитивной голоценовой лавы Срединного хребта) составляет -0.15±0.08 (стандартное отклонение оценено как ошибка сложной функции, при аналитической ошибке измерения элементов 5 %), для группы составов голоценовых лав Срединного хребта имеющих содержания SiO2 менее 57 мас. % данный параметр составляет -0.32±0.08 (стандартное отклонение оценено как ошибка среднего), для группы составов лав имеющих содержания SiO2 более 57 % – -0.73±0.26. Данные значения указывают на закономерное увеличение отрицательной Nba аномалии с увеличением содержаний SiO2 в лавах голоценовых ареальных вулканитов Срединного хребта Камчатки.
Подготовка препаратов для нагревательных экспериментов с визуальным контролем
Состав расплавного включения при моделировании диффузионного переуравновешивания является одновременно основой для расчта состава расплава, который претерпевает данный процесс, и конечной точкой каждого цикла моделирования.
Подбор состава расплавного включения можно свести к достижению равенства модельного и измеренного составов по содержаниям MgO и FeOt, как параметров определяющих пропорцию кристаллизации оливина и степень диффузионного обмена, соответственно. При подборе этих двух компонентов, остальные сходятся автоматически. Композиционные профили оливина-хозяина.
Композиционные профили состава оливина измерялись строго перпендикулярно к границе расплавного включения, так как в противном случае профиль будет иметь более пологий наклон и большую длину, что приведт к завышению оценки начального содержания железа в расплаве и времени остывания включения. Проводилось как минимум 2 серии измерений во взаимоперпендикулярных направлениях для получения наиболее достоверных данных о среднем композиционном профиле оливина-хозяина. Так как отношения элементов при измерениях имеют меньшую ошибку, профили строились относительно магнезиальности оливина, а не содержания FeO. Так как данные моделирования в Output программы Petrolog3 выражены в FeO (масс. %), для их приведения к значениям магнезиальности можно использовать формулу .
Если расплавные включения в образце являются стекловатыми и с ними не проводились термометрические эксперименты, или эксперименты по гомогенизации, то они сохраняют все композиционные особенности оливина-хозяина, которые возникают при диффузионном переуравновешивании. В таком случае, при моделировании функция Simulate reheating experiment отключалась.
В случае проведения термометрических экспериментов, в ходе которых включения были нагреты до известной температуры, выдержаны непродолжительное время и закалены, функцию Simulate reheating experiment нужно использовать и задавать в ней температуру закалки расплава включения. При этом программа моделирует плавление части каймы расплавного включения, однако в данной работе эта функция не требовалась.
Подбираемые параметры. Интервал остывания расплавного включения (C.I.). Интервал остывания расплавного включения является параметром, который наиболее критично влияет на содержание MgO в расплаве. При моделировании, для каждого значения начального FeO melt сначала подбиралось C.I. так, что бы MgO в расчтном составе расплавного включения отвечало измеренному значению, или было немного меньше его. При дальнейшем моделировании степени переуравновешивания, или скорости остывания расплавного включения, содержание MgO в расчтном составе включения повышается, однако, это не сильно влияет на подобранное значение интервала остывания. Впоследствии это значение корректировалось за один цикл моделирования. Процент переуравновешивания расплавного включения (% re-eq.).
Данный параметр определяется как количество FeO потерянного из расплава относительно количества FeO потерянного в случае полного переуравновешивания [Danyushevsky et al., 2000]. В случае использования модели мгновенного прохождения включением интервала остывания (instant cooling), моделирование переуравновешивания происходит непосредственно в финальной точке данного интервала (который подбирается в соответствии с содержанием MgO в расплавном включении) и определяется через процент переуравновешивания расплавного включения (% re-eq.). Модельный профиль переуравновешивания в данной модели достигается при совпадении модельного и измеренного содержания общего FeO в финальном составе расплавного включения. В случае заметного влияния переуравновешивания на содержание MgO, при уже подобранном C.I., вносилась поправка в C.I. и делался ещ один цикл вычислений. При полном соответствии модельного и измеренного составов расплавного включения, существует только один вариант профиля переуравновешивания при одном значении начального FeO melt (при фиксированном Kd, см. ниже). Скорость остывания (C.R.).
Скорость остывания расплавного включения это параметр, который используется для моделирования переуравновешивания расплавного включения при предположении о его равномерном остывании на подобранном ранее интервале остывания. По аналогии с функцией моделирования переуравновешивания instant cooling, результатом моделирования для каждого начального значения FeO является совпадение модельного и измеренного состава расплавного включения.
Моделирование переуравновешивания расплавных включений производится программой Petrolog3 шагом в 10 градусов, что не позволяет задавать некратные 10 значения C.I. Это может вносить неточности в моделирование, такие как неполное соответствие модельного и измеренного состава включений. Моделирование при равномерном остывании является более времязатратной процедурой по сравнению с моделированием instant cooling, поэтому C.I. и предварительное время остывания включений предварительно подбирались с помощью функции Instant cooling. Kd ol-melt.
При каждом значении Kdol-melt для фиксированного состава расплавного включения существует множество модельных профилей переуравновешивания, которые будут отвечать разным значениям начального содержания FeO melt, однако, существует только одно значение Kd, при котором один из них будет аппроксимировать измеренный профиль. Реальные измеренные композиционные профили могут быть аппроксимированы неким диапазоном параметров, так как отличаются от идеальных.
В случае невозможности аппроксимации композиционного профиля при Kdol-melt определяемом выбранной моделью равновесия, данный параметр задавался извне. Для аппроксимации композиционных профилей оливина-хозяина расплавных включений Кекукнайского ареального поля было подобрано значение Kdol-melt=0.34. Вариации данного параметра в сторону увеличения (от Kdol-melt=0.3, характерного для базальтов нормальной щлочности при атмосферном давлении) могут быть обусловлены влиянием на равновесие оливин-расплав давления [Ford et al., 1983], или повышенных концентраций CO2 [Mollo et al., 2010]. Коррекция содержаний рассеянных компонентов.
Рассеянные компоненты принимались полностью некогерентными оливину. Для оценки их содержаний в расплавах, содержания в расплавных включениях нормировались по содержанию алюминия, т.е. корректировались на коэффициент Al2O3расплав/Al2O3РВ. Влияние коррекции Fe-loss на петрохимические особенности расплавов. Составы расплавов могут существенно отличаться от составов расплавных включений, из которых они были восстановлены.
Наиболее волюнтаристским методом коррекции является восстановление начального содержания FeOt в расплавах, в связи с этим необходимо рассмотреть возможное влияние ошибок при его использовании на их петрохимические особенности. В качестве модельного состава расплава для данной цели был выбран стандартный состав из программы Petrolog3 [Danyushevsky, Plechov, 2011]. С помощью данной программы была проведена коррекция выбранного состава для начального содержания FeOt от 1 до 15 мас. % при кислородном буфере QFM, атмосферном давлении и модели равновесия оливин-расплав [Ford et al., 1983]. При этом содержания SiO2 в расплаве изменяется от 54.8 до 45.2 мас. %, что соответствует составам андезибазальтов и базальтов, соответственно.
Содержания летучих компонентов в расплавных включениях в оливине
Составы расплавов, которые были реконструированы для голоценовых базальтов и андезибазальтов Срединного хребта, можно разделить на две группы по их геохимическим характеристикам: 1 – составы расплавов Кекукнайского ареального поля и группы вулканов Терпук; 2 – составы расплавов эруптивных центров Южный Черпук, Тобельцен и ЛИ. Расплавы первой группы характеризуются пониженными концентрациями LILE, LREE, U и Th относительно второй группы (Рис. 5.1), что выражается в значениях параметра Nb . Для первой группы они отвечают примерно -0.15, в то время как для расплавов второй группы они варьируют от -0.24 до -0.44. Отличия в содержаниях большей части HFSE и HREE для данных групп расплавов не существенны. Помимо отличий в геохимических характеристиках, первая группа расплавов отличается от второй также повышенной магнезиальностью равновесного с ними оливина (86-81 относительно 82-78 номера), более восстановленными условиями кристаллизации и пониженной хромистостью шпинелидов. Cs Rb Ba Th U Nb Та К La Се Pb Pr Sr Nd Sm Zr Hf Eu Ті Gd Tb Dy Y Ho Er Tm Yb Lu Рис. 5.1. Нормированные на N-MORB [Sun, McDonough, 1989] спектры распределения рассеянных компонентов для расплавов изученных объектов Срединного хребта. Серое поле - составы голоценовых базальтов и андезибазальтов Срединного хребта [Колосков и др., 2011; Churikova et al., 2001; Volynets et al., 2010]. Влияние коровой ассимиляции на составы расплавов и лав.
Как было показано в разделах 4.1., 4.2., и 4.4., коровая ассимиляция является одним из главных факторов, обуславливающих отличия состава расплавов от состава лав голоценовых вулканитов Срединного хребта. На Рисунке 5.2 а показано, что все значимые отличия между ними сопровождаются смещением вдоль кривой смешения со средним составом коры [Rudnik, Gao, 2003].
При этом, в случае Кекукнайского ареального поля, ассимиляция приводит к тому, что состав лавы имеет геохимические признаки расплавов, которые были отнесены ко второй группе, в то время как расплавы данного объекта относятся к первой группе. Данный факт говорит о том, что расплавы второй группы также могут являться продуктами ассимиляции корового вещества расплавами первой группы.
Диаграмма смешения между составом AB 02-21 [Volynets et al., 2010] и средним составом коры [Rudnik, Gao, 2003] в координатах TiO2-Nb для усредннных составов наиболее примитивных расплавов и соответствующих им лав изученных объектов. Средний состав континентальной коры, а также верхней е части нанесн по [Rudnik, Gao, 2003], составы N-MORB, E-MORB и PM по [Sun, McDonough, 1989]. Составы голоценовых базальтов и андезибазальтов (a), а также всех голоценовых лав Срединного хребта нанесены по [Колосков и др., 2011; Churikova et al., 2001; Volynets et al., 2010]. Кривые смешения обозначены фиолетовым пунктиром.
Подобный механизм образования расплавов второй группы предполагает их кристаллизацию на более поздних этапах магматической эволюции, чем в случае расплавов первой группы. Данное предположение находится в соответствии с тем, что оливин, равновесный с расплавами второй группы, имеет более низкую максимальную магнезиальность относительно равновесного с расплавами первой группы. Таким образом, расплавы первой и второй групп можно рассматривать как наименее контаминированные расплавы и продвинутые расплавы, соответственно.
На Рисунке 5.2 также показано, что почти все составы голоценовых базальтов и андезибазальтов Срединного хребта [Колосков и др., 2011; Churikova et al., 2001; Volynets et al., 2010] могут быть описаны 10-20 % смешения состава образца AB 02-21, который отвечает составу расплавов первой группы (см. раздел 4.2.), со средним составом коры [Rudnik, Gao, 2003]. диаграмма Si02-Ni (а) и Si02-K20/Ni (б) для голоценовых лав Срединного хребта. В качестве фона рисунка (а) использована диаграмма для известково-щелочных лав озера Медицин [Grove et al., 1982]. Средний состав коры и верхней е части нанесен по [Rudnik, Gao, 2003]. На диаграммах SiO2-K2O/Ni и SiO2-Ni (Рис. 5.3) показано, что составы лав Срединного хребта плохо описываются смешением со средним составом коры по отношению к когерентным рассеянным элементам (Ni), однако ложатся на кривые и прямые смешения между их составами, контрастными по SiO2. Данная закономерность может объясняться тем, что при контакте магмы с породами коры, происходит плавление последних с образованием кислых расплавов, которые смешиваются с исходной магмой. В то же время, наиболее кислые лавы Срединного хребта могут представлять собой почти чистый продукт данного плавления. Для объяснения изменения составов рассматриваемых пород от образца PK 02-21 до границы андезибазальтов и андезитов требуется до 50 % смешения в данных координатах. Так как опубликован ограниченный набор данных относительно содержаний рассеянных элементов в голоценовых лавах Срединного хребта дацитового состава, охарактеризовать данное смешение в координатах TiO2-Nb затруднительно.
Диаграммы смешения между Sr-Nd изотопными составами образца AB 02-21 [Volynets и др., 2010] и средним составом пород фундамента Срединного хребта (см. раздел 1.1.) (a), а также данное смешение в координатах 87Sr/86Sr- Nb (б). Средние содержания рассеянных компонентов в породах фундамента Срединного хребта были приняты равными средними содержаниями в земной коре по [Rudnik, Gao, 2003]. В качестве фона рисунка а нанесена модель образования данных пород по [Volynets et al., 2010] (Рис. 5.7.). На рисунке б также нанесена данная модель в виде кривой смешения N-MORB–EMII. Поля составов ВВФ и ЦКД нанесены по данным [Ponomareva et al., 2007].
Изотопные данные относительно состава рассматриваемых пород [Churikova et al., 2001; Volynets et al., 2010] не вступают в противоречие с данной моделью. За счт того, что наиболее примитивные расплавы и соответствующие им лавы имеют высокие содержания Sr и Nd, изотопные отношения при ассимиляции ими корового вещества должны смещаться не слишком существенно (Рис. 5.4). Как показано на Рисунках 5.3, 5.4 a и 5.4 б, изотопные отношения Nd и параметр Nb предполагают меньшие проценты смешения (до 10 и 15 %, соответственно) для образования голоценовых базальтов и андезибазальтов Срединного хребта, чем изотопные отношения Sr (до 20 %) и общее содержание SiO2 (до 50 %), что может быть объяснено рядом факторов:
Неопределнность в выборе стартового состава расплавов, связанная с тем, что изотопные отношения Sr и Nd не измерялись непосредственно в расплавных включениях, а в качестве начальных значений данных параметров были выбраны их значения для состава образца AB 02-21.
Условность выбора состава конечного ассимилируемого компонента, или компонента смешения. Оценка изотопного состава корового компонента проводилась на основе данных о составе пород Срединного массива (1.1.), который представляет породы его фундамента [Bindeman et al., 2002; Avdeiko et al., 2007], а содержания рассеянных компонентов были приняты равными средним их содержаниям в земной коре [Rudnik, Gao, 2003], или содержаниям в дацитовых лавах Срединного хребта.
Моделирование процесса коровой ассимиляции как механического смешения между составом расплавов и составом пород коры/кислым расплавом. Данный процесс может включать в себя частичное плавление пород коры и смешение получившихся расплавов, флюидный обмен и другие процессы [Maury, Bizouard, 1974; Reiners et al., 1995].
Расплавные включения в оливине
В разделе 5.1. было показано, что расплавы эруптивных центров Тобельцен, ЛИ и Южный Черпук могут представлять собой продукт магматической эволюции наиболее магнезиальных расплавов эруптивных центров Кекукнайского ареального поля и группы вулканов Терпук, которые в данном случае можно считать родоначальными для голоценовых вулканитов данной зоны. В связи с этим, критерии состава источника расплавов голоценовых вулканитов Срединного хребта будут рассматриваться только для расплавов, отнеснных к группе родоначальных.
Петрохимические критерии источника голоценовых вулканитов Срединного хребта. Петрохимические особенности родоначальных расплавов Срединного хребта должны отражать состав их источника. Как показано на Рисунке 2.4, приемлемыми координатами для их сравнения с экспериментальными данными являются проекции из точки состава оливина, в частности проекция на плоскость Di-Ne-Q.
На Рисунке 5.6 показано, что реконструированные расплавы группы вулканов Терпук и голоценовых вулканитов Кекукнайского поля попадают в нефелин-нормативную и пограничную между нефелин- и гиперстен-нормативной область системы CMAS, соответственно. В то же время, эксперименты по плавлению модельного среднего состава верхней мантии (KLB-1, к примеру [Sorbadere et al., 2013; Takahashi, 1986]) показывают, что результирующие расплавы должны иметь существенно гиперстен-нормативный состав, который отделн от родоначальных расплавов Срединного хребта термическим барьером. Расплавы, полученные при плавлении пироксенитовых составов [Kogiso, Hirschmann, 2001; Sorbadere et al., 2013], близки к расплавам, реконструированным для группы вулканов Терпук, однако валовый состав лав данного объекта и расплавы Кекукнайского ареального поля существенно менее обогащены нормативным нефелином (Рис. 5.6).
В связи с этим, ни средний состав верхней мантии, ни пироксениты не могут рассматриваться в качестве источника родоначальных расплавов голоценовых ареальных вулканитов Срединного хребта, однако, следуя модели [Sorbadere et al., 2013], они могли быть образованы при водном плавлении смешанного перидотит-пироксенитового источника.
Проекция составов родоначальных расплавов и лав голоценовых вулканитов Срединного хребта на плоскость Di-Ne-Q в системе CMAS из точки состава оливина. В качестве фона использована диаграмма 1.5. Построение диаграммы осуществлялось с помощью программы [France и Nikollet, 2010]. 1 – магнезиальные расплавы группы вулканов Терпук; 2 – магнезиальные расплавы Кекукнайского ареального поля; 3 – лава группы вулканов Терпук (AB 02-21 [Volynets и др., 2010]); 4 – составы голоценовых лав Срединного хребта [Колосков и др., 2011; Churikova и др., 2001; Volynets и др.,2010].
Геохимические критерии источника голоценовых вулканитов Срединного хребта. Одной из наиболее распространнных моделей образования голоценовых вулканитов Срединного хребта является модель плавления мантийного источника, являющегося смесью источников N-MORB и OIB, под воздействием водного флюида [Churikova и др., 2001; Volynets и др., 2010]. Так как данная модель рассматривает мантийный источник как смесь N-MORB и OIB, можно рассматривать изотопный состав образующихся расплавов как их механическую смесь. Для оценки конечных членов смешения были взяты средние изотопные составы N-MORB [Hart и др., 1999] и конечных членов компонента OIB – HIMU, EMI и EMII [Hart, 1988]. Средние содержания Sr и Nd в данных источниках приведены в [Sun и McDonough, 1989; Willbold и Stracke, 2006].
Данные относительно изотопного состава лав голоценовых ареальных вулканитов Срединного хребта [Churikova и др., 2001; Volynets и др., 2010] показывают, что они могут быть описаны смешением N-MORB и EMI или EMII, однако процент обогащнного компонента в источнике не может превышать 4-5 % (Рис. 5.7). В то же время, для лавы группы вулканов Терпук, которая отвечает составу родоначальных расплавов Срединного хребта, данная модель предполагает 22 % обогащнного компонента в источнике [Volynets и др., 2010].
В связи с данным противоречием, а также с петрохимическими особенностями рассматриваемых расплавов и лав, рассмотренными в предыдущем разделе, модель [Churikova и др., 2001; Volynets и др., 2010] рассматривается как маловероятная.