К вопросу о дифференциации расплава в промежуточной камере (на примере дифференцированных интрузивов западного склона Южного Урала)

В статье приводятся материалы по анализу химического состава силикатов и алюмосиликатов, слагающих дифференцированное тело мисаелгинского комплекса, которые позволили расчетными методами восстановить термобарические параметры кристаллизации расплава в промежуточной камере.
Установлено наличие высокотемпературных (1472 ºС) интрателлурических кристаллов оливина, характеризующих процесс магмогенерации в мантии и оливина, кристаллизующегося в условиях промежуточной камеры (1050–1183 ºС). Рассчитанная температура кристаллизации пироксенов свидетельствует о том, что они кристаллизовались совместно с оливином основной массы пород, а установленные вариации Р–Т параметров (Т = 950–1045ºС, Р = 4.0–7.4 кбар) для плагиоклаза и амфибола завершают количественную характеристику высокотемпературных процессов кристаллизации расплава.
Показано, что рассчитанные Р–Т параметры кристаллизации расплава, сформировавшего интрузивный массив, позволяют отнести его ультраосновной горизонт к пикритовым комплексам второго типа, выделенным нами ранее.
Моделирование процесса кристаллизации осуществленное с использованием двух моделей – по алгоритму Х.Д. Натана и К.К. Ван-Кирка и программному продукту КОМАГМАТ, позволили установить, что наиболее вероятным механизмом формирования дифференцированного тела мисаелгинского комплекса являлась направленная кристаллизация с гравитационным осаждением оливина на начальных стадиях процесса становления массива.

1. Алексеев А.А. (1984). Рифейксо-вендский магматизм западного склона Южного Урала. М.: Наука, 136 с.

2. Алексеев А.А., Алексеева Г.В., Ковалев С.Г. (2000). Расслоенные интрузии западного склона Урала. Уфа: Гилем, 188 с.

3. Аппен А.А. (1974). Химия стекла. Л.: Химия, 125 с.

4. Арискин А.А., Бармина Г.С. (2000). Моделирование фазовых равновесий при кристаллизации базальтовых магм. М.: Наука, 363 с.

5. Арискин А.А., Бармина Г.С., Френкель М.Ю. (1986). Имитация кристаллизации толеитовой магмы при низком давлении при фиксированной летучести кислорода. Geochem. Int., 24(5), с. 92–100.

6. Арискин А.А., Френкель М.Ю., Бармина Г.С., Нильсен Р. (1993). COMAGMAT: программа FORTRAN для моделирования процессов дифференциации магмы. Comput. Geosci., 19, с. 1155–1170. https://doi.org/10.1016/0098-3004(93)90020-6

7. Бычков Д.А., Коптев-Дворников Е.В. (2005). Программа Кри-Минал для моделирования равновесия расплав–твердые фазы при заданном валовом составе системы. Матер. межд. конф.: Ультрамафитмафитовые комплексы складчатых областей докембрия. Улан-Удэ: Изд. БурНЦ СО РАН, с. 122–123.

8. Дриц В.А., Коссовская А.Г. (1991). Глинистые минералы: слюды, хлориты. М: Наука, 176 с.

9. Ерофеева К.Г., Степанова А.В., Самсонов А.В. Ларионова Ю.О., Егорова С.В., Арзамасцев А.А., Ковальчук Е.В. (2019). Базитовые дайки и силлы палеопротерозойского возраста (2400 млн лет) на севере Фенноскандии: петрология и коровая эволюция. Петрология, 27(1), с. 19–46.

10. Ковалев С.Г. (1996). Дифференцированные диабаз-пикритовые комплексы западного склона Южного Урала. Уфа: ИГ УНЦ РАН, 99 с.

11. Ковалев С.Г. (2011). Новые данные по геохимии диабаз-пикритового магматизма западного склона Южного Урала и условия его формирования. Литосфера, 2, с. 68–83.

12. Ковалев С.Г., Ковалев С.С., Высоцкий С.И. (2018). Благороднометалльная геохимическая специализация мезопротерозойских магматических комплексов Башкирского мегантиклинория и восточной окраины Восточно-Европейской платформы. Литосфера, 18(2), с. 295–313. https://doi.org/10.24930/1681-9004-2018-18-2-295-313

13. Ковалев С.Г., Пучков В.Н., Высоцкий С.И., Ковалев С.С. (2017). Условия образования магматических пород при плюмовом процессе (на примере западного склона Южного Урала). ДАН, 475(2), с. 171–175. https://doi.org/10.7868/S0869565217200129

14. Ленных В.И., Петров В.И. (1978). Пикриты тараташского комплекса. Труды Ильмен. гос. заповед., вып. 17, с. 45–52.

15. Мюллер Р., Саксена С. (1980). Химическая петрология. М.: Мир, 516 с.

16. Носова А.А., Сазонова Л.В., Каргин А.В., Ларионова Ю.О., Горожанин В.М., Ковалев С.Г. (2012). Мезопротерозойская внутриплитная магматическая провинция Западного Урала: основные петрогенетические типы пород и их происхождение. Петрология, 20(4), с. 392–428.

17. Ползуненков Г.О. (2018). Оценка P-T и fO2 условий кристаллизации монцонитоидов Велиткенайского гранит-мигматитового массива (арктическая Чукотка) по данным минеральной термобаро- и оксибарометрии. Тихоокеанская геология, 37(5), с. 97–111.

18. Сазонова Л.В., Носова А.А., Ларионова Ю.О., Каргин А.В., Ковалев С.Г. (2011). Мезопротерозойские пикриты восточной окраины ВосточноЕвропейской платформы и Башкирского мегантиклинория: петрогенезис и особенности составов оливина и клинопироксена. Литосфера, 3, с. 64–83.

19. Уэйджер Л.П., Браун Г. (1970). Расслоенные изверженные породы. М., 552 с.

20. Френкель М.Я., Ярошевский А.А., Арискин А.А., и др. (1988). Динамика внутрикамерной дифференциации базитовых магм. М.: Наука, 216 с.

21. Шарков Е.В. (1980). Петрология расслоенных интрузий. Л.: Наука,. 120 с.

22. Ярошевский А.А. (1964). Принцип зонной плавки и его применение при решении некоторых геохимических вопросов. Тр. геохимической конф.: Химия земной коры, т. 2. М.: Наука, с. 55–62.

23. Aitcheson, S.J., Forrest, A.H. (1994). Quantification of crustal contamination in open magmatic systems. Journal of Petrology, 35, pр. 461–488. https://doi.org/10.1093/petrology/35.2.461

24. Ariskin A.A., Barmina G.S. (2004). COMAGMAT: Development of a magma crystallization model and its petrologic applications. Geochemistry International, 42(Suppl. 1), рp. 1–157.

25. Beattie P. (1993). Olivine-melt and orthopyroxene-melt equilibria. Contributions to Mineralogy and Petrology, 115(1), рp. 103–111. https://doi.org/10.1007/BF00712982

26. Blundy J.D., Holland T.J.B. (1990). Calcic amphibole equilibria and a new amphibole-plagioclase geothermometer. Contrib Mineral Petrol, 104(2), pp. 208–224. https://doi.org/10.1007/BF00306444

27. Bohrson W.A., Spera F.J. (2001). Energy-Constrained Open-System Magmatic Processes II: Application of energy-constrained assimilation–fractional crystallization (EC-AFC) model to magmatic systems. J. Petrol., 42(5), рp. 1019–1041. https://doi.org/10.1093/petrology/42.5.1019

28. Bohrson W.A., Spera F.J. (2003). Energy-constrained opensystem magmatic processes 4; Geochemical, thermal and mass consequences of Energy-Constrained Recharge, Assimilation and Fractional Crystallization (EC-RAFC). Geochem. Geophys. Geosyst., 4(2). https://doi.org/10.1029/2002GC000361

29. Bowen N.L. (1928). The Evolution of the Igneous Rocks. Princeton University Press, Princeton, 334 p.

30. Campbell F.E., Roeder P. (1968). The stability of olivine and pyroxene in the Ni-Mg-Si-O system. Am. Mineralog, 53, pp. 257–268.

31. De Hoog Jan C.M., Gall Louise, David H.C. (2010). Trace-element geochemistry of mantle olivine and application to mantle petrogenesis and geothermobarometry. Chemical Geology, 270(1–4), pp. 196–215. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2009.11.017

32. DePaolo D.J. (1981). Trace element and isotopic effects of combined wallrock assimilation and fractional crystallization. Earth and Planetary Science Letters, 53(2), рp. 189–202. https://doi.org/10.1016/0012-821X(81)90153-9

33. Fuchs L.H., Olsen E., Jensen K.J. (1973). Mineralogy, MineralChemistry, and Composition of the Murchison (C2) Meteorite. Smithson. Contrib. Earth Sci., 10, pp. 1–39. https://doi.org/10.5479/si.00810274.10.1

34. Gillis K.M., Snow J.E., Klaus A., Abe N., Adriao A.B., Akizawa N., Ceuleneer G., Cheadle M.J., Faak K., Falloon T.J., Friedman S.A., Godard M., Guerin G., Harigane Y., Horst A.J., Hoshide T., Ildefonse B., Jean M.M., John B.E., Koepke J., Machi S., Maeda J., Marks N.E., McCaig A.M., Meyer R., Morris A., Nozaka T., Python M., Saha A., Wintsch R.P. (2014) Primitive layered gabbros from fastspreading lower oceanic crust. Nature, 505, рp. 204–207. https://doi.org/10.1038/nature12778

35. Giret A., Bonin B., Leger J.M. (1980). Amphibole compositional trends in oversaturated alkaline plutonic ring-complexes. The Canadian Mineralogist, 18, pp. 481–495.

36. Humphreys M.C.S (2011) Silicate liquid immiscibility within the crystal mush: evidence from Ti in plagioclase from the Skaergaard intrusion. J Petrol., 52, рp. 147–174. https://doi.org/10.1093/petrology/egq076

37. Kranidiotis P., MacLean W.H. (1987). Systematic of Chlorite Alteration at the Phelps Dodge Massive Sulfide Deposit, Matagami, Quebec. Economic Geology, 82(7), pp. 1808–1911. https://doi.org/10.2113/gsecongeo.82.7.1898

38. Kretz R. (1982). Transfer and exchange equilibria in a portion of the pyroxene quadrilateral as deduced from natural and experimental data. Geochimica et Cosmochimica Acta, 46(3), pp. 411–422. https://doi.org/10.1016/0016-7037(82)90232-0

39. Layered Intrusions. (2015). Eds: Charlier B., Namur O., Latypov R., Tegner C. Springer, 748 p.

40. Leak B.E. (1978). Nomenclature of amphiboles. Miner. Mag., 42(324), pp. 533–563. https://doi.org/10.1180/minmag.1978.042.324.21

41. Lepage L.D. (2003). ILMAT: an excel worksheet for ilmenite-magnetite geothermometry and geobarometry. Comput. Geosci., 29(5), pp. 673–678. https://doi.org/10.1016/S0098-3004(03)00042-6

42. Leuthold J, Blundy J.D, Holness M.B, Sides R. (2014) Successive episodes of reactive liquid flow through a layered intrusion (Unit 9, Rum Eastern Layered Intrusion, Scotland). Contrib. Mineral. Petrol., 168, рp. 1–27. https://doi.org/10.1007/s00410-014-1021-7

43. Lindsley D.H., Spencer K.J. (1982). Fe-Ti oxide geothermometry: Reducing analyses of coexisting Ti-magnetite (Mt) and ilmenite (Ilm). American Geophysical Union, 63(18), p. 471.

44. Loucks Robert R. (1996). A precise olivine-augite Mg-Fe-exchange geothermometer. Contrib Mineral. Petrol., 125(2–3), рp. 140–150. https://doi.org/10.1007/s004100050211

45. Miyamoto M., Furuta T., Fujii NMcKay., D.S., Lofgren G.E., Duke M.B. (1993). The Mn-Fe negative correlation in olivines in ALHA 77257 ureilite. Journal of Geophysical Research, 98(E3), pp. 5301–5307. https://doi.org/10.1029/92JE02943

46. Namur O, Charlier B, Toplis M.J, Higgins M.D, Liégeois J-P, Vander Auwera J. (2010) Crystallization sequence and magma chamber processes in the ferrobasaltic Sept Iles layered intrusion, Canada. J. Petrol., 51, pp. 1203–1236. https://doi.org/10.1093/petrology/egq016

47. Nathan H.D., Vankirk C.K. (1978). A model of magmatic crystallization. Petrol., 19(1), pp. 66–94. https://doi.org/10.1093/petrology/19.1.66

48. Nielsen R.L. (1985). EQUIL: a program for the modeling of low-pressure differentiation processes in natural mafic magma bodies. Computers & Geosciences, 11, рp. 531–546. https://doi.org/10.1016/0098-3004(85)90084-6

49. Nielsen R.L. (1988). TRACE FOR: A program for the calculation of combined major and trace-element liquid lines of descent for natural magmatic systems. Computers & Geosciences, 14, рp. 15–35. https://doi.org/10.1016/0098-3004(88)90050-7

50. Perchuk L.L., Saxena S.K and Bhattacharji S. (1977). Thermodynamic control of metamorphic processes in Energetics of Geological Processes. New York: Springer.https://doi.org/10.1007/978-3-642-86574-9

51. Powell R. (1984). Inversion of the assimilation and fractional crystallization (AFC) equations; characterization of contaminants from isotope and trace element relationships in volcanic suites. Journal of Geological Society of London, 141(3), рp. 447–452. https://doi.org/10.1144/gsjgs.141.3.0447

52. Roedder P.L., Emslie R.F. (1970). Olivine-liquid equilibrium. Contributions to Mineralogy and Petrology, 29(4), рp. 275–289. https://doi.org/10.1007/BF00371276

53. Spera F.J., Bohrson W.A. (2001). Energy-constrained opensystem magmatic processes, 1, General model and energyconstrained assimilation and fractional crystallization (ECAFC) formulation. J. Petrol., 42(5), рp. 999–1018. https://doi.org/10.1093/petrology/42.5.999

54. Spera F.J., Bohrson W.A. (2002). Energy-constrained opensystem magmatic processes 3. Energy-constrained recharge, assimilation, and fractional crystallization (EC-RAFC). Geochemistry Geophysics Geosystems, 3(12), рp. 1–20. https://doi.org/10.1029/2002GC000315

55. Spera F.J., Bohrson W.A. (2004). Open-system magma chamber evolution: an energy-constrained geochemical model incorporating the effects of concurrent eruption, recharge, variable assimilation and fractional crystallization (EC-E’RA FC). Journal of Petrology, 45(12), рp. 2459–2480. https://doi.org/10.1093/petrology/egh072

56. Toramaru A, Matsumoto M. (2012) Numerical experiment of cyclic layering in a solidified binary eutectic melt. J. Geophys. Res., 117, B02209. https://doi.org/10.1029/2011JB008204

57. Wells P.R.A. (1977). Pyroxene thermometry in simple and complex systems. Contributions to Mineralogy and Petrology, 62(2), pp. 129–139. https://doi.org/10.1007/BF00372872

58. Wood B.J., Banno S. (1973). Garnet-orthopyroxene and orthopyroxeneclinopyroxene relationships in simple and complex systems. Contributions to Mineralogy and Petrology, 42(2), pp. 109–124. https://doi.org/10.1007/BF00371501