Генезис муджиеритов и бенмореитов вулкана Немрут (Восточная Турция) Перетяжко И.С., Савина Е.А., Щербаков Ю.Д Институт геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН, г.Иркутск Дифференцированные серии щелочных пород широко распространены в областях развития континентальных рифтов и на океанических островах. По современным представлениям они образуются из щелочных магм в процессах фракционной кристаллизации трахибазальтового расплава и контаминации корового вещества. Обычно в фельзитовых сериях редко встречаются либо отсутствуют породы с концентрацией SiO2 от 51-53 мас.% до 58-60 мас.%. Эта особенность серий, именуемая в англоязычной литературе Daly Gap, объясняется сочетанием нескольких факторов, которые связаны с реологическими свойствам магм. Считается, что магмы промежуточного по содержанию SiO2 состава могут формировать слои в зональных камерах между основными и более кислыми фельзитовыми расплавами. Вследствие большой объемной доли кристаллических вкрапленников и высокой вязкости такие магмы малоподвижны и редко достигают земную поверхность при извержениях. Тем не менее, соответствующие им по составу породы – муджиериты (базальтовые трахиандезиты) и бенмореиты (трахиандезиты) иногда образуют потоки лав. Однако, чаще всего, такие породы находят в виде ксенолитов среди вулканитов разного состава. Изучение муджиеритов (базальтовых трахиандезитов) и бенмореитов (трахиандезитов) имеет большое значение для построения петрогенетических моделей вулканических центров, поскольку такие породы могут формироваться как при фракционной кристаллизации щелочного базальтового расплава с участием или без контаминированного корового вещества, так и в результате смешения магм. Ранее на вулкане Немрут в Восточной Турции были описаны потоки муджиеритовой лавы, а также ксенолиты бенмореитов в комендитах (Çubukçu et al., 2012). Предполагалось, что магмы муджиеритового и бенмореитового составов образовались при фракционной кристаллизации трахибазальтового расплава. Основными продуктами вулканической деятельности на докальдерной эффузивной стадии эволюции вулкана были трахиты и обогащенные железом комендиты. На склонах вулкана и в стенках кальдеры обнажается также несколько потоков лав муджиеритов, трахидацитов и пантеллеритов. Кальдера образовалась в интервале между 90 и 30 тыс. лет после обрушения стратовулкана, вызванного двумя крупными извержениями игнимбритов трахитов. В дальнейшем вулканическая деятельность была сосредоточена в кальдере. Здесь формировались лавовые купола комендитов, извергалась пирокластика, изливались лавы комендитов, имеющих пониженное содержание железа. Редкие ксенолиты бенмореитов встречаются в обогащенных железом комендитах поздней докальдерной стадии. Ксенолиты бенмореитов (размером до нескольких десятков сантиметров) более характерны для низкожелезистых комендитов посткальдерной стадии. В этих породах описаны (Çubukçu et al., 2012) также реликты бенмореитовой магмы (стекло и ксенокристы). Состав (мас.%) пород вулкана Немрут NR-25/1 NR-24 NR-23 NR-1 NR-10 NR-11 NR-14 NR-12 SiO2 53,49 61,40 72,84 73,81 48,10 56,33 64,23 74,11 TiO2 2,08 0,93 0,25 0,14 2,77 2,01 1,17 0,25 Al2O3 17,03 16,81 11,29 12,37 14,67 13,51 12,95 11,27 Fe2O3 2,53 2,23 2,29 1,08 3,31 1,75 1,98 1,26 FeO 7,81 4,58 2,27 1,33 9,16 7,78 4,34 1,64 MnO 0,17 0,13 0,10 0,05 0,19 0,15 0,11 0,06 MgO 2,62 0,99 0,06 0,06 6,46 4,61 2,44 0,28 CaO 6,20 3,06 0,36 0,47 9,57 6,28 3,72 0,71 Na2O 4,47 5,22 5,41 5,20 3,71 4,31 4,92 5,12 K2O 2,05 3,56 4,26 4,43 0,79 1,95 3,10 4,35 P2O5 0,47 0,28 0,03 0,05 0,36 0,26 0,16 0,03 LOI 1,19 0,84 0,86 1,00 0,40 0,75 0,50 0,73 Сумма 100,11 100,03 100,02 99,98 99,49 99,67 99,62 99,81 A/CNK 0,82 0,93 0,80 0,87 0,60 0,66 0,71 0,78 Породы докальдерной стадии: NR-25/1 – муджиерит (базальтовый трахиандезит), NR-24 – трахидацит, NR-23 – обогащенный железом комендит. NR-1 – низкожелезитый комендит в кальдере. Породы "рифтовой" зоны: NR-10 –трахибазальт, NR-11 – бенмореит (трахиандезит), NR-14 – порода трахидацитового состава, NR-12 – низкожелезистый комендит. Составы пород вулкана Немрут представлены на TAS диаграмме В интервале содержаний SiO2 4762 мас.% находятся точки муджиеритов и бенмореитов. Изучены образцы муджиерита (NR25/1) и трахидацита (NR-24) из лав докальдерной стадии, а также пород "рифтовой" зоны – трахибазальта (NR10), бенмореита (NR11), комендита (NR12) и породы трахидацитового состава (NR-14). Муджиерит порфировая (NR-25/1) – порода с 20-30 об.% долей порфировых вкрапленников плагиоклаза (An41-59), авгита (En32-44,Fs15оливина (Fo50-68), 28,Wo38-43), титаномагнетита и ильменита. Матрикс состоит из микролитов андезина (An28-47), оливина (Fo43-55), авгита, титаномагнетита и ильменита. В интерстициях микролитов находится стекло с выделениями субмикронных размеров амфибола. Стекло щелочное (A/CNK 0.6-0.8), P-содержащее (мас.%): 59-62 SiO2, 1.6-3.1 TiO2, 12-16 Al2O3, 6-10 FeO, 0.4-1 MgO, 2-5 CaO, 4-6 Na2O, 3-5 K2O, 0.51.1 P2O5. В трахидаците (NR-24) доля порфирокристов андезина (An31-45), авгита (En30-42,Fs20-28,Wo35-43) и оливина (Fo40-48) составляет около 30 об.%. Для авгитов характерны включения апатита, содержащего до 1 мас.% SrO. Плагиоклаз в микролитах матрикса соответствуют олигоклазу (Ab7582An15-30Or5-15), а оливин (Fo18-36) становится более железистым. Интерстиционное стекло щелочное (A/CNK 0.7-0.8), P-содержащее, трахитового состава (мас.%): 61-64 SiO2, 0.8-1 TiO2, 14-16 Al2O3, 4-8 FeO, 0.4-1.1 MgO, 2-3 CaO, 5.5-6.5 Na2O, 5.4-6.5 K2O, 0.3-0.6 P2O5. В порфирокристах оливина с долей форстерита 40-47% вскрыто несколько РВ (рис. в) с остаточными стеклами трахитового состава, P- и Cl-содержащими. Трахибазальт (NR-10) ‘’рифтовой” зоны содержит до 50 об.% порфирокристов лабрадора (An60-66) и оливина (Fo68-75) (рис. а,б). Микрокристаллический матрикс состоит из субпараллельных выделений андезиналабрадора (An48-57) и микролитов магнезиального оливина (Fo55-62), авгита (En32-41,Fs19-22,Wo41-47), титаномагнетита. В тонких (1-3 мкм) каймах вокруг микролитов находится P-содержащее, обогащенное Na стекло (мас.%): 59-64 SiO2, 0.3-0.8 TiO2, 16-22 Al2O3, 1.46 FeO, 0.2-0.9 MgO, 1.3-5.8 CaO, 7-8 Na2O, 1.7-5 K2O, 0.1-1.6 P2O5. Остаточные стекла близкого состава с дендритовыми и игольчатыми выделениями амфибола субмикронных размеров встречаются также в расплавных включениях из порфирокристов магнезиального оливина (рис. б). Среди микрокристаллического матрикса в нескольких микролитах магнезиального оливина (Fo63-72) вскрыты РВ со стеклом (рис. в). Стекла РВ и в интерстициях минералов матрикса имеют близкие составы. Для стекол характерны высокие концентрации CaO (6-11 мас.%) и Na2O (5-9 мас.%), а также примесь до 1 мас.% P2O5 Ксенолит бенмореита (NR-11) обнаружен в потоке трахибазальтов “рифтовой” зоны. В стекловатом матриксе породы структуры часто встречаются сростки ксенокристаллов лабрадора (An55-68) и магнезиального оливина (Fo53-76) (рис. г,д), близких по составу таковым из образца трахибазальта NR-10. В оливине (Fo25-55) микролитов снижается концентрация Mg. Ксенокристы лабрадора обрастают каймой андезина (Ab55-60An32-43Or3-8). Андезин микролитов обогащен калием (Ab46-67An25-51Or2-10). Для авгита (En33-46,Fs17-21,Wo34-47) порфирокристов характерны значительные вариации содержания Ca и Mg. Авгиты вешних зон порфирокристов и микролитов более железистые (En32-46,Fs19-34,Wo32-45). В матриксе встречаются зерна титаномагнетита и ильменита. Между микролитов матрикса находится стекло с субмикронными выделениями, вероятно, титаномагнетита. В некоторых участках размеры монообластей стекла достигают 5-10 мкм (рис. е). В порфирокристах лабрадора встречаются заливы, заполненные стеклом с микролитами матрикса и аксиолитовыми выделениями амфибола субмикронных размеров (рис. д). Стекло P- и Cl- содержащее, комендитового среднего состава (мас.%): 71.33 SiO2, 0.99 TiO2, 13.27 Al2O3, 2.72 FeO, 0.23 MgO, 0.8 CaO, 4.21Na2O, 5.31 K2O, 0.11 Cl, 0.44 P2O5, 99.4 сумма, A/CNK 0.85-1. Комендит (NR-12) – порода с долей порфировых вкрапленников в светлом стекле около 25 об.%. Порфирокристы анортоклаза имеют небольшие вариации состава (Ab61-66An3-9Or11-18). Встречаются вкрапленники фаялита (Fa93-95Fo0-5Tp4-6) и железистого геденбергита (En3-5,Fs43а также редкие зерна 57,Wo42-45), чевкинита (Ce,La,Pr,Nd,Ca,Th)4(Fe2+)2 (Ti,Fe3+)3Si4O22, фтор-апатита (Ce-,La-, Nd-содержащего), циркона и пирротина (рис. а). В образце обнаружено несколько ксенолитов бенмореита без каких-либо внешних изменений и редкие пятнообразные обособления темного и светлого стекла, в которых находятся ксенокристы магнезиального оливина, авгита, плагиоклаза (рис. 9б). Средний состав светлого стекла (мас.%): 76.32 SiO2, 0.16 TiO2, 11.86 Al2O3, 1.99 FeO, 0.20 CaO, 4.7 Na2O, 4.55 K2O, 0.07 Cl, 99.85 сумма, A/CNK=0.91. Темное стекло менее щелочное (A/CNK=0.95), чем светлое, содержит больше Al2O3 и меньше SiO2 (мас.%): 74.41 SiO2, 0.46 TiO2, 13.0 Al2O3, 1.96 FeO, 0.34 CaO, 4.9 Na2O, 4.57 K2O, 0.09 Cl, 99.71 сумма. Составы посткальдерных комендитов (NR-1) и комендитов (NR-12) "рифтовой" зоны по составу значимо не различаются. Ксенокристы в этих участках имеют явные признаки неравновесных взаимоотношений с окружающим их расплавом: краевые зоны магнезиального оливина (рис. в) и авгита обогащаются железом; микролиты андезина обрастают каймой олигоклазового состава, близкого к микролитам в светлом стекле и во внешних каймах порфирокристов анортоклаза; зерна максимально железистого геденбергита имеют резорбированные края (рис. г). В участках вблизи темного стекла встречаются микролиты авгита с необычным для этих пород соотношением Fe, Mg и Ca (En25-27,Fs36-41,Wo36-38). Образец породы трахидицитового состава (NR-14) отобран вблизи центра излияния комендитовой лавы в “рифтовой” зоне. Основу породы составляет темное стекло, содержащее около 30 об.% порфировых вкрапленников комендитовой (фаялит, геденбергит, анортоклаз) и бенмореитовой (оливин, авгит, андезин) минеральных ассоциаций (рис. а,б). Ксенокристы фаялита (Fa93-95Fo3-5Tp4-6) и геденбергита (En2-5,Fs5355,Wo42-44) имеют каймы регенерации, где содержание MgO достигает 10 и 7.6 мас.% соответственно, а оливина (Fo70-77) ближе к краю обогащаются Fe. Совместно с минералами бенмореитовой ассоциации часто находятся зерна титаномагненита и ильменита. В стекле ксенокристы анортоклаза (Ab66-72An0-2Or28-35) имеют резорбированные края (рис. в,г) более натриевого состава (Ab75-77An2-4Or20-23), а зерна андезина (Ab50-65An32-50Or2-5) обрастают каймой (рис. в) олигоклаза (Ab68-75An15-27Or5-12), состав которого соответствует микролитам олигоклаза в матриксе. Темное стекло матрикса имеет трахириодацит-трахириолитовый состав (мас.%): 72.28 SiO2, 0.71 TiO2, 13.37 Al2O3, 2.86 FeO, 0.68 CaO, 4.81 Na2O, 4.68 K2O, 0.04 Cl, 99.57 сумма, A/CNK=0.94. Это стекло отличается от темного стекла пятнообразных выделений в образце NR-12 более низким содержанием SiO2, повышенными концентрациями Al, Fe, Ti, Ca и суммы щелочей. По составам сосуществующих титаномагнетита и ильменита, используя термо- и оксибарометр (Ghiorso, Evans, 2008), рассчитаны температуры и значения летучести кислорода, при которых они кристаллизовались. Температуры формирования краевых зон порфирокристов и микролитов полевых шпатов получены в парах с окружающим их стеклом разного состава. Температуры определены при давлении 1 кбар по выражениям 24a и 24b из работы (Putirka, 2008) для плагиоклазов и анортоклазов соответственно с учетом теста на равновесие между миналами анортита и альбита. Оценки условий кристаллизации минералов в породах Титаномагнетит и ильменит образовались при следующих условиях: муджиерит NR-25/1 – 960-922°С, летучесть кислорода ΔlgfO2 относительно буфера NNO от -1.54 до -0.73; бенмореит NR-11 и порода NR-14 с порфирокристами бенмореитовой магмы – 940-890°С, ΔlgfO2 NNO от -1.46 до -0.79; трахидацит NR-24 – 870-845°С, ΔlgfO2 NNO от -2.11 до -1.82; комендит NR-12 – 705-667°С, ΔlgfO2 NNO от -2.48 до -2.18. трахибазальт NR-10 имеются зерна титаномагнетита, ильменит не обнаружен. Температуры кристаллизации полевых шпатов в породах поскальдерной стадии и “рифтовой” зоны: трахибазальт NR-10 – Температуры кристаллизации микролитов олигоклаза-лабрадора в матриксе и расплава, соответствующего по составу интерстиционному стеклу 1150-950°С бенмореит NR-11 –Микролиты андезина и тройных полевых шпатов в комендитовом интерстиционном расплаве матрикса кристаллизовались в температурном диапазоне 920-800°С. порода NR-14 – 940-820°С, комендит NR-12 – 870-750°С. Микролиты анортоклаза в матриксе комендитов (NR-12, NR-1) образовались при самых низких температурах – 760-720°С. . В программе Petrolog v.3.1.13 (Danyushevsky, Plechov, 2011) получены температуры образования расплавных включений в оливинах без поправки на давление по пяти моделям разных авторов (Ford et al., 1983; Nielsen, 1988; Beattie, 1993; Gaetani, Watson, 2002). Для этого использованы составы находящихся в РВ остаточных стекол и значения летучести кислорода, рассчитанные для сосуществующих зерен титаномагнетита и ильменита в породах. В муджиерите NR-25/1 РВ в зерне оливина с долей форстеритового минала 52.7%, в зависимости от выбранной модели оливин-расплав для значения ΔlgfO2 NNO = -1.5 температура захвата РВ находится в интервале 993-1056°С при относительно более низкой температуре (959-1024°С) равновесия между оливином матрицы и остаточным расплавом РВ. Для другого РВ в оливине с долей форстерита 54.4% эти интервалы 882-981°С и 808-948°С соответственно. В трахидаците NR-24 В трех незональных порфирокристах оливина с долей форстерита 40-47% вскрыто несколько РВ. В моделях для ΔlgfO2 NNO = -2 температуры образования РВ (896-990°С) на 100-130°С ниже температур равновесия между оливином и остаточными расплавами РВ. Такое обратное соотношение температур можно объяснить вторичным нагревом порфирокристов оливина в очаге трахидацитовой магмы. В трахибазальте NR-10 В нескольких микролитах магнезиального оливина (Fo63-72) вскрыты РВ со стеклом. Стекла РВ и в интерстициях минералов матрикса имеют близкие составы. Температура захвата расплавов в РВ при ΔlgfO2 NNO = -1.5 в разных моделях оливин-расплав обычно превышает 1000°С (до 1180°С), а температура равновесия остаточного расплава РВ с оливином варьирует значительно в интервале 803-1040°С. Для бенмореита NR-11 По данным модельных расчетов РВ в магнезиальном оливине (Fo70-74) с остаточным P-содержащим стеклом трахитового состава для ΔlgfO2 NNO = -1.5 захватывались при температурах от 860 до 1123°С, а температура равновесия остаточного расплава в РВ и оливина более низкая (7251074°С). Столь большие вариации температур могут быть связаны с отсутствием равновесия между минералом-хозяином и расплавами в РВ. В комендите NR-12 В одном участке темного стекла найден крупный ксенокрист оливина с магнезиальной центральной частью и более железистыми краями. Вероятно, постепенное изменение состава оливина (Fo70-50) произошло при диффузионном перераспределении Mg и Fe между ним и расплавом в процессе смешения бенмореитовой и комендитовой магм. Ближе к центральной зоне этого оливина вскрыто РВ с остаточным стеклом. Температуры захвата РВ и равновесия остаточного расплава с центральной зоной оливина (Fo70) максимально высокие и находятся в интервале значений 1056-1203°С. В другом зерне оливина (Fo64) вскрыто РВ со стеклом. Его захват и установление равновесия между оливином и расплавом могло происходить при температурах от 906 до 1030°С. В темном стекле породы NR-14 трахидацитового состава РВ с остаточными стеклами обнаружены как в фаялите (Fa96-97), так и в магнезиальном оливине (Fo60-76) . В магнезиальных оливинах из бенмореитовой минеральной ассоциации стекла РВ имеют большую дисперсию содержаний петрогенных оксидов: SiO2 (56-69 мас.%), Al2O3 (14.5-22.6 мас.%), CaO (0.7-7.6 мас.%), Na2O (5.4-8.3 мас.%), K2O (1.4-4.9 мас.%). Вероятно, это связано с гибридной природой расплавов, существовавших после смешения бенмореитовой и комендитовой магм. Расчетные температуры захвата РВ и равновесия расплавов РВ с оливином также меняются значительно и разнонаправлено. В двух РВ температуры захвата ниже, чем температуры равновесия между остаточным расплавом и оливином. Это может быть следствием больших температурных градиентов в очаге смешанной магмы и вторичным нагревом зерен оливина с РВ. Расплавные включения в фаялитах содержат щелочные комендитовые стекла. Средний состав стекла по десяти РВ в двух порфирокристах фаялита следующий: 73.10 SiO2, 10.24 Al2O3, 4.27 FeO, 0.80 CaO, 4.04 Na2O, 4.10 K2O, 0.11 Cl, 96.67 сумма, A/CNK=0.82. Расплав такого состава захватывался в РВ при росте зерен фаялита в комендитовой магме. Параметры образования РВ в фаялите невозможно рассчитать, поскольку в программе Petrolog (Danyushevsky, Plechov, 2011) нет моделей кристаллизации кислых расплавов. По расчетным данным трахибазальтовый расплав кристаллизовался в интервале температур выше 950°С (при 950-1160°С образовались микролиты олигоклаза-лабрадора в матриксе и расплавные включения в оливинах. Кристаллизация трахидацитовой магмы происходила, по-видимому, в относительно более низком температурном диапазоне от 870 до 990°С (по парам титаномагнетит-ильменит и РВ в оливинах. В процессе смешения трахибазальтовой и трахидацитовой магм, а также фракционной кристаллизации трахибазальтового расплава образовалась муджиеритовая магма. В такой магме кристаллизовались титаномагнетит и ильменит (922-960°С), а в оливинах захватывались РВ при 920-1060°С. По-видимому, фракционирование трахибазальтовой и муджиеритовой магм на докальдерной стадии эволюции вулкана привело к образованию щелочных фельзитовых расплавов, которые изливались и формировали лавовые потоки трахидацитов, трахитов, пантеллеритов и высокожелезистых комендитов. Ранее предполагалось, что бенмореитовый расплав образовался при фракционной кристаллизации оливина, плагиоклаза, клинопироксена, магнетита и апатита в трахибазальтовом расплаве. Судя по нашим данным, бенмореитовая магма имела разное происхождение. Геохимические особенности проб докальдерных бенмореитов, также как и большинства проб муджеритов, получаются в результате смешивания трахибазальтового и трахидацитового расплавов. Бенмореитовая магма на посткальдерной стадии имела другой источник. Для образованных из нее бенмореитов характерны аномально низкие концентрации Ba (46-54 ppm) и Sr (203-269 ppm), которые нельзя получить при фракционной кристаллизации трахибазальтового расплава. Составы посткальдерных бенмореитов, также как и гибридных пород типа NR-14, наилучшим образом рассчитываются как смеси трахибазальтовой магмы (70-50 мас.%) с низкожелезистым комендитовым расплавом (30-50 мас.%) без контаминации корового вещества. Очаги низкожелезистого комендитового расплава формировались на посткальдерной стадии в процессах фракционной кристаллизации расплавов трахитового, пантеллеритового и высокожелезистого комендитового составов. После внедрения в такой очаг трахибазальтовой магмы образовалась бенмореитовая магма. В образце бенмореита NR-11 есть ксенокристы лабрадора и оливина из трахибазальтовой магмы, но нет ксенокристов фаялита, анортоклаза, геденбергита из комендитовой минеральной ассоциации. Возможно, в бенмореитовой магме эти минералы растворились полностью либо внедрение трахибазальтовой магмы произошло при температурах выше ликвидуса комендитового расплава. Заключение На докальдерной стадии эволюции вулкана Немрут процессы смешения трахибазальтовой и трахидацитовой магм, а также фракционной кристаллизации трахибазальтового расплава с участием корового вещества привели к формированию муджиеритовой магмы. Бенмореиты докальдерной стадии образовались из смешанной магмы трахибазальт-трахидацитового состава. Очаги наиболее позднего низкожелезистого комендитового расплава появились на посткальдерной эффузивной стадии эволюции вулкана в процессе фракционной кристаллизации щелочных фельзитовых магм трахитового, пантеллеритового и высокожелезистого комендитового составов. После смешения с таким расплавом трахибазальтовой магмы образовалась бенмореитовая магма с аномально низкими содержаниями Ba и Sr. Наличие реликтов бенмореитовой магмы (темного стекла трахириодациттрахириолитового состава, ксенокристов магнезиального оливина, плагиоклаза, авгита) в комендитах позволяет предположить, что многократные извержения внутри кальдеры и в "рифтовой" зоне были вызваны ее внедрениями в очаги низкожелезистой комендитовой магмы. Благодарю за внимание!
