Вещественный состав магматических серий

Породы нормального ряда:

Порода	Основная масса	Вкрапленники
Риолит	кварц-альбит-к.п.ш.	кварц, санидин
Дацит	кварц-альбит-к.п.ш.	плагиоклаз
Андезит	андезин+рудный	плагиоклаз, роговая обманка, биотит, клинопироксен
Базальт	плагиоклаз +клинопироксен +рудный	клинопироксен, оливин, ортопироксен, роговая обманка
Ультраосновные вулканиты	клинопироксен+оливин+рудный	оливин, флогопит, клинопироксен

Экспериментальная диаграмма Диопсид-Анортит-Форстерит в сухой системе при давлении 1 атм.

	Структура спинифекс обусловлена скелетными кристаллами оливина (или пироксена, как в данном случае). Структура спинифекс является диагностическим признаком для коматиитов.
	Основная масса этой вулканической породы сложена высокомагнезиальным ортопироксеном и стеклом. Формально, состав породы попадает в андезиты, но эта порода вообще не содержит плагиоклаз. Высокая магнезиальность предопредеялет такой минеральный состав и порода относится к бонинитам.
	Структура фъямме характерна для игнимбритов

Классификация базальтов

Классификация современных базальтов по геотектонической обстановке является одной из самых простых классификаций, поскольку базируется на очевидных географических принципах. В настоящее время выделяются основные типы геотектонических обстановок

базальты срединно-океанических хребтов и трансформных разломов(базальты СОХ или MORB)
базальты океанических островов (OIB)
островодужные базальты (IAB)
базальты задуговых бассейнов или окраинных морей (BABB)
базальты крупных магматических провинций (BLIP)

Некоторые случаи являются спорными, например Исландия является островом на срединно-океаническом хребте. При этом, исландские базальты несут в себе геохимические черты и магматизма срединно-океанических хребтов, и океанических островов. Особенно много спорных случаев при классификации древних базальтов, для которых мы не можем точно определить палеогеографическую обстановку.

По степени насыщения кремнеземом

Классификация предложена Йодером (Yoder, Tilley, 1962) и основана на том, что активность кремнезема в расплаве контролируется преимущественно реакциями типа
2(Mg,Fe)SiO₃ -> (Mg,Fe)₂SiO₄ + SiO₂ (ортопироксен = оливин + кремнезем)

NaAlSi₃O₈-> NaAlSiO₄ + SiO₂ (альбит = нефелин + кремнезем)

По этим реакциям базальты можно разделить на 3 группы:

кварц-нормативные (содержащие избыток кремнезема.)
нефелин-нормативные (недостаток кремнезема)
гиперстен-нормативные (при отсутствии нормативных кварца или нефелина)

Обычно, принадлежность к этим группам определяется по химическому составу породы, по присутствию соответствующих нормативных минералов в результатах петрохимического пересчета по методу CIPW.

Классификация по содержанию калия на диаграмме SiO₂-K₂O была предложена для островодужных магм Гиллом [Gill,1981]. Эта классификация основана на том, что при кристаллизационой дифференциации базальтов нормального ряда, калий ведет себя как некогерентный элемент и постоянно накапливается в расплаве. При ассимиляции магмами кислых пород или смешении с кислыми расплавами, калий добавляется примерно в той же пропорции, что и при фракционировании. Поэтому, островодужные серии как правило формируют четкие тренды на диаграмме SiO₂-K₂O, примерно параллельные разделительным классификационным линиям, которые характеризуют серию в целом, как производную исходной магмы. Эта классификация удобна во многих случаях, так как позволяет определить принадлежность к серии не только дифференциатов, но и вулканических пеплов, тефры и т.д.

Диапазон SiO2	Низкокалиевые	Умереннокалиевые	Высококалиевые	Шошонитовые
48	<0.3	0.3 - 1.2	1.2 - 1.6	>1.6
53	<0.6	0.6 - 1.6	1.6 - 2.5	>2.5
57	<0.8	0.8 - 1.9	1.9 - 3.3	>3.3
63	<1.0	1.0 - 2.4	2.4 - 4.0	>4.0

Разделение вулканитов по щелочности по Gill, 1981.

По известково-щелочному индексу Пикока.

Индекс Пикока определяется для непрерывной вулканической серии на диаграмме, где по горизонтальной оси откладывается SiO2, а по вертикальной одновременно откладываются сумма щелочей (Na2O+K2O) и CaO. Индекс Пикока это содержание SiO2, при котором пересекутся тренды накопления щелочей и убывания кальция.По величине индекса Пикока, породы делятся на

щелочные (менее 51%)
щелочно-известковые (52-56 %)
известково-щелочные (56-61 %)
известковые (более 61%)

	Оценка индекса Пикока для серии островодужного вулкана Бакенинг (Камчатка) PI=62.5
	Оценка индекса Пикока для серии островодужного вулкана Авача (Камчатка). PI=63.5

Типовые петрохимические характеристики, применяющиеся для классификации базальтов

Характеристика	Значения	Источник информации
Na2O/K2O (вес.%)	>4 Натриевая серия 1-4 Калиево-натриевая серия <1 калиевая серия	"Магматические горные породы", т.1, М., Наука, 1983, 368 с.
al'=Al2O3/(Fe2O3+FeO+MgO) (вес.%) коэффициент глиноземистости	<0.75 низкоглиноземистые 0.75 - 1 - умеренно-глиноземистые 1-2 - высокоглиноземистые	"Магматические горные породы", т.1, М., Наука, 1983, 368 с.
K2O/TiO2	<0.8 >0.8	"Магматические горные породы", т.1, М., Наука, 1983, 368 с.
f' = FeO + Fe2O3 + MgO + TiO2 фемичность	<16 лейкократовые 16-21 мезократовые 21-23 меланократовые	"Магматические горные породы", т.1, М., Наука, 1983, 368 с.
A = Al2O3 + CaO + Na2O + K2O		"Магматические горные породы", т.1, М., Наука, 1983, 368 с.
S = SiO2 - (Fee2O3+FeO+MgO+MnO+TiO2)		"Магматические горные породы", т.1, М., Наука, 1983, 368 с.

Типовые петрографические характеристики, применяющиеся для классификации базальтов.

	Щелочной оливиновый базальт океанических островов	Пористая текстура Порфировая структура
	Базальт срединно-океаничских хребтов	Миндалекаменная текстура Афировая структура
	Базальт срединно-океанических хребтов	Вариолитовая структура Афировый

Другие классификационые термины, применяемые для базальтов.

нефелин-нормативные базальты часто называют щелочными оливиновыми базальтами, так как они как правило содержат много оливина и в виде фенокристов и в мезовкрапленниках.
гиперстен-нормативные базальты часто называют оливиновыми толеитами.
толеит является термином, который может интерпретироваться в совершенно разных смыслах. Первоначально, он был введен для описания эффузивных пород из местечка Толей (между Сааром и Рейном). Стратотипная порода подобна долеритам и диабазам, с интерсертальной и витрофировой структурой, состоит из вкрапленников лабрадора (52%), авгита (18%), оливина (7%) и основной массы (21%), представленной микролитами плагиоклаза и авгита, дендритового титаномагнетита и стекла. В 1920-1930 гг., он означал все базальты и долериты. [Kennedy, 1933] назвал толеитами насыщенные кремнеземом магмы, которые содержат кислое стекло, которое может раскристаллизоваться в гранофировые обособления. [Yoder, Tilley, 1962] называют толеитами кварц-нормативные (кварцевые толеиты) и гиперстен-нормативные (оливиновые толеиты) базальты.

Элементы-примеси - такие элементы, которые в рассматриваемой системе не входят стехиометрично в формулы минералов.

1. Выделяются группы элементов с одинаковым или близким поведением

Крупноионные литофильные элементы (LILE) Li, K, Rb, Cs, Sr, Ba - (K является элементом примесью до появления собственных минералов)
Высокозарядные элементы (HFSE) Zr, Nb, Ta, Hf, (U, Th )
Редкоземельные элементы (REE) La, Ce, Nd, Sm, Eu, Tb, Yb, Lu (LREE, HREE)
сидерофильные элементы - Ni, Co, Cr, V, Mn (Fe)

Посмотреть White, Chapter 7.

Коэффициенты распределения.

по валовым коэффициентам распределения выделяются

когерентные (Kd >> 1)
умеренно-когерентные (Kd > 1)
умеренно-некогерентные (Kd < 1)
некогерентные (Kd << 1)

Фракционирование минералов из расплава приводит к селективному обогащению остаточного расплава элементами примесями. Например, фракционирование плагиоклаза приводит к обеднению Eu, фракционирование оливина или граната к обеднению тяжелыми REE.

Ni, Co, Cr	Совместимые (когерентные) элементы. Ni (Co) преимущественно входит в оливин. Cr входит в хромшпинелид и клинопироксен.	Высокие концентрации показывают малую степень фракционирования.
V, Ti	Несовместимые элементы на ранних этапах фракционирования, но сильно совместимы с ильменитом и титаномагнетитом.	Раздельное поведение отражает появление самостоятельной фазы титана
Zr, Hf	Сильно несовместимые элементы	Должны постоянно накапливаться при фракционировании
Ba, Rb	Несовместимые до появления минералов калия (калиевый полевой шпат, слюды - биотит, роговая обманка). Rb предпочитает слюды и Fsp.	по K/Ba отношению можно выявить появление К-фаз.
Sr	Замещает Ca в плагиоклазе (но не в клинопироксене). Совместим при низких давлениях (ранний плагиоклаз), несовместим при высоких (плагиоклаз неустойчив)	Оценка глубинности фракционирования
REE	Гранат преимущественно накапливает тяжелые REE. Ортопироксен и роговая обманка имеют тот же эффект, но в меньшей степени. Сфен и плагиоклаз содержат приемущественно легкие REE. Eu²⁺ примущественно в плагиоклазе.	Степень деплетированности/фракционирования
Y	несовместимый (на уровне HREE). Преимущественно входит в гранат и амфибол. Сфен и апатит также могут концентрировать Y.

Наиболее распространенные диаграммы для разделения базальтов различных геотектонических обстановок.

а) Pearce&Capp, 1973
b) Pearce, 1982
c) Mullen, 1983

Спайдерграммы.

Распространенность химических элементов в первичной мантии

Составы расплавных включений или закалочных стекол (уточнить у Каменецкого) близких к первичным расплавам (о.Macquarie). Различия в геохимии могут отражать различную степень плавления источника (чем больше степень плавления, тем ниже содержания несовместимых элементов). В качестве критерия первичности расплава использовалась Mg# стекол. Выбраны стекла с наибольшей Mg# (от 65 до 69). Mg# также слегка повышается с увеличением степени плавления.

Изотопные системы.

Стабильные изотопы:

H - водород (¹H, ²H, ³H)
C - углерод (¹³C, ¹⁴C)
O - кислород (¹⁶O, ¹⁷O, ¹⁸O)
S - сера (³²S,³⁴S)
He - гелий (³He, ⁴He)
B - бор (¹⁰B, ¹¹B)

Радиогенные системы

K-Ar
Sm-Nd
Rb-Sr
U-Pb-Th
Lu-Hf
Re-Os
La-Ce

Короткоживущие космогенные изотопы

¹⁰Be
³⁶Cl
¹⁴C

1. Типы серий - однородные, непрерывные, контрастные

Каждый тип характеризуется

тектоническим положением и геодинамикой
условиями образования
вулканологическими особенностями
вещественным составом

структура
минералогия
химизм
элементы-примеси
изотопы
режим летучих

эволюцией
происхождением