О б р а з о в а н и... г и б р и д н ы х Фомин И.С.

Образование
гибридных
магм
Фомин И.С.
fomin@web.ru
Геологический ф-т МГУ
Магма и включения в ней
• Магма (греч. μάγμα - "густая мазь") - смесь магматического расплава,
кристаллов и/или их сростков и флюидной фазы, способная к перемещению.
http://wiki.web.ru/
• Шлир (нем. schliere – грязь) - участок магматической породы, отличный по
структуре, текстуре, минеральному составу от окружающих пород, обычно
имеющий постепенные переходы.
[Петрографический словарь …, 1963]
• Хадалит (греч. χανδανσ и λίθος - "охватываю (содержу в себе) камень") –
включение в лаве без различия происхождения, отличающиеся от неё по
любому признаку (структура, текстура, состав).
[Пийп, 1956]
• Ксенолит (от греческих слов ξένος и λίθος – “чужой камень”) изначально
также не имел генетического смысла – согласно первому определению, это
включение постороннего материала в изверженной породе, отличающееся
от неё по минеральному составу
[Петрографический словарь …, 1963]
Происхождение включений
Включения в магматической породе являются единственным прямым
свидетельством существования в ней неоднородностей на стадии
существования магматического расплава.
Происхождение некоторых включений может быть объяснена
неоднородностями, возникающими в самой магме. В частности, к ним
относят так называемые пегматоиды.
Другой гипотезой для объяснения
происхождения включений –
сростков минералов является
предположение об их более
ранней кристаллизации из
этого
же
магматического
расплава
(гомеогенные
включения).
Происхождение включений
Принципиально с другой стороны происхождение включений
объясняется захватом магмой инородного по отношению к ней
вещества.
Сейчас в качестве возможных сред, с которыми взаимодействует магма
(и которые она захватывает), предполагаются:
• Флюидная фаза (вода)
• Твёрдая фаза (обломки вмещающих пород)
• Жидкая фаза (другая магма)
Захват летучих магмой особенно важен в случае близповерхностных
систем, в том числе вулканов. Присутствие метеорных вод в
различных количествах сейчас доказано для многих вулканических
систем.
Ассимиляция вмещающих пород
•
Одним из первых этот процесс предположил Левинсон-Лессинг в 1899 году.
•
Серьёзные дополнения к этой гипотезе сделал N. Bowen (статья 1922 года
“The behavior of inclusions in igneous magmas”)
•
В настоящее время значимость ассимиляции вмещающих пород не вызывает
сомнений; наибольшее значение, как считается, этот процесс имеет для
формирования крупных кислых интрузивов.
– Ассимиляция осадочной серы в Норильском плутоне
– Ассимиляция солевых толщ при формировании месторождений АнгароИлимского района.
– Влияние на режим извержения вулканов (например, вулкан Merapi)
– Формирование батолитов (например, Андийский пояс).
Гипотеза смешения магм
• Одним из первых этот процесс предположил R. Bunsen в 1851 году
(статья “Ueber die Processe der vulkanischen Gesteinsbildungen Islands“)
• Дальнейшее развитие для объяснения происхождения средних по
кремнекислотности пород эта идея получила в статьях Durocher (1857)
и Harker (1909).
• Аналоговое моделирование - I.H. Campbell и J.S. Turner (статья 1986
года “The Influence of Viscosity on Fountains in Magma Chambers“)
• Численное моделирование - [Plechov et al., 2008] (Evolution of Melt
Composition during Intrusion of Basalts into a Silicic Magma Chamber)
• Сейчас гипотеза смешения магм является общепринятой.
Генетическая номенклатура включений
• Гомеогенное включение (греч. όμοιο и γένοζ - “подобного происхождения”) включение, образовавшиеся из той же магмы, что и заключающая их порода.
[Петрографический словарь …, 1963]
• Автолит (греч. αὐτός и λίθος – "сам" и "камень") • включенные в магматическую породу обломки более ранних продуктов
затвердевания той же магмы,
• вкрапленники, образовавшиеся на месте застывания магмы (лавы)
[Петрографический словарь …, 1963]
• Термин «ксенолит» в настоящее время часто используется для обозначения
фрагментов вмещающих пород – либо рамы интрузива, либо подводящих
каналов.
• Для обозначения включений, образовавшихся в ходе смешения двух магм,
в русскоязычной литературе нет специального термина. В англоязычной
литературе для этого используется слово enclave.
• Enclave – A distinctly bounded area enclosed within a larger unit.
http://www.thefreedictionary.com/
Ассимиляция
[Маракушев, 2001]
Возможные механизмы ассимиляции корового материала
• Избирательная ассимиляция (selective assimilation)
анатектического расплава из вмещающих пород.
–
экстракция
• Валовая ассимиляция (bulk assimilation) – полное растворение вещества в
магматическом расплаве.
• Фрагментация (disaggregation) – дробление ксенолитов до отдельных
зёрен и их агрегатов и их дальнейшее взаимодействие.
Преобладающий процесс обуславливается относительными скоростями
растворения, плавления и фрагментация.
В первую очередь, взаимодействие магматического расплава и ксенолитов
контролируется химическим составом первых и последних.
Для полной ассимиляции карбонатных ксенолитов необходимы первые
минуты [Troll et al., 2011]. Для сравнения, глубина растворения кварцевых
ксенолитов за 12-19 дней составляет 300-500 мкм [Fomin, Plechov, 2011]
Аналоговый эксперимент
по растворению воскового
шарика (диаметр 5 см) в
горячей воде
[McLeod, Sparks, 1998]
Влияние геометрии среды на кинетику растворения
Кварц в базаните, 1350⁰C, 0.5 GPa
[Shaw, 2000]
Geology (2007) Volume 35, Issue 4
Смешение магм
• Классическая схема подразумевает выделение двух
крайних членов – более основного и более кислого.
• Подразумевается подпитка порциями магматического
расплава относительно долгоживущего очага (обычно
имеющего более кислый состав и меньшую
температуру).
• Смешение магм устанавливается для
вулканических и плутонических структур.
многих
Evidences of magma mixing event under
Unzen Volcano (Japan) during 1991-1995
eruption
Host dacite
Bulk rock specimen
and thin section
Mafic enclave
2 cm
low porosity host rock
mafic enclave
small crystals
high porosity
host rock
mafic enclave
relatively large crystals
This plot can be interpreted as a result
of quenching process
Petrographic evidences of magma mingling processes: exchange of
crystals between melts
We can see a lot of plagioclase phenocrysts inside mafic enclaves.
These plagioclases are similar to host rock phenocrysts.
Host rock features:
• Clinopyroxene rims
around quartz
• Opacitization of biotite
and hornblende
It is an evidence, that
magmatic
chamber
conditions
changed
significantly.
Смешение магм в интрузивах
Упорядоченность анклавов в объёме магматической породы.
Ченарский плутон (Иран)
[Arvin et al., 2004]
Классификация взаимоотношений магм:
• Отдельные включения (анклавы)
• Полосчатые агрегаты в лавах
• Гибридные лавы с вкрапленниками из различных магм.
[Sparks, Marshall, 2004]
Аналоговое
моделирование
[Campbell, Turner, 1986]
Численное
моделирование
• Минеральные
равновесия
дают
условия существования магм до и после
смешения
– отсюда
можно
рассчитать
соотношение двух магм
– можно
рассчитать
время
уравновешивания и сопутствующей
кристаллизации
[Plechov et al., 2008]
Роль смешения магм в современном вулканизме
Sparks et al. (1977) Magma mixing: a mechanism for triggering acid explosive eruptions // Nature, 267.
• Существуют ограничения на возможный объём внедряющейся магмы
- не более 10 об.% [Bindeman, 1993]
Принципиальные задачи, связанные с
образованием гибридных магм
• Кинетика взаимодействия двух сред
–
–
–
–
Тепловое уравновешивание
Плавление/растворение
Кристаллизация
Фрагментация…
• Перераспределение вещества между средами
– Кристаллы
– Расплав
– Газовая фаза…
• Влияние захваченного вещества на состав и свойства
магмы.
Спасибо за внимание!