Магматогенная кристаллизация по данным изучения включений расплавов

В работе суммированы преимущественно оригинальные материалы по изучению температур п частично давлений, при которых происходили процессы минералообразования в изверженных горных породах, а также имеющиеся сведения о вещественном составе мпнералообразующих сред. Эти материалы получены при термометрическом изучении первичных (отчасти мнимовторичных и вторичных) включении расплавов и расплавов-растворов в породообразующих минералах важнейших типов изверженных горных пород. В особенности это актуально для пород плутонических, поскольку происхождение многих их типов и поныне остается дискуссионным.

Методами термометрического изучения удалось более или менее обоснованно аргументировать магматогенное происхождение большинства изученных типов изверженных пород и установить, что метасоматические процессы не играли определяющей роли в их формировании. Синтез важнейших сведений о физико-химических и Р — Т условиях глубинного минералообразования позволил рассмотреть общие аспекты магмообразования. 

Книга представляет интерес для широкого круга геологов, занимающихся исследованиями в области минералогии и петрологии.

Современная петрология основывается преимущественно на материалах трех научных направлений: а) описательной петрографии, изучающей конкретные типы горных пород или сообщества таких пород; б) физической химии, исследующей законы превращения вещества и установления новых равновесных состояний по мере изменения химизма среды и иных факторов, влияющих на процесс минералообразования; в) термодинамического изучения устойчивости либо отдельных минералов, либо (что более обычно) их агрегатов в зависимости от изменения внешних Р—Т условий.Данные физико-химического и термодинамического содержания, необходимые для теоретических суждений, прежде всего поставляет эксперимент, производимый в лабораторных условиях. Эксперименту с его весьма широкими возможностями вариаций исходных ингредиентов п термодпнамнческпх параметров в основном обязана петрология своим прогрессивным развитием, отмечаемым в течение последних десятилетий. Вместе с тем возможности эксперимента, как известно, не безграничны. В силу св'оей специфики он, по-видимому, имитирует лишь самые простейшие по составу природные системы, а чаще фрагменты таких систем, поскольку исследователь старается использовать наименьшее возможное число исходных компонентов с тем, чтобы количество получаемых фаз также было сведено к минимуму. Смысл этого отчасти заключается в возможности графического изображения и последующей интерпретации такого  процесса,  протекающего  в  конкретном  эксперименте.Иными словами, если иметь в виду даже самую простую природную петрогенную систему, состоящую, допустим, из девяти важнейших компонентов-окислов (Si02, Al203s Fe2Os, FeO, MgO, CaO, K20, Na20, H20), то максимально возможное число компонентов, заданных в эксперименте, обычно не превышает пяти, включая воду. Такой состав еще с достаточной наглядностью может быть изображен на тетраэдре, причем в ряде случаев частные сечения, отражающие трех- и четырех минеральные ассоциации безводных составов, в какой-то мере уподобляются соответствующим  природным  образованиям.Однако учитывая то, что в большинстве случаев, экспериментатор не в состоянии точно реконструировать реальную природную обстановку, в которой осуществлялось формирование той или иной ассоциации минералов, такая аналогия нередко бывает весьма условной. Если в эксперименте относительно легко воспроизвести состав простейших природных продуктов и соответствующие температуры, то остаются совершенно не известными, во-первых, состав и количество летучих компонентов в исходной природной, системе, во-вторых, давления, при которых осуществлялся процесс кристаллизации. И совершенно не известно на этом фоне соотношение между общим давлением, создаваемым листостатической нагрузкой или тектоническими причинами, и давлением летучих компонентов   (см.   гл.   IX).Таким образом, в каждом эксперименте ставится задача изучения таких частных или общих систем, которые позволили бы максимально приблизиться к познанию физико-химической и термодинамической обстановки, свойственной природным расплавам, гидротермальным или гидротермально-пневматолитовым процессам. Максимального не идеально.Остается, следовательно, другой путь исследования — изучение тех же процессов минералообразования непосредственно на природном материале, хранящем в себе соответствующие документы его былой истории. И надо подчеркнуть, что для реконструкции термодинамической обстановки минералообразования это направление оказывается наиболее перспективным. Так, опыты по плавлению и последующей кристаллизации природных базальтов при атмосферном давлении, при повышенных и высоких общих давлениях и давлениях водяного пара получили широкое распространение (см. гл. VIII). В ряде случаев и прежде всего для систем, содержащих ограниченное количество воды, эти эксперименты позволяют с достаточно высокой точностью установить температуры кристаллизации породообразующих минералов и, следовательно, порядок их выпадения в разных условиях. Однако эксперименты такого рода не могут быть отнесены к категории экспресс-методов и, как правило, имеют крайне  ограниченное  применение  в  повседневной практике петролога.Гораздо большее значение в этом плане приобрели методы, ставящие своей целью реконструкцию термальной истории природных минералов, прежде всего температур их кристаллизации вблизи либо кривой ликвидуса, либо кривой солидуса по тем остаткам минералообразующей среды, которая была захвачена растущим кристаллом и сохранилась в законсервированном виде до наших дней. Вполне понятно, что такой капельке минералообразующей среды были свойственны Р—Т параметры, существовавшие в момент ее пленения. По мере охлаждения минерала-хозяина во включении происходили соответствующие процессы — закалка расплава в стекло или его раскристаллизация, выпадение твердых солевых или щелочно-силикатных, рудных и иных фаз из раствора.Если указанное герметичное включение подвергнуть нагреванию, можно постепенно и уже в обратном порядке реконструировать все этапы плавления такого включения, вплоть до полной гомогенизации, т. е. приведения исследуемой системы в то состояние, при котором она была захвачена растущим минералом. По инициативе Ю. А. Долгова были проведены первые визуальные наблюдения за такой гомогенизацией стекловатых включений в кварце, о чем в 1963 г. было доложено на совещании по тер-мобарогеохимии (Бакуменко, 1965, с. 102). Первые данные по температурам гомогенизации расплавных включений были получены В. А. Калюжным (1965), а вскоре путем проверки на искусственных включениях была доказана правомерность использования данных гомогенизации для геологических интерпретаций    (Бакуменко и др.,  1967).Обстоятельное освещение термобарогеохимических методов исследования сделано Н.П.Ермаковым (1950, 1972), В. А. Калюжным (1960), Д. Н. Хитаровым (1965) и А. В. Пизнюром (1973). Большой вклад в разработку аппаратурной и методической части термобарометрических исследований, а также в разработку соответствующих теоретических положений, был сделан сотрудниками лаборатории минералообразующих растворов ИГиГ СО АН СССР Ю. А. Долговым, Л. Ш. Базаровым и Н. А. Шугуровой. Считаем своим приятным долгом подчеркнуть, что полученными результатами изучения магматогенных процессов все авторы данной работы в значительной мере обязаны достижениям упомянутой лаборатории.Более десяти лет тому назад, благодаря помощи, оказанной Ю. А. Долговым, Т. Ю. Базаровой, удалось получить (по газово-жидким включениям) первые данные о возможных условиях кристаллизации породообразующего нефелина из миаскитов Ботогольского гольца в Восточном Саяне (Керкис, Костюк, 1963). С этого момента началось усиленное изучение процессов магматогенного минералообразования в самых различных комплексах изверженных пород Сибири, Забайкалья, Камчатки и других районов. На первом этапе изучались преимущественно газово-жидкие, т. е. относительно низкотемпературные (в пределах 650—800°С) включения, состав которых, вероятно, принадлежит плененным остаткам сквозьмагматических растворов. Однако в последние 5— 6 лет акцент смещен в сторону изучения расплавных включений, несущих более точную и достоверную по сравнению с первыми информацию о температурном режиме в силикатных расплавах, поскольку при гомогенизации таких включений мы получаем близкую к истинной температуру кристаллизации магмы. Кроме того, при исследовании включений в зональных кристаллах порфировых вкрапленников можно получить данные о температурах, приближающихся к таковым в зонах ликвидуса и солидуса.За истёкшее десятилетие сотрудниками лаборатории минералообразующих растворов и лаборатории минералогии Института геологии и геофизики СО АН СССР были установлены нижние температурные пределы кристаллизации породообразующих минералов в целом ряде массивов щелочных пород складчатых и платформенных зон Сибири, Урала, Кольского полуострова, Украины, Восточного Памира, а также некоторых специфических интрузивных и эффузивных щелочных пород Гренландии, островов Зеленого мыса, Канарских островов,нефелиновых базальтов ост^ ровных гор Венгрии, лейцитовых пород типа вайомингитов США и лейцити-тов Италии. Значительный объем исследований касался выяснения термальной истории формирования гранитов и гранитных пегматитов Алданского щита, Бурятии, Алтая, Казахстана, пород андезитовой формации Камчатки, а также некоторых иных членов щелочноземельной серии пород, включая интрузивные траппы и ультрабазиты сложных комплексов Сибирской  платформы.Эта информация настолько важна, что мы сочли целесообразным привести ее в сведенном виде. Она может, как нам представляется, оказать немаловажную услугу теоретической петрологии, так как положенный в основу метод, по-видимому, на данном этапе геологических исследований является наиболее строгим. Параллельно с иллюстрацией фактического цифрового материала там, где это возможно, сделана попытка интерпретации   его   в   петрологическом   аспекте.В настоящем очерке отражены преимущественно материалы оригинальных исследований условий магматического минералообразования, произведенных в Институте геологии и геофизики Сибирского отделения АН СССР сотрудниками отдела минералогии и петрографии. Пользуясь случаем, выражаем свою искреннюю признательность Ю. А. Долгову, Л. Ш. Базарову и Н. А. Шугуровой за оказываемую на протяжении многих лет консультативную и практическую помощь в проведении исследований, затронувших совершенно неизведанную с этой стороны область прямых определений Р — Т параметров в магматогенных процессах методами прямых термометрических измерений. Такую же признательность выражаем заведующему кабинетом рентгеноспект-рального анализа ИГиГ СО АН СССР Ю. Г. Лаврентьеву, а также сотрудникам Института В. С. Шацкому, О. С. Покачаловой, Н- М. Поповой, Р. Н. Долговой, Ю. И. Маликову и Г. К. Волкову за предоставленную возможность исследования химического состава расплавных включений на микрозонде «Камека» и помощь, оказываемую в процессе подготовки данной рукописи к печати.