Мантийные перидотиты офиолитов представляют собой огнеупорные остатки после частичного плавления источника мантии и дают важную информацию о процессе образования и переноса магмы на мелководье мантии.
За последние десятилетия был достигнут значительный прогресс в понимании геодинамического строения офиолитов и условий подъема и включения мантийного материала в литосферу.
Между тем, модель, предполагающая, что декомпрессионное плавление под центрами распространения приводит к образованию химически стратифицированной мантийной колонны за счет прогрессивной экстракции базальтовых компонентов, все еще используется.
Понимание процесса образования перидотитов затруднено и требует детальных полевых и лабораторных исследований. Причина в том, что многие комплексы из офиолита сильно деформированы и расчленены в орогенических зонах. Кроме того, офиолиты могут иметь возраст полихронитов: поздние стадии их эволюции происходили в преддуговых и задуговых условиях, когда более поздние субдукционные процессы заслоняли раннюю историю таяния и таяния.
Геологический фон
Перидотиты и габббро встречаются вдоль восточного побережья Камчатского полуострова в виде деформированных листов среди меловых и палеогеновых островных дуговых пород. Крупнейшие перидотитовые комплексы растут на Камчатском мысе и Кроноцком полуострове.
Крупнейшие комплексы Южного Камчатского мыса, состоящие из остаточных перидотитовых, кумулятивно-оливин-пироксиновых пород, габббро, долеритовых дамб, кремниево-волканических отложений и лав (Смагинская свита), классифицируются как офиолитовые свиты, но их тектоническое строение остается спорным.
Камчатские перидотиты интерпретировались либо как компоненты аккреционной призмы, образующейся в задуговых, внутридуговых или дуговых условиях, либо как мантия среднего океанического хребта, неоднократно таявшая в зоне надвздошности. Возраст камчатских офиолитов оценивается как альбовско-сеноманский (93-112 млн. лет) по радиологам Смагинской области, пространственно связанным с перидотитом и габбро.
Аналитические методы
Элементный состав минералов перидотитов изучен в полированных тонких разрезах и минеральных фракциях на микрозондах Cameca SX100 и JEOL JXA 8200 SuperProbe в Институте геохимии (Москва) и Институте химии Макса Планка (Майнц, Германия), соответственно.
Оливин, хрустальная шпинель, ортопироксен и клинопироксен анализировались при ускоряющем напряжении 20 кВ и токах пучка 300 нА , 80 нА и 20 нА, соответственно.
Всего от 10 до 15 зерен каждого минерала было проанализировано в 25 пробах шпинель-ферзолитов и гарбургеров.
Микроэлементное содержание клинопироксена определяли с помощью лазерной абляции индуктивно связанной плазменно-масс-спектрометрии (ЛА ИСП-МС) в Институте химии Макса Планка (Майнц, Германия), используя систему NewWave, Merchantek UP213 Nd-YAG лазера с подключением к анализатору Finnigan-MAT Element-2.
Пироксеновые зерна удаляли с помощью пятен размером 60-90 мкм, частотой повторения 10 Гц и энергией лазера 6 Дж см-2 в атмосфере He. Анализ был откалиброван с использованием международных стандартов NIST SRM 612 KL2-G и Ca в качестве эталонного значения. Клинопироксен анализировали в 23 образцах перидотитов, по пять зерен в каждом.
Химия основных и микроэлементов клинопироксена Камчатского перидотита
Минеральная химия остаточных перидотитов мантии является важным инструментом расшифровки процессов частичного плавления.
Для оценки степени истощения перидотита при экстракции расплава (например, при извлечении расплава) обычно используются несколько параметров состава, таких как Cr (Cr/(Cr+Al) шпинели, Fo (100 × Mg/(Mg+Fe2+) в оливине и содержание Al, Ti и Yb в клинопироксене).
Эмпирические уравнения связи между степенью частичного плавления и Cr# Cr-шпинели получены для офиолитов и абиссальных перидотитов. Камчатские шпинелевые перидотиты (лигерцолиты и гарцбургвиты) демонстрируют идеальное ковариантное распределение параметров, отражающее степень истощения перидотитов.
Хроническая шпинель образует непрерывный композиционный диапазон формы Cr# in = 0,16-0,27 шпинель-ферзолит через Cr# = 0,29-0,37 в клинопироксенсодержащем гарцбургните до Cr# = 0,5-0,60 в шпинель-гарцбургните. Это обеспечивает следующую степень истощения базальтовой составляющей: 8-13% для шпинель-ферзолита, 14-16% для клинопироксенсодержащего гарцбургрита и более 20% для шпинельгарцбургита.
По этому параметру шпинелевый гарцбургит похож на ультраразрушенный перидотит Гессенского глубоководья (Восточно-Тихоокеанский подъем). Таким образом, состав Камчатских перидотитов охватывает практически весь спектр абиссальных перидотитов по шпинелевому и оливковому составам.
Выводы
- Перидотитовый разрез офиолита Камчатского края состоит из шпинелевого лихерзолита, клинопироксенсодержащего гарцбургрита и гарцбургрита.
- Методы локального анализа минерально-химического состава минералов выявляют закономерные различия в составе оливина, хрустальной шпинели и клинопироксена, характерные для перидотитов, образующихся от 8 до >22% частичного плавления.
- Камчатский перидотит отличается как абиссальным, так и супрасубдукционным составом по химии клинопироксена.
- Потенциальная температура мантии источника для камчатских клинопироксенсодержащих гарцбургитов составила не менее 1470 ± 50 oC, что значительно выше потенциальной температуры типичного источника.
- Полученные результаты позволили предположить, что экстремальное истощение перидотита мантии базальтовыми компонентами произошло в аномальном сегменте срединно-океанического хребта, расположенного вблизи сливовой зоны, что привело к повышению температуры и степени частичного плавления в мантии-источнике.