Объектом исследования настоящей работы являются высокомагнезиальные расслоенные перидотит-габбровые массивы как результат эволюции высокомагнезиальных (пикритовых) расплавов первично-мантийного происхождения. Представленная работа посвящена решению задачи, связанной с формированием расслоенных габброидных массивов на примере трёх эталонных наиболее известных высокомагнезиальных расслоенных перидотит-габбровых массивов Западной Монголии (Центральный), Тывы (Мажалыкский) и Канады (Маскокс).
Необходимость изучения расслоенных массивов обусловлена общей проблемой эволюции и особенностей магматизма, приуроченного к разным геодинамическим обстановкам, островодужной (Центральный массив), коллизионной (Мажалыкский массив) и внутриплитной (массив Маскокс). Несмотря на то, что представления о происхождении и формировании расслоенных массивов лежат в основе одного из главных направлений петрологических исследований, целый ряд вопросов пока решен недостаточно полно. В их числе такие определяющие, как физико-химические условия и динамика формирования расслоенных массивов, вопросы эволюции первично-мантийных расплавов. Неоднозначно оценивается влияние термодинамических параметров мантийного плавления на состав первичных расплавов. Наиболее дискуссионны приёмы оценки состава родоначальных расплавов расслоенных массивов и состава мантийных источников. В подавляющем большинстве они не учитывают, или не в полной мере учитывают, современные достижения в области динамического моделирования петрологических процессов и не в должной мере приспособлены к принципиально новым петрологическим и геохимическим представлениям последних десятилетий.
На основе вышесказанного, актуальность исследования определяется необходимостью совершенствования приёмов изучения высокомагнезиальных расслоенных массивов, оценки составов их родоначальных расплавов и составов мантийных источников с петрологических и геохимических позиций в свете современных достижений и представлений в области петрологического моделирования магматических процессов.
Изученность вопроса.
Интерес исследователей к высокомагнезиальным породам обусловлен общей проблемой состава и эволюции верхней мантии. Высокомагнезиальные породы, образовавшиеся за счёт высоких степеней плавления мантийных источников, наследуют геохимические и петрохимические характеристики этих источников, а потому наиболее полно отражают их состав. Некоторые перидотит-габбровые массивы могут быть плутоническими аналогами вулканитов пикритового и коматиитового состава, а также промежуточными камерами для целой серии вулканитов пикрит-баз альтового и коматиит-базальтового состава, образовавшейся за счёт магматической дифференциации исходного родоначального расплава массива. Во многих случаях родоначальные расплавы перидотит-габбровых массивов равновесны с оливином Fo>89, а значит, близки или соответствуют первично-мантийным расплавам. Это значит, что состав родоначальных расплавов высокомагнезиальных габброидных массивов, наряду с вулканитами пикритового и коматиитового составов, может быть использован для оценки составов их мантийных источников. Это наиболее важно для изучения таких глубоко эродированных территорий, на которых не сохранены или достаточно редки вулканические серии пикрит-базальтового и коматиит-базальтового ряда. Примером одного из таких районов может служить Тыва и Монголия, на территории которых расположены основные объекты данного исследования — Центральный массив хиргиснурского комплекса (Западная Монголия) и Мажалыкский массив, эталонный массив мажалыкского комплекса (Юго-Восточная Тыва).
Проблема состава верхней мантии может быть решена путём использования динамических моделей частичного плавления эталонных мантийных источников. Привлечение математического моделирования для решения вопросов, касающихся состава верхней мантии и особенностей мантийного магмообразования, обусловлено как многообразием генетически связанных с ним магматических пород, так и трудностями экспериментального изучения этих процессов. Действительно, частичное плавление перидотитов в ответ на мантийный апвеллинг фиксируется под срединноокеаническими хребтами, океанскими островами, континентальными рифтами, над субдукционными зонами и, таким образом, контролирует образование огромного числа магматических пород на Земле, а также на большинстве продолжающих дифференциацию планет (Hirschmann, 1998). Адиабатическое частичное плавление эталонного лерцолитового источника в безводных условиях может описать почти весь диапазон составов земных базальтов (Fransis, 1995). Экспериментальное воспроизведение процессов мантийного плавления осложняется тем, что эти процессы протекают в большом диапазоне давлений в мультикомпонентных, мультифазных системах. Имеющиеся экспериментальные данные ограничены и не обеспечивают всё многообразие составов систем. Попытки уменьшить разрыв между экспериментальными результатами и процессами, протекающими в мантии, предпринимались и ранее (Klein & Langmuir, 1987; McKenzie & Bickle, 1988; Niu & Batiza, 1991; Klnzler & Grove, 1992; Langmuir et al., 1992). Однако все эти модели основаны на экспериментальных данных, а потому не позволяют предсказывать аспекты плавления перидотитов за пределами экспериментально изученной области. Кроме того, эти модели не описывают термодинамические и масс-балансовые взаимоотношения между состоянием системы и характеристиками участвующих в процессе фаз, а потому не могут дать информацию об энергетической зависимости между составом частичного расплава и составом рестита. Альтернативый подход к моделированию мантийного плавления реализован в программном комплексе MELTS и заключается в применении термодинамических моделей минералов и расплавов и использовании для вычисления фазового равновесия в процессе плавления перидотитов принципов оптимизации энергетического потенциала (Hirschmann, 1998).
Целью представленной работы является разработка нового подхода к оценке составов родоначальных расплавов и магмогенерирующих субстратов для расслоенных перидотит-габбровых массивов, увеличение полноты извлечения петролого-геохимической информации путём создания динамических моделей формирования этих объектов, совершенствование системы обработки и количественной интерпретации данных с помощью привлечения современных компьютерных программ.
Научная задача: с использованием комплекса петролого-геохимических данных, а также результатов математического моделирования определить зависимость между составом высокомагнезиальных расслоенных массивов и составом и геохимическими типами мантийных источников, а также условиями образования родоначальных расплавов этих массивов.
Поставленная в работе задача решалась поэтапно:
1. Установить особенности геологического строения и петролого-геохим ического состава пород выбранных высокомагнезиальных расслоенных массивов.
2. С помощью программы КОМАГМАТ 3.5 (Ariskin et al., 1993) http://www.geoklii.ru/^vnamics/soft.htmI-id==comagmat.htm определить составы родоначальных расплавов выбранных массивов и, с учётом особенностей геологических условий их формирования и минералого-петрографического состава пород, оценить физико-химические параметры их образования (давление, диапазон температур кристаллизации родоначального расплава, фугитивность кислорода, содержание воды в расплаве).
3. Построить модели формирования эталонных расслоенных массивов с выделением основных этапов формирования расслоенной серии и массива в целом.
4. С помощью программы MELTS (Ghiorso et al., 1994) http://penmelts.ess.washington.edu/index.html оценить составы мантийных источников родоначальных расплавов выбранных расслоенных массивов. 1.
5. Определить возможности математического моделирования при расчёте составов мантийных источников. Сравнить результаты расчётов частичного плавления предполагаемых мантийных источников с экспериментальными данными для оценки сходимости результатов математического моделирования с данными экспериментов.
Фактический материал и методы исследования.
Теоретической основой решения поставленных в работе задач являются современные представления о физико-химических условиях и динамике формирования расслоенных массивов, которые основаны на идее о конвективно-кумулятивном механизме формирования расслоенной серии массива, о многоэтапном пульсационном заполнении магматической камеры и влиянии на процесс кристаллизации родоначального расплава физико-химических факторов (литостатическое давление, фугитивность каслорода). Моделирование мантийного плавления заключается в применении термодинамических моделей минералов и расплавов и использовании для вычисления фазового равновесия в процессе плавления перидотитов принципов оптимизации энергетического потенциала, что обеспечивает более точные вычисления при условиях адиабатического плавления и способствует пониманию процессов частичного плавления, протекающих в верхней мантии (эволюции состава плавящегося перидотита и образующегося частичного расплава в процессе мантийного апвеллинга) (Ariskin et al., 1993; Ghiorso et al., 1994; Hirschmann, 199SFransis, 1995; Fransis, 1994; Klein & Langmuir, 1987; McKenzie & Bickle, 1988; Niu & Batiza- 1991; Kinzler & Grove, 1992; Langmuir et al., 1992; Hanson & Langmuir, 1978; Asimow et al., 1995, 1997).
Для решения поставленных в работе задач был использован представительный авторский и опубликованный материал, включающий петролого-геохимические данные (475 химических анализов породообразующих минералов, 515 химических анализов пород, 26 анализов по содержанию в породах редкоземельных элементов) по расслоенным перидотит-габбровым Центральной Азии и Северной Америки (Изох и' др., 1990, Изох юг др., 1998, Fransis, 1994). Анализы породообразующих минералов были выполнены на микроанализаторе «САМЕВAX-micro» в Аналитическом Центре ОИГГиМ СО РАН, аналитик Поспелова JI.H. Химические анализы пород получены рентгено-флюоресцентным методом, аналитик А. Д. Киреев, а анализы РЗЭинструментальным нейтронно-активационным методом в Аналитическом центре ОИГТМ СО РАН, аналитик М. С. Мельгунов, а также методом ICP-MS, аналитики JI. В. Смирнова, Г. П. Сандимирова. Геохронологические исследования были выполнены в Аналитическом центре ОИГТМ СО РАН (аналитик А.В.Травин) Аг-Аг методом по пойкилитовому амфиболу.
Основные научные результаты были получены с помощью широко известных компьютерных программ динамического моделирования петрологических процессов КОМАГМАТ 3.5 и MELTS. Программы КОМАГМАТ 3.5 и MELTS основаны на методах математического моделирования формирования геологических объектов и разработаны с учётом особенностей состава и физико-химических условий образования высокомагнезиальных пород. Программа КОМАГМАТ 3.5 обеспечивает высокую точность термодинамических расчётов в процессе моделирования фракционной кристаллизации родоначального расплава массива. Сравнение модельных температур кристаллизации ликвидусных минералов с экспериментально установленными для исходного расплава того же состава выявило погрешность расчётного метода, не превышающую ± 10 °C (1а). Содержания Fo, An, En и Wo в минералах, полученных в результате моделирования, могут быть рассчитаны с точностью 1−3 mol.% (Ariskln et aL, 1993). Главной целью моделирования по программе КОМАГМАТ является нахождение путём серии расчётов таких условий фракционирования, при которых модельные тренды эволюции содержаний главных и примесных элементов в минералах и расплаве будут отвечать реальным геохимическим особенностям пород расслоенного массива (Арискин и др., 1995). Согласно принципам интерпретации полученных с помощью программы КОМАГМАТ результатов (Арискин и др., 1995), соответствие модельных трендов содержаний петрогенных и примесных элементов в минералах и расплаве выявленным особенностям пород расслоенного массива является основным критерием оценки правильности проведённых расчётов. Этот принцип был определяющим при выборе состава родоначального расплава. С помощью программы MELTS была проведена верификация результатов моделирования фракционной кристаллизации родоначального расплава по программе КОМАГМАТ 3.5. Сравнение трендов составов модельных дифференциатов, полученных по программе КОМАГМАТ 3.5, с трендами составов дифференциатов, полученных по программе MELTS при тех же условиях фракционирования, показало, что существенные различия в составах дифференциатов отмечены лишь при степени кристаллизации расплава, превышающей 40−50%, что соответствует 9−10 вес.% MgO в остаточном расплаве. При меньших степенях кристаллизации наблюдается хорошее соответствие результатов расчётов по этим двум программам, что позволяет одинаково достоверно моделировать процесс фракционной кристаллизации в указанном диапазоне как по программе MELTS, так и по программе КОМАГМАТ 3.5.
Программный комплекс MELTS, как показано в работе Хиршманна (Hirschmann, 1998), обеспечивает результаты, хорошо согласующиеся с экспериментальными данными. В работе Бородиной (Бородина, 2003) составы первично-мантийных расплавов при плавлении мантийного источника были получены методом Хансона и Лангмура (Hanson & Langmuir, 1978) и с помощью алгоритма MELTS. В первом случае в качестве критерия первичности расплава использовалось соотношение MgO-FeO. Этот метод предполагает вычисление содержания MgO и FeO в расплаве, равновесном с данным мантийным источником при минимальной и максимальной степени плавления, что определяет границы области первично-мантийных расплавов при заданных Р-Т условиях. Однако, этот способ оценки составов первично-мантийных расплавов очень приблизителен, поскольку линейная зависимость параметров сохраняется лишь на отдельных участках. В целом же составы расплавов меняются скачкообразно, увеличивая степень неопределённости в расчётах. Всё это привело к необходимости использования в предлагаемой работе программы MELTS, основанной на решении уравнений минимизации потенциала Гиббса, что снимает проблему нелинейности интегрального тренда. Этот подход позволяет связать составы участвующих фаз с энергетическими характеристиками и благодаря масс-балансовым построениям допускает экстраполяцию результатов на неохваченную экспериментами Т-Р область. Кроме того, MELTS алгоритм обеспечивает более точные вычисления при условиях адиабатического плавления, что способствует пониманию эволюции состава плавящегося перидотита и образующегося частичного расплава в процессе мантийного апвеллинга (Asimow et al., 1995,1997).
Расчёты по программе MELTS дают возможность определить диапазон вариаций термодинамических параметров частичного плавления и состава предполагаемого мантийного источника таким образом, чтобы состав модельного первичного расплава, образовавшегося при частичном плавлении источника, был близок к составу первичного (родоначального) расплава данного массива. Непосредственный расчёт состава мантийного источника данного массива или комплекса возможен в случае, если его родоначальный расплав соответствует по составу первичному и является первично-мантийным расплавом. Первично-мантийными расплавами могут быть пикритовые расплавы, равновесные с оливином Fo>89, а потому для оценки состава мантийных источников были выбраны лишь те массивы, родоначальные расплавы которых равновесны с оливином мантийного состава. Предварительная оценка параметров плавления (степени частичного плавления) и состава источника возможна методом расчёта парциального плавления (Dostal et aL, 1976), основанным на вычислении с помощью уравнений Шоу (Shaw, 1970) содержания РЗЭ в расплаве, равновесном с данным мантийным источником в зависимости от степени частичного плавления. Возможность происхождения первичного (родоначального) расплава из конкретного мантийного источника (гранатовый лерцолит, шпинелевый лерцолит, кварцевый эклогит) определяется максимальным сходством формы графиков распределения РЗЭ в первичном расплаве и в расплаве, полученном при моделировании частичного плавления. Для верификации результатов моделирования по программе MELTS и проверки полученных оценок составов первично-мантийных расплавов использовались экспериментальные данные по плавлению перидотитов, сходных по составу с предполагаемыми мантийными источниками, полученные при соответствующих термодинамических условиях плавления (Taura et al., 1998), а также метод оценки состава первично-мантийного расплава, равновесного с предполагаемым мантийным источником (Hanson & Langmuir, 1978).
Защищаются научные положения и результаты:
1. Разработанная методика, в основе которой лежит оценка составов родоначальных (первичных) расплавов и физико-химических условий формирования расслоенных массивов путём использования петролого-геохимических особенностей состава их пород, а также восстановление составов и геохимических типов мантийных источников высокомагнезиальных расслоенных массивов по составам родоначальных расплавов этих массивов.
2. Родоначальные расплавы изученных эталонных высокомагнезиальных расслоенных массивов по составу соответствуют пикритам. Вычисленный первичный расплав Центрального массива имеет состав: 20% MgO, 7% FeO, магнезиальный номер 83,6- родоначальный расплав Мажалыкского массива — 26%-MgO, 7%-FeO, магнезиальный номер 86,9- родоначальный расплав массива Маскокс — 30 вес.% MgO, 8,5 вес.% FeO, магнезиальный номер 86,3. Формирование родоначального расплава Мажалыкского массива происходило при большей степени частичного плавления, чем формирование первичного расплава Центрального массива, что может быть связано с более интенсивным прогревом мантии за счёт поступления тепла от плюмового мантийного источника. Время возникновения этого шпомового мантийного источника даёт основание считать его вероятным источником родоначального расплава Мажалыкского массива.
3. Для раннепалеозойских островодужных и коллизионных массивов Монголии и Тувы исходным субстратом являлся деплетированный мантийный источник Fo-92,1, а для массива Маскокс, образование которого связано с внутриконтинентальным рифтогенезом, обогащённый мантийный источник Fo-89,1.
Новизна работы. Личный вклад.
На основании выполненных исследований соискателем лично получены следующие новые научные результаты:
1. С использованием компьютерного моделирования разработана и реализована новая система обработки, интерпретации и визуализации петролого-геохимических данных (методика), предложены оригинальные подходы к петрологическому исследованию расслоенных перидотит-габбровых массивов: с использованием комплекса данных минералогического, петрографического и геохимического исследования проведена петролого-геохимическая типизация пород изученных эталонных высокомагнезиальных перидотит-габбровых расслоенных массивовс помощью программного комплекса КОМАГМАТ 3.5 построены динамические конвективно-кумулятивные модели формирования изученных эталонных расслоенных перидотит-габбровых массивов с выделением основных этапов становления расслоенной серииприменяя программный комплекс КОМАГМАТ 3.5, построены математические модели формирования расслоенных массивов, с учётом соответствия составов модельных кумулятов и минералов составам пород и породообразующих минералов расслоенной серии массива, удалось оценить составы родоначальных расплавов рассматриваемых высокомагнезиальных массивовпри анализе особенностей модельных и природных систем (состав и последовательность кристаллизации породообразующих минералов из пород расслоенной серии массивов) установлено соответствие модельных физико-химических параметров (давление, фугитивность кислорода) внутрикамерного фракционирования родоначальных расплавов параметрам природной системы.
2. На основе полученных данных построена схема геологического строения Мажалыкского массива.
3. По данным математического моделирования и на основе петролого-геохимического изучения пород рассматриваемых массивов обоснована возможность использования составов родоначальных расплавов высокомагнезиальных расслоенных массивов для оценки составов и геохимических типов их мантийных источников.
4. Методом расчёта по программе MELTS получены варианты составов мантийных источников изученных эталонных высокомагнезиальных расслоенных массивов.
5. На основе сравнительного анализа составов первичных модельных и экспериментальных расплавов, показано соответствие, с учётом систематической поправки, результатов моделирования по программе MELTS экспериментальным данным по плавлению перидотитов.
Сведения о теоретической значимости полученных результатов.
Исследование эталонных расслоенных массивов имеет большое значение для геологического картирования и формационного анализа^ Динамические конвективно-кумулятивные модели формирования расслоенных перидотит-габбровых массивов, основанные на петролого-геохимических особенностях состава пород высокомагнезиальных расслоенных массивов, позволяют оценить составы родоначальных расплавов и физико-химические условия формирования массивов. Составы родоначальных расплавов высокомагнезиальных расслоенных массивов могут быть использованы для восстановления составов и геохимических типов их мантийных источников. Оценка состава и геохимических характеристик родоначальной магмы расслоенного массива, состава её мантийного источника, эволюции родоначальной магмы в процессе кристаллизации на основе наиболее полной характеристики геологического строения, петрографо-минералогического состава, а также геохимического и петрохимического анализа исследуемого массива позволяет построить наиболее реальную модель формирования массивов данного типа. Оценка составов мантийных источников разновозрастных габброидных массивов, расположенных на смежных территориях, даёт возможность реконструировать эволюцию процессов мантийного магмообразования данного региона. Предложенная методика применима для петролого-геохимических исследований как расслоенных перидотит-габбровых массивов, так и вулканических комплексов мафит-ультрамафитового состава нормальной щёлочности. Программы КОМАГМАТ 3.5 и MELTS обеспечивают возможность моделирования петрологических процессов в сухих или водосодержащих, открытых или закрытых в отношении кислорода природных магматических системах для расплавов различного состава (от ультраосновного и основного до среднего и кислого) в широком диапазоне термодинамических условий (Ariskin et al., 1993; Ghiorso et al., 1994).
Апробация работы.
Фактический материал, его теоретический анализ и выводы по теме диссертации изложены в 12 публикациях, в том числе в 1 авторской статье, 1 статье в соавторстве (первый автор — Бородина Е.В.), а также в научных отчётах РФФИ (грант № 98−05−65 266-а, 1998 — 2000, грант № 01−05−65 295-а, 2001 — 2003, грант № 02−05−65 087-а, 2002 — 2004). Результаты исследований были представлены в виде докладов на «Девятом международном симпозиуме по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии» EMPG-IX в Цюрихе, Швейцария, 2002, на международном симпозиуме «Изменение окружающей среды в Центральной Азии» в Берлине, Германия, 2003, Объединённой ассамблее EGS — AGU — EUG в Ницце, Франция, 2003, Всероссийском совещании «Современные проблемы формационного анализа, петрология и рудообразование магматических ассоциаций», Новосибирск, Россия, 2003. Результаты исследований публиковались в трудах конференции MinWien 1999, Вена, Австрия, 1999, Второго Всероссийского совещания в Сыктывкаре, Россия, 2000, Региональной конференции Сибири, Дальнего Востока и северо-востока России, Томск, Россия, 2000, международного EUGXI симпозиума, Страсбург, Франция, 2001, Третьей ежегодной научной конференции «Петрология магматических и матаморфических комплексов», Томск, Россия, 2002, конференции «Проблемы геологии и географии Сибири, Томск,.
Россия, 2003. Тема диссертации связана с планами НИР Лаборатории петрогенезиса и рудоносности магматических формаций Института геологии СО РАН, темами РФФИ: грант РФФИ № 01−05−65 295 «Эволюция мантийного магматизма кембро-ордовикского коллизионного орогена Центральной Азии» и № 04−05−64 439 «Разнообразие ультрамафит-мафитового магматизма кембро-ордовикского коллизионного орогена Центральной Азии как результат взаимодействия мантийного плюма и литосферной мантии», а также с программой интеграционных исследований специализированных отделений РАН «Геодинамическая эволюция литосферы Центрально-Азиатского подвижного пояса (от океана к континенту)» и проектом НШ-1573.2003.5.
Объём работы и структура диссертации.
Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, содержит 73 страницы машинописного текста, 23 рисунка и 17 таблиц.
Список литературы
включает 67 наименований. Общий объём диссертации составляет 117 страниц.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
Предлагаемое в диссертации решение задачи оценки составов родоначальных расплавов расслоенных перидотит-габбровых массивов и состава мантийного источника имеет ряд преимуществ по сравнению с другими. Математизация петрологических исследований облегчает интерпретацию петролого-геохимических данных, а применение современных компьютерных программ для динамического моделирования явлений частичного плавления и фракционной кристаллизации максимально автоматизирует этот процесс. Комплексное использование математических методов позволяет решать петрологические задачи на качественно новом уровне, переводя петролого-геохимические построения на количественную основу и применяя единую компьютерную технологию для изучения геологических объектов, расположенных в различных регионах.
Предлагаемые методики, которыми достигается оптимальность оценки петролого-геохимических процессов, выгодно отличаются от других. Во-первых, они основаны на термодинамических построениях с использованием обширной экспериментальной базы данных, что позволяет оценивать особенности формирования высокомагнезиальных пород (как интрузивных, так и эффузивных) на минимальном наборе максимально информативных параметров их образования, создавая весьма устойчивые и оптимальные модели, которые, хорошо согласуются с особенностями реальных объектов. Во-вторых, описанные методики универсальны: они пригодны для исследования широкого спектра мафит-ультрамафитовых пород нормального ряда, как плутонических, так и вулканических, образовавшихся в любой геодинамической обстановке. В-третьих, выявляя зависимости между составом высокомагнезиальных пород и составом мантийного субстрата, они представляют их в аналитическом виде, удобном для математической обработки имеющихся петролого-геохимических данных. Наличие нескольких методик позволяет строить разные модели, а значит, и выбирать лучшую из них, осуществлять верификацию результатов.
В диссертации задача оценки состава мантийного источника впервые решается комплексом петролого-геохимических методов и методов математического моделирования, что обеспечивает высокое качество исследований. Предложенный количественный подход к исследованию расслоенных высокомагнезиальных перидотит-габбровых массивов позволяет выявлять: особенности химического состава родоначального расплавадинамику формирования расслоенного массива и физико-химические параметры формирования расслоенной сериисостав предполагаемого мантийного источника родоначального расплаватермодинамические условия (температура и давление), а также степень частичного плавления мантийного источника в процессе образования первично-мантийного расплава, соответствующего по составу родоначальному расплаву массива.
С использованием предложенной в работе методики петролого-геохимических исследований высокомагнезиальных расслоенных перидотит-габбровых массивов, а также согласно результатам математического моделирования, получены следующие научные выводы:
1.Динамические конвективно-кумулятивные модели формирования расслоенных перидотит-габбровых массивов, основанные на петролого-геохимических особенностях состава пород высокомагнезиальных расслоенных массивов, позволяют оценить составы родоначальных расплавов и физико-химические условия формирования массивов.
2. Составы родоначальных расплавов высокомагнезиальных расслоенных массивов могут быть использованы для восстановления составов и геохимических типов их мантийных источников.
3. Центральный массив является однофазным расслоенным перидотит-габбровым массивом кембрийского возраста. Вычисленный первичный расплав Центрального массива, соответствующий валовому составу исходной магмы, имеет состав: 20% MgO, 7% FeO, магнезиальный номер 83,6. Первичный расплав Центрального массива образовался в обстановке примитивной островной дуги за счёт частичного плавления мантийного источника (гранатового лерцолита), сходного до обогащения подвижными элементами в ходе субдукции с источником N-MORB. Первичный расплав Центрального массива мог образоваться за счёт частичного парциального плавления деплетированного мантийного источника Fo-92,1 при давлении 25 кбар, температуре 1500−1550°С, содержании воды 0,1 вес.% и степени плавления около 10−15%.
4. Центральный массив, возможно, является малоглубинным комагматом одновозрастных высокоглинозёмистых вулканитов Озёрной зоны при условии влияния на состав родоначального расплава вулканитов процессов коровой контаминации или смешения расплавов. Сходство геохимических характеристик вулканитов и пород массива позволяет предполагать существование единого гранатсодержащего мантийного источника первичной магмы, связанного с зоной субдукции.
5. Мажалыкский массив является малоглубинным ритмически-расслоенным перидотит-габбровым массивом ордовикского возраста (484,2±2,3 млн. лет). Состав родоначального расплава Мажалыкского массива соответствует коматииту (26%-MgO, 7%-FeO, 9%-А1гОз, магнезиальный номер 86,9). Состав родоначального расплава Мажалыкского массива соответствует составу первично-мантийного расплава, образовавшегося при равновесном парциальном плавлении деплетированного гранатсодержащего мантийного источника Fo-92,1 при давлении 25−35 кбар, температуре 1600−1700°С, содержании воды в источнике 0,1% и степени плавления 1525%.
6. Сходство петролого-геохимических характеристик пород расслоенных перидотит-габбровых массивов коллизионного (Мажалыкский массив) и островодужного этапов (Центральный массив) обусловлено образованием их родоначальных расплавов путём частичного плавления единого деплетированного надсубдукционного мантийного источника, отвечающего по составу гранатовому лерцолиту, близкому по содержанию петрогенных элементов к составу офиолитового комплекса Вурино, Греция. Отличием Мажалыкского массива от массивов островодужного типа является более высокая магнезиальность родоначального расплава коматиитового состава, что, вероятно, связано с большей степенью плавления за счёт влияния плюмового мантийного источника, время возникновения которого даёт основание считать его вероятным источником родоначального расплава Мажалыкского массива.
7. Петролого-геохимические особенности пород расслоенного массива Маскокс (Канада) согласуются с его образованием за счёт фракционной кристаллизации родоначального расплава коматиитового состава (30 вес.% MgO, 8,5 вес.% FeO, магнезиальный номер 86,3). Состав родоначального расплава массива Маскокс сходен с составом первично-мантийного расплава, полученного в результате моделирования с помощью программы MELTS частичного плавления гранатсодержащего обогащенного мантийного источника (Fo-89,1) при температуре 1700 °C, давлении 30 кбар и степени плавления около 40%.
8. Смена последовательности кристаллизации породообразующих минералов из пород расслоенной серии массива Маскокс может быть обусловлена влиянием контаминации вмещающих пород родоначальным расплавом в процессе формирования массива.
9. Петрохимические особенности пород дайки Макензи и базальтов Коппермайн Ривер свидетельствуют о том, что они могли образоваться за счёт кристаллизации остаточных расплавов, появившихся в результате фракционирования родоначальной магмы интрузива Маскокс.
Апробация этой методики показала, что моделирование формирования расслоенного массива не вызывает затруднений. Трудности могут возникнуть при выборе состава родоначального расплава и термодинамических параметров моделирования. Для преодоления этих трудностей необходимо учитывать особенности минералого-петрографического состава пород массива, последовательность кристаллизации породообразующих минералов в процессе формирования расслоенной серии, характер вмещающих пород.
Данная работа имеет методологическую, методическую и практическую значимость. Методологическая значимость — предложен единый подход к обработке-петрологических данных по расслоенным перидотит-габбровым массивам нормальной щёлочности, основанный на всестороннем петролого-геохимическом изучении пород массивов с применением методов термодинамического моделирования процесса внутрикамерного фракционирования и процесса частичного парциального плавления в верхней мантии с образованием первичного (родоначального) расплава массива. Методическая значимость — разработаны новые оригинальные методики обработки петролого-геохимических данных на количественной основе. Практическая значимость — проведена оценка составов родоначальных расплавов и составов мантийных источников эталонных высокомагнезиальных расслоенных перидотит-габбровых массивов, что позволило выявить ряд важных петролого-геохимических закономерностей.
Несомненно, исследования высокомагнезиальных расслоенных массивов должны быть продолжены. Точность расчётов по программам КОМАГМАТ и MELTS, а значит, и применимость метода математического моделирования для петролого-геохимических исследований, зависят от совершенства современного физико-математического аппарата и программного обеспечения расчётов. Поэтому дальнейшее совершенствование динамических петрологических программ и развитие математических методов в геологии будут повышать точность оценок математических расчётов и расширять диапазон применимости метода математического моделирования. Большое значение для характеристики мантийного источника имеют индикаторные геохимические и изотопные характеристики. Такими характеристиками являются значение эпсилон Nd, необходимое для сравнения первичных отношений 143Nd/144Nd в породе с соответствующими отношениями в CHUR во время кристаллизации этой породы, и модельный Sm/Nd возраст пород, определяющий время отделения родоначального расплава данного массива от мантийного субстрата (Alegre & Mynster, 1978, Фор, 1989). В рамках комплексного изучения высокомагнезиальных пород рекомендуется дополнить предложенную в работе методику петролого-геохимических исследований высокомагнезиальных пород использованием их изотопных характеристик, позволяющих уточнить типы и степени деплетированности мантийного источника родоначальных расплавов расслоенных массивов и их вулканических аналогов.
Комплексноепетролого-геохимическоеисследованиеразновозрастных перидотит-габбровых массивов, а также вулкано-плутонических комплексов пикрит-базальтового состава, расположенных на смежных территориях, позволит провести оценку состава верхнемантийных источников и условий мантийного магмообразования для этих объектов и даст возможность реконструкции эволюции процессов мантийного магмообразования и выявления локальных неоднородностей состава верхней мантии данного района. Кроме того, оценка состава мантийного источника и физико-химических условий генерации родоначального расплава отдельно для вулканитов и интрузивных образований единого вулкано-плутонического комплекса позволит на основе сравнения этих результатов отработать методику расчёта состава родоначального расплава расслоенного интрузива на основе состава слагающих его пород.
В настоящее время задача оценки состава верхнемантийных источников и условий мантийного магмообразования остаётся одной из наиболее сложных и наименее разработанных задач магматической геологии. Использование для оценки состава верхней мантии составов родоначальных расплавов перидотит-габбровых массивов, наряду с высокомагнезиальными вулканитами, открывает новые возможности изучения состава верхней мантии. Оценка состава разновозрастных верхнемантийных источников позволит выявить общие закономерности развития процессов мантийного магмообразования, представляющие как общенаучный интерес, так и служащие для понимания особенностей формирования конкретных геологических объектов.
Преимуществами выполненного исследования перед аналогами являются более простой способ получения результатов, более высокая степень достоверности результатов, качественно новый уровень исследования геологических объектов. Предлагаемые методы и подходы в области петролого-геохимического исследования перидотит-габбровых массивов не уступают мировому уровню, а в применении методов математического моделирования в исследовании формирования расслоенных массивов и оценке составов их мантийных источников данная работа является одной из первых. Применение современных методик компьютерной обработки геологической информации позволит с новой точки зрения исследовать хорошо известные, но всё же недостаточно изученные и даже проблематичные объекты. Преимуществами выполненного исследования перед аналогами являются более простой способ получения результатов, более высокая степень достоверности результатов, качественно новый уровень исследования геологических объектов.
Петрологические задачи, поставленные в работе, являются лишь первым этапом комплексного изучения высокомагнезиальных пород. Полученные в процессе подготовки диссертационной работы данные требуют дальнейшего, более углублённого изучения разновозрастных эталонных расслоенных перидотит-габбровых массивов путём сравнительного анализа и систематизации применительно к проблемам эволюции верхнемантийных источников в целом. Исследования в данной области являются новым важным направлением развития магматической геологии и способствуют более глубокому пониманию процессов, протекающих в верхней мантии Земли.
