Известково-щелочная магматическая серия

Известково-щелочная магматическая серия

Известково-щелочная серия магматических горных пород — генетическая серия эволюции магмы Земли в петрологии.

Определение

Известково-щелочная серия (далее, CA-серия) — генетическая серия дифференциального ряда магматических горных пород (г.п.), состав которых эволюционирует от исходной мафической магмы, обогащённой магнием и железом, до салической магмы, обеднённой этими элементами. CA-серия обладает следующими отличительными признаками:

1. Увеличение содержания кремнезёма от ранних к поздним стадиям магматизма от 52 до 70 % (среднее модальное содержание SiO₂ — 59 %)
2. Отсутствие тренда обогащения железом с ростом SiO₂ (тренд Боуэна).
3. Отношение FeO*/MgO толерантно к содержанию SiO₂ (остаётся приблизительно постоянным)
4. Повышенная глиноземистость г.п., до 16-18 %
5. Значения кислотно-щелочного индекса Пикока — 56-61(возможно, от 51 до 66 — при включении пород щелочно-кальциевой серии по М. Пикоку)
6. Относительно высокие содержания щёлочноземельных (Mg, Са) и щелочных металлов в породах.
7. Присутствие ортопироксена в матриксе средне-основных вулканитов при отсутствии пижонита.

Первые 3 признака, проистекают из сложившегося предположения о происхождении и эволюции исходной известково-щелочной магмы, что обосновывает их как главные отличительные черты CA-серии. Тем не менее, нельзя не учитывать и другие признаки, выделенные в разные годы разными исследователями. В комплексе они позволяют провести достаточно точное определение.

Методы определения

This is an AFM diagram, a ternary diagram showing the relative proportions of the oxides of Na₂O + K₂O (A), FeO + Fe₂O₃ (F), and MgO (M). The arrows show the path of the magmas in the tholeiitic and the calc-alkaline magma series.

Методы определения принадлежности ассоциации г.п. к данной серии разрабатывались преимущественно для вулканических образований и характеризуются весьма различными подходами. Среди прочих выделяются два исторически-проверенных классификационных метода, в основе которых лежат построения на тройных диаграммах  (неопр.).:

• тройная диаграмма AFM` в весовых процентах c нанесённой линией Куно или линией Ирвинга,
• тройная диаграмма Йенсена в катионных процентах.

Существует также алгоритм разделения главных магматогенных серий, включая и известково-щелочную [1]:

1. толеитовые и известково-щелочные отделяются от субщелочных и щелочных серий г.п. на графике (K₂O+Na₂O)-SiO₂ по следующим уравнениям: K₂O+Na₂O=0,3694SiO₂ — 14,3917 (при SiO₂ < 67 %) и K₂O+Na₂O=7,9205 (при SiO₂ > 67 %);
2. толеитовые и известково-щелочные серии разделяются на графике FeO*/MgO-SiO₂ по уравнению: FeO*/MgO = 0,1562SiO₂ — 6,685 (критерий Мияширо);
3. субщелочные и щелочные серии разделяются по отсутствию (для первых) или наличию (для вторых) модальных фельдшпатоидов (нефелин, лейцит и др.) и/или по граничному содержанию нормативного фельдшпатоида — 7-10 %.

Размещение

Породы известково-щелочной серии преобладают в составе энсиалических (заложенные на континентальной коре) вулканических дуг активных континентальных окраин. Вследствие дальнейшего развития этих сегментов земной коры, дуги могут причленяться к материку, образуя подвижные (складчатые) пояса, что обусловливает наличие пород CA-серии в их пределах (чаще, в центральных частях этих структур). Для энсиматических (заложенных на океанической коре) вулканических дуг CA-серия значительно менее характерна: либо полностью отсутствует, либо составляет не более 10 % от общего объёма магматитов (Марианская дуга).

Генезис

Процесс образования продуктов CA-серии во многом антагоничен формированию пород толеитовой серии. Главным отличием является редокс магм: породы CA-серии отличаются от образований толеитовой серии окислительным потенциалом исходной магмы (толеитовые магмы восстановлены/лись, а СА — окислены/лись). Когда мафическая, полученная из базальтового субстрата, магма кристаллизуется в ней образуются сравнительно богатые магнием и обеднённые железом формы силикатных минералов — оливина и пироксена. В результате содержание железа в толеитовой магме увеличивается, по мере того как расплав обедняется минералами бедными железом. В то же время известково-щелочная магма достаточно окислена (обладает достаточным окислительным потенциалом), чтобы осадить значительные количества оксида железа (магнетита). При этом содержания железа в CA-магме при её остывании остается более устойчивым, по сравнению с толеитовыми магмами.

Разница между известково-щелочной и толеитовой сериями может быть показана на диаграмме AFM`, отображающей относительные весовые пропорции компонент: А (Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O), F (FeO+Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>) и M (MgO). При остывании, в магматической камере в твёрдую фазу переходит значительно больше железа и магния, чем щелочей. В результате продукты магматической деятельности продвигаются в сторону «щелочного угла» диаграммы (имеют щелочной тренд). В толеитовых магмах при остывании расплав быстро обедняется магнием, из-за образования, обогащённых этим элементом, минералов. Таким образом, продукты толеитовой магмы со временем перемещаются из «магнезиального» угла диаграммы в сторону щелочного. Однако в CA-магме при образовании магнетита железо-магниевое отношение остаётся относительно постоянным, так что фигуративные точки образуют линию близкую к прямой, направленной в сторону «щелочного» угла диаграммы AFM`.

Предполагается, что породы CA-серии являются продуктами фракционной кристаллизации и, по крайней мере, частично происходят от базальтовых и андезитовых магм, сформировавшихся в мантии. Описанные выше тренды на диаграмме AFM` могут объясняться разными причинами. Многие из них фокусируются на содержании воды и степени окисления магмы. Считается, что процесс образования CA-магм обусловлен частичным плавлением субдуцируемого материала и мантийных перидотитов под воздействием поднимающегося флюидного (водного) потока и расплавов от погружающегося слеба. Механизмы эволюции известково-щелочной магмы включают фракционную кристаллизацию, ассимиляцию континентальной коры и смешивание с частичным расплавов континентальной коры.

См. также

• Магматическая серия
• Толеитовая магматическая серия
• Щелочная серия
• Активная континентальная окраина

Литература

• Barker Daniel S. Igneous Rocks. Prentice Hall, Inc, 1983. P. 417.
• Rittmann, Alfred. Volcanoes and their activity. — New York: John Wiley & Sons, Inc, 1962. — С. 305.
• Sheth, Hetu; Torres-Alvarado, Ignacio; Verma, Surendra. What Is the "Calc-alkaline Rock Series"? // International Geology Review. — 2002. — Август (т. 44, № 8). — С. 686—701. — doi:10.2747/0020-6814.44.8.686.. — «Two of these widely used diagrams are the total alkalies-silica (TAS) diagram and the (Na₂O + K₂O)-FeO^*-MgO (AFM) triangular diagram, neither of which has calcium as one of the plotting parameters… Not all orogenic andesites are calc-alkaline, and not all calc-alkaline andesites are orogenic».
• Igneous Rocks: A Classification and Glossary of Terms: Recommendations of the International Union of Geological Sciences, Subcommission on the Systematics of Igneous Rocks (англ.) / Le Maitre, R. W.; Streckeisen, A.; Zanettin, B.; Le Bas, M. J.; Bonin, B.; Bateman, P.. — Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2005. — P. 252. — ISBN 0-521-61948-3.
• Arculus, Richard J. Use and abuse of the terms calcalkaline and calcalkalic (англ.) // Journal of Petrology : journal. — 2003. — Vol. 44. — P. 929—935.. — «The terms calcalkaline and calcalkalic are currently defined and used in multiple and non-equivalent ways. Generally, the variation of total Fe as FeO/MgO within evolving subalkaline rock suites is regarded as the most distinctive character of calcalkaline compared with tholeiitic suites, reflecting the relative timing of phase saturation with Fe-Ti oxides, plagioclase, and ferromagnesian silicates. Other classification schemes are widely used, including a minority of adherents to the original formalized definition of ‘calcalkalic’ by Peacock (1931, Journal of Geology 39, 54-67). Given the prevailing contradictory and confusing usage of these terms, which leads to miscommunication, it is proposed that the spectrum of subalkaline rocks be divided into high-, medium-, and low-Fe suites, complementing divisions made on the basis of K contents. The terms calcalkaline and calcalkalic should be restricted to rock suites that conform to Peacock’s definition.».
• Макеев А. Б., Лютоев В. П., Второв И. П., Брянчанинова Н. И., Макавецкас А. Р. Состав и спектроскопия ксенокристов оливина из гавайских толеитовых базальтов // Учёные записки Казанского университета. Серия: Естественные науки. 2020. Т. 162. Кн. 2. С. 253—273. — doi: 10.26907/2542-064X.2020.2.253-273.