О КЛАССИФИКАЦИИ ОСНОВНЫХ ВУЛКАНИЧЕСКИХ ПОРОД
Всероссийский научно-исследовательский геологический институт им. , СПб, *****@***ru
1. Принципы классификации магматических пород, разрабатывавшиеся в гг. Международной подкомиссией по систематике изверженных пород (МК), Терминологической комиссией МПК и другими организациями, и изложенные в ряде крупных итоговых работ [Белоусов и др., 1997; Классификация…, 1981; Классификация…, 1997; Магматические горные породы…, 1983; Петрографический кодекс, 1995], остаются предметом обсуждения [Иванов, 2005 и др.]. Это связано с важным значением магматических формаций для геодинамических реконструкций и минерагенических прогнозов. Наиболее эффективной для решения этих задач является такая классификация пород, которую можно было бы непосредственно использовать для оценки формационной принадлежности слагаемых ими комплексов и оценки обстановок их формирования. Классификации, упомянутые выше, такой задачи не решают.
2. В последние годы для палеогеодинамических реконструкций используют, минуя диагностику самих пород, содержания в них редких элементов, путем нанесения их на диагностические диаграммы, где оконтурены поля составов пород современных обстановок. Автором показано ранее, что такой способ геодинамического анализа не заменяет формационных исследований, а дополняет их [Румянцева, 2000]. Для классификации пород содержания редких элементов пока не учитываются. Перспективными представляются принципы классификации магматических пород, в которых классификационные признаки основываются на известных законах петрогенеза [Штейнберг, 1985]. Наряду с этим огромное количество накопленных химических анализов пород, доступность их получения, возможность обработки с помощью компьютерных технологий позволяют подойти к разработке классификации пород на основе применения статистических методов.
3. Для дальнейшего усовершенствования классификации магматических пород необходимо учесть некоторые недостатки существующих классификаций. Рассмотрим их на примере группы основных вулканических пород.
Если группы, ряды и семейства пород в приводимых классификациях выделены для каждого из таксонов по единым признакам, то на уровне выделения видов это важное требование научных классификаций не выдерживается. Виды выделены по составу либо темноцветных минералов, либо – полевых шпатов, либо по количеству последних, так что один и тот же базальт может попасть одновременно в разные виды.
Наблюдается несоответствие между реально существующим разнообразием пород и количеством выделяемых их видов. Так, для наиболее распространенных пород – базальтов – выделено всего 4 вида, что, конечно, не исчерпывает всей совокупности природных объектов. Такое положение сложилось отчасти из-за бедности номенклатуры основных вулканических пород, особенно нормальных по щелочности, для которых существует одно однословное название – «базальт», а большинство названий видов образуются путем добавления к нему прилагательных. Комиссии МК и МПК рекомендуют не употреблять большинство устаревших терминов (анамезит, океанит, мелафир, мимозит, толеит) и в то же время, сохраняя исторические традиции, не вводить по мере возможности новых названий. В последние годы широко используются термины «толеитовый базальт» и «известково-щелочной базальт», отсутствующие в упомянутых выше принятых классификациях как не имеющие четкого смысла. Если понимать под ними начальные члены серий того же названия, сама правомерность выделений таких серий сомнительна из-за неопределенности критериев их выделений [Белоусов и др., 1982; Румянцева, 2000].
Существует резкое несоответствие между выделяемыми видами основных вулканических и плутонических пород (как в отношении количества видов, так и признаков их выделения), что затрудняет поиски названий комагматичных пар.
Граничные значения признаков в большинстве случаев задаются произвольно для всех таксонов, при этом часто одни и те же значения используются для различных групп и семейств пород. Однако, если, например, ряды пород выделять по отношению Na2O : K2O без учета содержания SiO2, то почти все граниты и риолиты попадут в калиевый ряд, базальты – в натриевый.
Отсутствие последовательного порядка использования тех или иных классификационных признаков и точных их граничных значений не позволяет создать алгоритм для определения видовой принадлежности пород.
Надо также иметь в виду, что в качестве классификационных признаков желательно использовать не содержание отдельных элементов [Иванов, 2005], а величины их определенных комбинаций (например, нормативных минералов), поскольку в процессах плавления и кристаллизации элементы участвуют в пропорциях, соответствующих стехиометрии минералов. Для определения количественных значений признаков целесообразно в качестве точек отсчета использовать составы эвтектик, котектик, температурных максимумов [Штейнберг, 1985].
4. Автором сделана попытка совершенствования классификации пород путем использования математической статистики. Методом главных компонент была обработана выборка из 457 средних анализов основных вулканических пород (средние подсчитаны для 12 тысяч частных анализов), представляющая как древние магматические формации континентов, так и различные ассоциации современных островных дуг, океанов, рифтов. В результате были выявлены петрохимические признаки, испытывающие наибольшие вариации и вносящие наибольший вклад в общую дисперсию составов пород. Эти же признаки оказались дискриминантными для пород, наиболее существенно различающихся по обстановкам формирования. Наряду со степенью щелочности и типом щелочности такими признаками являются степень известковистости и лейкократовости пород.
5. Для количественной оценки этих признаков и выбора их граничных значений можно воспользоваться подходами, предложенными автором ранее. Степень щелочности оценивается по содержанию нормативных кварца и нефелина. Тип щелочности можно определить как меру отклонения состава исследуемых пород от некоторых средних составов, близко совпадающих с эвтектическими и котектическими [Румянцева, 1977, рис. 4]. Тогда тип щелочности можно оценить по разности 1,5 SiO2 – K2O / (Na2O+0,7 K2O), которая для натриевых пород >60, для калиево-натриевых 30 – 60, для калиевых < 30. Для определения степени известковистости и лейкократовости можно использовать диаграмму (Ab + Or) – An – цветной индекс [Румянцева, 1985, рис. 3]. По величине отношения An : (An + Ab + Or) породы основного состава можно разделить на известковистые (где это отношение > 50), щелочно-изветковистые (35 – 50) и известково-щелочные (< 35). Степень лейкократовости определяется по величине отклонения нормативного цветного индекса (ц. и.) от линии котектики Di – Pl для безводной системы Ab – An – Di, с выделением меланократовых (для известковистых ц. и. > 50, для щелочно-известковистых >40), мезократовых (для известковистых ц. и. 40 – 50, для щелочно-известковистых 30 – 40) и лейкократовых (для известковистых ц. и. < 40, для щелочно-известковистых < 30) базальтов.
6. Перечисленных выше признаков достаточно, чтобы разделить основные вулканические породы, принадлежащие разным формациям и связанные с разными геодинамическими обстановками. Целесообразность использования именно этих признаков для классификации пород обоснована Штейнбергом [1985] с точки зрения физико-химических закономерностей образования пород и магм. Соответствие выделяемых видов основных эффузивов тем или иным геодинамическим обстановкам (табл.) позволяет для объяснения их генезиса наряду с петрологической интерпретацией особенностей состава использовать и геологические факторы: величину теплового потока, строение литосферы, скорость накопления вулканических продуктов, их объем, фациальные особенности пород. Устанавливается обратная зависимость между степенью щелочности основных эффузивов и масштабами проявления вулканизма как возможным критерием степени плавления. Формации с умеренно щелочными базальтами предваряют или завершают крупные этапы базальтового вулканизма, а также появляются по периферии вулканических ареалов, т. е. как бы фиксируют пространственно-временные границы тепловых аномалий. В областях современного вулканизма степень щелочности падает с увеличением величины теплового потока (например, в Восточно-Африканском рифте по направлению к Красному морю). Тип щелочности определяется в основном содержанием калия, варьирующим в десятки и сотни раз. Повышение его содержания в умеренно щелочных породах, отмечаемое в тылах островных дуг и окраинно-континентальных поясов преимущественно на завершающих этапах их развития, отсутствие калиевых пород в океанах позволяют связывать его рост с наращиванием континентальной коры и, судя по изотопно-геохимическим данным, с ассимиляцией ее материала. В тех случаях, когда сочетаются высокие содержания K, Ti, Zr, Nb (например, в рифтах) доказывается связь пород с большой глубиной генерации магм. Степень известковистости базальтов, наиболее высокая в срединно-океанических хребтах с их максимальным тепловым потоком, огромными масштабами извержения (70 % от всего извергаемого на Земле материала) можно связать с высокой интенсивностью плавления. Близкие условия существовали, вероятно, для базальтов «зеленокаменных» поясов и древних платформ. Высокой известковистостью характеризуются и базальты современных островных дуг, чем оии отличаются от их древних аналогов. Отчасти это можно объяснить зеленокаменным перерождением последних, иногда сопровождающимся выносом кальция. Степень лейкократовости базальтов четко делит породы платформ и подвижных областей. Мезократовые базальты типичны для зон рифтов в пределах континентальных платформ и океанов, их фациальные и петрографические особенности говорят о кристаллизации из «сухих» магм. Лейкократовые базальты появляются почти исключительно в островных дугах, окраинноконтинентальных поясах, коллизионных орогенах. Обилие в них пирокластики, порфировые структуры, раннее выделение магнетита, присутствие водных силикатов свидетельствуют о высоком содержании воды в магме. С этим согласуется предположение о связи лейкократовых базальтов с зонами поглощения высоководного материала.
Список литературы
, , Вулканические формации. Новосибирск: Наука, 1982, 167 с.
Опыт химической систематики ортомагматических горных пород // Уральский геологический журнал. № 3 (45), 2005, 110 с.
Классификация и номенклатура магматических горных пород: справочное пособие. М.: Недра, 1981, 160 с.
Классификация магматических (изверженных) пород и словарь терминов. Рекомендации подкомиссии по систематике изверженных пород: пер. c англ. М.: Недра, 1997, 248 с.
Магматические горные породы: Классификация. Номенклатура. Петрография. М. Недра, 1983, 768 с.
Петрографический кодекс. Магматические и метаморфические образования. СПб.: Изд-во ВСЕГЕИ, 1995, 128 с.
О классификации эффузивных пород. Зап. ВМО, ч. 106, Вып. 1, 1977. С. 53–61.
Систематика базальтовых формаций (на петрохимической основе). // Советская геология, № 6, 1985. С. 105–117.
Вулканические формации, серии, геохимические типы: соотношения, принципы классификации // Петрография на рубеже XXI века. Итоги и перспективы. Сыктывкар. Геопринт, 2000. С. 182–184.
О классификации магматитов. – М.: Наука, 19с.
