Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с Komatiites )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Коматиитовая лава в типовой местности в долине Комати, Барбертон-Маунтинленд, Южная Африка, демонстрирующая характерную «текстуру спинифекса», образованную дендритными пластинами оливина (масштаб, показанный молотком на правом краю фотографии)

Коматиит ( / к oʊ м ɑː т я . Aɪ т / ) представляет собой тип ультрамафитовой мантийной вулканической породы определяется как то , кристаллизует из лавы с оксидом магния содержанием выше 18% по весу. [1] Коматииты имеют низкое содержание кремния , калия и алюминия и от высокого до чрезвычайно высокого содержания магния . Коматиит был назван в честь своего типа местности вдоль реки Комати в Южной Африке, [2] и часто демонстрирует структуру спинифекса, состоящую из больших дендритных пластин оливина и пироксена. [3]

Коматииты редки и преимущественно встречаются в породах архейского возраста, при этом известно немного протерозойских или фанерозойских коматиитов. Считается, что это ограничение возраста связано с охлаждением мантии , которая могла быть на 100–250 ° C горячее во время архея (4,0–2,5 миллиарда лет назад). [4] [5] На ранней Земле выделялось гораздо больше тепла из-за остаточного тепла от планетарной аккреции , а также из-за большего количества радиоактивных элементов. Более низкотемпературные мантийные расплавы, такие как базальт и пикрит, по существу заменили коматииты в качестве эруптивной лавы на поверхности Земли.

Географически коматииты преимущественно ограничены по распространению областями архейского щита и встречаются с другими ультраосновными и высокомагнезиальными основными вулканическими породами в архейских зеленокаменных поясах . Самые молодые коматииты происходят с острова Горгона на Карибском океаническом плато у тихоокеанского побережья Колумбии, а редкий образец протерозойского коматиита встречается в коматиитовом поясе Виннипегозис , Манитоба, Канада.

Петрология [ править ]

Образец коматиита, собранный в зеленокаменном поясе Абитиби близ Энглхарта, Онтарио , Канада. Ширина образца 9 см. Видны пластинчатые кристаллы оливина, хотя текстура спинифекса в этом образце слабая или отсутствует.

Магмы коматиитового состава имеют очень высокую температуру плавления с расчетными температурами извержения до и, возможно, выше 1600 ° C. [6] [7] [8] [9] Базальтовые лавы обычно имеют температуру извержения от 1100 до 1250 ° C. Более высокие температуры плавления, необходимые для производства коматиита, были приписаны предполагаемым более высоким геотермическим градиентам на архейской Земле.

Коматиитовая лава была чрезвычайно жидкой при извержении (обладая вязкостью, близкой к воде, но с плотностью породы). По сравнению с базальтовой лавой базальтов гавайского плюма при температуре ~ 1200 ° C, которая течет так же, как патока или мед, коматиитовая лава быстро текла по поверхности, оставляя чрезвычайно тонкие потоки лавы (толщиной до 10 мм). Таким образом, основные коматиитовые толщи, сохранившиеся в архейских породах, считаются лавовыми трубами , прудами лавы и т. Д., Где накапливалась коматиитовая лава.

Химический состав коматиитов отличается от базальтовых и других распространенных мантийных магм из-за различий в степенях частичного плавления . Считается, что коматииты образовались при высокой степени частичного плавления, обычно более 50%, и, следовательно, имеют высокое содержание MgO при низком содержании K 2 O и других несовместимых элементов .

Коматииты делятся на два геохимических класса; необедненный алюминием коматиит (AUDK) (также известный как коматииты группы I) и обедненный алюминием коматиит (ADK) (также известный как коматииты группы II), определяемые их соотношением Al 2 O 3 / TiO 2 . Часто предполагается, что эти два класса коматиита представляют реальную разницу в петрологических источниках между двумя типами, связанную с глубиной образования расплава. Обедненные алюминием коматииты были смоделированы экспериментами по плавлению как произведенные с высокой степенью частичного плавления при высоком давлении, где гранатв источнике не расплавляется, тогда как необедненные алюминием коматииты образуются за счет высоких степеней частичного плавления на меньшей глубине. Однако недавние исследования флюидных включений в хромшпинелидах из кумулятивных зон потоков коматиита показали, что единый поток коматиита может быть получен в результате смешения исходных магм с диапазоном соотношений Al 2 O 3 / TiO 2 , что ставит под сомнение это интерпретация формаций различных групп коматиитов. [10] Коматииты, вероятно, образуются в чрезвычайно горячих мантийных перьях.

Бонинитовый магматизм похож на коматиитовый магматизм, но возникает в результате плавления с флюсом над зоной субдукции . Бониниты с 10–18% MgO, как правило, имеют более высокие литофильные элементы с большими ионами (LILE: Ba, Rb, Sr), чем коматииты.

Минералогия [ править ]

График геохимии коматиита MgO% относительно Cr ppm, из базальных потоков, Ваннауэй, Западная Австралия

Первозданная вулканическая минералогия коматиитов состоит из форстеритового оливина (Fo90 и выше), кальциевого и часто хромового пироксена , анортита (An85 и выше) и хромита .

Значительная популяция коматиитов демонстрирует кумулятивную структуру и морфологию . Обычные кумуляты минералогия высоко магния богатого форстерит оливин, хотя chromian пироксен кумулаты также возможны (хотя более редкий).

Вулканические породы, богатые магнием, могут образовываться путем накопления вкрапленников оливина в базальтовых расплавах нормального химического состава: примером является пикрит . Частично доказательство того, что коматииты не богаты магнием просто из-за кумулятивного оливина, является текстурным: некоторые содержат текстуру спинифекса, текстуру , приписываемую быстрой кристаллизации оливина в условиях температурного градиента в верхней части лавового потока. Текстура «Spinifex» названа в честь общего названия для австралийской травы Triodia , [11] , который растет в сгустках с похожими формами.

Еще одно свидетельство состоит в том, что содержание MgO в оливинах, образующихся в коматиитах, приближается к составу почти чистого MgO форстерита, который может быть достигнут только в массе путем кристаллизации оливина из высокомагнезиального расплава.

Редко сохранившаяся брекчия верхней части потока и краевые зоны подушек в некоторых потоках коматиитов представляют собой по существу вулканическое стекло, закаленное при контакте с вышележащей водой или воздухом. Поскольку они быстро охлаждаются, они представляют собой жидкий состав коматиитов и, таким образом, фиксируют содержание безводного MgO до 32% MgO. Одни из самых высоких магнезиальных коматиитов с четкой сохранностью текстуры - это коматииты пояса Барбертон в Южной Африке , где жидкости с содержанием до 34% MgO могут быть определены с использованием валовых пород и составов оливина.

Минералогия коматиита систематически изменяется в типичном стратиграфическом разрезе потока коматиитов и отражает магматические процессы, которым подвержены коматииты во время их извержения и похолодания. Типичные минералогические вариации - от основания потока, состоящего из кумулята оливина, до текстурированной зоны спинифекса, состоящей из пластинчатого оливина, и, в идеале, зоны спинифекса пироксена и зоны холода, богатого оливином, на верхней эруптивной корке единицы потока.

Первичные (магматические) минеральные виды, также встречающиеся в коматиитах, включают оливин, пироксены, авгит , пижонит и бронзит , плагиоклаз , хромит , ильменит и, реже, паргаситовый амфибол . Вторичные (метаморфические) минералы включают серпентин , хлорит , амфибол, натриевый плагиоклаз, кварц , оксиды железа и, реже, флогопит , бадделеит и пироп или гидрогроссулярный гранат .

Метаморфизм [ править ]

Все известные коматииты подверглись метаморфозам , поэтому технически их следует называть «метакоматиитами», хотя приставка «мета» неизбежно подразумевается. Многие коматииты сильно изменены и серпентинизированы или карбонизируются в результате метаморфизма и метасоматоза . Это приводит к значительным изменениям минералогии и текстуры.

Гидратация против карбонизации [ править ]

Метаморфическая минералогия ультраосновных пород, особенно коматиитов, лишь частично определяется составом. Характер сопряженных флюидов, которые присутствуют во время низкотемпературного метаморфизма, будь то прогрессивный или ретроградный, контролирует метаморфический комплекс метакоматиита (здесь и далее предполагается префикс мета ).

Фактор , контролирующий минеральную сборку является парциальным давлением из двуокиси углерода в пределах метаморфической жидкости, называется XCO 2 . Если XCO 2 выше 0,5, метаморфические реакции способствуют образованию талька , магнезита (карбоната магния) и тремолита амфибола. Они классифицируются как реакции карбонизации тальком . При XCO 2, равном 0,5, метаморфические реакции в присутствии воды способствуют образованию серпентинита .

Таким образом, существует два основных класса метаморфических коматиитов; газированные и гидратированные. Карбонизированные коматииты и перидотиты образуют серию пород, в которых преобладают минералы хлорит, тальк , магнезит или доломит и тремолит . Гидратированные метаморфические скальные комплексы доминируют минералы хлорит, серпентин - антигорит , брусит . Могут присутствовать следы талька, тремолита и доломита, поскольку очень редко в метаморфических флюидах отсутствует углекислый газ. При более высоких степенях метаморфизма - антофиллит , энстатит , оливин и диопсид. доминируют по мере обезвоживания горной массы.

Минералогические вариации в фации потока коматиитов [ править ]

Коматиит имеет тенденцию фракционироваться из высокомагниевых составов в основах потока, где преобладают кумуляты оливина, к более низким составам магния выше по потоку. Таким образом, текущая метаморфическая минералогия коматиита будет отражать химический состав, который, в свою очередь, представляет собой вывод относительно его вулканологических фаций и стратиграфического положения.

Типичные метаморфические минералогии являются тремолитом - хлорит или тальк -chlorite минералогии в верхних зонах Spinifex. Чем больше магнезиален-богатый оливин богатых базового потока фация , как правило, свободны от тремолита и хлорита минералогии и преобладает либо змеевик - брусит +/- антофиллит , если гидратированные или talc- магнезитом , если газированные. В фации верхнего потока преобладают тальк, хлорит, тремолит и другие магнезиальные амфиболы ( антофиллит , куммингтонит , жедрит и др.).

Например, типичные проточные фации (см. Ниже) могут иметь следующую минералогию;

Фации:ГидратированныйГазированный
A1Хлорит-тремолитТальк-хлорит-тремолит
A2Серпентин-тремолит-хлоритТальк-тремолит-хлорит
A3Серпентин-хлоритТальк-магнезит-тремолит-хлорит
B1Серпентин-хлорит-антофиллитТальк-магнезит
Би 2Массивный змеевик-бруситМассивный тальк-магнезит
B3Серпентин-брусит-хлоритТальк-магнезит-тремолит-хлорит

Геохимия [ править ]

Коматиит можно классифицировать по следующим геохимическим критериям;

  • SiO 2 ; обычно 40–45%
  • MgO более 18%
  • Низкий K 2 O (<0,5%)
  • Низкое содержание CaO и Na 2 O (<2% вместе)
  • Низкое обогащение Ba, Cs, Rb ( несовместимый элемент ); ΣLILE <1000 частей на миллион
  • Высокое содержание Ni (> 400 частей на миллион), Cr (> 800 частей на миллион), Co (> 150 частей на миллион)

Вышеупомянутая геохимическая классификация должна быть по существу неизменным химическим составом магмы, а не результатом накопления кристаллов (как в перидотите ). Посредством типичной последовательности потоков коматиита химический состав породы будет меняться в соответствии с внутренним фракционированием, которое происходит во время извержения. Это имеет тенденцию к снижению MgO, Cr, Ni и увеличению Al, K 2 O, Na, CaO и SiO 2 по направлению к верху потока.

Породы, богатые MgO, K 2 O, Ba, Cs и Rb, могут быть лампрофирами , кимберлитами или другими редкими ультраосновными, калиевыми или ультракалиевыми породами.

Морфология и встречаемость [ править ]

Коматииты часто демонстрируют подушкообразную структуру лавы , автобрекчированные верхние края, соответствующие подводному извержению, образуя жесткую верхнюю оболочку для потоков лавы. Проксимальные вулканические фации более тонкие и перемежаются сульфидными отложениями, черными сланцами, кремнями и толеитовыми базальтами . Коматииты были получены из относительно влажной мантии . Свидетельство этого является от их ассоциации с felsics , вхождения коматиитовых туфов , ниобий аномалий и по S- и H 2 O переносимых богатой минерализации.

Текстурные особенности [ править ]

Микрофотография из тонкой секции из коматиитоподобной , показывающего Spinifex текстуры пироксена игольчатых кристаллов

Общая и отличительная текстура известна как текстура спинифекса и состоит из длинных игольчатых вкрапленников оливина (или псевдоморфоз измененных минералов после оливина) или пироксена, которые придают породе лопаточный вид, особенно на выветрившейся поверхности. Текстура Spinifex является результатом быстрой кристаллизации высокомагнезиальной жидкости в температурном градиенте на границе потока или порога .

Текстура гаррисита , впервые описанная в интрузивных породах (не коматиитах) в заливе Харрис на острове Рим в Шотландии , образуется в результате зарождения кристаллов на дне магматической камеры . [12] [13] Харриситы, как известно, образуют мегакристаллические агрегаты пироксена и оливина длиной до 1 метра. [14] Текстура гаррисита встречается в некоторых очень толстых потоках лавы коматиита, например, в зеленокаменном поясе Норсман-Вилуна в Западной Австралии, в котором произошла кристаллизация кумулятов . [15]

Дендритные перистые кристаллы оливина фации А2, скважина WDD18, Виджимолта, Западная Австралия
Оливин Spinifex с фациальной лопастью A3, скважина WDD18, Widgiemooltha Komatiite, Западная Австралия

Вулканология [ править ]

Морфология коматиитового вулкана интерпретируется как имеющая общую форму и структуру щитового вулкана , типичную для большинства крупных базальтовых построек, поскольку магматическое событие, которое формирует коматииты, извергает меньше магнезиальных материалов.

Тем не менее, первоначальный поток большинства магнезиальных магм интерпретируется как образование канализированной фации потока, которая рассматривается как жерло трещин, выпускающее высокотекучую коматиитовую лаву на поверхность. Затем он течет наружу из жерловой щели, концентрируясь в топографических впадинах и образуя канальную среду, состоящую из скоплений оливина с высоким содержанием MgO, окруженную « пластинчатыми фациями» пластов оливина с более низким содержанием MgO и тонких слоев спинифекса пироксена.

Типичный поток коматиитовой лавы имеет шесть стратиграфически связанных элементов;

  • А1 - подушечная и вариолитовая охлажденная верхняя часть потока, часто ступенчатая и переходная с осадком
  • A2 - Зона быстро остывшего, перистого игольчатого оливин-клинопироксенового стекла, представляющего собой охлажденную границу в верхней части проточной части.
  • A3 - Оливиновый спинифекс, состоящий из пучка и книжного спинифекса оливина, представляющий скопление растущих вниз кристаллов на вершине потока.
  • B1 - Мезокумуляция оливина для ортокумуляции, представляющая собой гарризит, выращенный в текучем жидком расплаве.
  • B2 - Оливиновый адкумулат, состоящий из переплетенных равных кристаллов оливина> 93%
  • B3 - Нижняя граница холода, состоящая из оливина, скапливающегося в мезокумуляте, с более мелким размером зерна.

Отдельные единицы потока не могут быть полностью сохранены, поскольку последующие единицы потока могут термически разрушить потоки spinifex зоны A. В фации дистального тонкого потока зоны B слабо развиты или отсутствуют, так как не было достаточного количества сквозной жидкости для роста адкумулята.

Русло и расслоенные потоки затем покрываются высокомагнезиальными базальтами и толеитовыми базальтами, поскольку вулканическое событие эволюционирует до менее магнезиального состава. Последующий магматизм, заключающийся в более высоком плавлении кремнезема, имеет тенденцию формировать более типичную архитектуру щитового вулкана.

Навязчивые коматииты [ править ]

Коматиитовая магма чрезвычайно плотная и вряд ли достигнет поверхности, так как с большей вероятностью собирается в нижней части земной коры. Современные (после 2004 г.) интерпретации некоторых крупных скоплений оливина в кратоне Йилгарн показали, что большинство залежей коматиитового скопления оливина, вероятно, имеют субвулканическую или интрузивную природу.

Это признается в Mt Keith никелевого месторождения , где вмещающих пород интрузивных текстуры и ксенолитов из фельзитовыми вмещающих пород были признаны в контактах низкого напряжения. Предыдущие интерпретации этих крупных тел коматиитов заключались в том, что они были «суперканалами» или реактивированными каналами, стратиграфическая толщина которых увеличилась до более чем 500 м во время продолжительного вулканизма.

Эти интрузии считаются канализированными силлами , образованными в результате нагнетания коматиитовой магмы в стратиграфию и раздувания магматического очага. Экономичные никелево-минерализованные накапливающиеся тела оливина могут представлять собой форму подоконного канала, в котором магма накапливается в промежуточной камере перед извержением на поверхность.

Экономическое значение [ править ]

Экономическое значение коматиита было впервые широко признано в начале 1960-х годов с открытием массивной сульфидной минерализации никеля в Камбальде, Западная Австралия . На никель-медно-сульфидную минерализацию на основе коматиита сегодня приходится около 14% мирового производства никеля , в основном в Австралии, Канаде и Южной Африке.

Коматииты связаны с месторождениями никеля и золота в Австралии, Канаде, Южной Африке и совсем недавно на Гвианском щите в Южной Америке.

См. Также [ править ]

  • Список текстур горных пород  - Список текстурных и морфологических терминов горных пород.
  • Список типов горных пород  - список типов горных пород, признанных геологами.
  • Магматическая порода  - порода, образованная в результате охлаждения и затвердевания магмы или лавы.
  • Микроструктура горных пород  - Текстура горных пород и мелкомасштабные горные структуры.
  • Коматиитовая Ni-Cu-PGE минерализация
  • Ультрабазитовый рок
  • Накопить рок

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Le Bas, MJ 2000. Реклассификация высокомагнезиальных и пикритовых вулканических пород по МСО. Журнал петрологии, 41 (10), 1467-1470. https://doi.org/10.1093/petrology/41.10.1467
  2. ^ Viljoen, MJ, и Viljoen, RP 1969а. Доказательства существования подвижной экструзивной перидотитовой магмы из формации Комати группы Онвернахт. Геологическая служба Южной Африки, Специальная публикация, 21, 87 - 112.
  3. ^ Арндт, Н., Lesher, СМ, и Барнс, SJ 2008. коматиит. Кембридж: Издательство Кембриджского университета.
  4. ^ Дэвис, GF 1999. Пластины, плюмы и мантийная конвекция. Кембридж: Издательство Кембриджского университета.
  5. ^ Герцберг, К., Конди, К., и Korenaga, J. 2010. Тепловая история Земли и ее петрологическое выражение. Письма о Земле и планетологии, 292 (1-2), 79-88. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2010.01.022
  6. ^ Nisbet, EG, Чидл, MJ, Арндт, Николас Т., и Bickle, MJ 1993. сдерживающими потенциальной температуры архейской мантии: обзор А доказательств от коматиитами. Литос, 30 (3-4), 291-307. https://doi.org/10.1016/0024-4937(93)90042-B
  7. ^ Робин-Popieul, КМС, Арндт, NT, Chauvel, К., Байерли, GR, Соболев, А.В., и Вилсон, А. 2012. Новая модель Barberton коматиитов: Глубокое критическое плавление с высоким удержанием расплава. Журнал петрологии, 53 (11), 2191-2229. https://doi.org/10.1093/petrology/egs042
  8. ^ Sossi, ПА, Eggins, С.М., Несбитт, RW, Небел, О., Hergt, JM, Кэмпбелл, IH, О'Нил, Х. С. Сент, Кранендонк, М., & Дэвис, Р. 2016. Петрогенезис и геохимия архейских коматиитов. Журнал петрологии, 57 (1), 147-184. https://doi.org/10.1093/petrology/egw004
  9. ^ Уотертон П., Pearson, DG, Kjarsgaard, Б., Хулберт Л., Locock А., Parman, SW, и Дэвис, B. 2017. Возраст, Происхождение и Термальная Эволюция ультрапресной \ 1,9 Ga Winnipegosis Komatiites, Манитоба, Канада. Литос, 268-271, 114-130. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2016.10.033
  10. ^ Hanski, E .; Каменецкий В С (2013). «Расплавленные включения хромшпинелида в палеопротерозойских примитивных вулканических породах, северная Финляндия: свидетельства сосуществования и смешения коматиитовой и пикритовой магм». Химическая геология . 343 : 25–37. Bibcode : 2013ChGeo.343 ... 25H . DOI : 10.1016 / j.chemgeo.2013.02.009 .
  11. Перейти ↑ Dostal, J. (2008). "Ассоциации магматических пород 10. Коматииты" . Геонауки Канады . 35 (1).
  12. ^ О'Дрисколл, Б. Дональдсон, Швейцария; Тролль, VR; Джеррам, Округ Колумбия; Емелей, Швейц. (13 ноября 2006 г.). "Происхождение Harrisitic и гранулированного оливина в слоистом наборе рома, Северо-Западная Шотландия: исследование распределения размеров кристаллов" . Журнал петрологии . 48 (2): 253–270. DOI : 10.1093 / петрологии / egl059 . ISSN 0022-3530 . 
  13. ^ Тролль, VR; Mattsson, T; Аптон, Британская Колумбия; Emeleus, CH; Дональдсон, Швейцария; Meyer, R; Weis, F; Дахрен, B; Хеймдаль, TH (2020-10-09). «Контролируемый разломами подъем магмы, зарегистрированный в центральной серии залегания слоев рома, северо-запад Шотландии» . Журнал петрологии . DOI : 10.1093 / петрологии / egaa093 . ISSN 0022-3530 . 
  14. ^ Emeleus, CH; Тролль, VR (август 2014 г.). "Ромовый магматический центр, Шотландия" . Минералогический журнал . 78 (4): 805–839. DOI : 10,1180 / minmag.2014.078.4.04 . ISSN 0026-461X . 
  15. ^ Хилл, RET; Barnes, SJ; Голе, MJ; Даулинг, С.Е. (1995). «Вулканология коматиитов, выведенная из полевых отношений в зеленокаменном поясе норманнов и вилун, Западная Австралия». Lithos . 34 (1–3): 159–188. DOI : 10.1016 / 0024-4937 (95) 90019-5 .

Библиография [ править ]

  • Гесс, ПК (1989), Происхождение магматических камней , президент и научные сотрудники Гарвардского колледжа (стр. 276–285), ISBN 0-674-64481-6 . 
  • Hill RET, Barnes SJ, Gole MJ и Dowling SE (1990), Физическая вулканология коматиитов; Полевой справочник по коматиитам Зеленокаменного пояса Норсман-Вилуна, Восточная провинция Голдфилдс, блок Йилгарн, Западная Австралия. , Геологическое общество Австралии. ISBN 0-909869-55-3 
  • Блатт, Харви и Роберт Трейси (1996), Петрология , 2-е изд., Фримен (стр. 196-7), ISBN 0-7167-2438-3 . 
  • Светов С.А., Светова А.И., Хухма, 1999, Геохимия ассоциации коматиит-толеитовых пород в Ведлозеро-Сегозерском архейском зеленокаменном поясе, Центральная Карелия // Геохимия Интернэшнл. 39, Прил. 1, 2001, стр. S24 – S38. Доступ в PDF с 25 июля 2005 г.
  • Вернон Р.Х., 2004 г., Практическое руководство по микроструктуре горных пород , (стр. 43–69, 150–152) Cambridge University Press. ISBN 0-521-81443-X 
  • Арндт, Н.Т., Нисбет, Э.Г. (1982), Komatiites . Анвин Хайман, ISBN 0-04-552019-4 . Твердая обложка. 
  • Арндт, Н.Т., и Лешер, С.М. (2005), Komatiites, in Selley, RC, Cocks, LRM, Plimer, IR (Editors), Encyclopedia of Geology 3, Elsevier, New York, pp. 260–267
  • Фор Ф., Арндт Н. Т. Либурель Г. (2006), Формирование текстуры спинифекса в коматиите: экспериментальное исследование. J. Petrol 47, 1591–1610.
  • Арндт, Н.Т., Лешер, С.М. и Барнс, SJ (2008), Komatiite , Cambridge University Press, Кембридж, 488 стр., ISBN 978-0521874748 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • Доступ к необычным типам лавы 25.07.2005
  • Коматииты и астробиология
  • Коматииты и дебаты о плюме
  • Вулканический фейерверк на Ио
  • Фотографии Abitibi komatiite, Канада (с текстом на французском языке) получены 17 мая 2009 г.