Содержание

1 Формации магматических пород

Формации магматических пород

Курс "Формации магматических пород" разбит на 10 разделов посвященных: (1) основам формационного анализа и спецификации магматических серий: (2) магматизму срединно-океанических хребтов и (3) океанических островов, (4) крупным магматическим провинциям (LIPs), включая траппы Сибирской платформы, (5) щелочному магматизму континентальных рифтов, (6) магматизму островных дуг и (7) Андской окраины, (8) Мексиканскому вулканическому поясу, (9) формациям глубоководных желобов и особенностям бонинитов. В завершающей части курса рассмотрены вопросы (10) полигенетического происхождения андезитов и адакитов.

Курс читает доктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры петрологии Алексей Алексеевич Арискин. Форма контроля - экзамен.

Цели и задачи курса

приобретение студентами знаний о разнообразии формаций и генетических серий магматических пород, взаимосвязи их проявлений с геотектоническими режимами Земли и умения использовать эту информацию при расшифровке геодинамических и физико-химических условий эволюции литосферы и верхней мантии.
Выявление связей между современными процессами магматизма, тектоническими событиями и геодинамической обстановкой формирования магматических провинций - на основе изучения конкретных формаций и типоморфных серий магматических пород;
Использование современных методов магматической петрологии и геохимии для оценки возможных механизмов и термодинамических параметров формирования главных магматических серий.

Программа курса

1. Основы формационного анализа и значение магматических серий. Понятие о природных ассоциациях горных пород - формациях. Магматические формации как частный случай геологических. Конкретная формация как геологическое тело, определение формационного типа. Выделение и типизация магматических формаций, принципы их классификации. Генетические типы магматических пород и понятие магматической серии. Типы серий и их индикаторное значение для режимов зарождения и эволюции магм.
2. Океанический магматизм срединных хребтов: вулканические и интрузивные ассоциации.
- 2а. Геологические структуры дна океанов. Процессы, формирующие облик океанической литосферы, схема строения океанической коры. Толеитовые базальты срединно-океанических хребтов (N-MORB, E-MORB, типы ТОР по Л.В. Дмитриеву) и океанических плит (ареальные платобазальты). Петрография пород, минеральный состав, химизм, флюидный состав, вторичные преобразования. Фазовая интерпретация толеитов СОХ при помощи диаграммы Гроува (OLIV-CPX-QTZ).
- 2б. Малоглубинные (эффузивно-интрузивные) и глубинные (плутонические) формации. Особенности состава океанических перидотитов: шпинелевые гарцбургиты и дуниты, различия степени плавления источника. Габбро и связанные кислые породы, проблема происхождения плагиогранитов. Источник воды в амфиболах. Относительная роль эндогенных и экзогенных факторов в формировании вулканических ассоциаций и плутонических комплексов океанов.
- 2в. Условия образования MORB-магм: критерии поиска родоначальных и первичных магм, значение состава оливина. Альтернатива лерцолитового и гарцбургитового источника, результаты опытов по плавлению лерцолитов. Проецирование составов природных стекол на экспериментальные котектики и оценки давления в области магмогенерации. P-T диаграмма магнезиального океанического толеита, порядки кристаллизации для разных давлений. Особенности полибарического фракционирования и интерпретация природных петрохимических трендов - роль диаграммы CaO-MgO. Барометрия закалочных стекол Срединно-Атлантического хребта при помощи программы КОМАГМАТ.
3. Магматизм океанических островов
- 3а. Разнообразие внутриплитного магматизма, пять главных серий океанических о-вов. Толеитовые, субщелочные и щелочные серии Гавайских о-вов и Исландии. Тектонические структуры и геодинамические условия формирования внутриплитных структур. Концепция “горячих” точек, плюмы и диапиры.
- 3б. Гавайские о-ва и Исландия: геологическая история, строение вулканов, вулканические разрезы, магматизм. Вещественый состав вулканитов, петрография и химизм. Специфика кислых вулканитов Исландии, возможные механизмы их образования, относительные пропорции дифференциатов. Сходства и различия БСОХ и ТОО. Мантийная природа океанического магматизма.
- 3в. Происхождение вулканических серий океанических островов - Гавайи: поиск родоначальных и первичных магм для толеитовых серий. Данные экспериментальных исследований. Противоречия между “геохимической меткой граната” и гарцбургитовой моделью рестита: двухстадийная гипотеза полибарической гибридизации первичных магм. Возможное происхождение щелочных серий.
- 3г. Происхождение вулканических серий океанических островов - Исландия: первичные магмы рифтогенных и щелочных серий (по данным изучения расплавных включений). Результаты моделирования толеитовой серии вулкана Тингмули по программе КОМАГМАТ. Проблема бимодальности базальт-андезит-риолитовых серий.
4. Крупные магматические провинции (LIPs)
- 4а. Понятие крупных магматических провинций, примеры для океанов и континентов. Строение молодых и древних платформ, понятие магматической активизации, главные формации континентов. Эффузивно-интрузивная трапповая формация толеитовых и субщелочных базитов. Главнейшие трапповые провинции: Сибирская платформа, Карру, Декан и другие. Геотектоническая обстановка траппового магматизма, ее связь с деструкцией континентов. Сравнительная характеристика платформенных (трапповых) и океанических базитовых формаций.
- 4б. Происхождение эффузивных траппов. Значение субщелочных пикритов в траппах Декана и Карру, составы оливина. Выделение низко-Ti и высоко-Ti серий. Распределение и особенности состава эффузивных траппов Сибирской платформы. Современые модели их генезиса. Базальт-риолитовые (габбро-гранитные) ассоциации. Происхождение кислых пород контрастных серий континентальных платформ.
5. Магматические формации рифтовых зон континентов
- 5а. Зоны рифтогенеза и рифты: особенности геологического развития и глубинного строения, связи с щелочным магматизмом. Щелочные базальтоидные формации, их строение и состав. Кимберлиты, лампроиты и карбонатиты. Дифференцированные интрузивы центрального типа щелочно-ультраосновного состава, ассоциация с карбонатитами. Формации нефелиновых сиенитов.
- 5б. Специфика эпиконтинентальных (эпиплатформенных) рифтов, две модели их образования. Главные типы магматических серий. Африкано-Аравийский пояс и Байкальская рифтовая зона как примеры эпиплатформенных рифтов.
- 5в. Эпиорогенные рифтовые зоны: отличия от эпиконтинентальных рифтов, тектоническая позиция, геологическое строение, стадии развития. Главные типы магматических формаций. Примеры эпиорогенных рифтов (Камчатка, Анды, Запад США). Отличия океанического и континентального рифтогенеза.
- 5г. Гипотезы образования щелочных магм: “карбонатная”, фракционной кристаллизации, внутрикорового плавления. Природа глубинного источника щелочных магм, мантийный метасоматизм. Признаки воздействия флюидов их возможный состав. Значение включений в щелочных породах как индикаторов состава мантии и режима плавления. О роли углекислоты, генезис карбонатитов. Вертикальная зональность аномальной мантии. Фракционная кристаллизация щелочных магм: геологические данные и результаты экспериментов. Частичное плавление амфиболитизированной коры: влияние воды и СО2 - образование фонолитов. Значение ксенолитов как показателей строения коры и режима кристаллизации.
6. Магматические формации островных дуг Западно-Тихоокеанского типа
- 6а. Общая характеристика окраин континентов. Пассивные и активные окраины. Стадии развития и особенности строения пассивных окраин, примеры. Разновидности активных окраин (три группы), этапы развития и глубинное строение. Главные структуры активных окраин. Энсиалические и энсиматические дуги. Внутренние и внешние дуги, относительное время их образования, вулканические фронты, продольная и поперечная зональность. Ксенолиты и гомеогенные включения, значение алливалитов и эвкритов. Принципы петрохимической типизации и геохимические особенности островодужных вулканитов.
- 6б. Геология и глубинное строение островных дуг. Главные формационные типы и петрогенетические серии, их состав и строение. главные типы магматических серий. Эволюция магматизма во времени и латеральная зональность. О роли островодужного магматизма в формировании континентальной коры. Гипотеза “плавления мантийного клина”. Признаки присутствия материала океанической коры в источнике.
- 6в. Геологические и генетические соотношения высокоглиноземистых (ВГБ) и высокомагнезиальных базальтов. Полибарическое фракционирование как механизм образования ВГБ (на примере Ключевского вулкана). Магмогенерирующая система вулканов Ключевской и Безымянный. Условия формирования общей базальт-андезит-дацит-риолитовой (известково-щелочной) серии. Роль воды в образовании высокоглиноземистых магм, значение кристаллизации магнетита и роговой обманки в образовании андезитов.
7. Магматизм Андской окраины
- 7а. Магматические формации активных окраин Восточно-Тихоокеанского типа. Главные формационные типы и петрогенетические серии. Состав магматических пород. Роль магматизма континентальных активных окраин в формировании земной коры. Сравнительная характеристика магматизма островных дуг и окраинно-континентальных вулканических поясов.
- 7б. Геологическое строение и история развития Анд. Три главных сегмента андской окраины, причины продольной и поперечной зональности. Вещественный состав главных серий. Геохимия, летучие, специфика изотопного состава. Особенности классификации андезитов из Кордильер, признаки контаминации материала континентальной коры и роль многостадийных процессов внутрикорового магмаобразования.
8. Мексиканский вулканический пояс и высокомагнезиальные андезиты. Геологическое строение и распределение вулканов Мексиканского пояса</b>. Особенности вулканических извержений, роль воды, субдукционная природа магматизма. Признаки высокомагнезиальных базальтов, условия их образования. Минеральное разнообразие вулканитов и генетическое значение роговообманковых андезитов. Роль дегидратации расплавов при декомпрессии исходных магм.
9. Формации глубоководных желобов, бониниты
- 9а. Геологическое строение желобов, типы разрезов. Структура офиолитовых комплексов, их возраст и состав. Интрузивные ассоциации. Магматические породы центральной части желобов. Проявление молодого вулканизма желобов и преддужья и его роль в геологической истории активных окраин.
- 9б. Петрохимическая специфика и минералогические особенности бонинитов. Высоко-Са и низко-Са бониниты (примеры). Значение клиноэнстатита и роль воды. Результаты экспериментов с простыми и природными системами. Оценка давления и содержания воды. Вывод о недосыщенности исходных расплавов по содержанию H2O.
10. Происхождение андезитовых магм и адакитов
- 10а. Мантийные и внутрикоровые гипотезы образования андезитов. Относительная роль ассимиляции, смешения и фракционной кристаллизации (AFC-модели). Возможность непосредственного выплавления андезитовых расплавов в области мантийного клина. Эксперименты по плавлению коровых материалов, роль фракционной кристаллизации. Вывод о полигенетичности механизмов формирования андезитовых магм.
- 10б. Адакиты как продукт плавления океанической плиты и возможный аналог архейских тоналит-трондьемит-гранодиоритовых (TTG) серий.

Материалы к лекциям

Перечень вопросов для текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации

Понятие магматических формаций, формационные типы, принципы их классификации.
Генетические типы магматических пород и понятие магматической серии. Типы серий и их индикаторное значение.
Процессы, формирующие облик океанической литосферы, схема строения океанической коры.
Толеитовые базальты срединно-океанических хребтов (N-MORB, E-MORB, типы ТОР по Дмитриеву) и океанических плит (ареальные платобазальты).
Малоглубинные (эффузивно-интрузивные) и глубинные (плутонические) формации. Особенности состава океанических перидотитов.
Условия образования MORB-магм: критерии поиска родоначальных и первичных магм, значение состава оливина.
Особенности полибарического фракционирования и интерпретация природных петрохимических трендов - роль диаграммы CaO-MgO.
Концепция “горячих” точек и разнообразие внутриплитного океанического магматизма: пять главных серий океанических о-вов.
Происхождение вулканических серий Гавайских островов, понятие “гранатовой метки”.
Происхождение вулканических серий Исландия. Проблема бимодальности базальт-андезит-риолитовых ассоциаций.
Понятие крупных магматических провинций, примеры для океанов и континентов. Эффузивно-интрузивная трапповая формация толеитовых и субщелочных базитов.
Происхождение эффузивных траппов. Значение субщелочных пикритов, выделение низко-Ti и высоко-Ti серий.
Магматические формации рифтовых зон континентов: особенности геологического развития и глубинного строения, связи со щелочным магматизмом.
Специфика эпиплатформенных рифтов, две модели их образования. Африкано-Аравийский пояс.
Эпиорогенные рифтовые зоны: отличия от эпиконтинентальных рифтов, тектоническая позиция, геологическое строение, стадии развития. Эпиорогенные рифты запада США.
Гипотезы образования щелочных магм и природа глубинного источника, мантийный метасоматизм.
Общая характеристика окраин континентов. Пассивные и активные окраины континентов: cтадии развития, главные структуры и особенности строения.
Магматические формации островных дуг Западно-Тихоокеанского типа: энсиалические и энсиматические дуги. Принципы типизации островодужных вулканитов.
Гипотеза “плавления мантийного клина”. Признаки присутствия материала океанической коры в источнике.
Генетические соотношения высокоглиноземистых (ВГБ) и высокомагнезиальных базальтов. Полибарическое фракционирование как механизм образования ВГБ (на примере Ключевского вулкана).
Магматизм Андской окраины: главные формационные типы и петрогенетические серии. Роль магматизма континентальных активных окраин в формировании земной коры.
Три главных сегмента андской окраины, причины продольной и поперечной зональности. Вещественный состав главных серий.
Мексиканский вулканический пояс и высокомагнезиальные андезиты: геологическое строение, распределение вулканов, особенности извержений и субдукционная природа магматизма.
Геологическое строение глубоководных желобов, типы разрезов, структура офиолитовых комплексов.
Петрохимическая специфика и минералогические особенности бонинитов. Значение клиноэнстатита и роль воды.
Мантийные и внутрикоровые гипотезы образования андезитов. Относительная роль ассимиляции, смешения и фракционной кристаллизации (AFC-модели).
Адакиты как продукт плавления океанической плиты и возможный аналог архейских тоналит-трондьемит-гранодиоритовых (TTG) серий.

Список литературы

Основная литература

Арискин А.А., Бармина Г.С. (2000) Моделирование фазовых равновесий при кристаллизации базальтовых магм. М.: Наука. 363 с.
Фролова Т.И. Бурикова И.А. (1997) Магматические формации современных геотектонических обстановок. М.: Изд-во Московского университета. 319 с.
Магматические горные породы. Эволюция магматизма в истории Земли (под ред. В.И. Коваленко). М.: Наука. 1987. 508 с.
Best M.G., Christiansen E.H. (2001) Igneous petrology. Oxford: Blackwell Science. 458 pp.
Rollinson H.R. (1993) Using geochemical data: Evaluation, presentation, interpretation. Longman Group UK Limited, 353 pp.
Wilson M. (1989) Igneous petrogenesis: A global tectonic approach. Boston, Unwin Hyman, 466 pp.
Winter J.D. (2001) An introduction to igneous and metamorphic petrology. New Jersey, Prentioce Hall, 697 pp.

Дополнительная литература

Мюллер Р., Саксена С. Химическая петрология. М.: Мир. 1980. 517 с.
Хьюджес Ч. Петрология изверженных пород. М.: Недра. 1988. 320 с.
Best M.G. Igneous and metamorphic petrology. 2nd Edition, Blackwell Publishing, 2003, 729 pp.

Геологический факультет МГУ:Магматические формации