37. Кристаллизационно-гравитационная дифференциация. Расслоенные плутоны габброидов.

1. Кристаллизационная дифференциация. После кристаллизации более основных минералов оставшаяся более легкоплавкая и более кислая часть расплава уйдет по трещинам в результате тектонических подвижек и обособится от ранних продуктов кристаллизации. При этом на старом месте останутся минералы ультраосновного парагенезиса, а на новом месте они образовываться уже не будут  и температура расплава уже ниже, и состав его стал более кислым. Возникнет основная или средняя порода. При неоднократном отделении все более поздних и более кислых продуктов от более ранних можно получить весь ряд дифференциатов (или дериватов) от ультраосновных до средних. Подтверждение этому видят в частом расположении на небольшом удалении друг от друга массивов основных и ультраосновных пород, а также в геохимических данных, например, изотопных отношениях некоторых элементов. Изотопный состав некоторых элементов достаточно инертен и остается неизменным даже в расплаве, поэтому близкие изотопные отношения в таких массивах свидетельствуют об их родственном образовании.

2. Гравитационная дифференциация. Выкристаллизовавшиеся первыми тяжелые рудные и фемические минералы (существенно Mg-Fe), имеют большую плотность, чем плотность расплава. Поэтому под действием сил гравитации они могут опускаться на дно магматической камеры. Так образуются донные залежи хромита в массивах ультраосновных пород. Гравитационная дифференциация характерна для ультраосновных, основных и щелочных магм, поскольку эти магмы имеют низкую вязкость из-за меньшего содержания кремнезема. Однако в щелочных магмах возможено другое проявление гравитационной дифференциации. Появление вначале каркасных алюмосиликатов с низкой плотностью (лейцит или полевой шпат) приводит к их всплыванию и накоплению в верхней части магматической камеры. Так объясняется образование уникальных мономинеральных лейцитовых пород – сынныритов.

Механизм формирования расслоенных плутонов

Результаты кристаллизационной дифференциации толеитовой базальтовой магмы можно наглядно наблюдать в расслоенных плутонах, образованных габбро, анортозитами, норитами, пироксенитами, перидотитами, дунитами. Часть из них представлена лополитами, другие имеют воронкообразную форму, третьи слагают дайкообразные тела, четвертые обнажены в виде пластообразных интрузивных залежей. Имеются и расслоенные плутоны а также множество мелких силлов мощностью в десятки-первые сотни метров, в которых также видна внутренняя расслоенность.

Огромные расслоенные плутоны архейского и протерозойско­го возраста подчеркивают высокую активность магматических про­цессов, протекавших в докембрии. Появление столь крупных масс основной магмы связывают не только с интенсивным нагревом мантии Земли под влиянием эндогенных тепловых источников, но и с падением крупных метеоритов.

Характерной особенностью расслоенных плутонов является не­однородное внутреннее строение. Вдоль контактов прослежива­ются краевые зоны мощностью от нескольких десятков до 200—300 м, сложенные мелкозернистыми габбро или норитами, ко­торые образовались при быстром затвердевании исходного магма­тического расплава. Внутренняя часть плутонов занята расслоен­ным комплексом. Различают три главных элемента расслоенности: 1) общую стратификацию; 2) ритмичную слоистость; 3) скрытую расслоенность.

Общая стратификация выражается в наличии зон разного соста­ва, последовательно сменяющих друг друга по вертикали. В ни­жней части плутонов залегают дуниты, перидотиты, пироксениты. Вверх по разрезу они сменяются норитами и габбро, а вблизи кров­ли появляются ферродиориты. Мощность отдельных зон варьиру­ет от сотен метров до нескольких километров.

Ритмичная слоистость выражена в чередовании параллельных или почти параллельных слоев мощностью от долей сантиметра до 1-2 м, которые отличаются количественными соотношениями по­родообразующих минералов: оливина, орто- и клинопироксена, плагиоклаза. Тяжелые минералы — оливин и пироксен — скапли­ваются в нижних частях слоев, а более легкий плагиоклаз — в верх­ней части слоя. Возникает градационная слоистость, напоминаю­щая строение ритмических осадочных толщ, например, флиша. Пачки магматических пород с ритмичной слоистостью достигают мощности во многие сотни метров. В боль­шинстве расслоенных плутонов слои залегают почти горизонталь­но и дискордантны по отношению к крутым боковым контактам и краевым зонам закалки.

Скрытая расслоенность выражается в закономерном измене­нии состава одних и тех же минералов по вертикали. В нижних ча­стях расслоенных плутонов сконцентрированы наиболее магнези­альные оливины и пироксены, а также самые кальциевые плагиоклазы. Вверх по разрезу оливины и пироксены становятся все более железистыми, а плагиоклаз — все более натровым. При этом доля пород, обогащенных оливином и пироксеном, уменьшается, а доля пород с преобладанием плагиокла­за, наоборот, возрастает.

Внутреннее строение расслоенных плутонов не оставляет сомне­ния в том, что их гетерогенность связана с кристаллизационной дифференциацией базальтовой магмы.

Последующие детальные исследования привели к более слож­ным моделям. Было установлено, что центростремительная крис­таллизация магматических камер от краев вовнутрь ограничена лишь узкой краевой зоной, примыкающей к холодным боковым по­родам. Основной объем расслоенных плутонов кристаллизовался снизу вверх, поскольку исходные магмы практически не содержа­ли воды, и температуры их ликвидуса и солидуса возрастали с глу­биной.

Если появляется относительно тяжелый сульфидный расплав, который не смешивается с сили­катной магмой, то он погружается в придонную часть магматичес­кой камеры.

Общая стратификация расслоенных плутонов отражает последовательность выделения кристаллических фаз из магмы. Дуниты, перидотиты, пироксениты, залегающие вблизи подошвы интру­зивных тел, представляют собой ранние кумулаты, состоящие из кристаллов оливина и ортопироксена. Выше оливин исчезает и сме­няется пижонитом — низкокальциевым пироксеном, возникшим в результате реакции оливина с остаточным расплавом. Начало кристаллизации плагиоклаза определяет переход к габброидам.

Рис. Схема кристаллизации расслоенного плутона 1 — главный объем расплава; 2 — зона кристаллизации; 3 — затвер­девшие части интрузива; 4 — зона закалки; 5 — остаточный расплав; 6 — жильные породы; 7 — вмеща­ющие породы; 8 — конвекционные токи; прямыми стрелками показа­но направление движения фронта затвердевания.

Существенное значение имеют процессы плавления сиалического корового материала на контакте с базитовыми рас­слоенными плутонами и его растворение в мантийной маг­ме. Особенно широко эти про­цессы проявлены вблизи кров­ли расслоенных плутонов. Кислые породы, залегающие в верхних частях таких плуто­нов, являются не столько про­дуктами дифференциации ба­зальтовой магмы, сколько результатом частичного плавле­ния вмещающих пород земной коры.

Основной вывод — со­став твердых фаз и их соотношения контролируются кристаллиза­ционной дифференциацией. Особенно ярко эта закономерность проявлена в общей стратификации и в скрытой расслоенности. В то же время эффектная ритмичная слоистость далеко не всегда яв­ляется результатом одной лишь гравитационной дифференциации. Разработаны модели ритмичной кристаллизации, объясняющие закономерное чередование слоев разного состава диффузионными эффектами на границе кристалл—расплав.