Щелочные базальты

Щелочные базальты — это группа магматических горных пород основного состава, относящаяся к семейству базальтов, для которой характерно повышенное содержание щелочных металлов (натрия и калия) по сравнению с нормальными (толеитовыми) базальтами. Они являются продуктом кристаллизации базальтовой магмы, обогащённой щелочами, и занимают промежуточное положение между толеитовыми базальтами и более щелочными породами, такими как трахибазальты и фонолиты. Щелочные базальты широко распространены в зонах континентального рифтогенеза, на океанических островах (в частности, в пределах горячих точек) и в областях внутриплитного магматизма.

Петрологическая характеристика

Минеральный состав

Главными породообразующими минералами щелочных базальтов являются:

• Плагиоклаз (обычно лабрадор или битовнит) — составляет 30–50 % объёма породы.
• Клинопироксен (авгит, титанавгит) — до 30–40 %.
• Оливин — до 15–20 %, часто присутствует в виде вкрапленников.
• Щелочные полевые шпаты (санидин, анортоклаз) — в отличие от толеитовых базальтов, содержатся в заметных количествах (до 10–15 %).
• Фельдшпатоиды (нефелин, лейцит, анальцим) — характерная особенность щелочных базальтов; их содержание может достигать 10–20 %, что указывает на недосыщенность породы кремнезёмом.
• Акцессорные минералы: апатит, титаномагнетит, ильменит, циркон, а также редкие минералы (перовскит, мелилит).

В отличие от толеитовых базальтов, в щелочных базальтах практически отсутствует ортопироксен (гиперстен), а пироксены часто обогащены титаном и железом.

Химический состав

Химически щелочные базальты отличаются от нормальных базальтов по следующим показателям (средние значения, мас. %):

• SiO₂: 44–48 % (ниже, чем у толеитовых базальтов — 48–52 %).
• Na₂O + K₂O: 5–8 % (против 2–5 % у толеитов).
• TiO₂: до 2–4 % (высокое содержание титана).
• Al₂O₃: 14–18 %.
• MgO: 5–10 %.
• CaO: 8–12 %.

Характерной особенностью является низкое содержание кремнезёма (недосыщенность SiO₂), что приводит к появлению в нормативном составе (по методу CIPW) таких минералов, как нефелин или лейцит. Щелочные базальты также обогащены некогерентными элементами (Rb, Ba, Sr, Zr, Nb, TR) и имеют высокие отношения La/Yb, что указывает на глубинный источник магмы.

Текстура и структура

Текстура щелочных базальтов чаще всего массивная или пористая (миндалекаменная). Структура — порфировая (с крупными вкрапленниками оливина, клинопироксена, реже плагиоклаза) или афировая (мелкозернистая). Основная масса состоит из микролитов плагиоклаза, клинопироксена, рудных минералов и стекла. В миндалинах (пустотах) часто наблюдаются выделения цеолитов, кальцита, халцедона, агата.

Классификация

В зависимости от содержания щелочей и кремнезёма выделяют несколько разновидностей щелочных базальтов:

1. Оливиновые щелочные базальты — наиболее распространённый тип, содержащий до 20 % оливина и небольшое количество нефелина.
2. Нефелиновые базальты — содержат нефелин в качестве главного фельдшпатоида; при повышении содержания нефелина переходят в базаниты.
3. Лейцитовые базальты — содержат лейцит; характерны для некоторых провинций (например, Римская магматическая провинция).
4. Анальцимовые базальты — содержат анальцим; встречаются реже, обычно в зонам гидротермального изменения.
5. Трахибазальты — переходные к трахитам породы с повышенным содержанием щелочных полевых шпатов.

По геодинамической обстановке выделяют:

• Внутриплитные щелочные базальты (океанические острова, континентальные рифты).
• Щелочные базальты зон субдукции (встречаются реже, обычно в тыловых дугах).

Происхождение и геодинамическая обстановка

Источники магмы

Щелочные базальты образуются при частичном плавлении мантийного вещества на глубинах 60–100 км (в условиях гранатового или шпинелевого лерцолита) при низкой степени плавления (1–10 %). Высокое содержание щелочей и некогерентных элементов объясняется обогащением мантийного источника флюидами или расплавами, поступающими из глубжележащих зон (например, из зоны перехода «верхняя мантия — нижняя мантия»). В отличие от толеитовых базальтов, которые образуются при большей степени плавления (10–30 %), щелочные базальты являются продуктом более глубинного и менее интенсивного плавления.

Геодинамические обстановки

Основные обстановки проявления щелочного базальтового магматизма:

• Континентальные рифты (Восточно-Африканская рифтовая система, Байкальская рифтовая зона, рифт Рейна). Примеры: вулканы Килиманджаро, Ньирагонго (ДР Конго), Эрта-Але (Эфиопия).
• Океанические острова (гавайские острова, Исландия, Реюньон, Тристан-да-Кунья). На Гавайях щелочные базальты характерны для пост-щитовой стадии вулканизма (например, вулкан Мауна-Кеа).
• Внутриплитные вулканические поля (Сибирская трапповая провинция — в меньшей степени, провинция Кару в Южной Африке).
• Зоны субдукции (редко) — например, вулканы Камчатки (Ключевская группа — частично щелочные разности) и Японской дуги.

Распространение в России

На территории России щелочные базальты известны в нескольких регионах:

• Камчатка — вулканы Ключевской группы (щелочные базальты вулкана Безымянный, вулкана Толбачик).
• Байкальская рифтовая зона — вулканы Восточного Саяна (Окинское плато, вулкан Кропоткина).
• Сибирская платформа — в составе трапповой формации (например, Норильский район, где щелочные базальты встречаются в нижних частях разреза).
• Кольский полуостров — щелочные базальты в составе палеозойских вулканических комплексов (Хибинский массив — в меньшей степени).
• Урал — вулканические породы девона и карбона (Магнитогорская мегазона).

Применение и значение

Промышленное использование

Щелочные базальты используются в следующих областях:

• Строительство — как щебень и бутовый камень для дорожных работ, производства бетона и асфальта.
• Производство каменного литья — из базальтов (в том числе щелочных) получают базальтовое волокно (минеральная вата) и каменное литьё (плиты, трубы).
• Ювелирное дело — миндалекаменные разности с агатами и цеолитами используются как поделочный камень.
• Металлургия — как флюс при выплавке чугуна и стали (связывает серу и фосфор).

Научное значение

Щелочные базальты являются важными индикаторами геодинамических процессов. Их состав позволяет реконструировать:

• Состав и степень плавления мантийного источника.
• Глубину магмообразования.
• Термальное состояние литосферы.
• Эволюцию вулканических систем.

Изучение щелочных базальтов помогает понимать механизмы внутриплитного магматизма, процессы рифтогенеза и формирования континентальной коры.

Примеры известных месторождений и проявлений

Интересные факты

• Щелочные базальты часто содержат ксенолиты глубинных пород (перидотиты, эклогиты), что позволяет изучать состав мантии.
• В миндалинах щелочных базальтов нередко встречаются уникальные минералы — цеолиты (шабазит, филлипсит), а также агаты, халцедоны и опалы.
• Вулкан Ньирагонго (ДР Конго) извергает наиболее жидкую лаву на Земле — щелочной базальт с температурой до 1100 °C, что связано с низким содержанием кремнезёма.
• В России щелочные базальты впервые были описаны в XIX веке на Камчатке (экспедиции К. фон Дитмара, 1850-е годы).

Источники

1. Петрография магматических пород / под ред. В. С. Попова. — М.: Недра, 1987.
2. Магматические горные породы. Том 2: Основные породы / под ред. О. А. Богатикова. — М.: Наука, 1985.
3. Геология и геохимия щелочных базальтов Камчатки / отв. ред. А. А. Маракушев. — Владивосток: ДВО АН СССР, 1990.
4. Базальтовый магматизм и эволюция литосферы / под ред. Н. Л. Добрецова. — Новосибирск: Наука, 1995.
5. Wilson M. Igneous Petrogenesis. — London: Unwin Hyman, 1989.
6. Middlemost E. A. K. Naming materials in the magma/igneous rock system // Earth-Science Reviews, 1994, v. 37, p. 215–224.