Толеитовые базальты

Толеитовые базальты — это магматические горные породы основного состава, относящиеся к группе базальтов, характеризующиеся низким содержанием щелочей (Na₂O + K₂O < 2–3 вес. %) и специфическим минеральным составом, в котором присутствуют кальциевый плагиоклаз, клинопироксен, гиперстен (ромбический пироксен) и, как правило, оливин в подчинённом количестве или отсутствующий. Название происходит от местности Толеи (Tholey) в Сааре (Германия), где впервые были описаны породы этого типа. Толеитовые базальты являются наиболее распространённым типом базальтов на Земле, слагая огромные площади океанической коры и континентальных трапповых провинций.

Состав и минералогия

Толеитовые базальты отличаются от щелочных базальтов и других основных пород по химическому и минеральному составу. Их химический состав характеризуется содержанием кремнезёма (SiO₂) от 45 до 52 вес. %, оксида алюминия (Al₂O₃) от 14 до 18 вес. %, оксида железа (FeO + Fe₂O₃) от 8 до 14 вес. %, оксида магния (MgO) от 5 до 12 вес. %, оксида кальция (CaO) от 8 до 12 вес. %, оксида натрия (Na₂O) от 1,5 до 3 вес. %, оксида калия (K₂O) менее 1,5 вес. %. Содержание титана (TiO₂) варьирует от 0,5 до 2,5 вес. %.

Минеральный состав

Основные породообразующие минералы толеитовых базальтов:

Плагиоклаз (лабрадор-битовнит, An₅₀–₇₀) — образует длиннопризматические кристаллы, часто с зональным строением.
Клинопироксен (авгит, пижонит) — главный темноцветный минерал, часто в виде короткопризматических зёрен.
Ромбический пироксен (гиперстен, бронзит) — характерный диагностический признак толеитов; в щелочных базальтах отсутствует.
Оливин (Mg,Fe)₂SiO₄ — присутствует в переменных количествах, часто в виде вкрапленников в порфировых разностях; в полностью раскристаллизованных разностях может отсутствовать.
Рудные минералы (магнетит, ильменит, титаномагнетит) — акцессорные, в небольших количествах.
Вулканическое стекло — в быстро застывших разностях (например, в подушечных лавах) может составлять значительную часть породы.

Отличительная особенность толеитов — наличие пижонита (низкокальциевого клинопироксена) и гиперстена, что отражает низкую активность щелочей в расплаве и его насыщенность кремнезёмом.

Классификация

Толеитовые базальты подразделяются на несколько подтипов в зависимости от геодинамической обстановки и химического состава:

По геодинамической обстановке

Океанические толеитовые базальты (MORB — Mid-Ocean Ridge Basalts) — слагают океаническую кору срединно-океанических хребтов. Характеризуются низким содержанием K, Rb, Cs, Ba и других несовместимых элементов, обеднённостью лёгкими редкоземельными элементами (REE) и изотопными метками, указывающими на происхождение из деплетированной мантии.
Континентальные толеитовые базальты — образуют трапповые провинции (например, Сибирские траппы, Деканские траппы). Отличаются повышенным содержанием K, Ti, P и других литофильных элементов по сравнению с MORB, что связано с обогащённостью мантийного источника.
Островодужные толеитовые базальты — встречаются в островных дугах (например, Курильские острова, Япония). Характеризуются повышенным содержанием Al₂O₃ и пониженным TiO₂, а также обогащённостью крупноионными литофильными элементами (LILE) при обеднённости высокозарядными элементами (HFSE).

По степени насыщенности кремнезёмом

Оливиновые толеиты — содержат оливин и гиперстен, близки к насыщению кремнезёмом.
Кварцевые толеиты — содержат кварц в интерстициях, пересыщены кремнезёмом.
Безоливиновые толеиты — оливин отсутствует, преобладают пироксены и плагиоклаз.

Происхождение и геодинамические условия

Толеитовые базальты образуются при частичном плавлении верхней мантии (перидотитов) на глубинах 30–100 км в условиях адиабатического подъёма мантийного вещества. Степень плавления обычно составляет 10–30 %, что выше, чем для щелочных базальтов (1–5 %). Высокая степень плавления приводит к истощению источника по несовместимым элементам, что объясняет низкое содержание K, Rb, Cs в MORB.

Основные геодинамические обстановки формирования толеитовых базальтов:

Срединно-океанические хребты — здесь образуется > 90 % всех толеитовых базальтов Земли. Лавы изливаются вдоль рифтовых зон, формируя океаническую кору мощностью 5–7 км.
Континентальные рифты и трапповые провинции — в условиях растяжения континентальной коры (например, Восточно-Африканский рифт, Сибирские траппы). Магма поднимается по разломам, образуя пластовые интрузии (силлы) и покровы лав.
Островные дуги — над зонами субдукции, где плавление мантийного клина происходит за счёт флюидов, высвобождающихся из погружающейся океанической плиты.

Структуры и текстуры

Толеитовые базальты обладают характерными структурными и текстурными особенностями:

Порфировая структура — вкрапленники плагиоклаза, оливина или пироксена в тонкозернистой основной массе.
Афировая структура — равномернозернистая, без вкрапленников, характерна для быстро застывших лав.
Подушечная текстура (пиллоу-лава) — образуется при подводных излияниях: лава застывает в виде округлых подушек диаметром 0,5–3 м, покрытых стекловатой коркой.
Столбчатая отдельность — при остывании лавового потока образуются шестигранные колонны (например, Мостовая гигантов в Ирландии).
Пузыристая и миндалекаменная текстура — газовые пузыри (микродефекты) в верхних частях потоков, часто заполненные вторичными минералами (кальцит, цеолиты, халцедон).

Распространение и примеры

Толеитовые базальты являются доминирующим типом магматических пород на Земле. Среди крупнейших проявлений:

Океаническая кора — вся океаническая кора (кроме редких щелочных вулканов) сложена толеитовыми базальтами типа MORB. Общая площадь — около 300 млн км².
Сибирские траппы (Россия) — крупнейшая континентальная трапповая провинция (около 4 млн км²), образовавшаяся на границе перми и триаса (около 252 млн лет назад). Мощность лавовых покровов достигает 2–3 км.
Деканские траппы (Индия) — площадь около 500 тыс. км², возраст 66–65 млн лет (граница мела и палеогена).
Плато Колумбия (США) — площадь около 200 тыс. км², возраст 17–6 млн лет.
Исландия — вулканический остров на Срединно-Атлантическом хребте, где толеитовые базальты слагают более 90 % поверхности.
Гавайские острова — щитовые вулканы (Мауна-Лоа, Килауэа) извергают преимущественно толеитовые базальты, хотя на поздних стадиях появляются щелочные разности.

Практическое значение

Толеитовые базальты имеют важное хозяйственное значение:

Строительные материалы — используются как щебень, бутовый камень, сырьё для производства минеральной ваты, каменного литья.
Дорожное строительство — базальтовый щебень применяется для балласта железных дорог, асфальтобетонных смесей.
Базальтовое волокно — из расплавов толеитовых базальтов производят непрерывное волокно, используемое для армирования бетона, теплоизоляции, фильтров.
Геотермальная энергетика — базальты служат коллекторами для геотермальных резервуаров (например, в Исландии).
Палеоклиматические исследования — трапповые провинции (Сибирские, Деканские) связывают с массовыми вымираниями; изучение толеитовых базальтов помогает реконструировать древние климатические события.

Интересные факты

Толеитовые базальты составляют около 70 % всей вулканической массы Земли, но на континентальной поверхности они занимают лишь около 5 % площади.
Самый крупный базальтовый поток на Земле — Сибирские траппы, объём излившихся лав оценивается в 2–4 млн км³.
В толеитовых базальтах срединно-океанических хребтов обнаружены хемосинтетические экосистемы (чёрные курильщики), существующие за счёт сероводорода и метана.
На Луне толеитовые базальты слагают лунные моря (например, Море Дождей), однако их состав отличается от земных — повышенное содержание FeO и TiO₂, низкое Na₂O.

Источники

Левинсон-Лессинг Ф. Ю., Струве Э. А. Петрография. — М.: Издательство АН СССР, 1963.
Богатиков О. А., Коваленко В. И., Шарков Е. В. Магматические горные породы. Том 1: Классификация и номенклатура. — М.: Наука, 1987.
Wilson M. Igneous Petrogenesis. — London: Unwin Hyman, 1989.
Best M. G. Igneous and Metamorphic Petrology. — 2nd ed. — Blackwell Publishing, 2003.
Карташов П. Н. Петрология магматических пород. — М.: Недра, 1989.
Данные Геологической службы США (USGS) по составу MORB и континентальных траппов.

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →