Войти
Рис. 1. Схематическая диаграмма, показывающая среду формирования архейских кислых вулканических пород. Изменено из Giles (1980). Фельзическое извержение формирует кислые вулканические породы около вулкана и спектр вулканогенно-осадочной толщи в море в архее. архейские кислые вулканические породы имеют фельзитовый вулканические породы, образовавшиеся в архейском эоне (4–2,5 миллиарда лет назад). Термин «кислый » означает, что в породах содержание кремнезема составляет 62–78%. Учитывая, что Земля образовалась ~ 4,5 миллиарда лет назад, архейские кислые вулканические породы дают ключ к разгадке первой вулканической активности на поверхности Земли, которая началась через 500 миллионов лет после образования Земли.
Поскольку архейская Земля была горячее нынешней, образование кислых вулканических пород может отличаться от современной тектоники плит.
Архейские кислые вулканические породы распространены только в сохранившихся зеленокаменных поясах архея, где распространены деформированные толщи вулканогенно-осадочных пород. Вулканические породы кислого состава редки на ранней Земле и составляют менее 20% пород в архейских зеленокаменных поясах во всем мире. Тем не менее, основные вулканические породы (такие как базальт и коматиит, силикатное содержание <52%) occupy about 50% in the greenstone belts. Thus, felsic volcanic rocks are rare members in the Archean terranes.
архейские кислые вулканические образования обычно встречаются в подводных средах. Состав архейских кислых вулканических пород эквивалентен спектру между дацитом и риолитом. Их можно выделить по минеральным ассоциациям, химический состав горных пород и взаимосвязь слоев горных пород в последовательностях.
архейские кислые вулканические породы используются для датировки геологических событий и сопоставить далекие скальные единицы в отдельных архейских кратонах. Они важны для реконструкции геологической среды архея.
кислые гранитоиды являются наиболее распространенным типом горных пород в архейских террейнах. Эти интрузивные кислые магматические породы включают свиты TTG (тоналит-трондьемит-гранодиорит ), которые составляют более половины доли архейских кратонов. Они имеют значение для выяснения того, как фельси c вулканические породы образовались и связаны с гранитоидами.
Архейские кислые вулканические породы сохранились только в архее кратоны. Кратон - это древний стабильный континентальный блок. Кроме того, кратон сохранился от тектоники плит, которые разрывают, сталкиваются или разрывают континенты. В среднем, кислые вулканические породы составляют только ≈15-20% в вулканических породах зеленокаменных поясов. См. Рисунок 2 и Таблицу 1 с примерами возникновения архейских кислых вулканических пород.
Все архейские кислые вулканические породы распространены в зеленокаменных поясах. В архейских кратонах зеленокаменные пояса представляют собой супракрустальные породы, сформированные на поверхности Земли, а в поясах преобладают вулканогенно-осадочные толщи. Некоторые вулканические толщи могут иметь толщину в несколько километров, например, Warrawoona Group Восточного кратона Пилбара. Однако основной объем вулканических отложений составляют ультраосновные и основные. Остальные вулканические образования представляют собой обширные, но тонкие слои кислого вулкана, такие как формация Даффер группы Варравуна. В дальнейшем зеленокаменные пояса могут быть прорваны куполообразными магматическими очагами. Интрузия деформировала кислые вулканические породы вместе с вулканогенно-осадочными толщами.
Наблюдать за современными вулканическими процессами сравнительно легче, чем наблюдать архейский вулканизм, потому что эрозия постоянно начинала устранять ранее сформированные материалы. Таким образом, изучение архейских супракрустальных пород в глубокой древности может быть связано с систематической ошибкой выборки.
| Фельзические вулканические образования / местонахождения | Возраст (млн лет) | пояс зеленокаменного камня | Кратон | Страна / регион |
|---|---|---|---|---|
| Формация Даффера | 3468 ± 2 | Варравуна | Восточный кратон Пилбара | Австралия |
| Танк Марда | 2734 ± 3 | Кратон Йилгарн | Австралия | |
| Каллехадлу Felsic Volcanics | 2677 ± 2 | Гадаг-Читрадурга | Дхарвар Кратон | Индия |
| Сланцевый пояс Коверо | 2754 ± 6 | Иломантси | Балтийский щит | Финляндия |
| Образец SM / GR / 93/57 | 3710 ± 4 | Исуа | Североатлантический кратон | Гренландия |
| Мускусное месторождение массивных сульфидов | 2689,3 + 2,4 / -1,8 | Йеллоунайф | Провинция рабов | Канада |
| Блейк-Ривер Группа | 2694,1 ± 4,5 | Abitibi | Sup Провинция Эриор | Канада |
| Вулканические толщи Верхнего Мичипикотена | 2696 ± 2 | Вава | Провинция Супериор | Канада |
| Группа Булаваян | 2615 ± 28 | Хараре | Зимбабвийский кратон | Зимбабве |
| Группа Онвервахт | 3445 ± 3 | Барбертон | Кратон Каапваал | Южная Африка |
Рис. 2. Карта, показывающая примеры зеленокаменных поясов с задокументированными местонахождениями архейских кислых вулканических пород. См. Ссылки в Таблице 1. Значение «кислый » относится к высокому кремнезему (SiO 2) содержание в породе от 62 до 78 мас.%. В минералогическом отношении кислые вулканические породы богаты полевым шпатом и кварцем. Типичная минеральная ассоциация: кварц + полевой шпат (альбит / олигоклаз ) + амфибол (хлорит ) + слюды (биотит и / или мусковит ). Минералогия кажется похожей на современные риолиты и дациты. Вулканиты афанитовые, тогда как некоторые имеют порфировую текстуру, которую некоторые более крупные минералы (вкрапленники ) видны невооруженным глазом.
Рис. 3. Архейские кислые вулканические породы имеют особую характерную структуру. Некоторые из них представляют собой туфы, образованные вулканическими материалами в результате извержения. Важной структурой является фьямме, который представляет собой перекристаллизованный кварц с пламенеющими концами. На рисунке изображена фиамме из риолитового туфа озера Архейская женщина, провинция Сьюпириор, Канада. Заимствовано и изменено из фотографии Терстона (1980). Фельзические вулканические породы также включают кислый туф, который образовался при консолидации тефры. Туф состоит из вулканического пепла, осколков стекла и каменных фрагментов. Сообщается, что эвтакситовый туф из провинции Сьюпириор, Канада (рис. 3), содержит линзовидный фиамме. Когда горячая пемза осаждается на прохладной поверхности, она быстро охлаждается, перекристаллизовывается и приваривается к кварцу с пламенеподобными кончиками концов. Текстура эвтаксиита представляет собой распространение фрагментированных вулканических материалов на поверхности Земли в горячей паровой фазе.
Полосы потока присутствуют в массивных однородных единицах потоков кислой лавы. Когда вязкий поток лавы встречается с поверхностью, трение увлекает подвижную лаву и образует внутренние полосы.
Бесструктурный гиалокластит обычно встречается в архейских кислых вулканических породах. В подводной среде вода гасит и быстро охлаждает лаву во время извержения вулкана. Поток фрагментирован и образует стекловидную вулканическую брекчию.
Состав кислых вулканических пород архейского возраста относится к известково-щелочной серии. Такая магматическая серия указывает на то, что фракционная кристаллизация магмы происходит во время охлаждения. Низкое содержание магния и железа в породе и образование дацита или риолита. Магма - это смесь различных минералов. Когда минералы кристаллизуются из расплавленной магмы, они постепенно удаляются и диссоциируют из расплава. Последняя часть расплава сильно фракционирована, что приводит к обогащению кварцем и полевым шпатом, которые делают вулканические породы кислыми.
Дацит и риолит характеризуются высоким содержанием кремнезема (SiO 2) от 62 до 78 мас.%. Средний состав кислых вулканических пород в архейских зеленокаменных поясах - от дацита до риолита (таблица 2). Для сравнения, средний состав современных кислых вулканических пород (после архея, <2.5 Ga) is similar to rhyolite, indicating a more felsic shift with greater alkali content in felsic volcanism. However, the composition may be biased because of weathering right after отложение или метаморфизм на более поздних стадиях деформации.
| Время | SiO 2 (мас.%) | Na2O + K 2 O (мас.%) | Классификация горных пород |
|---|---|---|---|
| Архейский | 72.2–73.0 | 6.4–6.8 | Дацит-риолит |
| Постархейский | 73.0–73.6 | 7.0–8.0 | Риолит |
Кроме того, архейские кислые вулканические породы имеют высокое содержание циркона. Несовместимые элементы, такие как цирконий, не хотят замещать рано образующиеся кристаллы. Таким образом, они имеют тенденцию оставаться в расплаве. В сильно фракционированной кислой магме циркон легко насыщается. В результате циркон является обычным явлением в кислых породах. Время возникновения кислого вулканизма и тектонические ограничения можно определить по радиометрическое датирование и изотопный анализ.
В архее подводные извержения Фельзическая лава была обычным явлением. Подводное извержение проявляется в грубой вулканической брекчии, образовавшейся in situ, гиалокластите или подводных пирокластических отложениях (обломочная порода, состоящая из только тефра ). Поскольку кислая магма вязкая, вулканические извержения, образующие дацит или риолит, являются взрывоопасными и сильными. Фельзическое извержение архея может быть отнесено к типу извержения Везувия в наши дни.
Подводные риолитовые потоки были широко распространены в архее, но в современной вулканической среде они встречаются редко. Вязкое кислое извержение часто вызывает пирокластический поток (горячий, плотный газ с вулканическими фрагментами) вместо потока жидкой лавы. Однако, если риолитовая лава все еще расплавляется во время извержения, она может вести себя и течь как поток жидкости.
Рис. 4. Схематическое изображение задокументированных подводных отложений кислой лавы. (a) Подводный поток лавы, основанный на риолите Héré Creek (по данным De Rosen-Spence et al., 1980). (b) Подводный купол лавы, основанный на комплексе купола и потока Золотого озера (с изменениями из Lambert et al., 1990). Иллюстрация взята из работы Sylvester et al. (1997) в de Wit Ashwal (1997). Felsic поток лавы и купол лавы - два распространенных типа подводных отложений, образованных кислыми вулканическими породами архея (рис.4). Документированные архейские структуры лавы отличаются от постархейской кислой лавы, потому что подводные извержения настолько редки в постархейском периоде. Дацитовые или риолитовые потоки лавы гасятся сразу после извержения. Когда вода соприкасается с потоком, лава быстро остывает. Наконец, лава затвердевает и распадается на обломки, и обломки накапливаются на фронтах потока, образуя брекчию.
Эффузивные потоки кислой лавы, вытянутые в длину на несколько километров. Во время извержения лава непрерывно выходит из жерла, а затем начинает вытекать наружу на морское дно. В результате тушения лава быстро фрагментируется с образованием брекчии. Внутри брекчии закачивается новая доля лавы, но она охлаждается медленнее и выталкивает поток дальше наружу.
Короткий коренастый купол с последующими пирокластическими отложениями простирается менее чем на несколько километров длинный. Когда происходит взрывное извержение, вулканические фрагменты откладываются сильными пирокластическими потоками. В результате может образоваться крупная брекчия. Впоследствии подводные осадки будут откладываться на крутом склоне вулкана. Подводные оползни могли бы образовать турбидиты.
Архейские кислые вулканические породы важно вывести абсолютный возраст толщ зеленокаменных поясов. Фельзитовые извержения носят эпизодический характер, поэтому вулканические слои кислого состава представляют собой отличительные стратиграфические единицы. Кроме того, кислые вулканические породы широко распространены на большие расстояния из-за их обширного отложения. Однако последовательности пород зеленокаменных поясов обычно оспариваются более поздними деформациями, такими как региональная складчатость или внедрение гранитоидов. Идентифицируя эти кислые последовательности и датируя время их образования, можно сопоставить стратиграфические единицы из разных мест, несмотря на препятствия или разрыв между вулканическими образованиями кислого состава.
геохронология архейских событий сильно опирается на датировку U-Pb и датировку Lu-Hf. Поскольку основные породы (с низким содержанием кремнезема, такие как базальт ) не содержат циркона, можно определить возраст только кислых пород среди вулканических пород в зеленокаменные пояса. Поскольку кислые вулканические породы эпизодически откладываются между основными слоями, возрастной диапазон конкретного основного слоя может быть ограничен верхними и нижними вулканическими слоями кислого состава. Таким образом, можно выявить время возникновения и продолжительность вулканических эпизодов.
Два плутонических, свиты магматических пород составляют 50% архейских кратонов. Это (1) тоналит-трондьемит-гранодиорит (TTG) свиты и (2) гранит - монцонит - сиенит (GMS) люксы в хронологическом порядке. Это магматические очаги, которые позже сформировали вулканические образования на поверхности Земли в результате извержения вулкана. Позже они вторглись в супракрустальные породы, близкие по возрасту и составу в архее. Поднимающиеся тела магмы деформировали поверхность зеленокаменного пояса в кратонном масштабе.
| Относительный возраст | Гранитоид | Наличие важного минерала | Происхождение магмы |
|---|---|---|---|
| Древнее (1-й гранитоид) | Тоналит-Трондьемит-Гранодиорит (TTG) | Плагиоклаз, богатый натрием + гранат + амфибол | гидратированная основная корка |
| младший (2-й гранитоид) | гранит - монцонит - сиенит (GMS) | калиевый полевой шпат | кислая кора |
Два вида гранитоидов имеют разное магматическое происхождение: (а) плавление богатых водой основных материалов, образовавших более старые богатые натрием TTG и (b) плавление кислых материалов (например, TTG и / или отложения) образовали более молодой богатый калием GMS (см. Таблицу 3). Они предполагают постепенные химические изменения в магме и земной коре.
Записи архейских кислых вулканических пород демонстрируют особую тенденцию. Извержение кислых вулканических пород и плутоническая активность в архее в значительной степени синхронизированы, как показывают перекрывающиеся возрасты цирконов. Напротив, химический состав некоторых кислых вулканических пород аналогичен составу GMS, но они намного старше GMS. Например, группа риолитов типа GMS в зеленокаменном поясе Абитиби (аномально более обогащенная калием и тяжелыми редкоземельными элементами, чем другие кислые вулканические породы архея) не имеет плутонического эквивалента в тот же период. Состав кислых вулканических пород изменяется одновременно с изменением состава гранитоидов.
Рис. 5. Возможная взаимосвязь 1 архейских кислых вулканических пород и гранитоидов. GMS мог проникнуть в кору на очень небольшой глубине, а позже внедриться TTG. Более старые GMS-подобные кислые вулканические породы, сформированные с таким же возрастом TTG, имеют два значения:
Рис. 6. Возможная взаимосвязь 2 архейских кислых вулканических пород и гранитоидов. GMS и TTG могли проникнуть в кору одновременно. Тем не менее, GMS был сконцентрирован в верхней коре, а TTG - в более глубокой промежуточной коре. Выявление взаимосвязи между архейскими кислыми вулканическими породами и гранитоидами может быть трудным. Причина в том, что выветривание изменяет геохимические характеристики кислых пород над поверхностью Земли. Самые ранние записи выветривания можно проследить до 3,8 млрд лет во время эоархея. В этих выветрившихся кислых породах калий обогащен, но натрий обеднен. Измененные полевые шпаты в породах могут привести к таким аномальным признакам.
