Введение

Богатый магнием магматический камень. Коматит /k/oʊ/'/m/ɑː/t/i/,/aɪ/t/ – это тип ультрамафической вулканической породы, образованной из мантии, характеризующийся кристаллизацией из лавы с содержанием не менее 18 мас. % оксида магния (MgO). Он классифицируется как «пикритовая порода». Коматиты характеризуются низким содержанием кремния, калия и алюминия, а также высоким или чрезвычайно высоким содержанием магния. Название коматит происходит от местности, где он был впервые обнаружен – вдоль реки Комати в Южной Африке. Часто коматиты демонстрируют спинифексную текстуру, состоящую из крупных дендритных пластин оливина и пироксена. Коматиты – редкие породы; почти все коматиты сформировались в архейский эон (4,03–2,5 миллиарда лет назад), и известно лишь немного более молодых образцов (протерозойского или фанерозойского возраста). Считается, что такое ограничение по возрасту связано с охлаждением мантии, которая, вероятно, была горячее в архейский период. Ранняя Земля выделяла значительно больше тепла из-за остаточного тепла от планетарного аккреции, а также из-за большего количества радиоактивных изотопов, особенно короткоживущих, таких как уран-235, производящих больше тепла распада. Более низкотемпературные магматические расплавы, такие как базальт и пикрит, практически заменили коматиты в качестве извергающейся лавы на поверхности Земли. Географически коматиты преимущественно встречаются в районах архейского щита и ассоциируются с другими ультрамафическими и высокомагнезиевыми мафическими вулканическими породами в архейских зеленокаменных поясах. Самые молодые коматиты обнаружены на острове Горгона, расположенном на Карибском океаническом плато у тихоокеанского побережья Колумбии, а редкий пример протерозойского коматита найден в коматитном поясе Виннипегоза в провинции Манитоба, Канада.

Петрология

Магмы коматитового состава имеют очень высокую температуру плавления, с расчетными температурами извержения до 1600 °C и, возможно, превышающими это значение. Базальтовые лавы обычно имеют температуру извержения около 1100–1250 °C. Высокие температуры плавления, необходимые для образования коматитов, связывают с предполагаемыми более высокими геотермическими градиентами в Архейской Земле. Коматитическая лава была чрезвычайно текучей при извержении (обладая вязкостью, близкой к воде, но плотностью породы). По сравнению с базальтовой лавой гавайских плюмов при ~1200 °C, которая течет как патока или мед, коматитическая лава быстро растекалась по поверхности, образуя чрезвычайно тонкие лавовые потоки (до 10 мм в толщину). Основные коматитовые последовательности, сохранившиеся в архейских породах, рассматриваются как лавовые трубки, лавовые пруды и т.п., где накапливалась коматитическая лава. Химия коматитов отличается от химии базальтовых и других распространенных магм, образующихся из мантии, из-за различий в степени частичного плавления. Считается, что коматиты образовались в результате высокой степени частичного плавления, обычно более 50%, и поэтому характеризуются высоким содержанием MgO и низким содержанием K2O и других несовместимых элементов. Существует два геохимических класса коматитов: коматиты, обедненные алюминием (AUDK) (также известные как коматиты I группы) и коматиты, обогащенные алюминием (ADK) (также известные как коматиты II группы), которые определяются по соотношению Al2O3/TiO2. Часто предполагается, что эти два класса коматитов отражают реальное петрологическое различие в источнике между двумя типами, связанное с глубиной образования расплава. Моделирование, основанное на экспериментах по плавлению, показало, что коматиты, обедненные алюминием, образуются в результате высокой степени частичного плавления при высоком давлении, когда гранат в источнике не плавится, в то время как коматиты, обогащенные алюминием, образуются при высокой степени частичного плавления на меньшей глубине. Однако недавние исследования флюидных включений в хромовые шпинели из кумулятивных зон коматитовых потоков показали, что один коматитовый поток может быть образован в результате смешения родительских магм с различным соотношением Al2O3/TiO2, что ставит под сомнение данную интерпретацию образования различных групп коматитов. Коматиты, вероятно, формируются в экстремально горячих мантийных плюмах или в зонах субдукции архейского периода. Бонинитный магматизм аналогичен коматитному магматизму, но образуется при плавление, вызванном флюидами, над зоной субдукции. Бониниты с содержанием MgO 10–18% обычно имеют более высокие концентрации крупных ионофильных элементов (LILE: Ba, Rb, Sr), чем коматиты.

Минералогия

Неизменная вулканическая минералогия коматитов состоит из форстеритового оливина (Fo90 и выше), кальциевого и часто хромистого пироксена, анортита (An85 и выше) и хромита. Значительная часть образцов коматитов демонстрирует кумулятивную текстуру и морфологию. Обычно кумулятивная минералогия представлена высокомагниевым форстеритовым оливином, хотя кумуляты хромистого пироксена также встречаются (хотя и реже). Вулканические породы, богатые магнием, могут образовываться в результате накопления оливиновых фенокристов в базальтовых расплавах нормального состава: примером является пикрит. Одним из доказательств того, что коматиты не обогащены магнием исключительно за счет кумулятивного оливина, является их текстура: некоторые содержат текстуру спинифекса – текстуру, обусловленную быстрой кристаллизацией оливина в тепловом градиенте в верхней части лавового потока. Текстура "спинифекс" названа в честь распространенного названия австралийской травы Triodia, которая растет группами, имеющими схожую форму. Другим доказательством является то, что содержание MgO в оливинах, формирующихся в коматитах, приближается к составу почти чистого MgO-форстерита, который может быть достигнут в больших объемах только путем кристаллизации оливина из высокомагниевого расплава. Редко сохранившиеся брекчи верхней части потока и зоны подушечных структур в некоторых потоках коматитов по сути являются вулканическим стеклом, закаленным при контакте с поверхностными водами или воздухом. Вследствие быстрого охлаждения они отражают жидкий состав коматитов и, следовательно, фиксируют содержание безводного MgO до 32% MgO. Некоторые из самых магниевых коматитов с хорошо сохранившейся текстурой встречаются в поясе Барбертона (Южная Африка), где по составу вмещающих пород и оливинов можно установить, что жидкости содержали до 34% MgO. Минералогия коматита систематически меняется по типичному стратиграфическому разрезу лавового потока и отражает магматические процессы, которым подвержены коматиты во время извержения и охлаждения. Типичная минералогическая вариация проявляется в основании потока, состоящем из кумулята оливина, зоне текстуры спинифекса, образованной пластинчатым оливином, и, в идеале, зоне пироксенового спинифекса и обогащенной оливином зоны быстрого охлаждения на верхней изверженной коре потока. К первичным (магматическим) минеральным видам, встречающимся в коматитах, относятся оливин, пироксены – авгит, голубинец и бронзит, плагиоклаз, хромит, ильменит и, реже, паргазитовая амфибола. Вторичные (метаморфические) минералы включают серпентин, хлорит, амфибол, натриевый плагиоклаз, кварц, оксиды железа и, реже, флогопит, бадделеит и пироп или гидрогроссуляр гранат.

Метаморфизм

Все известные коматиты подверглись метаморфизму, поэтому технически их следовало бы называть «метакоматитами», хотя префикс «мета» обычно подразумевается. Многие коматиты сильно изменены, серпентинизированы или карбонизированы в результате метаморфизма и метасоматизма. Это приводит к существенным изменениям в минеральном составе и текстуре.

Гидратация против карбонации

Метаморфная минералогия ультрамафических пород, особенно коматитов, контролируется составом лишь частично. Характер породообразующих флюидов, присутствующих при низкотемпературном метаморфизме, будь то проградный или ретроградный, определяет метаморфический комплекс метакоматита (далее префикс "мета" подразумевается). Фактором, контролирующим минеральный состав, является парциальное давление углекислого газа в метаморфическом флюиде, обозначаемое как XCO2. Если XCO2 превышает 0,5, метаморфические реакции благоприятствуют образованию талька, магнезита (карбоната магния) и тремолитового амфибола. Эти реакции классифицируются как тальково-карбонатные. При XCO2 ниже 0,5 метаморфические реакции в присутствии воды способствуют образованию серпентинита. Таким образом, выделяют два основных типа метаморфизованных коматитов: карбонатизированные и гидратированные. Карбонатизированные коматиты и перидотиты образуют серию пород, в которых преобладают минералы хлорит, тальк, магнезит или доломит и тремолит. В гидратированных метаморфических комплексах доминируют минералы хлорит, серпентин, антигорит и бруцит. Следы талька, тремолита и доломита могут присутствовать, поскольку полное отсутствие углекислого газа в метаморфических флюидах встречается крайне редко. При более высоких степенях метаморфизма доминируют антофиллит, энстатит, оливин и диопсид по мере обезвоживания породы.

Морфология и встречаемость

Коматиты часто демонстрируют подушечную структуру лавы и автобрекчиевидные верхние края, что указывает на подводные извержения и формирование жесткой корки на поверхности лавовых потоков. Проксимальные вулканические фации характеризуются меньшей мощностью и перемежаются с сульфидными отложениями, черными сланцами, чертами и толеитовыми базальтами. Коматиты формировались из относительно влажной мантии. Это подтверждается их ассоциацией с фельзитами, наличием коматитовых туфов, аномалиями содержания ниобия, а также богатыми минерализацией, переносящей серу и воду.

Текстура

Общая и характерная текстура известна как текстура спинифекса и состоит из длинных игольчатых фенокристов оливина (или псевдоморфоз замещающих минералов по оливину) или пироксена, которые придают породе вид, напоминающий лезвия, особенно на выветренной поверхности. Текстура спинифекса является результатом быстрой кристаллизации богатой магнием магмы в температурном градиенте на краю потока или силлу. Текстура Харрисита, впервые описанная для интрузивных пород (не коматитов) в заливе Харрис на острове Рам в Шотландии, формируется в результате зародышеобразования кристаллов на дне магматической камеры. Известно, что гариситы образуют крупнокристаллические агрегаты пироксена и оливина длиной до 1 метра. Текстура Харрисита встречается в некоторых очень толстых лавовых потоках коматитов, например, в зеленокаменном поясе Норсман-Вилуна в Западной Австралии, где происходила кристаллизация кумулятов.

Интрузивные коматиты

Магма коматита чрезвычайно плотная и вряд ли достигнет поверхности, с большей вероятностью скапливаясь на глубине в коре. Современные (после 2004 года) интерпретации некоторых крупных тел оливинового аккумулята в кратоне Йилгарн показали, что большинство проявлений оливинового аккумулята коматита, вероятно, имеют субвулканическую или интрузивную природу. Это подтверждается на никелевом месторождении Mt Keith, где в зонах с низкой деформацией обнаружены интрузивные текстуры вмещающих пород и ксенолиты фелсических пород страны. Ранее считалось, что эти крупные коматитовые тела представляли собой "суперканалы" или реактивированные каналы, достигавшие более 500 м в стратиграфической мощности в результате продолжительного вулканизма. Эти интрузии рассматриваются как канальные силли, образованные внедрением коматитовой магмы в стратиграфию и расширением магматической камеры. Экономически значимые никеленосные тела оливинового аккумулята могут представлять собой форму силла, выполняющего роль канала, где магма накапливается в промежуточной камере перед извержением на поверхность.

Экономическое значение

Экономическое значение коматитов впервые получило широкое признание в начале 1960-х годов с открытием крупных месторождений сульфидных никелевых руд в Камбальде, Западная Австралия. В настоящее время коматиты являются вмещающими породами для около 14% мирового производства никеля, преимущественно в Австралии, Канаде и Южной Африке. Коматиты ассоциируются с никелевыми и золотыми месторождениями в Австралии, Канаде, Южной Африке и, в последнее время, в Гвианском щите в Южной Америке.