Классификация магматических горных пород с помощью TAS-диаграммы — способ классификации магматических горных пород по химическому составу и его графическое представление. Название диаграммы представляет собой аббревиатуру от англ. Total Alkali – Silica (кремнезём — сумма щелочей). За основу классификации принято содержание в породе оксидов основных петрогенных элементов: на одной оси диаграммы откладывается массовая доля кремнезёма SiO2, на другой — суммарное содержание оксидов щелочных металлов (Na2O + K2O). Диаграмма позволяет определить принадлежность образца к одному из семейств горных пород, представленных на диаграмме. Для определения конкретных видов горных пород диаграмма не предназначена. Применяется по преимуществу для классификации вулканических горных пород.
История
Комбинация весовых долей SiO2 и Na2O + K2O на протяжении многих лет применялась для сопоставления магматических горных пород. Первой попыткой классификации пород по этим параметрам можно считать работу «Classification of Igneous Rock Series» опубликованную в 1931 году. Г. Макдональд и сделали TAS-диаграмму широко известной, применив её в 1964 году для исследования гавайских базальтов. В 1970 Т. Кокс использовал диаграмму SiO2 и Na2O + K2O для представления номенклатуры вулканических пород. Эта диаграмма не создавалась для решения задач классификации, но в последующие годы использовалась в таком качестве другими исследователями.
После принятия диаграммы QAPF в качестве классификационной схемы для плутонических магматических горных пород в 1972 году подкомиссия по систематике магматических горных пород Международного союза геологических наук (МСГН) предложила создать аналогичную международную классификационную схему для вулканических горных пород. Несмотря на то, что подкомиссия считала желательным обеспечить единый подход к классификации плутонических и вулканических пород на основе их модального состава (т.е. количественных соотношений минералов, фактически присутствующих в составе породы) в случае с вулканическими породами это оказалось проблематичным: микро- и скрытокристаллические фазы и присутствие стекла делают количественный анализ модального состава затруднительным или невозможным.
Т. И. Фролова и М. А. Петрова предложили первую всеобъемлющую TAS-диаграмму для вулканических пород в 1972 году. Дальнейшее усовершенствование диаграммы было предложено Румянцевой Н.А. в 1977 году: изменены параметры оси на Na2O + 0,7 * K2O, а границы между областями установлены на основании значений и соотношений по CIPW. В 1980 году свою классификационную схему на основе диаграммы SiO2 и Na2O + K2O предложил . Его диаграмма допускала взаимное наложение полей и, по его собственному утверждению, могла использоваться для описания идеализированных примеров типов горных пород, но, в силу неопределённости границ между ними не подходила для целей классификации. В 1981 году на встрече в Кембридже Подкомиссия по систематике магматических горных пород МСГН определила положение границ отрядов на TAS-диаграмме по содержанию SiO2: 45 % между ультраосновными и основными, 52 % между основными и средними и 63 % между средними и кислыми породами. В 1985 году Терминологическая комиссия при Петрографическом комитете (ПК) АН СССР предложила МСГН классификацию вулканических пород на основе соотношения SiO2 и Na2O + K2O. Предложенная классификация подчёркивала типичные средние составы выделенных типов пород. Области, занимаемые конкретными семействами пород не имели контуров, их положение на диаграмме обозначалось местом нанесения названия. Нанесённые на диаграмму границы имели теоретические основания. Отсутствие определённых границ между семействами, помимо сложности решения самой задачи, было продиктовано тем, что диаграмма строилась на основании усреднённых данных химических анализов. Все перечисленные предложения были по различным причинам отклонены Подкомиссией по систематике магматических горных пород МСГН.
Между соседними семействами горных пород существуют плавные переходы, поэтому любое положение границ между ними является произвольным. Некоторые границы могут быть обоснованы теоретически, например, по присутствию нормативных минералов, но для большинства случаев главным критерием может служить только сложившаяся практика: базальтом считается горная порода, которую большинство исследователей в мире определяют как таковую. Для определения и обоснования границ между областями на TAS-диаграмме и в 1978 создали базу данных химических анализов горных пород Computer Library of Analysed Igneous Rocks (CLAIR) и программные инструменты для статистической обработки её содержимого. База содержала 41000 химических анализов горных пород, после исключения плутонических пород и пород, подвергшихся существенным вторичным изменениям, — 15164. Область построения TAS-диаграммы была разбита на ячейки с интервалом 2 % по оси SiO2 и 1 % по оси Na2O + K2O, для каждой ячейки была рассчитана доля образцов, чей состав оказался в пределах ячейки, от общего числа образцов, принадлежащих к исследуемому семейству пород. Полученные таким образом диаграммы плотности распределения позволили рационально обосновать положение границ для большинства семейств пород, представленных на диаграмме. Для определения положения границы серий и были привлечены данные о содержании нормативных фельдшпатоидов. Разработанная Ле Метром на основе анализа CLAIR классификация была предложена для обсуждения в 1982 году и принята в 1986 году на встрече подкомиссии по магматическим горным породам МСГН в Фрайбург-им-Брайсгау. Там же было принято решение о необходимости публикации единого руководства по классификации магматических пород, первая редакция которого вышла в свет в 1989 году.
Международная классификация
В настоящее время действует вторая редакция рекомендаций подкомиссии по систематике магматических горных пород МСГН, принятая в 2002 году. Новая редакция планировалась к выпуску в 2025 году. Принципы построения При создании классификационной диаграммы авторы руководствовались следующими принципами: каждое поле диаграммы должно отражать, насколько возможно, установившуюся практику наименований семейств горных пород; диаграмма должна быть простой для построения, поэтому границы между полями образованы прямыми линиями и, где это возможно, соответствуют целым числам на осях; границы полей выбирались таким образом, чтобы минимизировать перекрытия между соседними полями; вертикальные границы между породами нормального ряда щёлочности установлены в соответствии с общепринятым делением; граница между полями и соответствует 10 % содержанию нормативных фельдшпатоидов; границы между полями и соответствуют области с минимальной плотностью на диаграмме распределения; границы между полями в сериях ——— и ——— приведены параллельно.
Область применения диаграммы для целей классификации Согласно рекомендациям МСГН диаграмму TAS не следует применять для классификации следующих групп горных пород: пирокластические породы и тефра; породы, содержащие более 50 % модальных карбонатов; породы содержащие более 10 % модальных мелилитов; породы, содержащие модальный кальсилит; кимберлиты; лампориты; породы, содержащие модальные лейциты; лампрофиры; все плутонические горные породы — в этом случае рекомендуется использовать классификационную диаграмму QAPF для плутонических горных пород; вулканические горные породы, если известен модальный состав — в этом случае рекомендуется использовать классификационную диаграмму QAPF для вулканических горных пород. Диаграмма предназначена для классификации «свежих» магматических горных пород, не подвергавшихся существенным вторичным изменениям: выветриванию, метасоматозу, метаморфизации. Поэтому, в общем случае, горная порода должна содержать не более 2 % H2O и не более 0,5 % CO2. Последнее требование не относится к пикритам, коматеиитам, меймечитам и бонинитам. Использование диаграммы
Перед использованием TAS-диаграммы доли оставшихся компонентов следует пересчитать исключив H2O и CO2. Затем следует выполнить нормативный расчёт методом CIPW.
Перед непосредственным применением диаграммы следует исключить породы из полей и которые не могут быть классифицированы только на основании соотношения SiO2 и Na2O + K2O: пикриты, коматииты, меймечиты, бониниты, нефелиниты и меланефелениты. Для выделения перечисленных пород используют следующие критерии: бонинит — SiO2 > 52 %, MgO > 8 %, TiO2 < 0.5 %; коматиит — SiO2 < 52 %, 30 % > MgO > 18 %, Na2O + K2O < 2 %, TiO2 < 1 %; меймечит — 52 % > SiO2 > 30 %, 30 % > MgO > 18 %, Na2O + K2O < 2 %, TiO2 > 1 %; пикрит — SiO2 < 52 %, MgO > 12 %, Na2O + K2O < 3 %; нефелинит — по SiO2 и Na2O + K2O соответствует полям TAS-диаграммы или и содержит более 20 % нормативного нефелина; меланефелениты — по SiO2 и Na2O + K2O соответствует полям TAS-диаграммы или и содержит менее 20 % нормативного нефелина. Во всех прочих случаях TAS-диаграмма применяется непосредственно: содержание SiO2 и Na2O + K2O в исследуемом образце наносится на диаграмму, положение точки внутри одного из полей на диаграмме позволяет установить принадлежность породы к соответствующему семейству.
Для некоторых полей (или групп полей) диаграммы предусмотрены дополнительные внутренние подразделения.
Средние и основные породы повышенной щёлочности: трахибазальты, трахиандезибазальты и трахиандезиты (поля ——), в зависимости от соотношений содержаний Na2O и K2O подразделяются на группы, приведённые в таблице. + Дальнейшее подразделение для полей S1—S2—S3 трахибазальт трахиандезибазальт трахиандезит (Na2O–)K2O гавайит муджиерит бенмореит (Na2O–)K2O калиевый трахибазальт шошонит латит Базальты (поле ) подразделяются по признаку наличия нормативного нефелина на щелочные (нефелин присутствует) и базальты нормального ряда щёлочности (нефелин отсутствует). Точная корреляция между насыщением кремнезёмом и координатами на TAS-диаграмме не может быть получена. На рисунке показаны вероятности корректной классификации щелочных базальтов с помощью TAS-диаграмм, исходя из предположения, что щелочные и обычные базальты встречаются с равной вероятностью: если принять за щелочные базальты область выделенную на TAS-диаграмме оранжевым, вероятность наличия нормативного нефелина составит 97 %, а для области выделенной зелёным вероятность его отсутствия составит 89 %.
Породы нормального ряда щёлочности (поля , , , , ) по содержанию калия делятся на высококалиевые, среднекалиевые и низкокалиевые. Границы между перечисленными группами зависят от содержания кремнезёма и показаны на рисунке.
Среди риолитов (поле ) выделяют щелочные риолиты, если отношение содержания щелочных металлов к содержанию алюминия больше 1: (Na2O + K2O) / Al2O3 > 1.
Поле принадлежит семействам трахитов и трахидацитов. Для определения принадлежности к конкретному семейству следует рассчитать отношения нормативного содержания кварца (Q) к суммарному содержанию нормативных кварца, анортита (an), альбита (ab) и ортоклаза (or): q = 100 * Q / (Q + an + ab + or). Если величина q меньше 20 %, порода принадлежит к семейству трахитов, в противном случае — трахидацитов. Среди трахитов, в свою очередь, могут могут выделятся щелочные трахиты в случае, если отношение содержания щелочных металлов к содержанию алюминия больше 1: (Na2O + K2O) / Al2O3 > 1.
Среди щелочных риолитов и трахитов по признаку отношения содержания оксидов алюминия и железа рекомендуется выделять: комендитовые риолиты (или комендиты), комендитовые трахиты, пантеллеритовые риолиты (или пантеллериты), пантеллеритовые трахиты как показано на рисунке.
Среди фонолитов (поле ) выделяют щелочные фонолиты, если отношение содержания щелочных металлов к содержанию алюминия больше 1: (Na2O + K2O) / Al2O3 > 1.
Поле принадлежит семействам базанитов и тефритов. Для определения принадлежности к конкретному семейству следует рассчитать долю нормативного содержания оливина: если оливина больше 10 %, порода принадлежит к семейству базанитов, в противном случае — тефритов.