СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ВВЕДЕНИЕ ......................................................... 5
Глава 1. ПРОБЛЕМЫ ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ БАЗАЛЬТОВЫХ МАГМ ............. 14
1.1. Трактовка понятия “магма“ .................................. 15
1.2. Проблема разнообразия изверженных пород
в постановке Боуэна ......................................... 16
Роль фракционной кристаллизации Критика представлений о фракционировании магмы Данные геологических наблюдений Развитие экспериментальных исследований
1.3. Методы исследования фракционной кристаллизации ............. 21
Простейшие масс-балансовые расчеты Аналитические решения Численные схемы фракционирования
1.4. Программа расчета траекторий фракционной кристаллизации (модель РТФК) .................................................... 38
Эмпирическая основа модели РТФК Термодинамические принципы построения модели РТФК ЭВМ-моделирование идеального фракционирования основных силикатных расплавов
1.5. Динамические аспекты фракционной кристаллизации ............ 48
Основные режимы фракционирования магмы Гомогенное и гетерогенное зарождение кристаллов Взаимодействие фазовой и обшей конвекции Многофакторность процессов фракционирования
1.6. Выводы ..................................................... 58
1.7. Список литературы .......................................... 60
Глава 2. РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ КОМАГМАТ 65
2.1. Методы решения задачи термодинамического равновесия
в закрытой расплавно-минеральной системе .................... 66
Специфика моделей, включающих силикатный расплав Принципы уравновешивания кристаллов и расплава Расчет температуры метастабильного равновесия Поиск равновесных фазовых пропорций Алгоритм моделирования равновесной кристаллизации
2.2. База экспериментальных данных по фазовым равновесиям изверженных горных пород (система ИНФОРЭКС) ..................... 84
Структура базы данных ИНФОРЭКС-4.0 Описание СУБД ИНФОРЭКС-4.0 Петрологические приложения
Анализ 01-0рх-Срх котектик в высокобарных условиях Значение системы ИНФОРЭКС
2
2.3. Калибровка модели кристаллизации КОМАГМАТ ......................102
Равновесие Ре3*/Ре2* в магматических расплавах Принципы построения геотермометров минерал-расплав Термодинамическая и структурная интерпретация двухрешеточной модели расплава Геотермометры для силикатных фаз Уравнения равновесия для железорудных минералов Учет общего давления
Влияние воды на температуры кристаллизации минералов Распределение микроэлементов
2.4. Организация вычислений, настройка и тестирование модели
КОМАГМАТ.................................................... 142
Основные версии и функции программы КОМАГМАТ Расчет равновесной кристаллизаци при давлении 1 атм Фазовые равновесия при повышенных давлениях Моделирование кристаллизации в присутствии воды
2.5. Выводы ................................................... 161
2.6. Список литературы ........................................ 162
Глава 3. ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОМЕТРИЯ ИЗВЕРЖЕННЫХ ПОРОД .... 170
3.1. Метод геохимической термометрии .......................... 172
Параметры формирования магматической породы Главные постулаты и обоснование методики Анализ пересечений траекторий кристаллизации
3.2. Геохимическая термометрия пород Скергаардского интрузива ... 180
Значение пород Боковой краевой группы Результаты геохимической термометрии Сопоставление с данными для пород Росслоеной серии
3.3. Геохимическая термометрия троктолитов интрузива
Партридж Ривер (Дулутский комплекс, США)...................... 188
Геологическое положение и особенности строения интрузива Партридж Ривер Проблемы петрологии и геохимии Оценки температуры и состава исходного расплава Генетическая интерпретация полученных результатов
3.4. Геохимическая термометрия пород дифференцированных силлов 201
Оценка параметров внедрения исходной магмы силла Каменистый (Восточная Камчатка)
Оценка условий фракционирования магмы Вельминекого Ьил}/ю^
3.5. Оценка условий кристаллизации и котектическая типизация базальтов Моря Кризисов на Луне .................................. 221
Характеристика района и объекта исследований Разработка модели кристаллизации лунных базальтов Моделирование кристаллизации расплавов пород Моря Кризисов
38
Положительной стороной алгоритма Натана и Ванкирка является также то, что он не накладывает ограничений на число компонентов силикатной жидкости и может быть распространен на магматические системы сложного химического состава. Эта несколько модифицированная вычислительная процедура составляет важный элемент ЭВМ-программ, разработанных в последующие годы в нашей группе (Арискин, Френкель, 1982; Френкель, Арискин, 1984), а также серии моделей, представленных Нильсеном с коллегами (Nielsen, Dungon, 1983; Nielsen, 1990).
1.4. Программа расчета траекторий фракционной кристаллизации
(модель РТФК)
Сравнение значений параметров ao...al0 в уравнениях (1.17) для различных минеральных фаз (Nathan, Vankirk, 1978) показывает, что при заданной форме ликвидусной поверхности наибольший вклад в оценку температур кристаллизации дает линейная составляющая уравнений, что не согласуется с логарифмическим характером зависимости химических потенциалов от концентраций в фазах переменного состава. Второй недостаток процедуры Натана и Ванкирка связан с использованием фиксированных значений коэффициентов сокристаллизации для разных минералов, что с некоторыми оговорками справедливо только для равновесия оливин-расплав (Roeder, Emslie, 1970). Кроме того, дефицит информации по фазовым равновесиям пироксенов, магнетита и щелочных минералов привел к тому, что в базовую выборку для калибровок уравнений ликвидуса вошли не только прямые экспериментальные данные, но также результаты оценок температур кристаллизации при помощи различного рода геотермометров. Это не способствовало достижению высокой точности расчетов: при средней погрешности порядка 20-30°С отдельные отклонения расчетных температур от экспериментальных составляли около 100°С (Nathan, Vankirk, 1978).
Таким образом, к началу 80-х годов назрела необходимость построения более реалистичной модели фракционирования силикатных расплавов, которая должна последовательно основываться на термодинамических принципах и гарантировать более высокую точность оценок температур и фазовых составов. Принципиальным шагом в этом направлении явилась разработка ЭВМ-программы РТФК.
39
Эмпирическая основа модели РТФК
При разработке модели фракционирования силикатных расплавов мы опирались на эмпирические температурные зависимости, характеризующие равновесное распределение компонентов между минералами и расплавом в условиях заданного давления и температуры. Данные зависимости были построены в 70*х годах в результате статистической обработки экспериментальных данных по плавлению изверженных пород и синтетических смесей и получили название геотермометров минерал-росплав (Roeder, Emslie, 1970; Drake, 19766; Nielsen, Drake, 1979). Эти геотермометры представляют простые уравнения регрессии вида
log к; = а; /т +в; (иэа)
или
\wKl tT + Bl , (1.196)
где AT/ - мольный коэффициент распределения /-го компонента расплава между j -минералом и силикатной жидкостью, К*г - константа равновесия реакции кристаллизации г - компонента твердого раствора минерала j (например Ап в Ff), - регрессионные коэффициенты (Табл. 1.1).
Таблица 1.1. Параметры геотермометров минерал-расплав, использованных при разработке модели РТФК (Арискин, Френкель, 1982)
Минерал Компо- нент N п/п Параметры геотермометра Число точек Ссылка
Оливин МдО 1 log К = 3740 IT- 1.87 27 Roeder,
(01) FeO 2 log К = 3911 / 7’ - 2.50 Emslie, 1970
Плагиоклаз Ап 3 In К = 12900 IT -1.89 55 Drake, 1976b
(Р1) АЬ 4 In К = 6100/7-2.29
Высоко-Са Еп 5 In/: = 6360 IT -3.59 32 - Л Nielsen,
пироксен Fs 6 In AT =4709 ГГ -3.90 Drake, 1979
(авгит - Рх1) Wo 7 In К —4194 / 7' — 2.53
Al 8 In AT = 23350/7- 18.54
Низко-Со Еп 9 In/C = 5351/7 -2.55 31 Nielsen,
пироксен Fs 10 In/: = 4488/7-3.18 Drake, 1979
(П&Орх - Рх2) Wo 11 \nK = 28240 IT -20.68
Al 12 In ЛГ = 29990 /Т -23.65
- Київ+380960830922