Курсовая работа: Распределение Fe2+/Mg отношения в системе расплав - шпинель - оливин
КD -0,3 "неравновесные" (9)
КD -0,33 (10)
 < 0,147;  < 0,199 |
Обсуждение результатов.
Полученные в виде 8 уравнений цифровые зависимости позволяют рассчитывать Fe2+ /Mg отношение в оливине по "равновесной" с составом данного кристалла шпинели, или, наоборот, по известному составу оливина - (Fe2 -Ti)/Mg в шпинели. Расчеты по уравнениям для случаев КD =0,3 и КD =0,33 в каждой из 4 пар дают различия меньше стандартного отклонения. Уравнения (5,6,9,10) - условно "неравновесные" целесообразно использовать для случая образования OL-SP пар из высокожелезистых расплавов с Fe2+ /Mg>1,4, а также для кристаллов основной массы эффузивов, эволюционировавших по феннеровскому пути. Ко всем уравнениям приводятся численные значения абсолютной ошибки () и стандартного отклонения (), что позволяет с определенной долей вероятности ( - 70%, 2 - 95% [70]) судить о расплавном, или ином генезисе составов OL-SP пар в породе.
Влияние давления до 1,5 ГПа, температуры (1100-1500o C) на распределение Fe2+ /Mg отношения в системах расплав - шпинель и расплав - оливин не сказываются на численных значениях коэффициентов в уравнениях [55]. Соответственно и в уравнениях, связывающих оливин - шпинелевые пары, "равновесные" с основным-ультраосновным расплавом. T и P, в указанных интервалах, не влияют на распределение Fe2+ /Mg отношения.
Все приведенные выше уравнения могут быть использованы для кристаллов шпинели, содержащих менее 6% вес. TiO2 и менее 50% вес. Al2 O3 [55]. В высокоглиноземистые шпинели (Al2 O3 более 50% вес.) магний из расплава входит более охотно по сравнению с высокохромистыми разностями. Это сказывается на числовых значениях уравнений распределения Fe2+ /Mg. Для случая расплав - высокоглиноземистая шпинель к настоящему времени удалось получить только оценочные значения коэффициентов [55].
Разбалансировка Fe2+ /Mg отношения в системе OL-SP (SP-OL) относительно равновесного с расплавом (т.е. не отвечающая одному или нескольким уравнениям) происходит на всех этапах становления магматической породы: охлаждение, нагрев, метаморфизм. Причем это рассогласование может быть зафиксировано численно путем учета величины, и отчетливо проявляется из-за различного характера поведения Fe2+ и Mg в оливине и шпинели при нагреве, остывании. Это было выявлено экспериментально [84] и подтверждено на природных объектах [87]. В работе [55] рассмотрены различные варианты этого явления и показано, что оно, вероятно, фиксируется и при метаморфических процессах.
Выявленные цифровые зависимости получены по экспериментальным данным, для которых понятия одновременность образования и равновесность составов OL-SP пар в расплаве однозначно связаны в подавляющем большинстве случаев, существование же отклонений может служить признаком некондиционности экспериментальных результатов [55]. Иначе на природных объектах. В горной породе одновременность или разновременность образования кристаллов шпинели и оливина может быть установлена по их структурным взаимоотношениям. Если же характер срастания установить не удается, то вопрос остается открытым. Равновесность же или неравновесность, с учетом зональности, мозаичности и т.д. в составах кристаллов может быть уверенно зафиксирована с помощью полученных уравнений. Эта оценка, соотнесенная со структурными особенностями породы, может быть очень полезной, и дать генетическую информацию.
Приложение полученных результатов.
Для демонстрации возможностей применения полученных цифровых зависимостей, связывающих Fe2+ /Mg в OL-SP (SP-OL) парах, равновесных с ультраосновным - основным расплавом, были использованы данные по составам OL-SP природных ассоциаций и содержащих их пород [56]. Были рассмотрены достаточно известные по литературным источникам геологические объекты из двух фациальных групп, включающих эффузивные образования (лавовые потоки различного возраста, состава, из различных геолого-структурных обстановок) и интрузивные тела (гипербазиты современной океанической коры и офиолитовых комплексов, расслоенные интрузивные комплексы и т.д.). Для эффузивов, имеющих кайнотипный облик, равновесность вкрапленников оливина с включенными в них кристаллами шпинели явление характерное, тогда как в палеотипных разностях, например, в докембрийских коматиитах, составы разбалансированы. Неравновесность OL - SP ассоциации c расплавом может возникать и при гибридизме, примером, по-видимому, могут служить переуравновешенные шпинели в предположительно плейстоценовых пикритобазальтах Авачинского вулкана [53]. Для интрузивных пород базит-гипербазитового ряда составы подобных OL-SP пар, как правило, перенормированы относительно равновесных с расплавом. Использование различных минеральных равновесий, отградуированных как геотермометры в солидусной области, для интрузивных пород этого ряда дает большой разброс численных значений в разных минеральных парах, и, вероятно, фиксирует температуры окончания обменных реакций [4,72]. Это свидетельствует о метаморфических преобразованиях большей части минералов, слагающих интрузивные тела, хотя в некоторых случаях, благодаря мозаичному равновесию, могут сохраняться OL-SP пары, не лишенные первичных признаков кумулятивного или реститового происхождения [56]. Fe2 /Mg отношения в Ol - Sp парах, включенных в платиноиды из ряда ультраосновных массивов, свидетельствуют о возможности формирования вмещающих платиноидов как в ликвидусной, так и в солидусной температурных областях становления пород [56,57]. Распределение Fe2 /Mg отношения (или содержания магния) и хрома в шпинелях из платиносодержащих ультраосновных массивов может помочь как в выявлении наиболее перспективных из них, так и отдельных блоков в каждом массиве [53,54]. Это подтверждается недавними ревизионными исследованиями платиноносных дунитов Нижне-Тагильского массива [15]. Очень интересным объектом для приложения полученных зависимостей является оливин-шпинелевая ассоциация из включений в кристаллах алмазов. Вероятно наиболее глубинной (3-7 ГПа), соответствующей "законсервированным" условиям верхней мантии, можно считать перидотитовую ассоциацию. По данным [27] в алмазах из 4-х трубок Якутской кимберлитовой провинции эта ассоциация встречается в 4-10% кристаллов, тогда как самостоятельные оливин и шпинель встречены соответственно в 40-60% и 26-44% кристаллов. Мы сделали попытку оценить равновесность этой ассоциации с расплавом. Для этого использовались уравнения (3,4) в двух вариантах. В первом случае поправка на влияние давления [96,101] учитывалась только для оливина, во втором - вводилась поправка и для шпинели, равная поправке для оливина (т.к. данных по шпинели нет). В качестве первичных данных были использованы составы шпинелей и оливинов из алмазов Якутской кимберлитовой провинции. Мы нашли в литературе ~ 100 опубликованных анализов шпинелей из алмазов этой провинции. Обычно это хромиты, содержащие в среднем ~ 11-15 % MgO. Расчеты были выполнены для 2-х парных анализов SP-OL. В качестве первой пары было выбрано срастание наиболее магнезиальной шпинели (14,9% MgO) с оливином (MgO 52,2%) [68]. В качестве второй пары были взяты наиболее магнезиальная шпинель (16,4% MgO) [66] и высокомагнезиальный оливин (52,8% вес MgO) [68] среди опубликованных составов шпинели и оливина из алмазов этой провинции. Оба варианта расчетов показали, что эти пары не являются равновесными с расплавом, причем с увеличением давления расхождение расчетного и реального Fe2+ /Mg для оливина увеличивается. Эти расчеты до некоторой степени условны (неизвестна реальная численная поправка для шпинели), но позволяют с определенной долей осторожности присоединиться к точке зрения [21], что алмаз не кристаллизуется в магматическом расплаве. В пользу этой гипотезы свидетельствуют данные о находках в образцах алмазоносных эклогитов линзовидных поликристаллических сростков алмазов, напоминающих друзы [57]. По мнению [72], это свидетельствует о флюидном переносе углерода в мантии и переотложению в форме алмаза, что укладывается в рамки представлений о немагматическом генезисе.
Наиболее магнезиальными (MgO - 26,8% вес.) шпинелями из кимберлитов, вероятно, можно считать собственно шпинели (Al2O3 - 66,8% вес.) из алькремитов трубки "Удачная" [58]. Судя по данным обзора [46], для высокоглиноземистых шпинелей мантийных пород типичны более высокие содержания MgO относительно хромистых разностей шпинели в мантийных породах. Это совпадает с выявленной нами тенденцией более охотного вхождения магния (относительно хромистых разностей) в состав высокоглиноземистой шпинели при росте ее или равновесии с расплавом. Но это не исключает образования подобного рода шпинелей в солидусных условиях.
Забегая вперед, обратим внимание еще на одно условие, возможно необходимое для роста кимберлитовых алмазов в твердой среде. Ниже приводятся данные по некимберлитовым алмазам, которые позволяют предположить, что, при определенных условиях причиной твердофазного перехода графит - алмаз могут быть сдвиговые деформации. Геологическая история площадей развития кимберлитового вулканизма на Сибирской платформе свидетельствует о его генетической связи с конвективными течениями в верхней мантии [47]. Можно допустить, что собственно перемещения происходят вдоль ограниченных (10-100 км) латеральных и вертикальных зон, для которых характерны максимальные градиенты скоростей движения и наибольшие сдвиговые деформации. Многие глубинные (мантийные) ксенолиты перидотитовой и эклогитовой серий в кимберлитах как в целом по миру, так и на Сибирской платформе, несут отчетливые следы твердофазных деформаций. Они запечатлены не только в минералах, включая алмазы, но и выражены в структурных особенностях пород, слагающих ксенолиты [21,69]. Можно предположить, оставляя в стороне происхождение графита, что преобразование его в алмаз происходит под действием движений в таких локальных зонах, можно допустить и то, что до определенной величины сдвиговых деформаций рост кристаллов алмаза угнетен, поэтому не все ксенолиты и кимберлиты алмазоносны. Кроме того, следы сдвиговых деформаций могут затушевываться последующими преобразованиями породы в мантийных условиях.
Возможность роста кристаллов алмаза в твердофазной среде и P,T условия такого роста представляют значительный интерес в связи с находками алмазов в некимберлитовых породах [30]. Для алмазов из кимберлитов их высокобарический генезис (>3 ГПа) практически не вызывает споров, и разногласия в большинстве своем относятся к среде роста алмаза (расплав, твердофазная среда или их смесь) и к среде питания для роста кристаллов алмаза (расплав, флюид). Для алмазов из некимберлитовых пород (альпинотипные гипербазиты, высокобарические ультрамафиты и метаморфиды) основные разногласия касаются значений давления при образовании алмазов в этих породах. Для ряда массивов альпинотипных гипербазитов [28,30] приводятся значения давления их образования ~6,5 ГПа, оцененные по составам ортопироксенов из этих массивов. Накопилось достаточное количество данных, свидетельствующих о том, что составы минералов в этих массивах претерпели существенные изменения в процессе становления этих массивов. Поэтому условия, оцениваемые по составам этих минералов, могут быть неидентичными условиям раннего генезиса этих пород. Кроме того, коэсит, магнезиальный гранат (показатели высокобарического генезиса) не типичны для альпинотипных гипербазитов. Для высокобарических ультрамафитов, характерных для "корневых зон" складчатых поясов со сложной тектоникой и интенсивным метаморфизмом [39], вариации значений давления в процессе формирования массивов могут соответствовать как условиям для роста кристаллов алмаза, так и их графитизации. В гранатовых клинопироксенитах плутона Бени-Бушера (Марокко) найдены параморфозы графита по алмазу, составляющие местами до 15% объема породы [65]. Причем внутри подобных высокобарических массивов, на примере массива Ronda (Испания) [86], можно на расстоянии 1,5 км наблюдать смену шпинель-гранатовых перидотитов на плагиоклазовые. Это дает основание считать перспективными на алмазоносность с глубиной выходы на дневную поверхность и плагиоклазовых разностей перидотитов из корневых зон складчатых областей.
Наиболее разноречивые генетические построения (мантийное или коровое образование) вызвали находки алмазов в метаморфических комплексах, примером которых могут служить месторождение Кумды-Коль и участок Барчинский, находящиеся на северном склоне Зерендинского гранитогнейсового купола в Кокчетавском срединном массиве (Казахстан) [17,20,23,34,42,45,51,64]. Не вдаваясь во всю аргументацию в пользу возможности роста кристаллов алмаза в твердофазной среде в земной коре, мы хотим обратить внимание на некоторые факты в пользу такого генезиса, позволяющие предположить, что образование кристаллов алмаза могло происходить в моменты тектонических событий - палеоземлетрясений, в их гипоцентральной части (очаговой области). На этом месторождении алмазоносность приурочена к узкой, шириной от 45 до 250 м линейной зоне, внутри которой наибольшие концентрации алмазов наблюдаются в тектонических зонах мощностью от 5 до 20 м, представленных графитизированными высокотемпературными метасоматитами с бластокластическими структурами, образовавшимися по гнейсам, кальцифирам и эклогитам [23,52]. Алмазы мелкие, представлены как отдельными кристаллами, так и их сростками, размером 1-400 мк, мелкие кристаллы (1-30 мк) в большинстве своем включены в кристаллы граната и, в меньшей степени, в зерна пироксена, амфибола, биотита, полевого шпата и в явно вторичные минералы [22]. Описаны находки алмазов (15-100 мкм) в гранатах из разгнейсованной оболочки гранитного блока размером ~1,5м в двуслюдяных гнейсах [18]. К числу особенностей кристаллов алмаза можно отнести их неоднородность, наличие или отсутствие графитовой рубашки вокруг кристаллов алмаза в одном образце или в одном кристалле граната [74]. Р-Т условия многоэтапного формирования и существования породообразующей пироксен-гранат-плагиоклаз-кварцевой ассоциации лежат в следующих рамках: давление ~ 0,8-2,1 ГПа, температура ~ 600-1060о С [51]. Условия формирования минералов-включений (алмаз, коэсит, сфен, кианит, рутил и т.д.) в гранатах и цирконах из высокотемпературных метасоматитов, сложенных вышеуказанной минеральной ассоциацией, оцениваются как превышающие 4 ГПА и 850о С [51].
Находки коэсита [67] не являются бесспорным аргументом в пользу мантийного генезиса минералов-включений. В экспериментах [82] в условиях одномерного сжатия при давлениях 0,5-2 ГПа, температурах 450-900о С и скоростях деформаций 10-4 сек-1 происходил метастабильный рост коэсита. Подобные скорости относятся к разряду очень быстрых геологичесикх деформаций [35] и характерны для локальных движений (участки < 10 км) непосредственно перед землетрясением в его эпицентральной зоне [48] в таких высокоподвижных областях, как Камчатка, Япония, Американские Кордильеры, относимых к зонам с 8-10-балльными землетрясениями [19]. Разрывы сплошности для большинства пород земной коры происходят при деформациях, имеющих численную величину n. (10-4 - 10-5 ) [61]. Предельное значение напряжения, вызывающего различные виды разрушений в горных породах (скалывание, отрыв и т.д.), <0,3 Гпа при нормальных условиях; оно численно увеличивается с ростом всестороннего сжатия и уменьшается, приобретая характер пластично-хрупких деформаций, с увеличением длительности действия разрушающих напряжений и увеличением температуры [19]. В настоящее время зависимость, связывающая воедино эти параметры, отсутствует. В работе [32] приводятся графические зависимости хрупко-пластичного перехода породы при одноосном сжатии, в зависимости от давления обжима, из которых следует, что такой переход происходит, когда напряжение сжатия в 2-3 раза превосходит давление обжима. Допуская понижающее влияние длительности воздействия тектонических напряжений и температуры в условиях нижних горизонтов земной коры при становлении гранито-гнейсовых формаций, можно предположить, что это отношение < 2. Минералогическими барометрами это влияние предположительно фиксируется. В работе [6] приводятся результаты исследований особенностей составов гранатов и оцениваются Р-Т условия формирования гранат - биотит-плагиоклазовой ассоциации из деформированных, в различной степени, слюдистых гнейсов, приуроченных к области сочленения Кольского и Беломорского геоблоков. "Зона главного разлома", имеющая мощность 100-150 м и прослеженная на расстоянии ~ 2 км, состоит из участков со слабо деформированными породами и зон с неоднократными, интенсивными деформациями, сложенными бластомилонитами. Авторами [6] выявлена прямая корреляционная зависимость между содержаниями кальция в гранатах и степенью дислоцированности вмещающих пород при отсутствии зависимости кальциевости гранатов от валового химического состава пород. В пластически слабо деформированных породах содержание гроссулярового минала 9-12%, и рассчитанные значения давления лежат в интервале 0,6-0,8 ГПа, что соответствует [6] литостатическому давлению (давлению обжима). Наиболее кальциевые гранаты (30-34% гроссуляра) и аномально высокие оцениваемые значения давления ~0,9-1,2 Гпа (при