Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Кинетика дегазации (H2O и CO2) кордиеритов и ее значение для метаморфической петрологии

ВАК РФ 04.00.08, Петрография, вулканология

Автореферат диссертации по теме "Кинетика дегазации (H2O и CO2) кордиеритов и ее значение для метаморфической петрологии"



АКАДЕМИЯ НАУК СССР СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ, ГЕОФИЗИКИ И МИНЕРАЛОГИИ

На правах рукописи

ОСОРГИН Николай Юрьевич

КИНЕТИКА ДЕГАЗАЦИИ (Н20 И С02) КОРДИЕРИТОВ И ЕЕ ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ МЕТАМОРФИЧЕСКОЙ ПЕТРОЛОГИИ

04.00.08—петрография, вулканология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

НОВОСИБИРСК 1991

Работа выполнена в Институте минералогии и петрографии СО АН СССР

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук, профессор Г.Г.Лепезин

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических

наук, профессор Д.В.Калинин, кандидат геолого-минералогических наук О.Н.Косухин

Оппонирующая организация: Институт геологии и геохронологии докембрия (г.Санкт-Петербург)

Защита состоится 1992 г. в \Ь час.

на заседании специализированного совета Д 002.50.05 при Объединенном институте геологии, геофизики и минералогии СО All СССР, в конференц-зале.

Адрес: 630090, Новосибирск-90, Университетский пр.З.

С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке (ЖГГи'Д СО АН СССР

"1Й" укас^;

Автореферат разослан "¿4" СШ1аиР%199Г г.

Ученый секретарь специализированного / ^ совета, д.г. -м.н. ^ Ф. П. Леонов

' ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В настоящее время придается большое значение кордиериту, по которому можно определять не только РТ-ус-ловия, но и оценивать состав флюида, участвующего в процессе минералообразования. Прежде всего это касается мольных долей Н^О и СО2. В кордаерите, как известно, щелочи, молекулы газов локализуются в пустотах, приуроченных к структурным каналам. В экспериментальных работах Шраера с соавторами показано, что концентрация газов в образцах определяется составом флюида, давлением и температурой в проведенных опытах. Этот фактор приобретает особое значение для метаморфической петрологии. Так как на сегодняшний день альтернативой при решении этого вопроса является только изучение газово-кидких включений в минералах, индивидуальный анализ которых затруднен мелкими размерами. Более того, ни одним из доступных методов (КР-спектроскопия, волюмо-метрия), привлекаемых для их исследования, невозможно определять такой важный компонент как Н20. Попытка реконструировать флюидный режим, используя валовый'анализ включений хроматографичес-ким методом, может привести к серьезным ошибкам ввиду неоднозначности источников газов.

Таким образом, на настоящий момент кордиерит является перспективной фазой, с помощью которой можно делать количественные оценки состава флюида. Однако и здесь существуют некоторые неясности. В частности, если исходить из положения, что насыщение минерала Н20 и С02 происходит диффузионным путем (последнее практически доказано), то встает вопрос, как будут вести себя природные кордиериты при снижении Р и Т на регрессивном этапе метаморфических процессов. Ответить на него невозможно без( знания коэффициентов диффузии воды и С02 в кордиеритах. Все сказанное подчеркивает и делает актуальным и важным определение кинетических параметров при дегидратации и "декарбонатизации" этого минерала.

Цель работы заключалась в оценке кинетических параметров диффузии воды и С02 в кордиеритах и возможности использования количественных данных по содержанию Н20 и С02 в природных образцах для определения состава минералообразующего флюида. Для этого были решены следующие задачи: I) разработано устройство

для дегазации образцов и предложена методика проведения кинетических исследований (на дегазатор получено положительное решение по заявке на авторское свидетельство);'2) определены коэффициенты диффузии Н20 и СО2 в кордиеритах и выведена их зависимость от температуры, состава и показателя искажений; 3) на основе полученных данных по кинетике дегазации Н20 и С02 образцов проведены расчеты возможных потерь флюида при разных вариантах сброса Р и Т на регрессивной стадии процессов вднералообразова-ния; 4) на основе хромэгографических количественных определений Н2О и СО^ оценены вариации состава фшоида в метаморфических комплексах разных генетических: типов.

Основные защищаемые положения и выводы

1. Коэффициент диффузии Н^О в кордаерите зависит от его состава и показателя искажений (А). Энергия активации (Е) в изученных образцах возрастает от 27 до 56 ккал/моль. Расчетное значение Е для предельного случая (Р = 100?», Д = 0,31)состав-ляет 106 ккал/моль.

2. Мевду энергией активации и логарифмом частотного фактора обнаруживается линейная зависимость, т.е. в кордиерите проявляется известный в физике', так называемый, компенсационный эффект. Такая функциональная связь между основными параметрами уравнения Аррениуса позволяет обосновать зависимость коэффициента диффузии 1^0 от желеэистости и показателя искажений.

3. Коэффициент диффузии 0С>2 в кордиеритах на 1-2 порядка ниже коэффициентов диффузии Н20 при прочих.равных условиях (Д иЙ.

4. По содержанию С02 и Н20 в кордиеритах можно определять состав флюида метаморфических комплексов. Он следующим образом меняется от фации к фации ): эпидот-амфиболитовая -0,20,6; амфиболиговая - 0,6-0,89°2 гранулитовая - 0,6-0,9; роговики -0,7.

5. В методическом плане,разработанное автором,полностью термостатированное устройство дая дегазации твердых материалов позволяет снизить потери летучих за счет сорбционных процессов на стадии анализа. Особенно это касается воды.

Научная новизна. Впервые определены коэффициенты диффузии Н20 и С02 в кордиеритах и выявлена их зависимость от температуры, железистости и показателя искажений. Так, энергия актива-

ции процесса дегидратации для магнезиальных образцов с малым значением Р составляет 1,1 ккал/моль, а для предельного случая (Р = 100$,Д=0,31) - 106 ккал/моль. Коэффициенты диффузии С02 имеют значения на 1-2 порядка ниже аналогичных величин для HgO.

Полученные результаты имеют теоретическое и практическое значение. Они позволяют заранее планировать эксперименты по насыщению. На их базе в настоящее время можно проводить ( с использованием диаграммы состояния) критический анализ поведения Н20 и С02 на регрессивной стадии в кордиеритах разных типов, решать в будущем обратную задачу, а именно, определять по концентрационным профилям HgO и COg в кристаллах скорость и пути сбрасывания давления и температуры. В работе приводится расчет концентрационных профилей распределения Н20 и С02 в кордиеритах с учетом химизма,показателя искажений, размера зерен,' температуры и скорости ее сбрасывания.

Самостоятельное научное значение имеют результаты по содержанию С02 и HgO в природных кордиеритах разных генетических типов. С учетом экспериментальных данных по системе Корд.-HgO-С02 определен состав флюида для процесса кордиеритообразования в пегматитах (Я^ =0,16, =2), породах эпвдот-амфиболитовой (1^=0г41,п =30)? амфиболитовой (Х^ =0,73.п=57), гранулито-вой =0,74,п =71) фаций и рогови£ов =D,72,п =12).

UUn L><Jn

Этот способ оценки состава фтоида является единственным количественным определением и в целом согласуется с другими, имеющимися 'на сегодняшний день данными.

Практическое значение. Установленные экспериментальным путем коэффициенты диффузии С02 и Н20 в кордиеритах позволяют заранее предсказывать длительность насыщения образцов этими компонентами с учетом температур опытов, составов и размеров кристаллов. Например,, исходя из полученных данных можно с уверенностью сказать, что железистые кордиериты размером более 0,5 мм в искусственных условиях насытить невозможно.

Разработанная аппаратура для проведения кинетических исследований и определений состава летучих в кордиеритах может быть успешно использована при рутинных анализах других минералов.

Равномерное распределение HgO в пробе, относительно небольшое весовое количество, а также независимость содержания

воды от условий хранения (коэффициенты диффузии предельно низкие), дают основания рекомендовать кордиерит, а по аналогии с ним и берилл, в качестве эталонов для калибровки хроматографов и масс-спектрометров. Многочисленные наши проверки показали хорошую пригодность этих минералов для метрологических целей.

Фактическую основу работы составляют материалы, полученные автором при лабораторных исследованиях, проводившихся в рамках тематических планов лаборатории термобарогеохимии и лаборатории метаморфогенного минерало- и рудообразования ИМП СО АН СССР. Работа выполнена на базе коллекции кордиеритов Г.Г.Лепезина. Снято 29 кинетических кривых (20 по и 9 по СС^), для чего было проведено 270 частичных хроматографических анализов. При изучении флюидонасыщенности кордиеритов сделано 500 полных хроматографических анализов. Разработана аппаратура и методика для проведения кинетических исследований и.определений состава летучих в кордиеритах.

Апробация работы и публикации. Основные результаты работы обсуждались на 4-ом Всесоюзном симпозиуме по кинетике и динамике геохимических процессов (Киев, 1983), на Х1У съезде Международной минералогической ассоциации (Стэнфорд, 1986), на ■ II Всесоюзном семинаре но использованию термобарогеохимических методов при локальном прогнозе, поисках и оценке рудных месторождений (Звенигород, 1989). По теме диссертации опубликовано 7 работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения; содержит 75 стр. машинописного текста,35 рисунков и 32 таблицы. Список литературы - 81 наименование.

Работа выполнена под научным руководством доктора геол.-мин.наук Г.Г.Лепезина. Ряд вопросов при подготовке работы обсуждался с доктором геол.-мин.наук Ю.А.Долговым, кандидатами наук И.Г.Бакуменко, А.А.Томиленко. Беем этим товарищам автор выражает искреннюю благодарность за конструктивные замечания и советы. Большую помощь в оформлении диссертации оказали Л.А.Егорова, О.С.Шриевская, Л.А.Шохонова.

ГЛАВА I. АППАРАТУРА И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ХР01ШШТАФЖЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Первая глава посвящена аппаратурным и методически?» вопросам проведения газохроматографических исследований кинетики дегазации образцов и определения общего содержания летучих компонентов в кордиеритах. Сделана оценка инструментальной погрешности, выявлены неконтролируемые параметры, в наибольшей степени влияющие на воспроизводимость и точность измерений.

Предложено схемное решение установки, состоящей из трех серийных хроматографов ЛХМ-80 (мод.2 и 3) и позволяющей анализировать на ней с одной навески минерала (50-300 мг) такие компоненты как: С02, 1^0, Н2, СО,/У^(ДТП) и углеводороды от С2 до С5(1ВД).

Установка снабжена дополнительными узлами, восполняющими пробел в оснащении стандартных хроматографов. Так, разработанный роторный кран-дозатор, использ.уешй для калибровки, позволяет вводить газовый компонент в диапазоне 0,001-0,016 см^, что в сочетании с обычным петлевым дозатором дает возможность градуировать область, соответствующую реальным содержаниям вещества в минерале.

Создано оригинальное полностью термостатированное устройство для термической дегазации образцов. Специальные исследования показали, что отсутствие термостатирования ведет к потерям летучих на стадии анализа, особенно Н20, за счет сорбции на холодных частях системы. При изучении кинетики дегидратации берилла (Урал, Изумрудные копи) по 18-ти навескам было определено среднее содержание 1^0, равное 2,32 вес.%. Количество временных интервалов, после которых проводился анализ, варьировало от 2-х до 14-ти на образец. Температура термостата -60°С. Случайная погрешность определения Н20, характеризующая воспроизводимость методики, составила +3,4 отя.% с вероятностью 0,95. При отключенном же термостате (Т=25°С) количество Н20 в берилле при восьми временных интервалах оказалось равным 1,91 вес.!?, т.е. отклонение от среднего значения - 17,7 отн.%.

Калибровка хроматографа по воде осуществлялась на основе образца природного кордиерита, содержащего Н20=1,34+0,05 вес.!?

(среднее из п =5, метод Пенфильда). Калибровка по С02 производилась путем введения стандартных объемов чистого газа.

Перед кинетическими опытами исследовалась динамика нагрева образца до заданной температуры и скорость его охлаждения при выводе ампулы из печи. Было установлено, что образец при попадании в печь нагревался до температур 600°С -и выше за время порядка 2 минут. Точность поддержания температуры в экспериментах составляла +Ю°С.

ГЛАВА. 2. КИНЕТИКА ДШЩРАТАВДИ КОРДИЕРИТОВ

В данной главе на основе литературных данных рассмотрена структурная позиция молекул Н20, представлены материалы изучения кинетики- дегидратации кордиеритов, на базе выведенного уравнения, связывающего коэффициенты диффузии HgO с железисто-стью и показателями искажений образцов, сделаны расчеты длительности процесса гидратации-дегидратации. .

В структуре кордиерита выделяются параллельные оси С цепочки четырехчленных колец •i^2si2®12' К01,°Рые образуют вертикальные каналы (г =1,4 X) с крупными полостями (г =2,2 X). Последние и являются местом локализации молекул Н20, С02, Ar, щелочей и других компонентов, что показано исследованиями ряда авторов с применением Ж-спектроскопии, ЭПР, ЯМР и т.д. Количество Н20 в природных кордаеригах варьирует от 0 до 2,4-2,6 вес.%.

Эксперименты по дегидратации кордиеритов проводились по изотермической схеме со снятием зависимостей |( ^ ),где

lilt - количество воды, выделившейся за время t , мю - общее содержание Н20. Опыты реализованы на 4 природных образцах, характеризующихся максимальным размахом железистости и отличающихся показателями искажения (табл.1). Размер используемых зерен варьировал от 0,05x0,10 до 0,315f0,400 (мм). Времена изотермических выдержек составляли от первых минут до нескольких десятков часов. Мелкие фракции и большие выдержки,как правило, использовались при низких температурах. Для каждого образца было снято по 5 изотерм, обычно при 600, 700, 800, 900 и Ю00°С. Для определения Моо , после снятия кинетических кривых, образны калились при П00°С до полного удаления воды.

Обработка экспериментальных данных для каждой снятой точки на изотерме осуществлялась с помощью уравнения применительно к случаю диффузии из сферы ( Crank, 1975)

Mt { 6 f j CXD(

где rc- средний радиус частиц во фракции, см; - коэффициент диффузии, сиг/сек.

Для изотерм 600°С расчеты выполнялись до сорокового члена(н ) этого ряда. Найденные средние значения коэффициентов диффузии

) для каждой температуры представлены на рис.1 в координатах -^Ь ~ '/т. Полученные зависимости хорошо описываются уравнениями Аррениуса. Их параметры сведены в табл.1.

При анализе этих результатов установлена линейная связь между энергией активации и логарифмом частотного фактора: lifh„ = 4,85-10-]-Е - 19,5, что. характерно при компенсационном эффекте. Он проявляется в пересечении примерно в одной точке кинетических кривых (рис.1). Линейная зависимость между Е и hfh0 позволяет выразить коэффициент диффузии в уравнении Аррениуса только через энергию активации.

Изучение кинетики дегидратации более чем 40 образцов кор-диеритов неизотермическим способом с применением масс-спектрометра (Лепезин и др., в печати) подтвердило 'наличие компенсационного эффекта и позволило установить связь между Е, Р и & : Е = 1,11 + Д (64,5 + бО.б-в-tF)

Следовательно, окончательно для коэффициента диффузии можно записать: г

3,58-I0~9exp|[l,II + Д-(64,5+60,6-£пР) х (4,85-Ю-1. -

lL л ВТ I

где & - в градусах, F - в %, S - газовая постоянная в кал/моль-К, Т - температура в градусах Кельвина.

Коэффициенты диффузии, полученные разными способами (экспериментальные значения, вычисленные по уравнениям Аррениуса и последнему) имеют хорошую сходимость. Voth. составляет +5,1%.

На основе этих материалов можно рассчитывать длительности гцдратации-дегидратации в условиях эксперимента, а также использовать их при интерпретации природных данных. Так, при 800°С время (i ) 95% удаления 1^0 слабо зависит от А и F и определяется в основном размерами кристаллов. С понижением темпера-

т.уры различия в i становятся существенными уже в функции от Л и Р. При Т = 500°С, г= 0,1 см, Р = 1,0/5 и А = 0,10 время дегидратации равно 29 суткам, а при ? = 100$, Л = 0,31 и тех же разменах зерен t составит 1,0 млн.лет.

Рис.1. Зависимость коэффициентов диффузии от температуры. Правый верхний угол - зависимость частотного фактора от энергии активации. 1,2,3,4 - номера образцов. Iх, 3х - образцы с С02

Расчеты также показывают, что дегидратировать-гидратироватъ кордиериты в опытных условиях при Т<600°С, г >0,01 см, Г >50$ и & >0,20 практически невозможно.

ГЛАВА 3. КИНЕТИКА ДЕГАЗАЦИИ (С02) КОРДИЕРИТОВ

В главе отражены результаты исследования зависимости кинетических параметров "декарбонатизации" кордиеритов от температуры и химического состава образцов, сделаны расчеты длительности процесса насыщения - дегазации С02 для разных температур с учетом размеров кристаллов.

По современным представлениям молекулы С02 занимают те же полости структурных каналов, что и Н20. Количество С02 в природных образцах варьирует от 0 до 2,2 вес.% и теоретически может достигать в чистом Мд-кордиерите 6,99 вес.$.

Изотермические опыты по "декарбонатизации" кордиеритов выполнены на двух образцах (151 и }53), которые ранее использовались и в экспериментах по дегидратации. Кордиерит К I в исходном состоянии содержит малое количество С02(0,15 вес.%), поэтому он перед снятием кинетических параметров, после предварительного отжига, насыщался С02 при Т = 750°С, Рсо = 3,2 кб в течение 100 часов. Опыты по насыщению ставил Шведен§ов Г.Ю. Образец $ 3 содержит достаточное количество С02 в исходном состоянии (табл.М).

Всего было снято девять изотерм /Мэо= | '(■£ ). Применялась фракция от 0,05-0,10 до 0,30*0,40 (мм). М^определялось после отжига при П00°С. Далее материалы обрабатывались с помощью уравнения применительно к случаю диффузии из сферы. Средние значения ^ для разных температур представлены на рис.1. Зависимости й = |(Т) для обеих проб хорошо описываются уравнениями Арре-ниуса (табл.1).

Согласно представлениям о структурных позициях молекул Н20 и С02, последние, при одновременном их нахождении в кордиеритах, должны блокировать при нагревании выход молекул Н20 из каналов.-На практике этого не происходит (см.образ'ец йЗ), коэффициенты диффузии Н20 значительно выше аналогичных величин для С02(рис.1). Иными словами намечается необъяснимое противоречие. :между теорией и нашими экспериментами.

Таблица I •

Кинетические параметры диффузии Н20 и С02 в природных кордиеритах

Компонент В обр. Кол.. вес.% А ° Темпера турный интервал, К Энергия активации №), кал/моль Частотный фактор (ЧЬо ),сиг/сек

Н?0 1 2 3 4 2.33 1.34 0,82 1,95 1,5' 23,0 28,3 95,3 ,0,223 0,234 0,260 0,139 873-1273 873-1273 973-1273 873-1273 27000+100 40300^500 47400^250 56300+150 2,08-Ю~3+6-КГ5 1,06 + 0,33 23,3 + 2,8 3,60-Ю3+0,20-Ю3

со2 I 3 1,70х 1,52 1,5 28,3 0,223 0,260 1073-1273 973-1273 48400+200 78700+400 1,75 + 0,20 2,76'106+0,60.106

х - после насыщения

\

Изотермическим способом било изучено только два образца, вследствие чего выявить сразу зависимость 0 от Е не представляется возможным. Поэтому'были привлечены данные, снятые с помощью масс-спектрометра, по "декарбонатизации" II природных сб-^ разцов неизотермическим-способом (Лепезин и др.,' в печати). При обработке полученных таким методом результатов выявлен компенсационный эффект, что позволяет нам использовать результаты изотермических экспериментов и по двум точкам получить выражение ¿0*5)0 = 4,71-10""^ - 22,2. Правда, оно применимо только в интервале Д = 0,20*0,31 и Р = 16*43$;, так как именно в этих пределах находились значения Ал F в изученных II образцах. -

При обработке неизотермических данных была также выявлена связь между Е, 5 и А : Е =-29,5 + Р(18,5Д-3,30). Из анализа этого уравнения видно, что для Р = 100% и Д =0,31 значение • Е = 273 ккал/моль. Для воды при тех же значениях Р и Д имеем Е = 106 ккал/моль, т.е. более чем в 2 раза ниже.

Последовательно подставляя последние две зависимости в уравнение Аррени.уса, 'можно связать коэффициенты диффузии с температурой, Р и А :

<^¡ = 2,28-ПГ10 ехр | [ 29,5+Р(18,5Д-3,30)] х (4,71-Ю-1 - 1Ш-)1

Полученное выражение объясняет значительное влияние на кинетические параметры химического состава кордиерита и его показателя искажения. На основе этого уравнения можно рассчитать длительности процессов насыщения-дегазации. Так, при высокой температуре (Т=800°С) время ( i ) 95% "декарбонатизации" кордиери-тов практически не зависит от Р и Д, а определяется, в основном, размером зерен ( т ). При Т=500°С на i дегазации уже резко влияет Р и А . Для i=0,I см, 1=1$ и Д =0,20° оно составляет 15 лет. Увеличение же Р до 50% и А до 0,31 при том же размере зерен ведет к увеличению t до 7,8*10^ лет. Кроме того, расчеты показывают, что насытить кордиериты СО^ в экспериментах при Т< 700°С, г >0,1 см и любом значении Р'и А практически невозможно.

ГЛАВА 4. ОЦЕНКА СОСТАВА ФЛЩЦА КОРДИЕЖСОДЕШЩИХ КОМПЛЕКСОВ

В этой главе на основе литературных и оригинальных данных,по содержанию Н20 и С02 в природных кордиеритах рассчитана мольная доля С02 во флзоиде, Рфд, Pcq^ и Pjj q для метаморфических комплексов разных фаций умеренных ^давлений. Обсуждаются источники ошибок в оценке состава флюида. Рассмотрены кинетические аспекты дегазации или насыщения коодиеригов на регрессивной стадии.

Анализ природных кордиеритов показал, что в них Н20 и СОр являются доминирующими компонентами, в сумме обычно составляя I,5f2 вес.$. Количество Н2, к2, СО в совокупности, как правило, менее 0,1 вес.%. Органические газы от Cj до С^, фиксируете в образцах, не имевт отношения к структурным каналам, так как присутствуют только на начальной стадии газоввделения. Таким образом, наибольший интерес представляют Н20 и С02, в отношении которых была сделана попытка оценить вариации состава флюида метаморфических комплексов, содержащих кордиерит.

Расчеты X®71 и Pg- проводились по уравнению, предложенному Г.Г.Лепезиным со2(1983), который использовал при его выводе экспериментальные результаты по поведению Н20 и С02 в магнезиальных пробах (Johannfes rmd Schreyer , 1981). Оно воспроизводит исходные данные в отношении Х^ с точностью +3 ота.%.

Воспроизводимость результатов определений основных компонентов в кордиеритах на хроматографе и рассчитанных по ним величин составляют (в отн.#): Но0К0ЕЦ = 7,I(s =0,05), С0^°рд=3,0(б=0,С2), xggiW=4,9 ( s=0,01), xf^ =2,5 ( s=0,02). Источником ошибок в оце-нке^состава флюида может^бнть и температура. Однако и здесь отклонения Х^л не выходят за пределы указанной погрешности. Так, при Т=±50 б = +(0,01-5-0,03), что связано с крутым наклоном

кривых HgOconst и 2С02 const к оси давления. Поэтому каждой из метаморфических фаций мы придавали усредненное значение Т : эпи-дот-амфиболитовая - 600°, аглфиболиговая - 700°, гранулитовая -800°, роговики - 750°С.

Для удаления Н20 и 002 из различного рода дефектов, существование которых подтверждается наличием низкотемпературного максимума на масс-слекгрометрических кинетических кривых (Лепезин и др., в печати), образцы предварительно отжигались в течение 10 минут при 600°С.

Общее число проб с учетом литературных данных составляет 172. Они сгруппированы в пять выборок (табл.2, рис.2). По содержанию Н20 между собоИ сопоставимы кордиериты из пород гранулито-,. вой, амфиболитовой фации и роговиков (в среднем 0,9 вес.%). Повышенные концентрации данного компонента характерны для образцов из эпвдот-^амфиболитовой фации и пегматитов. Наиболее контрастная картина наблюдается в отношении С02, количество которой закономерно растет при переходе от низкотемпературных к высокотемпературным пробам. С выборкой гранулитовой фации по составу флюида сопоставимы метаморфические породы амфиболитовой фации.

Различия проявляются в величинах общего давления. Пробы из гранулитов смещены в область высоких давлений, в то время как образцы из амфиболитовой фации ложатся в основном между изолиниями 1-4 кб (рис.2). Для метаморфических комплексов эпидот-ам-фиболитовой фации характерны предельно низкие значения Х?? .Высокая мольная доля С02 во флюиде фиксируется в роговиках Санги-лена. И практически нет С02 в кордиеригах из пегматитов, но в них достаточно много воды. Таким образом, из анализа полученных данных следует, что с повышением степени метаморфизма уменьшается мольная доля воды во флюиде, растет общее давление и парциальное давление С0о.

В то же время в пределах многих комплексов, а также между собой, внутри практически каждой выборки, наблюдаются значительные вариации , Р^, Рс0 и Рн 0. Так, среди гранулитовых комплексов по составу флюид§ ( с ^учетом средних и дисперсий)

сопоставимы Алданский, Анабарский и Балтийский щиты (X®?

оир

0,66*0,77). Повышенная мольная доля С02 характерна для гранулитов Канадского щита =0,81, э =0,06) и саше низкие значения фиксируются в гранулит§х Индийского щита (Х^ =0,54, э =" 0,12). Максимальные параметры флюидного давления им§ют Балтийский №^=7,7 кб, Б=1,5) и Индийский (Рфд=7,6 кб, э =2,1) щиты. Однако'один от другого они отличаются средними величинами Р^ д• и РСф (соответственно 2',I; 5,6 и 3,7; 3,9К 2

^Достоверность полученных результатов в значительной' мере определяется скоростью сбрасывания температуры и давления на регрессивном этапе метаморфических процессов. В работе были рассмотрены различные варианты снижения Р и Г, а также рассчитаны

Среднестатистические оценки Х®^

Таблица 2 Рфл' Рсо? п0 кордиеритам

н2о_ вес.%

со2

вес.р

у-корд 2

Р-кбар

р

2'

кбар

Р, %

X s

X s

0,91 0,39

0,86 0,32

Гранулитовая фация (n=7i)

0,32 0,45

0,32 0,16

0,744 0,122

6,1 2,1

Алфиболитовая фация (п =57)

0,48 0.27

0,20 0,09

0,733 0,091

3,2 2,0

4,4 1,4

2.3

1.4

Эпидот-амфиболитовая фация (п -30)

X 1,25 0,19 0,06 0,414 2,0 0,9

S 0,23 0,12 0,04 0,201 0,9 0,7

Роговики (п =12)

X 0,90 0,36 .0,15 0,724 2,8 2,0

S 0,18 ' 0,14 ' 0,05 0,031 0,8 0,6

Пегматиты (п =2)

X 2,14 0,09 0,015 0,163 6,2 0,9

21,4

3.0

32,4

6.1

39,4 5,5

48,4

для промежуточного по составу кордиерита (Р = 28$, Д= 0,26°) концентрационные профили Н20 и С02 в образцах. Минимальные искажения будут для случая, когда путь понижения P и Т лежит между кривыми Н^Оconst и COoconst . Если снижение идет по изохорам для С02 и Н2О, то отклонения содержаний рассматриваемых компонентов от исходных концентраций, даже с точки зрения диаграммы состояния (предельно равновесные условия), может измениться на 0,1*0,3 вес.55.

Крутой положительный наклон изолиний, относительно низкие коэффициенты диффузии Н20 и С02 для P-T условий, где неизбежно пересечение линий Н20const и С02 const, позволяют надеяться на то, что сделанные оценки состава флюида являются правдоподобными. При детальных исследованиях интересно было бы знать особен-

ности распределения данных компонентов в природных кристаллах разных генетических типов, которые позволили бы конкретизировать пути снижения температуры и давления на регрессивной стадии и внести соответствующие поправки в определения СО^71 и Р^.

Рис.2. Диаграмма состояния Х^^Д _ дфл при 7(Х)0С: ^ _ пегматиты, 2 - эпидот-амфиболитовая, 3 - амфиболитовая, 4 - грану-литовая фация и 5 - роговики. Изобары проведены через I кб (1-10)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В работе изучена кинетика диффузии воды и С02 в кордиери-тах и предпринята попытка на базе оригинальных и литературных данных по содержанию Н20 и С02 в образцах охарактеризовать сос-

тав флюида различных метаморфических комплексов умеренных давлений.

Установлено, что коэффициенты диффузии Н20и С02 в кордие-ритах зависят от железисгости, показателей искажения и температуры. С увеличением А и Р они уменьшаются.

Коэффициенты диффузии С02 значительно ниже коэффициентов диффузии Н20, эти различия резко возрастают с уменьшением температуры.

Представляет самостоятельный теоретический интерес установление в том и другом случаях, так называемого, компенсационного эффекта.

Результаты исследований применимы при планировании экспериментов по дегазации (насыщению) кордиеритов, а также и при интерпретации природных данных. В частности, из анализа кинетических параметров, а также возможных вариантов снижения Р и Т на регрессивной стадии следует, что по содержанию Н20 и С02 в кордиеритах можно определять состав флюида. С использованием уравнения = I (РА_;Т) обработано 172 пробы кордиеритов разных генетических типов. Установлено, что с повышением степени метаморфизма

флюид обогащается С02. При близких значениях Х^ выборки, относящиеся к амфиболитовой и гранулитовой фациям, ^ отличаются флюидным давлением, а, следовательно, они отличаются и парциальным давлением С02.

В пределах большинства из рассмотренных групп наблюдается значительный разброс Х^ (Алданский щит: Хга±п* >товх= 0,504-0,89; Музкольский комплекс: Хтах= 0,33-0,74 и др.). Напротив,

дая других комплексов характерны небольшие вариации (Сангикарс-кий комплекс: Хт1п*- Хтах = 0,70*0,83; Сангиленскш массив: Хт1п 4-Хшах = 0,68* 0,77 и др.). Все это в совокупности позволяет ставить и решать более специальные задачи, например, по изучению флюидного режима в областях анатексиса, при переходе от одного типа пород к другому, при образовании кордиерита ювелирного качества и т.д..

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕЛЕ ДИССЕРТАЦИИ: I. Лепезин Г.Г., Меленевский В.Н., Осоргин 11.10., Юрковский С.А. Определение коэффициентов диффузии воды в кордиеритах. -ДАН. - 1983. - Т.268. -№5. - С.1218-1222.

2. Лепезин Г.Г., Осоргин II.Ю., Шведенков Г-.Ю. Определение коэффициентов диффузии COg в кордиеритах // Кинетика и динамика геохимических процессов: Тез.докл. 4-го Всесоюзного симпоз. - Киев, 1983, С.68-69.

3. Ледезин Г.Г., Осоргин НЛО., Шведенков Г.Ю. Определение коэффициентов диффузии COg в кордиеритах. - ДАН. - 1984. - Т. 275. - М, - С.970-974.

4.Lepezin G.G.,Osorgin N.U. Dehydration kinetics of cor-dierites // 14 th Gen.Mett.Int.Miner.Assoc., Stanford, Calif., 13-18 July,1986. Abatr. Program.-Washington, 1986. P. 154.

5. Осоргин Н.Ю. Хроматографическая установка для одновременного определения органических и неорганических газов //Тер-мобарогеохимия минералообразующих процессов. - Новосибирск. -1990. - С.129-140.

6. Осоргин Н.Ю. Источники ошибок определения состава летучих при термическом методе дегазации образцов // Термобарогео-химия минералообразующих процессов. - Новосибирск. 1990. С.120-129.

7. Осоргин Н.Ю. Хромагографический анализ газовой фазы в минералах. - Препринт. - Новосибирск: Изд-во Ин-та геол. и геоф. СО АН СССР, 1990. - 32 с. •

Технический редактор О.М.Вараксина

Подписано к печати 05.12.91 Бумага 60x84/16. Печ.лД.О. Уч.-изд.л. 0,95. Тирад 100. Заваз 323.'

Объединений институт геологии, геофизики и минералогии СО АН СССР Новосибирск,90. Ротапринт.