Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Динамика разделения химических элементов при кристаллизации основных и ультраосновных магм

ВАК РФ 04.00.02, Геохимия

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Арискин, Алексей Алексеевич

Введение

Глава I. Фракционная кристаллизация основных силикатных расплавов.

§1. Петрологическое значение концепции фракционной кристаллизации

§2. Способы исследования фракционной кристаллизации силикатных расплавов

§3. Распределение главных элементов между оливином, плагиоклазом, пироксеном и базальтовым расплавом

§4. Алгоритм моделирования фракционной кристаллизации, лежащий в основе программы "РГФК"

§5. Исследование закономерностей идеального фракционирования базальтовых расплавов

Глава II. Численное моделирование равновесной кристаллизации основных силикатных расплавов

§1. Задачи моделирования равновесной кристаллизации силикатных расплавов

§2. Термодинамические основы решения задачи равновесия в гетерогенных системах базальтового состава

§3. Алгоритм моделирования равновесной кристаллизации основных силикатных расплавов

§4. Численное моделирование равновесной кристаллизации базальтовых расплавов

Глава III. Геохимическая термометрия и условия образования базальтов с места посадки AMC "Луна-24".

§1. Значение вариационных диаграмм в магматической петрологии и принцип метода геохимической термометрии

§2. Алгоритм поиска составов производных магматических расплавов.

§3. Поиск составов магм родоначальных для серии пород

Моря Кризисов на Луне

Глава 1У. Динамика формирования геохимического строения пластовых интрузивов

§1. Кумуляционный и конвекционно-кумуляционный механизмы кристаллизационной дифференциации

§2. Алгоритм моделирования тепловой истории и химической дифференциации пластовых интрузивов

§3. Динамика формирования геохимической структуры дифференцированных силлов Палисэйд и Кузьмовка

Введение Диссертация по геологии, на тему "Динамика разделения химических элементов при кристаллизации основных и ультраосновных магм"

Актуальность темы. Разработка теории эволюции магматических систем не возможна без построения и анализа количественных моделей процессов, привлекающихся петрологами для объяснения фор* мирования и разнообразия составов магматических горных пород. Довольно широкий спектр возможных механизмов дифференциации магматических расплавов, условий их зарождения и кристаллизации, многокомпонентное^ природных силикатных систем - все это часто затрудняет или делает невозможной оценку геохимических следствий и реалистичности различных петрогенетических схем.

Сказанное в полной мере относится и к одной из фундаментальных петрологических концепций - концепции кристаллизационной дифференциации. Общие представления о ведущей роли в магматическом петрогенезе процессов, контролирующихся равновесиями кристалл-расплав, нередко с трудом поддаются количественному анализу и проверке. Одной из основных причин этого являются затруднения, связанные с определением составов жидкой и твердых фаз при различных условиях кристаллизации - плавления многокомпонентных гетерофазовых силикатных систем, а также сложности в установлении порядка появления (исчезновения) минералов в ликвидусных ассоциациях и оценке реальной направленности I эволюции магматических расплавов.

Вторая причина заключается в том, что механизмы кристаллизационной дифференциации нельзя рассматривать в отрыве от термической истории магматических систем. Температурные градиенты на краях и в пределах магматической системы задают скорость кристаллизации (плавления) и определяют фазовый состав ликвидусных ассоциаций в каждой точке пространства. Различия в плотности ликвидусных фаз приводят к относительным перемещениям кристаллов и расплава. Это, в свою очередь, способствует установлению новых температур и термических градиентов, которые определяют формирование новых ликвидусных ассоциаций и перемещение в пространстве фазовых границ. В этом проявляется взаимосвязь термодинамического и динамического аспектов магматической эволюции (Коптев-Дворников Е.В., 1982), свидетельствующая о необходимости построения сложных моделей кристаллизационной дифференциации, учитывающих наличие обратных связей между термодинамическими и физическими параметрами процесса.

В частности, это относится к таким классическим объектам проявления кристаллизационного фракционирования, которыми являются расслоенные плутоны и дифференцированные силлы основного t состава. Значение этих объектов не исчерпывается приуроченностью ко многим из них рудных месторождений, а определяется также возможностью проверки реалистичности привлекающихся для объяснения их строения механизмов дифференциации, следовательно, и оценкой возможной относительной роли этих механизмов в магматическом петрогенезе в целом.

Таким образом, актуальными становятся, с одной стороны, построение и исследование термодинамических моделей кристаллизации - плавления многокомпонентных силикатных систем; с другой стороны, разработка на их основе динамических моделей формирования расслоенных интрузивов, позволяющих производить расчет и сравнение геохимических характеристик модельных и природных объектов конкретного состава и мощности.

Для построения такого рода моделей в настоящее время есть все предпосылки. Во-первых, в области экспериментальной петрологии накоплен значительный объем информации о термодинамике ликвидусных р&овесий в системах основного и ультраосновного состава. Это дает возможность разрабатывать довольно точные модели кристаллизации базальтовых систем, учитывающие переменность состава и пропорций кристаллизации основных породообразующих минералов. Во-вторых, благодаря работам М.Я.Френкеля и

I . .

А.А.Ярошевского с сотрудниками (1974-1984) сложилось физическое непротиворечивое и ясное представление о динамике процесса заi твердевания интрузивных расплавов. Это позволяет приступить к разработке алгоритмов моделирования формирования конкретных I дифференцированных объектов. В-третьих, наличие подробной информации о геохимическом строении дифференцированных интрузивов различного состава и мощности дает возможность весьма объективно оценивать соответствие расчетных и природных распределений химических элементов.

Цель работы и задачи исследования. Основная цель данной работы заключалась в построении термодинамически последовательной модели кристаллизации базальтовых расплавов и разработке на ее основе количественной модели затвердевания и дифференциации инI трузивных магм основного состава.

В ходе работы решались следующие задачи:

1. Построение и анализ моделей идеальной фракционной и равновесной кристаллизации базальтовых расплавов.

2. Установление при помощи этих моделей генетических связей и условий кристаллизации базальтов Моря Кризисов на Д]уне.

3. Построение динамической модели формирования геохимического строения пластовых интрузивов и оценка правомерности положенных в ее основу представлений о конвекционно-кумуляционном механизме дифференциации интрузивных магм.

Научная новизна. Разработаны вычислительные процедуры, позволяющие производить расчет на ЭВМ траекторий фракционной (программа "РТФК"), равновесной (программа "РТРК") и любых промежуточных типов кристаллизации базальтовых расплавов при атмосферном давлении и "сухих" условиях.

На базе программы "РТФК" впервые выполнено исследование количественных закономерностей идеального фракционирования анхи-базальтовых расплавов; в частности, оценено влияние исходного состава на скорость фракционирования отдельных фаз системы и I характер изменения пропорций кристаллизующихся минералов.

На основе программы "РТРК" разработан новый метод анализа и выявления генетических связей между породами, составляющими значительные по объему и разнородные по химическому составу выборки магматических горных пород. Используя этот метод (названный геохимической термометрией) оценен наиболее вероятный состав родоначального для большой группы изверженных пород Моря Кризисов магматического расплава.

Впервые предложен и реализован на ЭВМ БЭСМ-6 алгоритм моделирования динамики формирования геохимического строения интрузивных базитов конкретного состава и мощности (программа "ИНТРУЗИВ"). Путем численного моделирования образования силлов Па-лисэйд и Кузьмовка показано, что на основе представлений о кон-векционно-кумуляционном механизме дифференциации интрузивных магм возможна непротиворечивая количественная интерпретация строения этих объектов вкомплексе минералогической и геохимической информации.

Практическая ценность проведенной работы заключается в разработке ряда вычислительных процедур, которые, несмотря на некоторое несовершенство лежащих в их основе моделей, уже сейчас могут быть использованы для решения задач, связанных с крис, 1 таллизационной историей и дифференциацией основных магм. К настоящему времени эти программы внедрены и используются сотрудниками кафедры геохимии М1У, ИО АН СССР и ВСЕГЕИ (тексты программ написаны на языке "Фортран-1У").

Фактический материал.Термодинамической основой разработанных процедур являются экспериментальные данные о температурных зависимостях констант минералообразующих реакций для пар оливин-расплав (fcoeder , Ennsiiß ,1970; Lon^hi et a€. ,1978), плагиоклаз-расплав tJirake ,1976) и пироксен-расплав (//¿eisen » Drake »1979) , а также данные о распределении элементов-примесей между породообразующими минералами и базальтовым расплавом (Irving ,1978) .

Дднные о химическом составе 61 фрагмента пород с места посадки AMC "Луна-24" (Море Кризисов) были любезно представлены Л.С.Тарасовым (ГЕОХИ АН СССР). На основании этих данных был выполнен расчет 61 линии эволюции составов жидкостей, образующихся при равновесной кристаллизации расплавов пород Моря Кризисов. Сравнительный анализ рассчитанных траекторий позволил идентифицировать группу пород, определенно являющихся продуктами фрак* ционирования одного родоначального расплава.

По программе "ИНТРУЗИВ" автором выполнено более 50 вариантов расчета формирования силла Палисэйд и около 30 вариантов расчета (совместно с Е.В.Коптевым-Дворниковым) формирования Кузьмовского силла долеритов. При заданном средневзвешенном составе и мощности для каждого интрузива различия между вариантами были обусловлены вариацией и подбором динамических параметров процесса дифференциации до тех пор, пока модельные распределения главных и примесных элементов не воспроизводили бы природные. Данные о геохимическом строении этих объектов заимствованы из работ К.Р.Уокера и Б.С.Киреева.

Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертации докладывались на III и 1У Всесоюзных симпозиумах по кинетике и динамике геохимических процессов (Новосибирск, 1979; Киев, 1983), на 1У Всесоюзной школе-семинаре "Применение математических методов для описания и изучения физико-химических равновесий" (Иркутск, 1982), на УШ и IX семинарах по геохимии магматических пород (Москва, 1982,1983). Два доклада представлялись на ХШ и Х1У конференциях по Луне и планетам (Хьюстон, США, 1982, 1983).

Автор глубоко признателен своим научным руководителям кан I . дидату химических наук М.Я.Френкелю и кандидату геолого-минералогических наук А.А.Ярошевскому за интересно и последовательно поставленные задачи исследования, скурпулезнШ и критический

• I разбор полученных результатов. Автор благодарен Б.С.Кирееву и Л.С.Тарасову за представленный аналитический материал, а также кандидату геолого-минералогических наук Е.В.Коптеву-Дворникову и М.А.Назарову за полезные замечания по содержанию работы.

Автор выражает признательность Г.С.Барминой, Н.Н.Бобиной, Е.В.Забалуевой, А.Ф.Кудряшовой и В.П.Шашкиной за помощь при подготовке и оформлении диссертации.

Заключение Диссертация по теме "Геохимия", Арискин, Алексей Алексеевич

Данные выводы представляются нам достаточно обоснованными, тогда как отмеченные выше некоторые тонкие особенности фракционной кристаллизации (например, характер перитектических соотношений между минералами) требуют экспериментального подтверждения.

ГЛАВА П

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАВНОВЕСНОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ОСНОВНЫХ СИЛИКАТНЫХ РАСПЛАВОВ

§1. Задачи моделирования равновесной кристаллизации силикатных расплавов

При формулировке и построении количественных моделей геохимических систем всегда следует иметь в виду две одинаково важных и дополняющих друг друга стороны моделирования - термодинамическую и динамическую [зл] . Термодинамический аспект моделирования магматических процессов заключается в необходимости построения и использования как можно более точной модели фазовой диаграммы для магм широкого диапазона составов (фазовый со

I став и составы$аз системы в зависимости от заданных Р-Т условий). X

Динамическая сторона моделирования включает детальное рассмотрение как термической истории жизни системы в целом, так и закономерностей перемещения во времени и пространстве ее отдельных фаз и компонентов. Игнорирование или недостаточно последовательный учет любого из этих факторов препятствует построению целостных моделей геологических процессов и может привести в конечном счете к ошибочным петрологическим выводам. Причина этого заключается во взаимном влиянии термодинамики и динамики: фазовая диаграмма задает последовательность выделения минералов, которые под действием различных сил л вследствие различий в своих теплофиз::ческих свойствах отделяются от равновесного с ними расплава (или раствора) и сепарируются друг от друга; перемещение фаз приводит к локальным или глобальным изменениям валового

- еьсостава системы, что обеспечивает изменение или относительное смещение порядка выделения минералов по сравнению с исходным составом.

С этой точки зрения предложенный в предыдущей главе алгоритм моделирования идеальной фракционной кристаллизации имеет ограниченное применение. Дело в том, что применительно к затвердеванию интрузивных расплавов фракционная кристаллизация может рассматриваться как модель такого течения процесса, когда появляющиеся в объеме жидкости твердые фазы мгновенно от нее отделяются и формируют кристаллический осадок. Такой ход дикуфе-ренциации по сути представляет собой предельный случай, поскольку при этом приходится предполагать бесконечно высокие скорости перемещения твердых фаз. Другой крайний случай предполагает бесконечно низкие скорости перемещения минералов, что при условии полноты диффузионного обмена должно приводить к равновесному затвердеванию системы. Очевидно, что вследствие различий в теп-лофизических характеристиках породообразующих минералов базальтовых систем (особенно в размерах зерен и плотности) и скоростях диффузии минералообразующих компонентов в жидкой и твердых фазах кристаллизация расплава в магматической камере должна быть промежуточной между идеальной фракционной и равновесной. Это обуславливает необходимость разработки алгоритма, позволяющего производить полный расчет информации о равновесии при условии нахождения на ликвидусе конечных количеств минералов.

§2. Термодинамические основы решения задачи равновесия в гетерогенных системах базальтового состава

Решение задачи равновесия в многофазной многокомпонентной системе заключается в определении фазового состава и химического состава фаз, стабильных при заданных параметрах состояния системы. В рамках аппарата химической термодинамики эта задача сводится к поиску минимума свободной энергии системы при заданных внешних условиях. Для ее решения необходимо знать термодинамические функции всех протекающих в смеси реакций или присутствующих индивидуальных компонентов во всех фазах.

Во внедрении техники термодинамических расчетов в геохимии в последние годы были достигнуты значительные успехи, которые в основном связаны с разработкой ориентированных на применение ЭВМ алгоритмов минимизации термодинамических потенциалов [1.13, 2.34] . Однако разработанные алгоритмы нашли петрологическое приложение лишь в системах, в которых имеются надежные теоретические методы расчета химических потенциалов компонентов в зависимости от составов растворных фаз (не слишком плотные газы, подчиняющиеся теории Дебая-Хюккеля растворы сильных электролитов). Для растворов сложного строения, к которым относятся и силикатные расплавы, они оказались неприменимы. В связи с этим для расчета равновесий расплав-минералы было предложено использовать метод решения системы уравнений равновесия и баланса масс, опираясь на прямые экспериментальные данные о распределении элементов между фазами силикатных систем [2.35] . Метод решения системы уравнений равновесия по сравнению с методом минимизации термодинамического потенциала представляется довольно примитивным, но решающим оказывается то, что он не требует детального знания зависимостей химических потенциалов компонентов от составов жидкой и твердых фаз. Используя этот подход, Ланг-мюр и Хансон [2.35] сумели расчетным путем воспроизвести диаграмму состояния системы Йп - То - Вс0о и экспериментальную траекторию равновесной кристаллизации толеитового базальта ( 01 01+РС ), однако, предложенный метод не был реализован в виде направленного на применение ЭВМ алгоритма.

Задача, алгоритм решения которой рассматривается ш::ке, ставится следующим образом. При постоянном давлении (I атм ) имеется определенное количество (для простоты I моль) смеси расплава и твердых минералов с валовым содержанием окислов Тс02)

РеО,СаО,^ггО,Иго)- Задано также значение степени фракционирования расплава % (деля твердых фаз). Требуется определить для состояния равновесия значений следующего набора величин: мольные количества твердых минералов Пп = ОС , Р1 , Рх У , Рх2 ), а также их миналов И? (у = , Еа , Лп , ДЬ , Г/г I » Д5-1 { , ТЫ 1 Лп 2 , , М? 2 , 2х), мольные количества окислов в жидкой фазе ^ и температуру равнове сия Т.

Если термодинамические данные о системе представлены в виде температурных зависимостей коэффициентов распределения элементов между фазами и/или констант равновесия минералообразующих реакций (таблицы I и 2), то эта задача сводится к решению системы нелинейных алгебраических уравнений относительно температуры и мольных количеств компонентов системы, находящихся в форме сосуществующих соединений или фаз. Моментом, затрудняющим построение численной процедуры решения задачи равновесия в рассматриваемом случае (равновесие поликомпонентного расплава с минералами

Использование перечисленных в таблице 2 уравнений дает возможность решать задачу равновесия с расплавом четырехкомпонент-ных твердых растворов пироксенов: Еп = ^в » =

У0 = СагОв , СаА1г$10в.

- твердыми растворами), является фазовый характер реакций, т.е. тот факт, что в равновесной ассоциации какие-либо из потенциально возможных фаз могут отсутствовать. Термодинамическая нестабильность некоторых фаз при заданных внешних условиях математически выражается в том, что условия их равновесия оказываются несовместимыми с уравнениями равновесия остальных фаз и принятыми ограничениями (постоянство валового состава системы, неотрицательность концентраций компонентов £ фазах). Процедура решения задачи равновесия в этом случае должна содержать способ систематического выбора тех уравнений, которые необходимо отбросить, т. е. способ поиска нестабильных фаз.

Построенная нами процедура для решения этой проблемы использует тот факт, что система уравнений равновесия многофазной смеси становится всегда совместимой с принятыми ограничениями, если отказаться от единственного условия - что все равновесия имеют место при одной и той же температуре, т.е. если решать эти уравнения относительно температур, различных для различных минералов. Ниже будет показано, что сравнение найденных таким образом температур позволяет определить, какие из фаз в равновесии отсутствуют (способ аналогичный методу сравнения дсевдо-ликвидусных температур минералов, использованному Натаном и Ван-Кирком при разработке модели фракционной кристаллизации силикатных расплавов - глава I).

Уравновешивание минералов с расплавом

Уравновешивание состава каждого минерала феставом жидкости при заданном значении У производится путем проведения обменных реакций, т.е. переносом минералобразующих компонентов из распп лава в кристаллы и из кристаллов в расплав (21д^¿ = 0) до тех пор, пока составы фаз не будут удовлетворять соответствующему уравнению равновесия (19-22). С учетом используемых уравнений (таблицы I и 2) в предлагаемом алгоритме уравновешивание составов минералов и расплава сводится к решению одной из следующих систем уравнений.

Пусть и - составы жидкой и твердых (если 0) фаз в прогнозном неравновесном состоянии при заданном значении У . Тогда для' уравновешивания с расплавом выделившегося оливина необходимо решить систему уравнений:

Ов-и 0€-1* ^

КМ60 = МО/Т-¿.87 } КГе0 = ЗЗП/Т-2.50 , . . | I

-—■-:-—,I

В результате решения этой системы определяется полный набор

01 01 . П£ параметров равновесного состояния: /2} ^га ~

ПЪ(о) ~ АГеО/2 , Я&р *ЬцоСо) ПЪ0(о) *ЛГеО^¿^^(о) > где 1ФМбО ТеО % я температура равновесия Т.

Р1 рс рс

УравновёШвшше К - Я-дф) + молей плагиоклаза и молей комплементарного ему расплава производится путем решения системы уравнений (24):

• моо/т , С = - 2.23 , I пв1вш(,) +ПМ203(о) +Г1\оМ +ПКгО(с) ,

1 + > ; (24) ( ре ре У

В результате находим температуру равновесия Т, состав кристаллов плагиоклаза ~, «г рс

ЙЬ(о)~ л/?ь

Л* рг и равновесного с ними расплава: /Ь^^зсо (о) + Заяь и т.д.

Если известны зависимости от температуры } Мр*1 КуХ**

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты проведенной-работы позволяют сформулировать следующие основные выводы:

I. Разработаны и реализованы (в виде программ "РТФК" и "РТРК") на ЭВМ БЭСМ-6 вычислительные процедуры, позволяющие численно моделировать любые промежуточные между идеальной фракционной и равновесной траектории кристаллизации основных силикатных расплавов при атмосферном давлении и "сухих" условиях.

П. В результате численного моделирования и исследований закономерностей идеальной фракционной кристаллизации анхибазаль-товых расплавов в рамках системы ¿¿О^- АЬ^О^-М^О-ТеО-СаО-№¿0 установлено, каким образом исходный состав кристаллизующегося расплава влияет на скорость фракционирования отдельных фаз системы: чем больше в составе исходного расплава компонентов,являющихся тугоплавкими составляющими кристаллизующегося минерала, тем медленнее изменяются составы этого минерала и жидкости на начальных стадиях кристаллизации и быстрее на конечных стадиях.

При этом определено, что пропорции кристаллизации минералов-твердых растворов значительно сильнее меняются в области низкотемпературных высокожелезистых расплавов.

Ш. Предложен способ численного построения (по программе "РТРК") и анализа (по программе "ПОИСК") траекторий равновесной кристаллизации раплавов пород, представляющих различные магматические ассоциации и объекты. Этот способ, названный методом геохимической термометрии, позволяет существенно повысить точность выявления групп пород - производных одних и тех же родоначальных магматических расплавов.

IV. Данные геохимической термометрии магматических пород Моря Кризисов на Луне свидетельствуют о том, что большинство высокожелезистых базальтов этого региона являются низкотемпературными (И30-1160°С) полиминеральными (01 + Р1 ± Рх) куму-латами, образованными при фракционировании одного родоначаль-ного магматического расплава, отвечающего по составу богатым I

Ре О и оливиновым витрофировым базальтам.

V. На основе программы "РТРК" и представлений о конвекци-онно-кумуляционном механизме формирования магматической рассло-енности разработан алгоритм моделирования истории остывания и дифференциации интрузивных магм основного состава - программа "ИНТРУЗИВ". Результаты моделирования формирования геохимического строения дифференцированных силлов Палисэйд и Кузьмовка показали, что подобрав термические и динамические параметры становления этих объектов, по программе "ИНТРУЗИВ" можно детально воспроизвести подавляющее большинство особенностей минерального и химического состава слагающих их пород.

Изложенные в данной работе методы построения количественных моделей магматической дифференциации и их приложения для решения петрологических задач являются отражением успехов, которые были достигнуты как в области накопления экспериментальных данных о фазовых равновесиях в силикатных системах широкого диапазона составов, так и в области разработок теоретических моделей магматических процессов.

Экспериментальные исследования распределения элементов между фазами силикатных систем имеют конечной целью построение строгой термодинамической модели решения задачи гетерофазового равновесия при любых заданных параметрах состояния системы.

Это дозволит разрабатывать на ее основе сложные модели кристаллизации, плавления, конденсации и испарения силикатных систем, учитывая возможность неполного разделения составляющих их фаз. Данная диссертация является по существу первым шагом в

• - • этом направлении. Предложенные здесь численные модели фракционирования базальтовых расплавов, несмотря на ряд лежащих в их основе допущений, могут применяться и уже сейчас используются в петрологических исследованиях.

Следует подчеркнуть, что использование подобных процедур, предъявляет столь же высокие требования к знанию основных закономерностей фракционирования многокомпонентных расплавов и эволюции составов породообразующих минералов, как это имеет место в отношении простых диаграмм состояния. В первую очередь это касается сформулированных в I главе выводов о характере влияния состава исходного расплава на скорость фракционирования системы и изменения пропорций кристаллизации минералов.

Предложенный во П главе алгоритм решения задачи термодинамического равновесия в расплавных многокомпонентных силикатных системах позволил разработать процедуру расчета траектории равновесной кристаллизации расплавов базальтовых пород ( программа "РТРК"). С появлением новых экспериментальных данных эта процедура может быть легко усовершенствована как в смысле увеличения числа компонентов расплава и минералов, так и в отношении повышения ее точности. Это стимулирует проведение новых для магматической петрологии методических разработок.

Необходимость внедрения в практику петрологических исследований количественных моделей дифференциации диктуется двумя причинами. Во-первых, повышение точности и разработка новых методов химического анализа способствуют все более дробному выделению разновидностей магматических пород. Учитывая многомерность их составов, а также сложность кристаллизационной истории магм становится ясно, что классические методы графического анализа корреляционных соотношений элементов или приуроченности составов пород к фазовым полям простых диаграмм состояния могут оказаться малоинформативными и привести к неоднозначной генетической интерпретации.

Во-вторых, многомерный характер информации о геохимической структуре магматических объектов, попытки объяснить их строение и образование в комплексе данных, как правило, заставляют отказаться от простых петрогенетических схем и разрабатывать довольно сложные, подчас далеко не очевидные, модели дифференциации. Анализ такого рода моделей на понятийном уровне часто просто невозможен. Отсюда вытекает необходимость разработки соответствующих вычислительных процедур и использования быстродействующих ЭВМ.

Иллюстрацией этого служат приведенные в главе 1У данные расчетов по программе "ИНТРУЗИВ" формирования геохимического строения силлов Палисэйд и Кузьмовка, Задача оптимизации динамических параметров становления этих интрузивов путем прямого моделирования их образования с целью минимизировать отклонения расчетных данных от природных оказалась весьма непростой вследствие многомерности факторов дифференциации. Тем не менее, результаты этих расчетов показывают, что на основе реалистичной модели фазовой диаграммы и алгоритмизированных представлений о конвекци-онно-кумуляционном механизме дифференциации магм можно подобрать физически допустимые значения динамических параметров (доля интрателлурических вкрапленников в магме, пористость кумулу-са, скорости оседания минералов и т.д.), при которых модельные распределения петрогенных и рассеянных элементов практически идентичны природным. Это является серьезным аргументом, в пользу того, что процессы дифференциации интрузивныосмагм основного состава действительно обусловлены кристаллизационным фракционированием расплавов и сопровождаются формированием кумулативных ассоциаций в магматических камерах.

Представленные в диссертации результаты моделирования различных процессов кристаллизационной дифференциации позволяют предполагать, что численные модели магматических процессов с привлечением реалистичных моделей фазовых диаграмм найдут в петрологии широкое применение.

Библиография Диссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Арискин, Алексей Алексеевич, Москва

1. Боуэн Н.Л. Эволюция изверженных пород.-М.: ОНТИ НКТП СССР, 1934. 324 с.

2. Когарко Л.Н. Проблемы генезиса агпаитовьтх магм. М.: Наука, 1976. - 296 с.

3. Бабанский А.Д., Рябчиков И.Д., Богатиков O.A. Эволюция ще-лочно-земельных магм. М.: Наука, 1983. - 95 с.

4. Йодер X. Образование базальтовой магмы. ГЛ.: Мир, IS79. -237 с.

5. Соболев B.C. Петрология траппов Сибирской платформы. Л.: Изд. Главеевморпути, 1936. - 224 с.

6. Уэйджер Л., Браун Г. Расслоенные изверженные породы. М.: Мир, 1970. - 552 с.

7. Кравченко С.М. Фракционирование малых элементов при дифференциации базитовых магм. М.: Наука, 1977. - 218 с.

8. Феоктистов Г.Д. Петрология и условия формирования трапповых силлов. Новосибирск: Наука, Сиб. отд., 1978. - 168 с.

9. Шарков Е.В. Петрология расслоенных интрузий. Л.: Наука, Лен. отд., 1980. - 183 с.

10. Мюллер Р., Саксена С.К. Химическая петрология. М.: Мир, 1980. - 517 с.

11. Рябчиков И.Д. Термодинамический анализ поведения малых элементов при кристаллизации силикатных расплавов. М.: Наука, 1965.

12. Вуд Б., Фрейзер Д. Основы термодинамики для геологов. М.: Мир, 1981. - 182 с.

13. Карпов И.К. Физико-химическое моделирование на ЭВМ в геохимии. Новосибирск: Наука, Сиб. отд., 1981. - 248 с.

14. Кокс К.Г., Белл Дд.Д., Панкхерст Р.Дж. Интерпретация изверженных горных пород. М.: Недра, 1982. - 414 с.

15. Кларк С., мл. Справочник физических констант горных пород. М.: Мир, 1969. - 543 с.1. Статьи

16. Bowen N.L. Crystallization differentiation in silicate liquids. Amer.J.Sci., 1915, v. 39, № 230, p. I75-I9I.

17. Maaloe S. Quantitative aspects of fractional crystallization of major elements. J.Geol., 1976, v. 84, № I,p. 81-96.

18. Макдональд P. Роль фракционной кристаллизации при формировании щелочных пород. В кн.: Щелочные породы. М.: Мир, 1976, с. 310-330.

19. Поляков А.И., Муравьева Н.С. Дифференцированные риолит -базальтовые серии Исландии и происхождение кислых эффузи-вов: модель фракционной кристаллизации. Геохимия, 1981, №9, с. 1362-1379.

20. Грин Д.Х., Рингвуд А.Е. Происхождение базальтовых магм. -В кн.: Земная кора и верхняя мантия. М.: Мир, 1972, с.427-434.

21. Дмитриев JI.B., Соболев А.В., Сущевская Н.М. Толеиты Атлантики: петрология феохимия. В кн.: Геохимия. Минералогия. Доклады советских геологов на ХХУ1 Международном геологическом конгрессе. М.: Наука, 1980, с. 32-43.

22. Wood J.А.» Dickey J.S,Jr., Marvin U.B., Powell B.N. Lunar anorthosites and a geophysical model of the moon. In: Proc. Apollo II Lunar Sci. Conf., 1970, p. 965-988.

23. Drake M.J. Evolution of major mineral compositions and trace element abundances during fractional crystallization of a model lunar composition. Geochim. et cosmochim. acta,1976, v. 40, № 4, p, 40I-4II.

24. Longhi J. Magma oceanography 2: Chemical evolution and crystal formation. In: Proc. Lunar Planet. Sci. Conf. 8th. Pergamon Press, 1977, p. 601-621.

25. Minerar J.W., Fletcher C.R. Crystallization of lunar magma ocean. In: Proc. Lunar Planet. Sci. Conf. 9th. Pergamon Press, 1978, p. 263

26. Walker P. Differentiation of the Palisades Diabase, New Jersey. Bull. Geol. Soc. Amer., 1940, v. 51, p. 10591106,

27. Hess H.H. Stillwater igneous complex, Montana: a quantitative mineralogical study. Geol. Soc. Amer. Mem., I960, v. 80, 230 p.

28. Френкель М.Я., Ярошевский А.А. Кристаллизационная дифференциация интрузивного магматического расплава. Диффузионный механизм переноса тепла и вещества. Геохимия, 1976, № 8, с. II97-I203.

29. Френкель М.Я., Ярошевский А.А. Кристаллизационная дифференциация интрузивного магматического расплава. Конвекция и условия примерзания. Геохимия, 1976, № II, с. 1624-1632.

30. Френкель М.Я., Ярошевский А.А. Кристаллизационная дифференциация интрузивного магматического расплава. Математическое моделирование термики и дифференциации пластового интрузива с учетом оседания твердых фаз. Геохимия, 1978, № 5,с. 643-668.

31. Коптев-Дворников Е.В., Ярошевский А.А., Френкель М.Я. Кристаллизационная дифференциация интрузивного магматического расплава. Оценка реальности седиментационной модели. -Геохимия, 1979, № 4, с. 488-508.

32. Френкель М.Я. Геохимическая структура пластового интрузива. В кн.: Динамические модели физической геохимии. Новосибирск: Наука, Сиб. отд., 1982, с. 19-30.

33. Бармина Г.С., Френкель М.Я., Ярошевский А.А., Арискин А.А. Кристаллизационное перераспределение элементов-примесей в пластовых интрузивах. Там же, с. 45-55.

34. Муан А. Кристаллизация в силикатных системах. В кн.: Эволюция изверженных пород. М.: Мир, 1983, с. 84-135.

35. Rayleigh J.W.S. Theoretical considerations respecting the separation of gases by diffusion and similar processes. Philos. Mag., 1896, v. 42, p. 77-107.

36. Mclntire W.L. Trace element partition coefficient: a review of theory and applications to geology. ~ Geochim. et cosmo-chira. acta, 1963, v. 27, p. 1209-1264.

37. Gast P.W. Trace element fractionation and the origin of tholeiitic and alcaline magma types. Geochim. et cosmo-chim. acta, 1968, v. 32, N* 10, p. Ю57-Ю86.

38. Арискин А.А., Френкель М.Я. Моделирование фракционной кристаллизации основных силикатных расплавов на ЭВМ. Геохимия, 1982, № 3, с. 338-356.

39. Bowen N.L., Schairer J.F. The system MgO-FeO-SiOg. -Amer. J. Sci., 1935, ser. 5, v. 29, p. 197.

40. Roeder P.L., Emslie R.F. Olivine-liquid equilibrium. -Contrib. Miner, and Petrol., 1970, v. 29, p. 275-289.

41. Roeder P.L. Activity of iron and olivine solubility in basaltic liquids. Earth and Planet. Sci. Lett., 1974, v.23, N* 3, P. 397-410.

42. Longhi J,, Walker D., Hays J.F. The distribution of Fe and Mg between olivine and lunar basaltic liquids. Geochim. et cosmochim. acta, 1978, v. 42, N* 10, p. 1545-1558.

43. Nathan H.D., Vankirk С.К. A model of magmatic crystallization. J. Petrol., 1978, v. 19, part I, p. 66-94.

44. Hodges P.N.t Kushiro I. Apollo 17 petrology and experimental determination of differentiation sequences in model moon compositions. In: Proc. Lunar Sci. Conf. 5th. Per-gamon Press, 1974, v. I, p. 505-530.

45. Ganapathy R., Anders E. Bulk compositions of the moon and earth, estimated from meteorites. In: Proc. Lunar Sci, Conf. 5th. Pergamon Press, 1974, v. 2, p. II8I-I206.

46. Drake M.J. Plagioclase-melt equilibria. Geochim. et cos-mochim. acta, 1976, v. 40, N» 5, p. 457-465.

47. Nielsen R.L., Drake M.J. Pyroxene-melt equilibria. Geochim. et cosmochim. acta, 1979, v. 43, № 8, p. 1259-1272.

48. Bottinga Y., Weill D.F. The viscosity of magmatic silicate liquids: a model for calculation. Amer. J. Sci., 1970,v. 272, № 5, p. 438-475.

49. Шваров Ю.В. Расчет равновесного состава в многокомпонентной гетерогенной системе. Доклады АН СССР, 1976, т. 229,5, с. 1224-1226.

50. Langmuir С.Н., Hanson G.N. Calculating mineral-melt equilibria with stoichiometry, mass balance, and single-component distribution coefficients. In: Thermodynamics of minerals and melts (Adv.Physical Geochem., v. I), 1981,p. 247-271.

51. Френкель М.Я., Арискин А.А. Алгоритм решения на ЭВМ задачиравновесия для кристаллизующегося базальтового расплава.

52. Геохимия, 1984, № 5, с. 679-690.

53. Sun С.-0., Williams R.J., Sun S.-S. Distribution coefficients of Eu and Sr for plagioclase-liquid and clinopyroxene-liquid equilibria in oceanic ridge basalt: An experimentalstudy. Geochim. et cosmochim. acta, 1974, v. 38, p.I4I5-1433.

54. Drake M.J., Weill D.F. Partition of Sr, Ba, Ga, Y, Eu2+, 3+

55. Makipaa H.T. Partitioning of chromium, manganese, cobalt and nickBl between olivine and basaltic liquid: an experimental study. Bull.Geol.Soc.Finl., I98o, Part 2, № 52, p. I75-I9I.

56. Nelsen S.A., Carmichael I.S.E. Partial molar volumes of oxide components in silicate liquids. Contrib. Mineral, and Petrol., 1979, v. 71, p. II7-I24.

57. Френкель М.Я., Арискин А.А. Моделирование равновесной и фракционной кристаллизации базальтовых расплавов с помощью ЭВМ. Геохимия, 1984, № 10, с. I4I9-I43I.

58. Bender J.F., Hodges P.N., Вепсе А.Ё. Pedogenesis of basalts from the project FAMOUS area: experimental study from 0 to 15 kbar. Earth Planet. Sci. Lett., 1978, v. 41,3, p. 277-302.

59. Dungan M.A., Long P.E., Rhodes J.M. The petrography, mineral chemistry, and one-atmosphere phase relations of basalts from Site 395. In: Init. Repts Deep Sea Drill. Proj., I979, v. 45, p. 461-472.

60. Fujii Т., Kushiro I., Hamura K. Melting relations and viscosity of an abyssal olivine tholeiite. In: Init. Repts

61. Deep Sea Drill. Proj., 1979, v. 45, p. 513-517.

62. Grove T.L., Gerlach D.C., Sando T.W. Origin of oalc-alka-line series lavas at Medicine lake volcano by fractionation, assimilation and mixing. Contrib. Mineral, and Petrol., 1982, v. 80, № 2, p. 160-182.

63. Kesson S.E. Mare basalts: melting experiments and petroge-netic interpretations. In: Proc. Lunar Sci. Conf. 6th, 1975, P. 921-944.

64. Walker D., Kirkpatrick R.J., Longhi J., Hays J.F. Crystallization history of lunar picritic basalt sample 12002: phase- equilibria and cooling-rate studies. Geol. Soc. Amer. Bull., 1976, v. 87, № 5, p. 646-656.

65. Hess P.O., Ruthrford M.J., Campbell H.W. Ilmenite crystallization in nonmare basalt: genesis of KREEP and high-Ti mare basalt. In: Proc. Lunar Planet. Sci. Conf. 9.th, 1978, v. I, p. 705-724.

66. Grove T.L., Vaniman D.T. Experimental petrology of very low-Ti basalts and origin of Lima 24 ferrobasalt. In: Mare Crlsium: the view from Luna 24, 1977, p. 445-472.

67. Rhodes J.M., Lofgren G.E., Smith D.P. One atmosphere melting experiments on ilmenite basalt 12008. In: Proc. Lunar and Planet. Sci. Conf. 10th, 1979, v. I, p. 407-422.

68. Браун Дж. M. Проблема разнообразия изверженных горных пород. В кн.: Эволюция изверженных пород. М.: Мир, 1983, с. 12-13.

69. Уилкокс Р.Е. Путь кристаллизации расплава и вариационные диаграммы. Там же, с. 201-228.

70. Ирвин Т.Н. Изверженные породы, состав которых обусловлен аккумуляцией и сортировкой кристаллов. Там же, с.241-300.

71. Тарасов Л.С., Назаров М.А., Шевалеевский И.Д. и другие. Петрография пород и особенности химического состава минералов реголита из Моря Кризисов. В кн.: Лунный грунт из Моря Изобилия. М.: Наука, 1980, с. 78-95.

72. Барсуков В.Л., Дмитриев Л.В., Тарасов Л.С. и другие. Геохимические и петрохимические особенности реголита из Моря Кризисов. М.: Наука, 1980, с. 158-165.

73. Yaroshevsky А.А., Ariskin А.А., Tarasov L.S., Frenkel M.Ya. Kudryashova A.P. Chemical rock types, crystallization sequence and possible types of primary melts of Mare Crisium. In: Lunar Science XIII, 1982, Part 2, p. 887-888.

74. Френкель М.Я. Формулировка и алгоритм решения на ЭВМ системы уравнений переноса тепла и вещества в процессе становления пластового интрузива. Геохимия, 1978, № 4, с.547-559.

75. Арискин А.А., Френкель М.Я., Ярошевский А.А. Динамика формирования геохимической структуры пластовых интрузивов. -В кн.: Тезисы докладов IX семинара по геохимии магматических пород. М., 1983, с. 52-53.

76. Коптев-Дворников Е.В., Френкель М.Я. Влияние самопроизвольной конвекции на седиментацию кристаллов.- Там же, с.105.- №2.63. Френкель М.Я., Ярошевский А.А., Коптев-Дворников Е.В.,

77. Арискин А.А., Киреев Б.С., Бармина Г.С. Кристаллизационный механизм формирования расслоенности пластовых интрузивов. Записки Всесоюзного Минералогического общества, 1985, в печати.

78. Bartlett R.W. Magma convection, temperature distribution and differentiation. Amer. J. Sci., 1969, v. 267, № 9, p. 1067-1082.

79. Irvine T.N. Heat transfer during solidification of layered intrusions. I. Sheets and sills. Can.J. Earth Sci., 1970, v. 7, № 4, p. I03I-I06I.

80. Bacon C.R. High temperature heat content and heat capasity of silicate glasses: experimental determination and model for calculation. Amer.J.Sci., 1977, v. 277, № 2, p.109-135.

81. Walker K.P. The Palisade Sill, New Jersey: a reinvestigation. Geol. Soc. Amer. Bull., Spec. Paper III, 1969,I78p.

82. Walker K.P., Ware N.G., Lovering J.P. Compositional variations in the pyroxenes of the differentiated Palisades Sillj New Jersey. Geol.Soc.Amer.Bull., 1973, v. 84, p. 89-110.

83. Киреев B.C., Коптев-Дворников Е.В. Геохимическая характеристика расслоенности Кузьмовского силла долеритов (р. Под-каменная Тунгуска). В кн.: Тезисы докладов У симпозиума по геохимии магматических пород. М., 1979, с. 18-19.

84. Лебедев А.П. Трапповая формация низовьев бассейна р. Под-каменной Тунгуски. В кн.: Петрография Восточной Сибири. Том I. М.: Изд. АН СССР, 1962, с. 71-117.1. Диссертации

85. Коптев-Дворников Е.В. Свойства динамической модели кристаллизационной дифференциации и закономерности строения долери-товых силлов трапповой формации. Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук. М., 1982. - 239 с.