Физико-химические исследования плавления вещества гранат-перидотитовой фации верхней мантии

Литвин, Юрий Андреевич

Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему
Физико-химические исследования плавления вещества гранат-перидотитовой фации верхней мантии
ВАК РФ 04.00.02, Геохимия

Автореферат диссертации по теме "Физико-химические исследования плавления вещества гранат-перидотитовой фации верхней мантии"

АКАДЕМИЯ НАУК СССР

ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ ИНСТИТУТ ГЕОХИМИИ И АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ им. В. И. ВЕРНАДСКОГО

На правах рукописи ЛИТВИН Юрий Андреевич

удк 552.11

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЛАВЛЕНИЯ ВЕЩЕСТВА ГРАНАТ-ПЕРИДОТИТОВОЙ ФАЦИИ ВЕРХНЕЙ МАНТИИ

Специальность 04.00.02 — геохимия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук

Москва 1Й88

Работа выполнена в Институте экспериментальной минералогии АН СССР.

Официальные оппоненты:

член-корреспондент АН СССР И. Д. Рябчиков, доктор химических наук Я. А. Калашников, доктор химических паук II. А. Бенделнапи

Ведущая организация: Институт геологии и геофизики Сибирского отделения АН СССР

Защита состоится «____»____________ 1989 г. в _час.

па заседании Спецализированного совета Д.002.59.02 при Институте геохимии п аналитической химии имени В. И. Вернадского АН СССР по адресу: 117975, ГСП-1, Москва, В-334, ул. Косыгина, д./9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института геохимии и аналитической химии имени И. И. Вернадского АН СССР.

Автореферат разослан «-» - 1989 г.

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат геолого-мннералогических паук

А. П. Жидикова

©Институт геохимии и аналитической химий им. В. И. Вернадского АН СССР

ОШЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертация* является теоретическим и экспериментальным Исследованием при высоких давлениях и температурах фазовых равновесий при плавлении многокомпонентных гетерогенных силикатная систем, которыми предотавлено вещеотво гранат-перидо-«имвой фафя верхней мантии. Полученные результаты использована как фундаментальная физико-химическая основа для анализа процессов глубинного магматизма и генезиоа наблюдаемого множества пвридотятовых, пироксенитовых и эклогитовых пород, включая аяиазодаоше.

Актуальность темы исследования. Проблема отроения И хй-мичвикой эволюции мантии Земли принадлежит к числу наиболее актуальных в геологической науке. Важная ее чаоть - физико-химические закономерности Магматизма гранат-перидотитовой фации верхней мантии. Вещество фации недоступно исследованиям in situ (глубины 60-400 км), однако ойо вынесено к поверхности кимберлитами и представлено ксенолитами перидотитов» пи-роксенитов, эклогитов и сингенетическими включениями в алмазах. Химичеокими и минералого-петрографичеокиш исследовани- • яш таких образцов вещество верхней мантий идентифицировано как многокомпонентная многофазная преимущественно силикатная система» Интерес к веществу гранат-перидотитовой фации значителен, вследствие ее глобально-тектонической позиции, соотно-яюот'й с астеносферой, алмазоносности и др. Сведения о хйми- • зме и фазовом соотаве вещеотва фации используются в целях общей реконструкции процессов магматической эволюции глубинных тгон, разработки моделей его первичного оостава, поиска генетических связей пород, для задач геотермобарометриа, учитываются в экспериментах при высоких давлениях. Разработка проблемы отмечена значительным прогрессом (В.С.Соболев, А.Рингвуд, Н.И.Хитаров, Х.Йодер, Н.В.Соболев, Ф.Бойд, В.А.Еариков, И.Ку- ■' сиро, Н.Л.Добрецов, Б.Доусон, А.А.Кадйк, М.О'Хара, И.Д.Рябчй- ' ков, Д.Грин, А.А.Маракушев, Дд.Кеинедй, Л.Л.Перчук, Б.ДэвИО, Л.Н.Когарко, П.Уайли, И.Ю.Малиновский, К.Ито, Ю.С.Геншафт, Р.Митчел, В.И.Коваленко, А.Бетчер, В.А.Кутолин, Б.Мисен,И«'Ра-кахаши, Б.Г.Лутц, А.Д.Харькив, С.Мале, В.А.КиркинскиЙ, П.Ник-... сон, Н.П.Похиленко, М.Принц, Г.П.Буланова, Э.Ягутц, Б.М.Впайа«' миров и многие другие). Однако физико-химическая сущность

глубинных магматических процессов остается нераскрытой,

В связи с этим изучение физико-химическей природы плавлв-. ния реальной многокомпонентной гранат-перидотитовой мантии представляется исключительно важной задачей. С ее решением связано более глубокое понимание закономерностей эволюции глобальных петрологических и геохимических систем, условий генезиса наблюдаемого множества пород, причин гетерогенности верх-.ней мантии, условий генезиса алмаза - минерала, практическое -использование которого определяет эталонный уровень современной мировой индустрии.

Актуальность настоящего исследования обусловлена недостаточным уровнем развития теории магматического процесса в веществе гранат-перидотитовой фации как процесса планетарного значения, определяющего важны!': этап химической эволюции Земли;по-исками объяснения парагенетической приуроченности алмазоносно-сти к веществу гранат-перидотитовой фации; отсутствием экспе-• ричентальных данных по диаграммам плавкости многокомпонентных силикатных систем, сопоставимых с природными; неудовлетворительным состоянием аппаратурно-методичсского комплекса для исследования фазовых равновесий многокомпонентных силикатных си-■ стем; недостаточным использованием методов физико-химического анализа, многокомпонентных гетерогенных термодинамических систем, яркими представителями которых являются реальные природ. .ные системы минералов.

. Единственным объективным методом исследования фазовых отношений при плавлении сложных многокомпонентных минеральных .систем верхней мантии является экспериментальный.

'. Цель работы состояла в экспериментальном и теоретическом исследовании фазовых отношений при плавлении многокомпонентных минеральных систем, товдественных реально существующим в природных условиях, в особенности перидотит-пироксенитовой система, офгаин-ортопироксен-клинопироксен-гранат, и в использование полученных физико-химических результатов в моделях магматической эволюции вещэотва гранат-пэридотитовой фации верхней мантии.

V Основные задачи исследования: I) разработка рациональной техникй' и .методики для экспериментального исследования фазовы: равновэоий при плавлении (диаграмм плавкооти) многокомпокент-

ннх железосодержащих силикатах систем в условиях высоких давлений и температур; 2) исследование фазовых равновесий при плавлении многокомпонентной перидотит-пироксенитовой система оливик-ортопироксен-клинопироксен-гранат , тождественной реальной природной оиотеме, о целью определения строения ее фазового комплекса (ликвидуса) и состава нонвариантного расплава; 3) изучение модельных железосодержащих и натрийоодержащих систем для оценки физико-химической роли железистых и натриевых (жадеитового) компонентов легкоплавкой составляющей мантийного вещества как факторов глубинного магматизма; 4) исследование многокомпонентной системы оливин-ортопироксен-клинопироксеН-гранат повышенной щелочности с целью выяснения физико-химичео-ких особенностей плавления соответствующих участков гетерогенной мантии; 5) изучение в модельном приближении строения ликвидуса перидотит-пироксенит-эклогитовой системы оливин-клино-пироксен-корунд-коэсит и анализ направлений магматической дифференциации первичных магм в рамках механизмов равновесной и фракционной кристаллизации, разработка схемы генетических связей для наблюдаемого множества пород гранат-перидотитойой фации верхней мантии, включая алмазоносные.

Новизна и научная значимость результатов диссертации состоит: I) в постановке и решении крупной научной задачи - экспериментального изучения при делении 40 кбар (с использованием метода внутренних политермяческих разрезов) фазовых отно-юеиий при плавлении многокомпонентной перидотит-пироксенитовой системы оливин (%1 70Рео зо33-°*|. ^ ~ ортопироксен ( Мд1 72 РеО,2?СвТЗ,031,а0.02А10,023^гО6 > - клинопироксен (000,60^0,90 Ре0» 14^0,18^0,18312°б 5 - гранат ( Мз2>20Ре0>50Са^30А12313 012 ), третичные составы которой отождествляются с составами реальных минералов примитивной гранат-лерцолитовой или пиро-литовой мантии; в доказательстве перитектической природы ликвидуса данной системы, построении модели ее ликвидуса в виде трехмерной проекции на тетраэдр составов и определении'совокупности 'элементов' ее фазового комплекса; 2) в определении состава первичного расплава, находящегося в условно-нонвариант- • ном равновеоии о оливином, ортопироксеном, клинопироксеном и гранатом, и соответствия его составу ультрамафического коматй--. ита; 3) в экспериментальном исследовании модельной многоком- •'

' 3

понентной келезосодержащей сийтемы ?°во?а2о"щ8оНес120"РуВ0А1'а20' . модельных ватрийоодержащих сиотем жадеит-форстерит, жадеит -■ знотатит, асадеит-пирдп, жадеит-диопсвд-пироп, в доказательст-зе избирательного характера физико-химического воздействия же-лезиотых и натриевых (жадеитового) компонентов легкоплавкой составляющей вещества мантии на ликвидуоные отношения минералов гранатового лерцолита; 4) в экспериментальном исследовании многокомпонентной оистемы олишн-ортопироксен-клинопироксен -•гранат повышенной щелочности, доказательстве перитектичеокой природы ее ликвидуса и определении существенных отличий по строению ее фазового комплекса и составу уоловно-нонвариант-ного расплава от перидотит-пироксенитовой системы; 5) в построении модели ликвидуса системы оливин-клинопироксен-коруцд -коэсит, являющейся диаграммой-комплексом практически для всей совокупности перидотитовых, пироксенитовых и эклогитовых пород гранат-перидотитовой фации, анализе на такой основе процессов •образования первичных мантийных магм при частичном плавлении примитивного гранатового лерцолита, процессов их дифференциации в рамках механизмов равновесной и фракционной кристаллиза-' ции; 6) в разработке общей схемы генетических отношений иаблкн

• даемого множества порвдотитовых, пироксенитовых и эклогитовых пород гранат-перидотитовой фации верхней мантии, включая алмазоносные; 7) в комплексе оригинальных алпаратурно-технических

.и методических решений, позволивших впервые осуществить экспериментальные исследования ологшых многокомпонентных силикатных

• систем с учаотием железосодержащих магматических расплавов при зыооких давлениях и температурах (до 40-50 кбар и 1700-1800°С).

'. Практическая значимость работы определяется тем, что модель магматической дифференциации и схема генетических соотношений- пород гранат-перидотитовой фации непосредственно приложена к анализу происхождения алмазоносных ксенолитов в кимберлитах', установлению генетических связей алмазоносных пород, включений.в алмазах и минералов-спутников, Полученные физико-химические результаты непосредственно характеризуют уоловия и ореду, в которой кристаллизовался алмаз; это важно для развития теории образования алмаза в природе и следствий из нее, имеющих практическое значение, а также для создания предпосылок лабораторного воспроизведения природного "синтеза" алмаза. . 4 " - . . ■

Экспериментально изучено 30 диаграмм плавкооти силикатных сйс-' тем различной сложности и их политермических разрезов, характеризующих фундаментальные физико-химические овойотва вещеотва верхней мантии; они могут использоваться в целях преподавания и при составлении учебников и справочников. Экспериментальные методы, разработанные в ходе исследований, применимы для дальнейшего изучения диаграмм плавкости минеральных систем верхней мантии, а также в области физической химии силикатов и других материалов при высоких давлениях. Технические и методические разработки внедрены в практику экспериментальных исследований в физико-химической геологии, для работ по синтезу и выращиванию монокристаллов с полезными физическими свойствами, включая и сверхтвердые (установки и устройства широко внедрены в научно-исследовательские организации и вузы),

В основу работы положены результаты многолетних исследований автора по тематике Института экспериментальной минералогии АН СССР: "Синтез и исследование минералов при сверхвысоких Давлениях" (1971-1975), "физико-химические условия зарождения магм при высоких давлениях" (1976-1980), "Условия зарождения, эволюции и рудоносности базитовых магм" (1981-1985), "Флюидное-магматическое взаимодействие, реология мантийных расплавов и минеральные равновесия в связи о образованием алмазоносных пород" (с 1986 г.); по НТП ПШТ СССР № 0.50.01*. "Физико-хймиче-ские условия минерало-, породо- и рудообразоваНия (экспериментальное изучение фазовых равновесий, моделирующих процессы верхней мантии при высоких давлениях)" (о 1986 г.); По программе 'Ксенолит" Международной программы "Литосфера": "Изучение частных сечений системы К20-Ка20-Са0-{Ла0-Ре0-А12о3-?вг02-Т102- ' эю2 ' о целью определения основных закономерностей плавления вещества верхней мантии при высоких давлениях й температурах в сухих условиях и в присутствии летучих" (с 1984 г.).

В ходе работы проведено более 900 экспериментов по фазовым равновесиям, охарактеризованных данными рентгенофазового, иммерсионного и частично микрорентгеносПэктрального анализов. ■. Исходные железосодержащие гелевые смеси и кристаллические вещества, а также в ряде случаев продукты экспериментов изучались методом месобауэровской спектроскопии. .

Большая часть исследований выполнена автором самоотояте- ■•

льно, часть - оовместно с Е,П.Степановым, Р.А,Ишбулатовым, •С.А.Ищенко, Л.Т.Чудиновских, Н,В,Сурковым, В,В.Карасевым. В использованном совместном материале автору принадлежит основной научно-методический вклад, определяющая часть объема экспериментальных исследований и их обработки, научное руководство работой.

Публикации и апробация работы. По теме диссертации опубликовано 35 научных работ, получено 3 авторских свидетельства .на изобретения, 5 статей находятся в печати.

Результаты работы докладывались на международных конференциях: У Международная конференция по физике и технике высоких давлений, Москва, 1975, 25 Международный геологический конгресс, Австралия, 1976, Международная конференция по геодинамике, Япония, 1978, XI съезд Международного минералогического общества, Новосибирск, 1978, 7 Международная конференция по высоким давлениям, Франция, 1979, 27 Международный геологиче-. ский конгресс, Москва, 1984, I советско-японский симпозиум по фазовым превращениям яри высоких давлениях и температурах, Ли' ствянка-На-Байкале, 1385, XI Международная конференция МАРИВД • "Высокие давления в науке и технике", Клев, 1937, I советско. индийский семинар по экспериментальной петрологии, Дели, 1987, Международный симпозиум "Состав и процессы глубинных зон континентальной литосферы',' Новосибирск, 1988.

Ряд материалов был доложен на всесоюзйых совещаниях: I Совещание по физике и технике высоких давлений, Донецк, 1973, .1Х,Х и XI Совещаниях по экспериментальной минералогии, Иркутск, 1973, Киев, 1978; Черноголовка, 1986, 1У Всесоюзное совещание по вулканологии, Петропавловск-Камчатский, 1974, Ш Всесоюзное совещание по геологии алмазных месторождений, Мирный, 1974, Всесоюзные совещания по физическим свойствам горных пород при высоких давлениях, Тбилиси, 1974, Ташкент, 1981, XI Менделеевский съезд по общей и прикладной химии, Алма-Ата", 1975, Всесоюзная конференция "Твердофазовая техника высоких и сверхвыоо-. ких давлений и методика геохимического эксперимента", Черноголовка, 1977, Всесоюзное совещание "Техника, методика и результаты исследования минеральных равновесий при высоких тведаофа-зовых-давлениях", Черноголовка, 1979, Всесоюзный симпозиум"Со-временная техника и мвг&ды экспериментальной минералогии',Чер-

тоголовка, 1983, 1,2,3 Совещаниях национальной группы по проекту "Ксенолит"^Международная программа "Литосфера"), Черноголовка. 1985, Новосибирск, 1986, Черноголовка, 1988, I Всеоо-зозгаое совещание' "Проблемы оценки высоких и сверхвысоких давле-йий", Минск, 1986, УП Всесоюзное петрографическое совещание, Новосибирск, 1986, Ш Всесоюзное совещание по химии высокого давления, Москва, 1986, 2 Всесоюзная геохимико-геофизичеокая шгола "Физико-химические я геофизические проблемы образования ш 'эволюции вещества верхней мантии Земли", Звенигород, 1986. Сообщения по материалам диссертации делались также на ежегодном семипаре экспериментаторов, Москва, ГЕОХИ, 1975, 1977, 1984, 1985, 1988, семинаре "Геохимия магматических пород",Мотета, ГЕОХИ, 1975, 1976, 1977, 1978, 1984, 1,И,У1,УП,УШ,1Х Республиканских семинарах "Влияние высокого давления на вещество1', Киев,, 1975, 1976, Кацивели, 1931, Канев, 1982, Киев,1983, Конференции "Платформенный магматизм Якутии и его металлогения", Якутск, 1984.

Структура и объем работы.Диссертация состоит из введения, трех частей (восьми глав), заключения и основных выводов. Она содержит 488 машинописных страниц текста, включающего 94 рисунка, 37 таблиц и список литературы из 218 наименований.

Благодарности.Выполнению работы во многом способствовали Е.П.Ступаков, Р.А.Мулатов, С.А.Йщенко, Л.П.Редькина, Л.ТЛу-дановских, Т.В.Ушаксвская, Т.Н.Докина, Р.Х.Ефимова, Г.В.Новиков, В.И.Тихомирова, К.К.Ван. В.Д.Кропачев, оформлению - Л.И. Лебедева, О.Ф.Гаджиева, Н.А.Баранова, Н.Н.Охотникова. Большую помощь в изготовлении уотановок, подготовке и проведении экспериментов оказывали А.И.Шпагин, В.И.Комаров. Всем им, а также сотрудникам ИЗМ АН СССР и других организаций, имевшим отношение к работе, автор выражает свою искреннюю благодарность. Автор глубоко признателен Д.'С.Коржинокому, А.А.Маракушеву, Л.Л-Дерчуку, И.П.Иванову, Р.А.Йшбулатову, Э.С.Персикову, Й.Ю. . 'Малиновскому, Н.В.Суркову, В.А.Киркинскому, В.А.Кутолину.А.М. Дарошеву.,' Н.П.Похиленко за критическое обсуждение работы на •разных стадиях ее выполнения. Автор особенно благодарен В.А.Жарикову за неизменный интерес к проводимым исследованиям, постоянную поддержку, критические замечания и советы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Часть первая. ФИЗШЮ-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ МАГМАТИЗМА ВЕРХНЕЙ ' МАНТИИ (ГРЛНАТ-ПЕЩДОТИТОВАЯ ФАЦИЯ): СОСТОЯНИЕ, МЕТОДЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

Оценка общего состояния исследуемой физико-химической проблемы приводит к необходимости решения ряда вспомогатель-. ных задач. Главной из них является описание вещества гранат-перидотитовой фации в рамках конкретной и удобной для экспериментального изучения"физико-химической системы. Сделан так, же выбор и анализ представительных стандартных систем, создающих возможности оценки и сравнения физико-химических результатов. Это обеспечивает конкретизацию поставленных задач, выбор наиболее эффективных методов исследования и, в конечном , счете, наглядность приложения результатов и выводов к реаль-■ ным природным процессам,

"Глава I. Вещество гранат-перидотитовой фации верхней мантии * как объект физико-химического исследования

Информация о химизме, минералогии, петрографии и геохимии верхней мантии основана, главным образом, на изучении ксе-•''нолитов в кимберлитах и сингенетических включений в алмазах (Якутия,- Ю.Африка и др.). Гранат-перидотитовая фация сложена разнообразными перидотитами, пироксенигами.и зклогитами. В ка-':-честве основы модальной (по объемным соотношениям минералов)

• классификации пород фации в работе предложена перидотит-пирок-'сенит-эклогитовая дааг1рамма-комплекс 01-Срх-Сог-Са (рис. I),

: одной из частей которой являетоя перидотит-пироксенитовая диаграмма-симплекс 01-Орх-Орх-Ог , Если безгранатовые перидотиты

• и пироксениты классифицированы о помощью тройной диаграммы 01-0рх-Срх (рекомендация ХХ1У сессии ЮТ, Монреаль, 1972 г.),

: как на рис. 1,1, где перидотиты: I - дунит, 2 - «арцбургит, 3 -• верлит, 4 - лерцолит, а пирокоениты: 5 - оливиновый (ол.) ортопироксенит, 6 - ол. веботерит, 7 - ол. клинопироксенит, 8 -'ортопироксенит, 9 - вебстерит, 10 - клинопирокоенит, то йоответотвупдие гранатсодержадае порода - о помощью аналогичной1 тройной диаграммы 01,аг - Opx.Gr - cpx.Gr (рис. 1,Ш, где перидотиты': II - гранатовый (гр.) дунит, 12 - гр. гарцбургит, ■ХЗ ¿1 Гр4 верлит, 14 - гр. лерцолит, а пироксениты : 15 -гр.-ол.

; В\ Л" . , ; ■: ■"• -;/'■, '

Of.Gr

Рис. I. Классификация пород гранат-перидотитовой фации

ортопироксенит, 16 - гр.-ол. вебстерит, I? - гр.-ол. клинопи-роксенит, 18 - гр. ортопироксенит, 19 - гр. вебстерит, 20 -гр. клинопироксетст. На рис. 1,Ш можно видеть, что система -01-СрхгСрх является граничным, а система 01,Ог - Орх,йг -- Срх-йг- внутренним сечениями перидотит-пироксенитового тетраэдра 01-0рх-Срх-0г , который представляет собой один из симплексов (I) диаграммы-комплекса 01-0рх-0ог-сз (рис. 1,1У), в составе которой также и эклогитовые симплексы: олявин-корундо-вай 01-сог-срх-йг (2), корунд-кианитовый сог-ку-срх-ог (ЗЬ и кианич-коэситовый Ку-Св-Срх-аг (4), а также кремнекислотный "о-орт-срх-сг (5). Координатный остов ох-орх-Сог-Сз определяет также фазовое пространство для физико-химической перидотит-пи-роксенит-эклогитовой системы минералов.

Верхняя мантия имеет преимущественно перидотитовый соотав,

а пироксениты я эклогиты являются хотя и широко распространен-1шми, но количественно подчиненными компонентами (B.C.Соболев, 1973, Н.В.Соболев, 1974, Рингвуд, 1981, Доусон, 1983). Тем не менее, физико-химический анализ магматизма гранат-первдотито-вой фации не может быть достаточно полным без рассмотрения эк-логитовой серии пород (биминералькые эклогиты, высокоглиноземистые эклогиты - кианитовые, корундовые, кианит-корундовые, в эту группу входят и гроспидиты, ортопироксеновыз эклогиты, .коэсит-санидиновые гроппидитн).

Хи!лизм пород фации характеризуют представительные выборки их анализов (Доусон, 1983). В табл. I составы выражены с .помощью П-компонентной системы окислов, но вклад каждого из

компонентов в валовые составы пород неодинаков.

Таблица I

Окислы I. 2 3 4 5 6 7

Si02 44,66 45,37 51,61 48,0 46,8 42,42 52,69

ТЮ2 • 0,09 0,01 0,11 0,11 0,19 0,13 0,09

АХ2О3 1,22 1,29 4,24 13,2 16,5 24,60 21,43

сг2о3 . 0,35 0,42 0,57 0,32 0,04 - 0,04

РеО ' 7,87 5,50 7,17 5,1 И.9 7,39 3,76

МпО 0,11 0,10 0,18 0,15 0,22 0,10 0,08

MgO . .42,94 42,5 27,65 19,1 9,7 6,55 5,62

ЕЮ 0,37 0,27 0,12 _ 0,01 - -

СаО . 0,81 0,65 6,61 12,2 11,5* 13,91 11,77

Na20 0,15 0,12 0,63 1,03 2,90 2,41 4,08

х2о ' 0,12 •0,06 0,06 0,01 - 0,04 0,24

I - гр. лерцолит, среднее из 41 анализа, 2 - гр. гарцбургит, 3 -'.вебо.терит, 4 - высокомагнезиапьный эклогит, 5 - высокоже-леэистый эклогит, 6 - кканитовый эклогит (содержит также %()-2,29 и Р205 - 0,01), 7 - коэсит-санидиновый гроспидит (расчет по составам фаз)

' '■ Выступает ведущее значение 6-компонентной оистемыИа2о -Cao - Mgo - Feo - ai^o^ -sío2 как необходимой и достаточной в определении главных особенностей химического состава пород и шнералов, и она принята как основа физико-химического описания вещества гранат-перидотитовой фации верхней мантии, В соответствии о методом физико-химического анализа, развитым Н.С.Курнаковым и его школой, состав данной сиотемы изобража-} 10

ется в пространстве концентраций о помощью пятимерного симплекса-политопа, каждая вершина которого соответствует одному чистому компоненту. Но возникает практическое препятствие: многомерные фигуры не могут быть изображены в двухмерной плоскоотя чертежа. Метод преобразования координат концентрационного симплекса исследуемой многокомпонентной сиотемы позволяет поду -четь симплекс меньшей размерности, если перейти от компонеитоа-тяшслов к компонентам-химкчеоким соединениям постоянного состава (миналам, табл. 2) и применить операцию триангуляции.

Таблица 2

Миналы

Сиотема окислов

Са0-Э102

Й80-3102

РеО-ЗЮ2

А1203-ЗЮ2

Ва20-А1203-ЗЮ2

СйО-Г^О-ЭК^

СаО-РеО-ЗЮ2

Са0-Л1203-ЗЮ2

МзО-М о -зю„ 2 3 2

Ре0-А1203-З102

Волластонит(Мо) -СаЗЮ3 , ларнит -СаЗЮ^ Форстерит(Ро) -и^2зю4 , энотатит(Еп)-МеЗЮ3 Фаялит (Ра) -Ре2310^,ферросилит(Ра)-1?о3103 Кианит(Ку) - А12зю5

Жадеит (М)-НоА13120б,кефелин(Ке)-ЫаА1310^ Диопсид(В1)- саМаЗа.2о6 ГедеНбергит(НеЛ) - СаРе3120б

Гроссу;шр(сгоз)-са3А12313о12,Са-молекула

Чермака(Са-Тз)- СаА^ЭЮ^ Пироп () -Ма3А1231з з > ^-молекула Чердака(Мз-тэ)- МаА12зюб

Альмандин(А1т)-Ре3А12з±3012 ,Ре-молекула Чермака(Ре-Тз)-РэА123106

Преобразование координат приводит к наглядной трехмерной фигуре - тетраэдру (рис. 2), вершины которого лежат в. облаотях гомогенных твердых раство- ,

ров 01, Орх , Срх и бг , т.е. система имеет граничные составы, которыми представлены псе 6 компонентов-окислов и которые можно задавать, варьируя положения точек составов граничных фаз в областях соответствующих твердых растворов.

Рис. 2. Тетраэдр составов система 01-0рх-Срх-0г

' Для сравнения диаграмм плавкости систем минералов различной сложности в качестве упрощенной стандартной системы приняла система (при описании перидотитов и пирокоени-тов) и сиотема Ро-т-Сог-Са (для всех пород, включая и экло-гиты). На рис. 3 дан координатный остов стандартной перидотит-пироксенит-эклогитовой системы Ро-ш-сог-св как комплекс ряда симплексов: перидотит-пирокоенитоного Уо-Еп-В1-Ру ; эклогито-вых - форстерит-корундового Ро-Сог-01-Ру , корунд-кианитового Сог-Ку-01-Ру , кканит-коэоитового Ку-Сз-ш-ру , а такяе кре-мнекислотного Сз-Еп-ш.-Ру .

оГ,

Сот

■'•Рио.- 3. Координатный оотов системы Ро-01-Сог-Са.

- . -. Система 01-Срх-Сог-Сз о реальными составами фаз принята как базовая физико-химическая система гранат-перидотитовой фации верхней мантии. Информация о ее фазовом комплексе (термины "ликвидус" и "фазовый комплекс" в работе используются как ои-. нонимы) отоутотвует, как неизвестно отроение фазового комплек-. .оа для каждого из ее симплексов, взятых в отдельности. .. • Сиот.емы Ро-Еп-м-^у и Ро-щ-Сог-Св как единые многоком-поноатные системы экспериментально не исследованы. Имеющиеся данные, главным образом, по двойным граничным ояотемам р0-Еп С1ен, Преонал,.1975)» Ро-П1 , Ро-?у , В1-Ру (Дэвис, 1964),

' 12. . • ■ . ..■:•■ . • . < < ' * ' *

En-Di (Дэвио, 1966, Куоиро 1969), En-Py (Бойд, Инглэнд, 1964), тем ке менее, позволяют оценить их топологические особеннооти и построить модели ликвидуоа в виде наглядных трёхмерных проекций на тетраэдры составов. Ликвидус стандартной системы - реальный физико-химический объект, он дает возможность установить влияние на свойства системы изменений в ее соотаве.

По диаграммам плавкости двойных граничных 'ойотем определены ликвэдусные фазовые отношения для тройных граничных ойотем стандартной оиотемы Fo-En-Di-Py . Результаты представлены 1 на рио. 4 в виде развертки тетраэдра (для 40 кбар). Сплошными лиТ" Рио. 4. Лик*-*-*-*-7*- -ХГ-7ТП—ГО ЕИДуО ТрОЙНЫХ

граничных сиотем стандартной оиотемы Fo-En-Di--Ру(развертка)

Рис. 5. Модель ликвидуса стандартной системы

Po-En-Di-Py

ниями со1 отрелкамй показаны моновариантные кривые ликвидуса, пунктирными - границы полей фазовых ассоциаций субоолидуоа:• 1 -Епвз,2 - В1ав,3 - Ро,Епаз,4 - Ро, О100,5- Епда,0±а^,6-^вв'^вв'? - П±вя, Рузд,8 - Ро,Епаа,01ая,9 - Го, 10- Ро,Яп ,Рудд,11 - И1ВЯ,П1,Р,.12

'ss' * эв' 80

Зв'

Ликвидуоные отношения тройных систем на развертке тетраэдра изображены как двухмерные проекции на треугольники составов, они непосредственно используются для построения ликвидуса стандартной системы Ро-Еп-м-Ру в виде трехмерной проекции на тетраэдр составов (рис. 5). Фазовый комплекс стандартной системы Ро-Еп-и-Ру включает: I) перитектическую нонвариантную точку Ро,Еп,01аз,Руоа,ь и моновариантные кривые: 2) котектиче-. скую Ро,Епае,Ру , 3) перитектическуюр0,Епаз,В1зд,ь ,4) пе-ритехстическую 1Йеа,01од,Ру£)з,1, , 5) котектическую Ро,Схзд, Ру03,Ь , температура которой понижается с удалением состава от нонвариантной точки.

Анализ имеющейся информации (Мале, Уайли, 1979, .Малиновский и др., 1982) позволяет построить модель ликвидуса при 40 кбар системы Ро-Еп-й1-Сог , объединяющей поридотит-пирокое-нитовый симплекс Ро-Еп-ш.~Ру и симплекс ненасыщенных зклоги-тов Ро-0ог-П1-Ру (рис. 6). Обозначения: I - 5 - то же, что и

Рис. 6. Ликшдус системы а

Ру. дус системы

■ ■"••. Ро-Вх-Сог-Сз

на рис. 5; 6 - нонвариантная эвтектическая точка Ро,Оэ.В8,

Ру33,Со1-,ь ; 7-10 - моновариантные котектические кривые соответственно Ро,Б1а8,Сог,Ь ; Ро,Руз8,Сог,Ь , Э1,.3,Руза,Сог,1, И В1аз,Руаз,Ь ; II - дивариантное поле гиза,Руая,ь ; к-Епдз ,

ь ; п-]2пдз,Руза,ь (другие кривые в граничных плоскостях симплексов не обозначены).

Нонвариантнач перитектическая точка ^»^ад^зо^за»11 связана с нонвариантной эвтектической точкой Р°»М-аа>Руао.С!ог,

" О У С7 И

ь непрерывно понижающейся по температуре моновариантной котек-ткчеокой кривой Ро,01аа,Руаа,ь , т.е. ликвидус системы Ко -

-Ру не является термальным барьером между расплавами системы Ро-Еп-о -?у к систеш Ро-В1-Ру-Сог . На рис. 7 - модель ликвидуса стандартной перидотит-пироксенит-эклогитовой систеш Ро-С1-Сог-Сз при 40 кбар. Система является комплексом из 5 симплексов, каждый из которых является носителем одной нонвари-антной пятифазовой точки. Две точки :р°»Епаа>1);'-ев»рУд3»1, (I) и Сз» ^зз'^зэ'^за'1, Реакционные, а три Ро, 0ог,01дд , *УВ3.Ь (6), Сог,ку,Е1аа,Руза,Ъ (10) И Сог,Св,01аа,Руаа,Ь (14) - эвтектические. Общим для всех симплексов является дивариантное поле , которое на рис. 7 соприкасается со всеми пятью пятифазовыми нонвариантными точками. Анализ термического рельефа, этого поля показал, что в его пределах существуют направления понижения температуры между перидотит-пирок-сенитовым симплексом и всеми эклогитозыми.

Глава П. Физико-химические представления о генезисе пород гранат-перидотитовой фации верхней мантии

Раскрытие физико-химического механизма процесса формирования пород гранат-перидотитовой фации требует, прежде всего, определения его исходных граничных условий. Исследования минералогии и химизма пород позволяют определить граничные компоненты физико-химической системы, ответственной за их формирование. Оценка физических параметров базируется на методах гео-барометрии и геотермометрии. Параметры границ стабильности ал-* маза, пирона, коэоита и стишовита, жадеита и др. позволяют сделать независимую оценку. Интервал давлений для гранат-перидотитовой фации верхней мантии: 30 - 120 кбар, тогда как максимальные глубины, о которых доставлены образцы пород, отзечв-. ют давлениям порядка 80 кбар. Давление 40 кбар достаточно представительно, т.к. термодинамически устойчивы Ру^а.,ку и Сз .

' Фугитивнооть кислорода относитоя к области устойчивости днух-' валентного железа. Проблема мантийного флюида в условиях гра-. нат-перидотитовой фации даокуооиокна. Ряд фактов склоняет к выводу об ограниченном значении воды в первичной мантийной флюидной составляющей по сравнению с СО (С02) и СН4, Диаграммы плавкости многокомпонентных оиотем, граничные ооотавы которых товдеотвенны составам реальных минералов родоначального вещества фоцик, позволяют выявить всю совокупность генетичес-' ких связей пород и прийти к физико-химической модели процеоса, которая отождествляется в главных чертах о природным петроге-йетическим процесоом. Поэтому диаграмма плавкости системы 01. Срх-Сог-Оз относится к числу необходимых граничных условий в теории процеоса образования пород гранат-первдотитовой фации верхней мантии. С ее помощью может быть раскрыта физико-химическая оущкость этого процеоса.

Дан краткий обзор петрологических моделей вещеотва гра -•.нат-перидотитовой мантии: хондритовой и пиролитовой (Рингвуд, . . 1962), гранат-дерцолитовой (О'Хара, 1970); петрографически неоднородного (В.С.Соболев, 1973; Н.Б.Соболев, 1974; В.А.Куто -лин, 1978). Отмечено значение обнаружения образцов первичного • недифференцированного вещества верхней мантии с примитивным составом в отношении макрокомпонентов и редких элементов (Ко-гарко и др., 1986, Ягутц и др., 1978). На этой основе подтвер-. ндено фундаментальное петрологическое значение системы и&20-" CaO-MgO-FeO-AlgOyS iOg.

Рассмотрены характерные примеры генетических связей пород фации по петрографическим, петрохимическим и геохимическим- данным. Аналогия пород и минералов кимберлитовой ассоциации для различных провинций указывает на единство петрологических и геохимических процессов на глубинах мантии. Включения в алмазах свидетельствуют о росте кристаллов алмаза в той же. среде, в которой формируются породы ультрабазитового (гарц-бургит-дунитового, лерцолитового, верлитового) и эклогитового (биминёральных, корундовых, кианитовых, коэситовых эклогитов) парагенезиоов. Включения в алмазах магмы (Феок и др., 1975), относящейся к семейству, коматиитовых расплавов, близки к расплавам, образуыцимся при 10-20 % частичном плавлении гранатовых лерцолитов. . -16

Наибольший интерес в плане проводимых исследований представляют зернистые перидотиты, пироксениты и эклогиты как породы кумулятивного проиохождения, продукты фракционной криоталлиза-ции. Решение проблемы их происхождения оводится к рассмотрению альтернативы, являются ли они продуктами самостоятельных, генетически не овязанных магматических источников, или они -продукты физико-химически непрерывного процесса дифференциации единой магмы. Большой петрохимический материал свидетельствует о непрерывных переходах составов между перидотитами и пироксе-нитами, между различными эклогитами (Н.В.Соболев, 1974, Доусон, 1983, Маракушев, 1984). Подобные тенденции отмечены и для минеральных включений в алмазах (Буланова, 1985), отмечены олу-чаи, когда в одном кристалле алмаза присутствуют минералы пе-ридотитовой и эклогитовой ассоциаций (Принц и др., 1975, Оттер, Гарни, 1986)..

Рассмотрены Р-Т - диаграммы плавления реальных многокомпонентных пород гранат-перидотитовой фации: гранатового лерцо-лита до 40 кбар (Ито, Кеннеди, 1967), шпинелевого лерцолита до 150 кбар (Такахаши, 1986), биминерального эклогита до 30 кбар (О'Хара, 1963), кианитового эклогита и гроспидита до 40 кбар (Грин, 1967), а также перидотитового коматиита до 40 кбар (Арндт, 1976). В таких экспериментах (для каждого давления) результат является диаграммой политермического разреза для одного состава системы Ol-Cpx-Cor-Cs . Такими разрезами обнаруживаются отдельные элементы ликвидуса перидотит-пироксенит-эк-логитовой системы, но полное решение системы не достигается.

Магматизм гранат-перидотитовой мантии определяется конкретными процессами, важнейшие из которых: I) частичное плавление родоначального вещества (гранатового лерцолита) и образование первичной магмы, 2) фракционная кристаллизация первичной магмы и образование пород-кумулятов. Рассмотрены физико-химические различия между равновесной и фракционной кристаллизаци-. ей на примере системы En-Di-Cor при 30 кбар, ликвидус которой содержит эвтектические (котектические) и'перитектические (реакционные) элементы. Фракционная кристаллизация расширяет возможные гтаницы магматической дифференциации, ее результат^ зависят от термического рельефа дивариаитного поля, примыкающего ' к перитектической кривой, и от ориентации вектора кристаллиза-

ции расплава.

Физико-химической основой анализа процессов как равновесной, так и фракционной кристаллизации расплавов является равновесная диаграмма плавкости системы. Наглядным, компактным, максимально информативным и топологически сбалансированным изображением последовательности кристаллизации системы является ее политермический разрез, с помощью которого могут быть построены петрогенетические диаграммы как равновеоной, .так и фракционной кристаллизации.

В заключение поставлены и обоснованы теоретические, экспериментальные и технико-методические задачи. В теоретическом плане - это разработка физико-химической модели процесса генерации первичных мантийных магм и их эволюции с образованием серий магматических пород гранат-перидотитовой фации. В экспериментальном - получение информации о фазовых отношениях при плавлении многокомпонентных систем, тождественных систе-.мам минералов реальных пород. В технико-методическом - разработка нового аппаратурно-методического комплекса, способного обеспечить решение поставленных экспериментальных задач.

Часть вторая. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФАЗОВЫХ ОТНОШЕНИЙ 'ПРИ ПЛАВЛЕНИИ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СИСТЕМ МИНЕРАЛОВ ГРАНАТ-ПЕРИДОТИТОВОЙ ФАЦИИ ВЕРХНЕЙ МАНТИИ

Новые аппаратурные и методические разработки обеспечили экспериментальные исследования фазовых равновесий при плавлении .систем, характеризующих вещество гранат-перидотитовой фации. В исследованиях широко используется метод политермических разрезов многокомпонентных диаграмм состояния.

Глава Ш. Аппаратура и методики исследования фазовых равновеоий при плавлении многокомпонентных систем при высоких давлениях и температурах

В практику экспериментально-геохимических исследований внедрена серия аппаратов наковальня с лункой (ИЛ) с различными полезными объемами для изучения фазовых равновесий в широком интервале давлений и температур.

' Решающее значение в аппаратурно-мотодическом обеспечении эксперимента сыграло: I) разработка твердофазовой ячейки аппарата НЛ-40М о большим полезным рабочим объемом (6 смЗ) о одно-.18

родными распределениями давления и температуры, отличающейся высокой надежностью и производительностью (рис. 8), 2) создание системы автоматического прецизионного регулирования.температуры (относительная погрешность регулирования 1 0,06$ от 1300°С) и мощности нагрева 0,25% от 2,2 квт), 3) разработка герметических футерованных вольфрамом ампул из платины и платинородиевого сплава для исследования разовых равновесий с участием железосодержащих многокомпонентных силикатных расплавов, 4) разработка методов приготовления многокомпонентных ге-левых смесей с двухвалентным железом и синтеза исходных поликристаллических фаз любого состава для опытов по равновесиям.

Рис. 8. Ячейка аппарата НЛ-40М с полезным объмом 6 см : I - контейнер, 2 - 4 - графитовый изотермический нагреватель, 5 - изолятор, 6 - держатель образца (що, вы ), 7,8,9 - термопара ПР 30/6 в изоляции, 10 - прокладка, II - датчик давления, 12 - ампулы с веществом, 13 - контуры ампулы для изотермического синтеза минералов

Аппаратура и методика гарантировали химическую защиту исследуемого образца, близкое к гидростатическому давление в ко-мпримируемой среде на границе образца, близкое к изотермическому температурное поле в объеме образца, достаточно точное измерение давления в образце при высокой температуре, надежный контроль и регулирование физических параметров эксперимента во время выдержки, высокую надежность эксперимента в целом.

Новыми решениями, найденными при выполнении работа, являются: изотермический нагреватель, платино-иридиеше и платино-родиеные ампулы для исследуемых веществ, метод эксперименталь-

' 19

його барометрирования рабочей зоны ячейки с использованием двух висмуто-таллиевых датчиков давления - фиксированного и •перемещаемого, изучение распределения давления в ячейке при комнатной температуре, сравнение показаний термопар ПР 30/6 и ГШ под давлением, применение материала-свидетеля для оценки распределения температуры в образце, способ высокотемпературной калибровки ячейки по кривой равновесия кварц-коэсит и раз' работка сиотемы высокотемпературных поправок к давлению, измеряемому в кавдом опыте при комнатной температуре, способ изучения эффективности работы твердых сред при создании давления ' и др, Закалка под давлением осуществляется разрывом цепи нагрева, после чего температура образца падает до 700-800°С за 3-5 о в аппаратах Ш1 с полезным объемом до I см3 и за 30-4о с в аппарате НЛ-40М с полезным объемом 6 см3.

Ячейка -с большим полезным объемом может эффективно использоваться для исследования высокотемпературЕШХ фазовых равно-•веси» до 45-50 0,5) кбар и 1600-180С Ю)°С. При этом надежность работы аппарата Ш1-40М и методик во всех звеньях 100$.

Стенки платиновых ампул поглощают железо из магматических расплавов, потери железа настолько существенны, что ими прене-'брегать нельзя. Изучено взаимодействие железосодержащего магматического (андезитового) расплава с рядом металлических материалов, которые можно использовать для изготовления ампул - спла-■вы Р1;60ЮЧ0 и 701г30 I Та .1,ъ » Мо и и , а также для сравнения сУъ . Распределение железа в закаленном силикатном стекле, в стенках ампул изучалось с помощью рентгеновского микроанализатора. Изменение среднего содержания Рео в андезитовом расплаве во времени (при 1450°С и 40 кбар) для ампул из различных материалов - на рис. 9. Установлено, что платиновые ампулы непригодны, для исследований железосодержащих силикатных расплавов из-за олишком больших потерь железа. Наилучшие результаты получены о и ; комбинированные ампулы с вольфрамовой футеровкой обеопечивают практически полное сохранение содержания железа '• в расплаве достаточно продолжительное время. Микрорентгенос-'центральное опробование стенок из и и сплава рг60га40 показало отсутствие их взаимодействия с Э!, т±, А1, Са, Иа ' и К . В андезитовом отекле' не обнаружено присутствиями*, Разработаны методы изотермического синтеза минералов, • • 20 _ •.'..-*.:.■

(

Рис. 9. Изменение среднего содержания з?еО в андезитовом расплаве во времени для ампул из различных материалов

' - та \\тгчма -------

. 1 > . , . I >■ : I I , I I . 7ТТ->-+-Щ 30 50 70 90 НО

Нпе.мя.. мин

применяемых как исходные вещества при исследованиях фазовых равновесий. Узкие рефлексы синтезированных фаз на рентгеновских дифрактограммах, микрорентгеноспектральный анализ, изучение в иммерсионных жидкостях и мессбауэровские исследования (метод ядерного гамма-резонанса) указывают на их гомогенность.^

При применении вольфрамовой футеровки вольфрам, частично окисляясь до чю , работает как буфер я/у/о , близкий Ге/ТРеО . Буферная емкость и/ио выше емкости для ячейки, и этот буфер определяет окислительно-восстановительные условия в образце. Существующие оценки Го2 в глубоких частях мантии близки значениям, соответствующим данному буферу. Таким образом, вольфрамовая футеровка, предохраняя железосодержащие расплавы от потери железа, вместе с тем сохраняет его двухвалентное состояние, имитируя мантийные окислительно-восстановительные условия. Фазовый состав продуктов экспериментов, иногда химический состав фаз, определялись с применением рентгенодифракци-онного, иммерсионного и шкрорентгеноспектрального (спектрометр Камебакс) методов анализа.

Глава 1У. Исследования влияния железистых и натриевых компонентов на ликвидусные отношения минералов гранат-перидотито-вой фации верхней мантии

Железистые и .натриевые компоненты - главные в легкоплавкой составляющей пород гранат-перидотитовой фации верхней ман-тгаг. Однако их физико-химическая роль в процессах плавления вещества верхней мантии не выяснена.

Исследования плавления модельных железосодержащих

систем при 40 кбар Концентрация фаялитового компонента в оливине ~ 10-16 мас,#, такими же значениями характеризуется содержание ферро-силитового компонента в ортоиироксене. До 15-20 мас.$ геден-бергитового компонента обнаруживается е клинопироксене. Содержание альмандинового компонента в гранате достигает 50-65 мас.д!. Фазовые равновесия при плавлении систем железосодерка-.щих минералов не исследовались. Физико-химическая роль келези-■ отых компонентов как факторов мантийного магматизма в работе выявлена исследованием влияния содержания железистых компонен-. тов на строение и другие особенности ликвидуса стандартной системы Ро-Еп-Бх-Ру , бозжелезистой по определению. Главный объект исследования - модельная железосодержащая система

01(Ро80Ра20)-Срх(П180Н«гс120)-аг(Руц0А1т20), которая находится в позиции общего пограничного сечения для

• двух сопряженных симплексов: перидотит-пироксешгтового 01-

Орх-срх-Ог и оливин-корундового эклогитоаого са-срх-сг-сог. Двойная модельная система Р1а0Не<120 - Ру80А1т20 занимает у шкальную позицию в системе Ох-Срх-Сох-Са , являясь единственным общим элементом для всех симплексов перидотит-гшроксенит-экло-гитового комплекса» Фазовые отношения в системе П1в0Ней20-?у80А1ш20 псевдобинарны: вместе с Срх и Ог ликвидусиой фазой .является Орх. Орх участвует также в фазовом составе ассоциаций субликвядуса ( Сг,Орх,Х; Срх,Орх,Ь; Срх,Сг,ъ ) и субсоли-дуса ( Орх,Срх,йг; бг,Орх), Микрорентгеноспектральными иссле-

• дованиями установлено, что ортопироксеновые компоненты Ме3103 и РеЗЮ^ входят в состав твердых растворов Срх как в областях • Орх-содержащих ассоциаций, так и безортопироксеновых ( Срх,Ь; Срх,Ог,Ь; Cpx.Gr ), а гроссуляровый компонент - в состав граната. Диаграмма плавкости оистемы П180Нее120 - Ру80А1т20 при 40 кбар.имеет топологические различия о соответствующей стандартной системой М-Ру , у которой Орх не является ликвидусной фазой. Поевдосиотема ш80Не<120 -Руе0А1т20 , являясь по сути

. дела-внутренним политермичеоким разрезом модельной железосодержащей системы" Орх-Срх-йг , дает представление о ее ликвидусе: объемах первичных кристаллизаций Орх, Срх и бг , монова-рйангных кривых ~ котектических Ог.Орх.Ь; Срх,Ог,ь и перитек-.22 д •■■ л- V .'.:■/■•'•■"'' ■

тяческой Орх,Срк,ь ,о перитектической природе уоловно-нойваря-атеяой точки Орх,Срх,аг,ь.

Тройная модельная железосодержащая система 1,°ео1'аго"

Ю1в0Нес120 - Ру80А1ш20 по оуществу является не граничной, а занимает позицию плоского внутреннего сечения в объеме координат-* яого тетраэдра сиотемы 01 - орх - Срх - Ог , граничные составы Орх,Срх и вг которой устанавливаются самопроизвольно, в результате взаимодействия Ш.80Неа20 й Ру20А1т80 . Поэтому о ее изучением связано получение информации о ликвидуоной структуре четверной модельной перидотит-пироксенитовой системы 01-0рх-Срх-вг, Этот путь является наиболее экономным, так как не требует дополнительных исследований остальных граничных двойных и тройных систем. Анализ характера субсолидусных фазовых отношений указанной перидотит-пироксенитовой системы позволяет выбрать' для экспериментального исследования как наиболее информативный внутренний шлитермический разрез Ро80Ра20-(0180Не<120)50(Ру80

А1т20^50 * диаграмма плавкости которого - на рис. 10.

т:с

Г350

то

/550

Г500

то

1 / 01,ь

N. в « . ,/

* * N. • /• Орх, ь ^^ 01, Орх, Ь ^ — * .

^- . 0!,0рх,Ср*,1 « « ие.опх.сох.вг.й . ...______ ое, Срх, &г. с __________

•• • • ♦ • • * .1 , 1 0?,Срх,&г ■ 1 I I , I

10 М 50 70

¡о^Уво А?тг0);0 Мае'/* Гой0 Ра2

го

Рис. 10. Политершческий разрез Срх500г50 - 01 .модельной'

железосодержащей системы 01 - Срх - Ог при. 40 кбар

На диаграмме представлены: объемы первичных кристаллизации 01 и Орх , даиариантные поля 0l.Cpx.li; Орх.Срх.ь и Срх,Ог,ь , моновариантные перитектические кривые 01,0рх,срх,ь и Орх.Срх, Ог.ь , а также котектическая - 0х,срх,сг,ъ условно-нонвариан-тная перитектическая точка 01,0рх,срх,0г,ь (ее температура 1505-1520°С). Определено строение поверхности ликвидуса системы Ро805'а20- П180Нес120 - Ру80А1т20 (рис.11). Среди ЛИКВИ-дусных фаз наряду с 01, Срх йог представлен и Орх. Плоскостью

Рис.II. Ликвидус мо-

тройного разреза пересечены дивариантные поля 01,Сг,Ь; 01,.Срх,ъ Орх,Ог,ь;Орх,Срх,1и йг,Срх,ь , а также моновариантные кривые 01,Срх,0г,ь и орх,Срх,Яг,Ь .следы пересечения которых с плоскостью' диаграммы имеют вид нонвариантных точек ("точек протыкания"). По' сравнению об стандартной оистемой Ро-М-Ру при 40 24 ". ..

кбар исследуемая диаграмма имеет, таким образом, принципиаль- ' ное отличие в том, что присутствие в системе железистых компонентов изменяет положение моновариантной перитектической кривой Орх,Срх,Ог,ь в объеме тетраэдра составов оистемы01-°Рх-Срх-вг она оказывается вне тетраэдра составов. Диаграмма

плавкости внутреннего политемрического разреза (В1плнеа„„)г,„

- . ао . ¿и чи

(Роа Ра,п)1п - (РУяпА1т9П)рП (РО ,Разп)1п Д^т оведения о тех элементах ликвидуса, которые не оонарудавались предыдущим разрезом (в области составов, богатых^1" ). В результате получена информация о всех четырех мновариантных кривых модельной железосодержащей системы 01-0рх-срх-аг.

На основе проведенных исследований поотроена диаграмма ликвидуса модельной железосодержащей ойстемы 01-0рх-Срх-вг при 40 кбар в виде трехмерной проекции на тетраэдр составов (рис. 12). Фазовый комплекс ее включает: I) условно-нонвариан-тную перитектичеокую точку 01,орх.Срх.йг.ь и моновариантные кривые: 2) котектическую01,Орх,аг,ь ; 3) перитектичеокую 01, орх.Срх.ь 4) перитектичеокую 01,срх,0г,ь 5) котектическую 01,Срх,Сг,Ь .

К важным особенностям ликвидуса относятся перитектическая природа условно-нонвариантного пятифазового равновесия, понижение температуры котектической кривой 01,Срх,аг,ь с удалением фигуративных точек состава от нонтариантной точки, позиция моновариантной перитектической кривой Орх,Ср ,Ог,ь и связанный с этим выход объема кристаллизации Орх за пределы тройной системы 01-Срх-аг . Таким образом, участие в составе системы железистых компонентов вызывает радикальные изменения ликвидуса по сравнению со стандартной системой Ро-Еп-ш-Ру . Они заключаются в изменении позиции мновариантной перитектической кривой Орх,Срх,вг,1! и соответственно пятифазовой нонвариантной точки 01,0рх,Срх,0г,ь . Влияние железистых компонентов проявляется также в существенном снижении температур ликвидусннх " и солидусных равновесий (на 150-200°С). -

Изложенные результаты являются первым прямым экспериментальным доказательством перитектической природы условно-нфнва-риантиого пятифазового равновесия 01,0рх,0рх,0г,ь в перидотит-, пироксенитовой системе минералов гранат-перидотитовой фации

.25

верхней мантии. Впервые экспериментально исследован ликвидус ■ данной оиотемн как единое целое и определены принципиальные особенности его строения,

Иооледования плавления модельных натрийсодержащих оистем при 40 кбар Содержание натриевых компонентов в мантийных ультрабазитовых и базитовых породах достаточно высоко. Особенно богаты натрием эклогиты. В омфацитовых клинопироксенах эклогитов установлено до 50-70 то.% жадеитового компонента, Физико-химическое поведение натриевых компонентов в магматических процессах на уровне гранат-перидотитовой фации верхней мантии исследовано недостаточно.

Натриевые компоненты, главным образом кадеитовый, концентрируются в клинопироксенах, Жадеитовый и допсвдовый компоненты образуют непрерывные ряды твердых растворов при 40 и 30 кбар-(Белл, Дэвио, 1969). Поскольку диопсид - один из граничных компонентов стандартной сиотемы Ро-Еп-ш-Ру , физико-химическая роль жадеитового компонента может быть оценена путем исследования аналогичной модели натрийсодержащей системы Ро -Еп-й-Ру. Однако при 40 кбар ее двойные граничные системы о "участием жадеита не исследованы.

Диаграмма плавкости системы жадеит-пироп при 40 кбар характеризуется простой эвтектикой (1330°С,-му2Руа ) без твердых растворов компонентов (рис. 13), т.е. характер взаимодействия и и о Ру резко различен (диаграмма плавкости стандартной системы В1-Ру псевдобинарна). Исследование внутреннего политермического разреза рз~50;г'15Р оистемы т-^-Ру (соотав клинопиронсена представителен для природных омфацитов из.эклогитов) показало, что ликвидуоная структура диаграммы плавкости системы Рх-М-Ру определена влиянием жадеитового компонента.

Диаграмма плавкости системы жадеит-знотатит при 40 кбар характеризуется.полем твердых растворов жадеитового клинопи-' роксена (до 30-40 маеЕп в Лдв ), ортопирокоена (около 1012 мае.% га ВЕН •), характеризуется наличем перитектической

88 г\

реакции Еп+ь => Еп (нонвариантная точка при 1420 С,

•38 8о IО

Еп24 ) и относится к IУ типу бинарных диаграмм по Розеб.уму ,26 . .

Рис. 13. Система, жадеит-пироп

Рис.14. Система жадеит-энстатит

(рис.14). Замечательным является факт практически полного топологического подобия ее с диаграммой стандартной системы диопсид-энстатит.

Диаграмма плавко-50 70 30 оти системы жадеит-11 ас/, En En ■ форстерит при 40 кбар

(рис. 15) пссвдобинарна: на ликвидусе и в субликвидусе появляется Орх, поэтому она обладает свойствами внутреннего политермического разреза и содержит информацию о ликвидусе системы Po-En-Jd , в частности о перптектической природе нонварнант-ного равновесия Po,Enag,Jdsa,L . Стандартная система Di-Рсяв-ляется эвтектической.

На основе проведенных исследований определены ликпиду.сные' фазовые отношения для тройных граничных систем и построена диаграмма ликвидуса модельной натрийсодержащей системы Po-En-Jd-Ру при 40 кбар в виде трехмерной проекции на тетраэдр составов (рис.16). Фазовый комплекс ее включает: I) нонвариантную.

перитектическую точку Po,Unsq,Jdss,Py,L ; новариантнне кривые:2)сотектическую Ро,йп

(около 1300°С) и мо-,Pv,L р)перитектичес-27

кую Ро,Еп8а,айва,ь ; 4) перитектическую Епаа,ас1аа,Ру,Ь! 5) котекгическую Ро,^,Ру,1.,

К важным особенностям ликвидуса относятся перитектичео-кая природа нонвариантного пятифазового равновесия, понижающаяся температура котектической кривой Ро,Лс1,Ру,ь с удалением точки состава от ноивариантной точки, позиция моновариантной перитектической кривой Ро,£пза,<иза,ь , которая переори-

Го

Рис, 16, Модель ликвидуса системы

Ро - -Бп - ла - Ру

ентируется к другой тройной граничной системе - Ро - 1)1- Ру . Таким образом, участиг в составе системы натриевого (жадеито-вого) компонента вызывает радикальные изменения ликвидуса, которые заключаются в изменении позиции моновариантной перитек-тической кривой Ро,Еггаз,Срх,ь в пространстве тетраэдра соата-вов перидотит-пироксеиитовой системы 01-ерх-Срх-0г . С этим овязано расширение объема первичной кристаллизации Орх и выход его через граничную систему Ро-^-Ру (01-срх -ог) за пределы тетраэдра составов перидотит-пироксенитовой системы. Влияние жадеитового компонента проявляется также в существенном снижении температур ликвидусных и солидусннх равновесий (более 300°С).

Результаты исследования модельных систем, - железосодержащих и натрийоодержавдх, - свидетельствуюг об избирательном характере физико-химического воздействия соответствующих компонентов на ликвидусные отношения минералов гранатового лерцо-лита: если изменение концентрации железистых кошонентов переориентирует перитектическую кривую Орх.Срх.йг.ь , то изменение концентрации жадеитового кошонента (и отношения ла/м в Срх) переориентирует другую перитектическую кривую 01,Орх,Срх,1, в тетраэдре составов леридотит-пироксснитовой системы 01-орх-Срх-Сг,

Глава У, Экспериментальные исследования фазошх отношений при плавлении многокомпонентной пеоидотит-пироксснитовой системы оливин-ортопироксен-клинопчроксен-г'ранат

Состав исследуемой системы 01-0рх-Срх-йцз главных своих особенностях может быть отождествлен с реальным составов примитивного вещества гранат-псридотитопой мантии, а также с его гипотетическими состава!,® в рамках хондритовой, пироллтовой и гранат-лерцолитовой моделей. Выбор составов граничных фаз основан на анализе составов реальных минералов пород магнезиальных перидотитовых серий, в наименьшей степени истощенных железистыми и щелочными компонентами.

Особое значение исследований ликвидуса перидотит-пироксе- • нитовой систеш 01-0рх-Срх-0г определяется тем, что он является фундаментальной физико-химической характеристикой реального 'вещеотва гранат-перидотитовой фации верхней мантии и, следова-

тольно, основой физико-химического анализа процессов генерации в примитивном веществе мантии первичных магм, закономерностей их эволюции с образованием серий глубинных пород.

Составы граничных фаз исследуемой многокомпонентной ои-стемы 01-0рх-Срх-(5г приведены в табл. 2 (подчеркнуты) вместе с составами их природных прототипов - реальных минералов (по Бойду, Данчину, 1980), из которых они пересчитаны на 6-компо-НеНТНую системы Иа^СаО-МйО-РеО-А^ОуЗЮ^

Таблица 2

Окислы

I 2 I 2 I 2 I 2

ЗЮ2 38,0 40,02 56,0 57,80 55,10 55,92 41,7 42,55

тю2 0,03 0,19 0,20 0,68

А12°3 0,05 0,92 0,49 3,88 4,28 21,0 24,07

Сг2°3 0,03 0,03 0,50 1,10

РеО 13,6 14,35 9,62 7,26 4,13 4,68 8,84 8,48

МпО ОДЗ 0,19 0,12 0,32

НЮ 0,28 - - -

МЕО 47,6 45,63 33,6 33,4 17,1 16,88 21,0 20,93

СаО 0,07 .0,86 0,81 15,1 15,66 4,68 3,97

Ыа20 - 0,23 0,30 2,77 2,60 0,11

Сумма 99,7 100,0 101,6 100,0 98,9 100,0 99,4 100,0

01 -

Орх

Примечания: I - в природе, 2 - в эксперименте

Составы граничных фаз в виде формул минералов: М81,70Ре0,303104;

- Мв1,721'е0,21СаО,ОЗМа0,02А10,ог312О6!

Срх - 1^0,90^0,14^0,6^0,18^0,18^2°6; Ог - # г0?е0 ^^Сво ^оА^Э!^ 2.

Компонентный состав соответственно: 01 - Роос-Ра,с;

8? 15

Орх - ЕПд^в^О!^^; Срх - (О1,Нес1)б0ас318(Еп,Рэ)22 ;

Ог - Ру-]^ 4А1т16 60гозю О " ^сх°Дные составы в эксперименте

задавались ассоциациями мелкокристаллических фаз.

Исследована диаграмма плавкости системы срх-вг (рис. 17) при 40 кбар, которая топологически подобна диаграмме стандартной псевдобинарной систеда В1-Ру , т.е. является внутренним политермическим разрезом системы Орх-Срх-йг ; при этом установлено, что условно-нонвариантное равновесие Спх,Срх,Сг,ь 30 "

Рио. 17. Многокомпонентная "перидотитовая" система Орх-аг

является перитектлческим, а моновариантная кривая срх,0г,Ь понижается по температуре с удалением точки состава от услов-но-нонвариантной точки.

Задача изучения ликвидуса системы ох-орх-ерх-ог как единой многокомпонентной систеш решалась о применением метода внутренних политермических разрезов. Исследование имеет комплексный характер: экспериментальные методы сочетались о последовательным применением методов толо-аналитической теории диаграмм равновесия многокомпонентных систем.

Для исследования системы 01-0рх-срх-сг выбрано внутреннее плоское сечение 01бо0г40-0рхбо&г40-срхбо0г40 , которым пересекается ооъеы первичной кристаллизации граната на некотором удалении от ожидаемого положения условно-нонвариантной точки 01,0рх,Срх,аг (т.е. параллельно граничной системе са-Орх-Срх ). При этом с помощью внутренних политермических разрезов этого сечения получены данные о всех гранат-содержащих элементах ликвидуса систеш са-орх-срх-аг . Для исследования выбраны регулярные разрезы, для которых применимо правило соприко-

сновешш областей состояния. Регулярные разрезы не пересекают узловые элементы диаграммы - нонвариантные точки и несут информацию о конкретных элементах диаграммы - фазовых областях, их границах, моновариантных кривых и нонвариантных точках, об их взаимном положении в структуре диаграммы, о природе равновесных отношений фаз, о температурах равновесий, в некоторых случаях - о составах равновесных расплавов.

В диаграмме плавкости политермичеокого разреза по ли юти 0рхд1019аг40-срх5101д0г40 при 40 кбар (рис. 18) предотавле-ны следующие элементы ликвидуса многокомпонентной сиотемы01-Орх-Срх-Ог : условно-нонвариантная перитектическая точка 01 , 0рх,срх,сг,1) (температура 1430 - 1460°С), моновариантные кривые: перитектическая Орх,Срх,Яг,Ь , а также котектические 01, Орх,Ог,ь и 01,Срх,0г,Ь , температура последней ниже температуры условно-нонвариантной точки. Разрезом также обнаруживаются дивариантные поверхности - Орх.Ог.ь и Срх.бг,!* объемы

г;л

Ш 30 50 70 до

Рис. 18. Политермичеокий разрез оРх5101дог40-сРх5101эог40

первичных криоталлизаций Ог.Ь иОрх.Ь , Взаимное положение в разрезе поля 01,оРх,сРх,Вг,ь , соответствующего условно-нонвариантной точке, и поля01,срх,Ог,ь , соответствующего понижающейся с температурой моновариантной котектической кривой, 32

является доказательством перитектичеокой природы условно-нон-вариантного равновесия (подобно аналогичным случаям для стандартной и других систем с более простыми составами).

Важным узлом в разрезе является точка температурного максимума для поля Орх.срх.Сг.Ь, лежащая в пересечении четырех граничных линий (1515°С, состав для данного политермпческого разреза ( орх^ОХдй!^ ^Орх^са^с^).^). Это точка пересечения данным разрезом моновариантной кривой Орх,Срх,йг,1..0на лежит в объеме тетраэдра 01-0рх-Срх-0г , фиксируя, таким образом, положение указанной моновариантной кривой. Это позволяет спроектировать се на плоскость внутреннего тройного сечения

0160Сг40" °Рх60аг40 " Срзсб0а1'40'

В диаграмме плавкости политермического разреза по линии

0рх43,5Срх1б 50г40 " 0143,5срх1б 5Ц140 подтверждаются осоосн-ности диаграммы плавкости системы о^-орх-Срх-Сг , установленные предыдущим развозом. В субликвидусе при 1о40°С и составе

(0рх43г5Срх1б,50г40^б1(0143,5Срх1б,50г4оЬ9 фиксируется точка пересечения плоскостью данного разреза монотриантной кривой 01,0рх,Сг,Ь . В диаграмме плавкости политермического щз-реза 0Х43|50рх1б Срхдз 50рх1б 5Сг40 фиксируется точ-

ка пересечения плоскостью разреза ыоноварпантноИ кривой 01 , Орх,Сг,ь . Это вторая регистрация положения этой кривой.

йгаграыш плавкости рассмотренных политермических разрезов являются экспериментальной основой для построения проекции ликвидуса системы 01-0рх-Срх-аг на плоскость сечсння ОрхбоСг40-Срх,0Сг40 (рис. в проекции ([сплошные линии) представлены моновариантныо кривые: котектическая 01,0рх,Сг,Ь, пе-ритектическая Орх,Срх,Ог,ь и котектическая. 01,срх,0г,ь . Точка их пересечения является проекцией условно-нонвариантной перитектичеокой точки 01,0рх,срх,0г,ь . Уточнение положения моновариантной кривой 01,Срх,0г,ь произведено с помощью серии опытов в политермическом разрезе о^орх^г^ - Срх540рхбСгд0 в окрестности условно-нонвариантной точки, построена диаграмма плавкости нерегулярного политермического разреза по линш Орх^Срх^Ог^д-О!.) 5СрхД5Сг40 , проходящего через условно-'конвариантную точку 01,орх,ирх,ог,ь . Пунктирные линии на рис. 19 - это пересечения плоскостью рассматриваемого сечения дивариантннх полей 01,0г,ь и Орх,Сг,ь.

Oigo &Гц)

чешя

Рис. 19* Проекция ликвидуса системы 01-0рх-срх-(3г та

плоскость внутреннего тройного тзе—

(сшгопгаие датшта)

Исследованными разрезами не обнаруживается четвертая тло-новариантная яеритектическая кривая 01,0рх,Срх,ь , "которая расположена позади условно-нонвариантной точки

. Состав 'этой точки нельзя определить по "проекции на плоскость (0%о'йтг(.о-ррх6оаг4о-срхбоог4о . Но состав условно-ноггшшжзяшгй'й точки О1.орх70рх,0г,ь при 40 кбар был определен эксперяйедаадано в опытах с составами, содержание вг в которых последовательно уменьшалось. Он 'соответствует следущему: ®115 6Орхчо ?Срх47 7йг2б , или в пересчете на тсомпоненты-оки-слы:'зю2 -^50,2-, А120^ - 8,3! МвО - 24,1; РеО - 7,5;СаО -8,6-, Иа^'О - 1,3 (мае.. Этот состав является также -составом уоловно-нонвариантного р&сплава, равновесного с четаркга -фазами - 01,0рх,Срхи йг ,т.е. первичного расплава "многокомпонентной системы са-орх-срх-йг . Он отвечает составу улътрззлафичо-ского коматиита.

Ликвидуо многокомпонентной перидотит-гогроксешгговой ои-отемы уОЧ-Орх-Срх-Ог , составы граничных фаз которой отождест-вляитая -с составами минералов примитивного гранатового лерцо-лита., -соответствует модели, установленной для стандартной си-(отемы \Po-En-Di—Ру .. Температура нонвархантного равновесия, в 'стандартной системе - 1680°С, а равновесия г'0»Еп33.Г)1Ед<рУаз>1' !В ¡многокомпонентной .системе - 1430 - 1460°с.

Моновариантная котектическая кривая 01,Срх,аг,ь - единственная четыре »Тазовая кривая, вдоль которой могут дифференцировать с понижением температуры магматические расплавы после условно-нонвариантной перитсктической точки 01,0рх,ирх,аг,1. к граничной системе 01-Срх-Ог . Исследованием внутреннего политермического разреза 01-срх5о01'50 и РЯДО составов определена диаграмма ликвидуса граничнои"системы 01~Срх-Сг при 40 кбар, плоскостью которой пересечены следующие элементы ликвидуса системы О1-0рх-Срх-Сг : объемы первичных кристаллизации ох,Срх и йг , давариантнне поля 01,с,г,Ь; 01,с;рх,ь и орх,Сг,ь, а также моновариантная котектическая кривая 01,срх,0г,ь , след которой имеет вид нонвариантной эвтектической точки. Температура ее - около 14ДО°С, состав 011б ^Срх^Сг,^ г , или зю2-50,24; , А^ОуВ.О; !ЛцО-22,51 РеО-7,1; ¿и0-Ю,4; 'Ма20-1,6 ,

т.е.состав расплава, равновесного с 01, Орх и Сг , соответствует также ультрамафическому коматииту.

Глава У1. Экспериментальные исследования при 40 кбар плавления многокомпонентной системы оливин-ортопкрокссн-клшогтроксен-граиат повышенной щелочности

Плавление участков гетерогенной мантии повышеннойЩелочности характеризуют результаты исследования системы ох-орх-Срх-йг , составы Срх и йг которой соответствуют минералам бимикеральных эклогитов. Эта система показывает также, как могут измениться ликвидусныо фазовые отношения перидотит-пи-роксенитовой системы 01-0рх-ирх-0г в процессе фракционной кристаллизащш, если, в остаточных расплавах возрастает концентрация натриевых компонентов.

Составы граничных фаз исследуемой системы - в табл. 3 (подчеркнуты) вместе о составами их природных прототипов -реальных минералов (по Н.В.Соболеву, 1974, Бойду, Данчину, 1980). Составы граничных фаз в виде формул минералов: 01 -

"81,70?е0,30Э1 °4' °1>Х-Щ , 72Р00,21 СаО, 03*'а0,02^0,02312°б!

45*4 19*451^0, Э98^ аг-,Л®0.97Са0,49

^1,54^2 2' ' т „ ,

Компонентный соотав соответственно: 01-Ро85Ра15; Орх- ,

Ел^з^В!^^ Срх-(01,Неа)4бис1,А1ст)57(Еп,Рз)5{ вг - Ру32 2 _ Огоа1б,4 А1М,4

Таблица 3

Окислы

I 2 I 2 I 2 I 2

ЭЮр 38,0 40,02 56,0- 57,80 55,30 56,31 39,20 39,23

Т102 0,03 0,19 0,52 0,44

А12о3 0,05 0,92 0,49 9,07 9,32 21,10 22,19

СГ2°3 0,03 0,03 0,07 0,40

РеО 13,6 14,35 9,62 7,26 6,15 6,40 22,70 24,08

МпО 0,13 . 0,19 0,07 0,40

N10 0,28 - - -

МвО 47,6 45,63 33,6 33,4 8,93 8,50 8,32 8^51

СаО 0,07 0,86 0.81 12,7 12,09 5,81 5.98

Иа20 - 0,23 0,30 7,29 7,41 0,20

к2о - - 0,07 -

Сумма 99,7 100,0 101,6 100,0 100,24100,0 98,131)0,0

Примечания: I - в природе, 2 - в эксперименте

Исследована диаграмма плавкости системы Срх-Сг^рио. 20) при 40 кбар, которая топологически подобна диаграмме системы

Гс

1600 ■ • 1 ■ -

1500 ' 1 У • •/ » / • | • 6М • ■ • • Рис. 20.

то то ч/^ч/ ч.-- • • "Эклогитовая"

. Срх «/ / * « * • Срх, вг * • система

1 . 1 _-и_1-1-

Срх 10 30 50 10 90 Мае. 7» вг

В150,К150"Гу * отличаясь от соответствуэдей "перидотит-пирок-сенитовой" системыСрх-Ог (рис. 17).

Диаграмма плавкости граничной тройной системы Орх-срх-

(Зг при 40 кбар (рис. 21) исследована методом внутренних политермических разрезов. Диаграмма плавкости политермического разреза Срх8С)0рх;20-Сга00рх20 фиксирует положение на ликвидусе

Рис. 21, Система Орх - Срх - Сг

Мас.%

Бг

моновариантной когектической кривой Срх,Ог,ь и ее соотношение с условно-нонварлантной точкой Орх,Срх,Ог,1. , диатамма плавкости политсрмичсского разреза Срх^Сг^-Орх - моновари-аитной котектическои кривокорх.йг.ь , а диаграмма плавкости политершческого разреза Срх84ог1б-орх84аг1б - моновариантиой поритектическои кривой оРх,иРх,.ь . ликвидус системы Орх -Срх-Сх- является перитоктическим, температура условно-нонва-риантной точки Орх,Срх,Сг,ь - 1415-1440°С, состав соответствует Орх22Срх48Сг30.

Диаграмма плавкости граничной тройной системы 01-Срх-Сг при 40 кбар (рис. 22) характеризуется четырьмя ликвидус-ними полями -01,Срх ,сг , а также Орх и двумя нонвариантными точками - перктектической 01,0рх,Срх,ь и эвтектической 01> Срх,ог,ь , которые являются "точками протыкания" соответствующих моновариантных кривых. Это установлено исследованиями • диаграммы плавкости системы 01-0рх . являющейся псевдобинарной: Орх появляется на ликвидусе, и диаграммы плавкости политермического разреза Срх^00г50-01.

--37

01 ±

Срк, ¿

Рис. 22. Система 01 - Срх - вг

Сг 10 30 50 70 90 Срк Мае "4 Срк

Для исследования системы О1-0рх-Срх-Сг повышенной щелочности выбрано внутреннее плоское сечение 0рхб00140-Срхб00140-0гб00140 , которым пересекается ооъем первичной кристаллизации оливина на некотором удалении от ожидаемого положения ус-ловно-нонвариантной точки 01,0рх,срх,0г,ь (т.е. параллельно граничной системе орх-Срх-Сг ). в диаграмме плавкости политермического разреза Срх^орх^о^-ог^орх^о!^ предотавлены

следующие элементы ликвидуса системы 01-Орх-Срх-аг повышен»

ной щелочности: условно-нонвариантная перитектическая точка 01,Орх,Срх,Сг,ь (температура 1390-14Ю°С), моновариантные кривые: перитектическая 01^0рх,Срх,Ь , а также котектические 01, 0рх,вг,1| и 01,Срх,0г,ь , температура последней ниже температуры условно-нонвариантной точки. На диаграмме фиксируются моновариантные кривые 01,Орх,срх,и 01,Срх,цг,ь . На диаграмме плавкости политермического разреза Ог^срх^си^-ир^збирх24и140 фиксируется моновариантная кривая и!,ирх,Сг,Ь а для диаграммы плавкости политермического разреза по линии Срх^дВг^ 20140-0рх480г1201^0 плоскостью разреза моновариантные кривйе не пересекаются.

Диаграммы плавкости рассмотренных политермических разрезов являются экспериментальной основой для построения проекции ликвидуса системы ог-орх-Срх-Сг повышенной щелочности- на 38

плоскость тройного сечения °Р*600140~СРХ600140~<}1'600140 (рис. 23). Б проекции ^сплогные линии; представлены моновариантные кривые: котектическая01,0рх,0г,Ь , перитектическая 01,0рх, Срх.Ь и котектическая 01,срх,аг,ь . Точка их пересечения является проекцией уоловно-нонвариантной перитектической точки 01,0рх,Срх,Сг,ь . Пунктирными линиями на рис. 23 показаны границы ассоциаций оубсолидуса: 1-01,Орх; 2-01,срх; з - 01,0рх,Срх; 4 - 01,0рх,Сг; 5 - 01, Cpx.Gr; 6 - 01,Орх,Срх,Сг.

Определение состава нонвариантного расплава в сиотеме И-Орх-Срх-йг повышенной щелочности производилось тем же способом, что и в случае перидотит-пироксепитовой системы 01-0рх-Срх-Сг . Были проведены эксперименты с составами, содержание в которых оливина последовательно уменьшалось.

Орк60

Рис. 23. Проекция ликвидуса системы 01-0рх-срх-йг повышенной щелочности на плоскость внутреннего сечения °РХ600140 " Срхбо0140 ~

Сгб00140

Состав систеш для условно-нонварианткой точки соответствует 012б0рх21Срх37С:г16 • или в пересчете на компоненты-окислы:

^г'}?'7' РеО-11,7;СаО-5,8; Иар0-1,3

(маст.%). Этот состав является также составом условпо4юнвари-

антного расплава, равновесного с четырьмя фазами -01 , орх ,

Срх иОг ,т.е. первичного расплава многокомпонентной системы

01-0рх-Срх-0г повышенной щелочности.

' Ликвидуо многокомпонентной систеш01-0рх-Срх-0г повышенной щелочности соответствует модели, установленной для упрощен-

Срх „К* га 40 60 80 Мае. У. ВгеоОг^о

бгеооеАО

ной натрийсодержшцей системы Ро-Еп-^-Ру , в этом проявляется физико-химическое воздействие жадеитового компонента.

Часть третья. ЛИКВИДУСНЫЕ ФАЗОВЫЕ ОТНОШЕНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СИСТЕМ ВЕРХНЕЙ МАНТИИ И ПРОБЛЕМЫ ГЛУБИННОГО МАГМАТИЗМА

В данной части рассмотрены те особенности многокомпонентных сиотем гранат-перидотитовой фации верхней мантии, которые важны при изучении глубинных магматичеоких процессов. Обсуждены проблема частичного плавления и образования первичных магм, их магматической дифференциации, а также вопросы генези-оа пород гранат-перидотитовой фации, включая алмазоносные.

Глава УП. Система оливин-клинопирокоен-корунд-коэсит как физико-химическая основа анализа процессов генерации первичных мантийных магм и их кристаллизационной дифференциации

Ликвидус перидотит-пироксенит-эклогитовой системы 01-Срх-Сог - Св описывает самые общие физико-химические свойства вещества гранат-перидотитовой фации верхней мантии и является по сущеотву обобщенным выражением физико-химических факторов, которые контролируют генерацию и эволюцию магматических расплавов в уоловиях наиболее глубинной зоны верхней мантии, т.е. определяют общие закономерности магматизма.

В работе получены прямые экспериментальные доказательства перитектической природы условно-нонвариантного равновесия %01,0рх,Срх,0г,1> и того, что носителем данной условно-нонва-риантной точки является объем тетраэдра составов 01-0рх-Срх-Ог . Моновариантные кривые - перитектические 01,0рх,срх,ь и Орх,Срх,Сг,11 , а также котектическая 01,0рх,0г,ь о понижением температуры направлены к условно-нонвариантной точке. Это определяет направления кристаллизации соответствующих расплавов в объеме тетраэдра ох-орх-Срх-Сг . с другой стороны, моновариантная котектическая кривая01,Срх,0г,Ь , которая выходит из нонвариантной точки 01,0рх,срх,0г,ь , направлена с понижением температуры к эвтектической точке 01,Срх,Сг,Сог,ь , носителем которой является омежная система-симплекс 01-Срх-Ог-Сог , к которой относятся ненасыщенные кремнеземом эклоги-ты, те. ликвидус тройной пограничной системы 01-Срх-аг не является термальным барьером.

В ликвидуоных фазовых отношениях многокомпонентной еноте» мы 01-0рх-Срх-0г ператектичеокая реакция Ва88 + ь ■ В1ва дополняется реакцией + 1 " ^ав » а такке возможно новой реакционной составляющей, связанно^ о взаимодействием в раоп-лаве форстеритового и жадеитового компонентов.

По экспериментальным Р-Т-диаграммам плавления гранатового лерцолита (Ито,Кеннеди, 1967, Такахаши, 1986) судить о физико-химической природе нонвариантного равновеоия невозможно. Исследование шпинелевого лерцолита кыз-1 (Такахаши, 1986) до 140 кбар дает возможность оценить влияние возрастания давления на ликвчдуоные отношения минералов гранатовых лерцолитов. Анализ этой проблемы на основе данных о ликвидусе перидотит-пироксенитовой системы 01-Орх-Срх-аг позволяет прийти к заключению, что о увеличением давления положение условно-нонва-риантнбй точки 01,Орх,Срх,Сг,ь в объеме тетраэдра ооставоз оистема оь-орх-Срх-бг смещается в сторону составов, обогащенных Орх. При этом для состава кьв-1 о повышением давления четыре хфазовая ассоциация субоолидуса 0Ь,0рх,Срх,аг оменяется на трехфазовую 01»0рх,0г, Предложена новая версия диаграммы плавления шпинелевого лерцолита кьв-1 до 140 кбар, которая отличается от версии Такахаши. Главное различие в том, что в версии Такахаши ликвидус гранатового лерцолита является эвтектическим, а в версии, обоснованной в работе, - перитектическим Ликвидус многокомпонентной перидотит-пироксенитовой сиотеш оз-орх-срх-вг , установленный при 40 кбар, оудя по всему, топологически устойчив в широком интервале давлений. Это позволяет использовать его как физико-химическую оонову анализа процессов магматической дифференциации для всего объема гра-нат-перидотитовой фации верхней мантии (давления 30-120 кбар, глубины 70-400 км).

Анализ проблемы образования эклогитов при кристаллизационной дифференциации магм, образовавшихся при плавлении примитивного гранатового лерцолита, приводит к постановке вопроса, каким образом происходит исчезновение двух главных фаз -ортопироксена и оливина (йодер, 1979). Поскольку система Гранатового лерцолита является перитектичеокой, исчезновение ортопироксена происходит при равновесной кристаллизации в результате перитектичеокой реакции с расплавом в нонвариантной

точке 01,0рх,Срх,Сг,1< , и в дальнейшем ход кристаллизации контролируется моковариантной котектичеокой кривой 01,срх,аг,ь. В уоловиях фракционной кристаллизации Орх может исчезать на перитектических элементах ликвидуса. В работе анализируются принципиальные возможности исчезновения оливина в многокомпонентном природном расплаве, рассмотрены ликвидуснне фазовые отношения в оиотеме Ро-Лй-Р! . Показано, что в условиях равновесной кристаллизации в системе с участием жадеитового компонента 01 исчезнуть не может. В условиях фракционной кристаллизации возможность исчезновения 01 может быть реализована, еоли отношенияРо и ла-компонентов являются реакционными, в результате чего образуется Еп-компонент. Фракционная кристаллизация с участием клинопироксеновой фазы создает условия накопления жадеитового компонента в остаточных расплавах до концентраций, достаточных для предполагаемой реакции с оливиновым компонентом.

Равновеоная кристаллизация расплавов, составы которых лежат в объеме первичной кристаллизации оливина, т.е. семейство первичных магм, можеч обеспечить образование только оливин-оодеряащих пород гранат-перидотитовой фации « перидотитов.

В уоловиях фракционной кристаллизации важнейшее значение приобретают перитектические (реакционные) элементы ликвидуса. В этих уоловиях возрастание значения соотношения МД>1 в Срх ведет к изменению положения моновариантной перитектической кривой 01,Орх,Срх,Ь . Фигуративная точка кристаллизующегося расплава перемещается последовательно из поля 01,Орх,Ь к кривой 01,0рх,Срх,Ь и к полю 01,Срх,Ъ , а после исчезновения 01 - через объем Срх,Ь к полю Срх,(!г,Ь , т.е. попадает в условия формирования биминеральных эклогитов. Значение дива-риантного поля Срх.йг.Ь как важнейшего элемента ликвидуса перидотит-пироксенит-эклогитовой оистемы 01-срх-сог-сз определяется тем, что его позиция обеспечивает физико-химичеокую связь между всеми симплексами, а его термальный рельеф в определенных условиях не является препятствием для перемещения точки соотава из перидотит-пироксенитового симплекса э любой из эклогитовых, к нонвариантным "эклогитовдм" эвтектическим точкам:Сог,Срх,Ог, Ку и Ку,Срх,Сг,Са,ь , а также и к другим элементам ликвидуса эклогитовых систем.

Глава УШ. Первичные магмы, кристаллизационная дифференциация и гонезис пород гранат-перидотиговой фации верхней мант-'ии

Идея единства родоначального вещества верхней мантии разрабатывается и воплощается в моделях примитивного гранатового лерцолита, пиролкта к др. Диаграмма плавкости многокомпонентной перидотит-пироксснит-эклогптовой системы 01-Срх-Сог-Сз также является выражением единства физико-химических процессов в веществе гранат-леридотктовой фация верхней мантии, представлял собой по сути дела наиболее общую физико-химическую характеристику этого вещества. Она может быть использована как универсальная основа для поиска решении целого ряда петрогенети-ческих и геохимических задач.Как показано в работе, фазовый комплекс этой системы не может рассматриваться как нечто постоянное в процессах магматической дифференциации. Обнаружены вполне определенные его изменения при вариации концентрации Иа20 ч ?еО в системе, т.е. сама диаграмма плавкости совершает некоторую топологическую эволюцию.

Первичное плавление примитивного гранатового лерцолита контролируется условно-нонвариантной перитектической точкой 01,Орх,Срх,Сг,ь и не зависит от модальных отношений минералов. Состав первичного расплава о'.'вечаот составу ультрамафического коматяита (табл. 4). С увеличением степени частичного плавления состав магмы изменяется либо вдоль моновариаитной котекти-ческой кривой 01,0сх,Сг,ь (если исчезает Срх), либо - перитектической 01,0рх,Срх,Ь(если исчезает йг ), затем - в дивариант-ном поде 01,0рх,х. и завершается - в объме первичной кристал- . лизацшг оливина 01,ь . Состав перзкчных магм, генерируемых в веществе верхней мантии, зависит от модальных отношений минералов примитивного гранатового лерцолита, т.е. от его химической, минералогической и петрографической гетерогенности. Физико-химические закономерности, определяемые общими свойствами взаимодействия минералов примитивного гранатового лерцолита при плав-ленки, универсальны в процессах формирования первичных магм именно как физико-химическая основа или основной закон плавления.

Проблема состава первичного расплава относится к числу наиболее важных в петрологии глубинного магматизма. Состав нонва-риантногс расплава в системе ох-орх-орх-сг можно отовдествить о состазом самых первых выплавок примитивного гранатового лер-

цолита. В табл. 4 он сравнивается о ооставами расплавов гранатовых лерцолитов при различных степенях плавления по экспериментальным, а также расчетным и природным данным.

Таблица 4

Окислы Система Образец Образец Раоплав 6 Магма в

01-0рх- 66РАЬ-3 юв -I алмазах

-Срх-Ог (Скарф, (Такаха- (Рябчиков, (Феок,

1979) ши,1986) 1984) 1975)

аю2 50,2 43,65 47,2 43,96 48,2 - 53,2

®ю2 0,67 0,2 1,17 1,1

А12о3 8,3 9,0 5,1 5,89 7,7

Сг203 РеО 0,5

7.5 9,26 9,3 13,81 11,0

КпО 0,26 од 0,15

МвО 24,1 23,58 31,3 23,96 20,0 - 25,0

СаО 8,6 8,13 3,44 9,95 5,0

На20 1.3 0,63 0,5 0,86 1,2

К20 0,30 0,65

Мв/Мв+Ре 85 82 86 76 79

Степ.чаот.пл. 0 0 12 - 15 10 ?

Давление,кбар40 35 50 50 ?

Современные данные показывают, что первичные магмы в веществе гранат-перидотитовой фации принадлежат к семейству кома-щитовых раоплавов. Поэтому коматиитовые магмы приняты как ро-доначальные для перидотит-пироксенит-эклогитовых серий пород этой фации верхней мантии.

История образования Пород гранат-перидотитовой фации определяется по существу перемещением фигуративной точки состава кристаллизующейся магмы о понижением температуры вдоль элементов ликвидуса сиотемы 01-Срх-Сог-Са . Формирование пироноенитов контролируется теми же элементами ликвидуса, что и перидотитов, но их образование возможно только в условиях фракционной кристаллизации. Для перидотитов намечаются две главных линии магматической дифференциации: -а) дунит-гарцбургит-лерцолит-гр.лерцо-лит-гр.верлит ("лерцолитовая"), б) дунит-гарцбургит-гр.гарцбур-гит-гр.лерцолит-гр.верлит ("гранат-гарцбургитовая").

В природной магматической системе со сложной пространст-

венно-временой историей температура, составы расплавов, давление могут распределяться так, что в объме кристаллизующейся магмы одновременно работают различные элементы ликвидуса системы 01-Срх-Сог-Са . Но в любом случае проявляются общие закономерности дифференциации, физико-химическая природа которых ■ заложена в ликвидусных фазовых отношениях минералов гранат-иеридотитовой фации. Эти закономерности проявляются в конкретных последовательностях кристаллизации пород, что выражено в виде охемы (рис. 24), явдящейся и схемой возможных генетических связей для совокупности перидотитовнх, пироксенитовых и эклогитовых пород гранат-перидотитсвой фации верхней мантни.

личная коыатшовая магма

Rio. 24. Схема генетических овязей пород гранат-перидотитовой фации верхней мантии •

В основе петрогенетической охемы - ликвидус многокомпонентной перидотит-пироксенитовой оистемы Oi-Opx-Cpx-Gr , которым определяется развитие первичного плавления примитивной гранат-лер-цолитовой мантии и процессы формирования первичных магм.

Направление к ход фракционной криоталлизации первичных (коматиитовых) магм зависит от позиций фигуративных точек их ооставов в объеме 01, ъ по отношению к дивариантным и моновариантным элементам ликвидуса. Генетические связи между пирок-сенитами те же, что и Между Перидотитами. Переход к эклогитам созможет в условиях фракционной криоталлизации. В процеосах криоталлизации единых для каждой оерии пород магм могут образоваться закономерные серии перидотит-пироксенит-эклогйтовых пород. В начальной стадии существенна роль уоловно-нонвариан-тной точки 01,орх,0рх,0г,ь , о которой овязано образование самого распространенного гранатового лерцолита. В заключительной дивариантного поля Срзс,Сг,ь, с которым связано образование наиболее распространенной эклогитовой породы - биминералыюго эк-логита. Образование кианит-корундовых и кианит-коэситовых эк-логитов - самостоятельные, параллельные ветви процесса дифференциации после образования биминеральных эклогитов.

В ассоциациях пород гранат-перидотитовой фации закономерности магматической дифференциации и генетические соотношения, обобщенные на основе .диаграммы ликвидуса систем, наследованных в настоящей работе, подтверждаются многочисленными фактическими данными (Н.В.Соболев, 1974, Еингвуд, 1981, Доусон, 1983). Исследования минеральных включений в алмазах показывают, что закономерности изменения их минерального и химического составов контролируются ликвидусными фазовыми отношениями многокомпонентной оистемы 01-0рх-Сог-са . Эта система также является физико-химической основой для анализа проблемы генетических связей минералов-включений в алмазах, а также позволяет реконструировать физико-химическую историю магматических расплавов, являщихся средой кристаллизации алмаза»

ЗАКЛШЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ШВОДЫ

В диссертации выполнено комплексное экспериментальное и теоретическое исследование по проблеме магматизма верхней мантии Земли. Объект исследования - вещество гранат-перидотитовой фации. Новый подход к решению проблемы состоит в том, что это вещество определено в конкретных границах физико-химической си-етеад, .а исследование проведено как изучение диаграммы плавкости единой многокомпонентной системы, Это система олявян-клино-|Щ|оксеи-8оруия-ко.эсй1с, состав которой на 98-99 мас.% определя-

етсщ шестью главными петрогенными компонентами-окиолалщ;на2о| CaO, %0, Peo, AlgO^ и sío2 , Диаграмма плавкости вещества гранат-перидотитовой фации - наиболее общая его физико-химическая характеристика, самый важный элемент при анализе магматизма - ликвидус, свойствами которого определены самые существенные стороны магматического процесса.

Новый подход обеспечен в экспериментальном отношении методами исследования многокомпонентных (в особенности железосодержащих) систем, в теоретическом - методами физико-химического анализа многокомпонентных гетерогенных систем. В результате изучен комплекс диаграмм плавкости многокомпонентных систем минералов гранат-перидотитовой ¡рации. Возникло повое направление экспериментальных исследований, физико-химический эксперимент приближен к решепию актуальных петрологических и геохимических проблем.

Основные результаты и научные выводы, полученные в работе, формулируются следующим образом:

1. Созданы и внедрены для исследований высокотемпературных фазовых равновесий до 1800 + Ю°С при 40 - 50 + 0,5 кбар твердофазовыо установки высокого давления нового поколения (разработанные с использованием комплекса новых технико-методических решений, включая защищенные авторскими свидетельствами СССР № 393858, 443786 11001)89).

2. Разработана оригинальная методика изучения диаграмм плавкости многокомпонентных железосодержащих силикатных систем при высоких давлениях, которая обеспечила исследования в ; новом перспективном направлении - фазовые равновесия при пла- • влении многокомпонентных минеральных систем верхней мантии Земли (изучено 30 диаграмм плавкости систем минералов гранат-перидотитовой фации).

3. Доказана перитектическая природа ликвидуса фундаментальной системы гранат-перидотитовой фации верхней мантии -многокомпонентной системы оливин-ортопироксен-клинопироксен- , гранат, граничные фазы которой отождествлены о минералами примитивного гранатового лерцолита ((01 = Mg1 -j^Zq 3oSi04^' Орзс а Мв1,72*в0,21са0,03,'а0,02 ^о.ог^б' в °%бо

JÍSo,90PsO,14NaO,18^0,18^206' °ГяМ82,2?вО,5СаО,3А12313012)'

Установлено, что ликвидус данной системы определяется условно-

нонвариантной перитектичеокой точкой 01,Орх,Срх,Ог, Ь при 40 кбар, характеризуется температурой 1430 - 1460°С (состав 0115>60рх10^7срх47>7сг2б , мао.%), моковариантными кривыми: перитектическими 01,0рх,Срх,1. и Орх,Срх,аг,1< , котектически-ми'01,0рх(бг»ь и01,Срх,аг»Ь , температура последней кривой понижается от нонвариантной точки.

4. Определено, что первая внплавка для примитивной ^ра-нат-лерцолитовой мантии (расплав, находящийся в уоловно-нонва-риантном равновесии о 01, орх, срх иОг ) при 40 кбар соответствует соотаву ультрамафического коматиита (ЗЮ2 - 50,2$ А120, - 8,3$ МеО - 24» 1 $ РеО - 7»5{ СвО - 8,6} Ыа20 - 1,3* то.%). Такой же тип расплава сохраняется вдоль понижающейся

о температурой моновариантной котектичеокой кривой 01,Срх,Ог,Ь.

5. Установлен избирательный характер физико-химического воздействия железистых и натриевого (кадеитового) компонентов легкоплавкой составляющей вещества мантии на ликвидуоные отношения минералов гранатового лерцолита. Железистые компоненты при повышении концентрации вызывают изменение позиции перитектичеокой кривой Орх,Срх,вг,!, в тетраэдре составов, тогда как жадеитовый компонент - позиции другой перитектичеокой кривой 01,орх, Срх,ь, в результате при 40 кбар в модельных Железо- и натрийсодержащих граничных системах 01 - срх -Ог появляется Орх как ликвидуоная фаза.

6. Установлено, что ликвидус многокомпонентной сиотемы 'оливин-ортопироксен-клинопироксен-гранат, которая характеризует области гетерогенной мантии повышенной щелочности °

^ло^о.зо31^' 0рх " ^лг^Чг^о.оз^о.ог^о.ог31^'

- ^0,46^0.45^0,19^0,З^О.ЗЭ^б' 0Г ■ %,97Са0,49 Ре1 2 является перитектическим, что условно-нонва-

риантная перитектическая точка 01,0рх,Срх,0г»ь при 40 кбар характеризуется температурой 1390 - 1410°С и ооставом (мао.$): 012б0рх2^Срх37Сг16 , что под влиянием жадеигового компонента перитектическая кривая 01,0рх,Срх,Ь переориентирована к граничной системе 01-Срх-ог (в которой появляется Орх как ликвидуоная фаза), что ооотав раоплава, находящегося в условно-нон-вариантном равновеоии с 01, Орх, Срх и Яг соответствует: ЗЮ2-48,7; А1203-7,0; МвО-24,01 РеО-11,7; Са0-5,8;На20-2,8 (мас.#).

• 7. Показано, что частичное плавление примитивного грана-

тового лерцолита и генерация первичных шгм разного ооотава физико-химически контролируется условно-нонвариантной точкой oí, Opx,Cpx,Gr,L (при постоянном давлении) и в дальнейшем - ыонова-риштшш кривыми oi,opx,cpx,l и 01,0рх,0г,ь , диваряантными поверхностями, главным образом, ül.Opx.L , при этом ассоциация рестита представлена исключительно перидотитами. Различия составов первичных мантийных шгм определяется, главным образом, гетерогенностью примитивного вещества (изменчивостью модальных отношений Срх, Gr и Орх ) и вариацией степени его частичного плавления.

8. Построена модель ликвидуса перидотит-пироксенит-эклоги-товой системы Ol-Cpx-Cor-Ca , и на ее основе установлено, что механизм равновесной кристаллизации первичных мантийных магм является определяющим при образовании пород перидотлтовых серий, тогда как пироксениты, эклогиты, перидотит-пироксенитовые

и перидотит-пироксенит-эклогитовые серии пород гранат-перидоти- -товой фации могут образоваться только в условиях фракционной кристаллизации.

9. Разработана общая схема генетических связей перидотито-шх, пироксенитовых и эклогитовых пород гранат-перидотитовой : фации верхней мантии, включая и алмазоносные (которая является также и схемой кристаллизационной дифференциации первичных мантийных магм). Показана возможность закономерного образования единых серий перидотит-пироксенит-зклогитовых пород, при этом процессы образования кианит-корундовых и кианит-козситовых эк-логитов являются параллельными ветвями дифференциации после образования. биминерольных эклогитов.

Основные положения, защищаемые в работе, можно представить оледующим образом:

1. Создан новый метод экспериментального исследования диаграмм плавкости многокомпонентных железосодержащих силикатных • оиотем при высоких давлениях (как совокупность оригинальных технических и методических решений).

2. Установлено неизвестное ранее строение фазового комплекса (ликвидуса) много"омпонентной перидотит-пироксенитовой системы оливин-ортопирок^ен-клинопироксен-гранат (отождествляемой о реальным примитивным веществом гранат-перидотитовой фации ве-

- - . ' : ' 49

рхнвй мантии), доказана его перитектическая природа, определен состав первичного условно-нонвариантного расплава при 40 кбар й его соответствие составу ультрамафического коматиита.

3, Впервые иооледован комплекс диаграмм плавкости многокомпонентных систем, существенно расширяющих представления о ликвидусных фазовых отношениях минералов гранат-перидотитовой фации, и обнаружены ноше физико-химические эффекты избирательного воздействия железистых и натриевых (кадеитового) компонентов легкоплавкой составляющей вещества мантии на ликвя-дусные отношения минералов примитивного гранатового лерцолита,

4. Диаграммы плавкости изученных многокомпонентных минеральных систем использованы как обобщенная фундаментальная 'основа теоретического анализа, в результате которого устаггокгешг физико-химические закономерности процессов образовании тгершч-ных мантийных магм при частичном плавлешш примитивного трана-тового лерцолита, процессов их дифференциаций в рамках теехата-зж>в равновеоной и фракционной кристаллизации:; разработана Ч!Ш схема генетических отношений 'наблюдаемого шоже'ства neipH-дотитовах., тарсжсе'ййтошх т 'экйогнтошх 'пород гралат-чгерщоти-тово'Й '^едкй верхней шмтш, включая 'алмазоносные,

'Основное содержание диссертации опубликовано в работах* 1ч Оупакоь Е.П., Литвин Ю.А. Автоматическое прецизионное управление тепловым режимом в аппаратах сверхвысокого давления, X 'Праб.техи.экоперим., 1973, №5, 225 - 227 :2. :Ишбулатов P.A., Литвин Ю.А. Устройство электроконтактпото 'нагрева для создания высокотемпературных полей в аппаратах сверхвысокого давления. 'Авт. свид. СССР 1Ь 443786 . 02.Ж-Ю973Г, 3. Литвин Ю.А_, Ишбулатов P.A. Методы создания контролируемого ^распределения давления и температуры в ячейках сверхшнсокошо давления до 60 и 120 кбар. -В кн.: Физические свойства горнах ■пород при высоких давлениях и температурах. Тбилиси: 1974-, 'стар. 45-48.

'Литвин 'Ю..А.., 'йшбулатов P.A. Давление при даооких температурах в твердофззовом аппарате наковальня с лупкой. -Лриб. техн. ЗДКЮВрия., 1975., '№., 196 - 198

-'Литшн 'КА.., 'Йшбулатов :iVA-. 'Техника 'и -методика исследования 'фазовых 'р&вко'весий тв 'Силикатных 'оиотвшж аз условиях оверхвысо-'50 '

ках твердофазсши давлений (аппарат типа НИ). -В кн.: Зкопери-юнг в минералогии и петрологии, М.: Наука, 1975, стр, 91-96

6. Ишбулатов P.A., Литвин Ю.А, Распределение давления в ячейке твардофазового аппарата наковальня с лункой до 3 ГЛа, - Приб, техн. эксперим., 1975, №3, 218 - 22Q

7. Ишбулатов P.A., Литвин Ю.А. Изотермический реактор для твердофазовых аппаратов и способ контроля однородности температурного поля. - Приб.техн. эксперим., 1976, $6, 183 - 184

8. litvin Yu.A., Ishbulatov H.A. Generation of uniform pressure and temperature distribution in solid-pressure cells, - High-Temp. - High-Ргез., 1977, 8, 704

9. Литвин Ю.А., Ишбулатов P.A. Проблеш точного измерения давления до 50 кбар и температуры до 1800°С в аппарате Ш при изучении фазовых равновесий. - В кн.: Физические исследования ПЩ высоких давлениях. T.I. Аппаратура и методика эксперимента. Таллин: ИФ АН ЭССР, 1977, стр. 107 - ИЗ

10. Литвин Ю.А., Севрюков О.Н. Метод исследования фазаних равновесий до 140 кбар и 1800-2000°С в аппарате типа наковальня

с лункрй - тороид. - В кн.: Эксперимент и техника высоких газовых и твердофазовых давлений. М. -.Наука, 1978, стр. 172-176

11. Литвин Ю.А. Сравнение твердых сред по способности созда- .. вать давление в аппарате типа наковальня с лункой - тороид в интервале 20 - 140 кбар. - В кн.: Эксперимент и техника высоких газовых и твердофазовых давлений. М.; Наука, 1978,0.153-64

12. Ханухова Л.Т., Литвин Ю.А., Ишбулатов P.A. Новые высокотемпературные материалы капсул для исследуемого вещества. - В кн.: Эксперимент и техника выооких газовых и твердофазовых да- • влений. М.: Наука, 1976, отр. 200 - 201

13. Литвин Ю.А. Сравнение твердых оред, передащих давление, до 130 кбар в аппарате наковальня о лункой - тороид. - Приб. техн.эксперим., 1979, /КЗ, 191 - 193

14. Литвин Ю.А. Распределение давления до 40 кбар и температуры до 1500°С в твердофазовой ячейке с большим полезным объе- -, мом. - Приб. техн. эксперим., 1979, Jfö, 207 - 209

15. Litvin Yu.A., Zharikov V.A. Anvil-with-hole solidrmedia, high pressure apparatus for investigating phase equilibria "in experimental geochemistry.- Inj Seventh A1RAPT International Conf. (short abstracts ). Le Creusott 1979

IG.. Литвин Ю.А. К методике исследования при выооком давлении фазовых равновесий с участием железосодержащих магматических расплавов. - Геохимия, 1981, №8, 1234 - 1242

17. Литвин Ю.А., Иибулатов P.A. Твердофазовая аппаратура о большим полезным объемом для исследования физических и физико-химических свойств горных пород и магматических расплавов при давлении до 50 кбар. - В кн.: Физические свойства пород при высоких давлениях и температурах для задач сейсмологии. Таш- . кент, ИГ АН УзССР, 1981, стр. 24 - 25

18. Литвин Ю.А. Ячейка аппарата наковальня о лункой о полезным рабочим объемом до I сиР для исследования минеральных равновесий. - В кн.: Проблемы эксперимента в твердофазовой и гидротермальной аппаратуре высокого давления. М.: Наука, 1982,с.35-39

19. Литвин Ю.А., Лившиц Л.Д., Карасев В.В., Чудиновских Л.Т.

О надежности эксперимента и Р-Т - измерений при изучении физико-химических равновесий в твердофазовых аппаратах. - Физика и техника высоких давлений, 1983, вып. 14, 50 - 56

20. Жариков В.А., Литвин Ю.А. Экспериментальные исследования плавления в модельной железосодержащей эклогитовой системе кли-иопироксен-гранат при 40 кбар. - В кн.: 27-й Международный геологический конгресс (тезисы), i£6. Секция'08,09. М.: Наука, 1984, стр. 499 - 501

21. Литвин Ю.А. О происхождении кимберлитовой ассоциации пород и'минералов. - В кн.: Очерки физико-химической петрологии, вып. 3&I. М.: Наука, 1984, отр. 15 - 38

22. Литвин Ю.А., Безмен Н.И. Изотермический синтез минералов высокого давления в твердофазовом аппарате с большим полезным объемом. - Физика и техника высоких давлений, 1984, вып. 16, 98 - 101

23. Карасев В.В., Литвин Ю.А., Бронников А.Д., Лившиц Л.Д. Акустические датчики давления. - В кн.: Современная техника и методы экспериментальной минералогии. М.; Наука, 1985, с. 241-243

24. Жариков В.А., Литвин Ю.А., Ищенко С.А., Чудиновских Л.Т. Исследование при 40 кбар плавления в системе ^шопироксен-оли-вин-гранат-коэсит с участием - п - компонентов. - В кн.: Первый советскогЯпонский симпозиум по фазовым превращениям при выооких давлениях и температурах. Черноголовка: ОИХФ АН СССР, . 1985, стр. 9-16

г .

25. Литник К),А. Плавление в железосодержащей системе клвддетаро-ксен-гранат при 40 кбар, - ДАН СССР, 1985 , 280, №6, Щ8-1421

26. Литвин Ю,А, Апгараты типа наковальня q лункой в геохимической эксперименте, - В кн.;Современная техника И методы экспериментальной минералогии, М,: Наука, 1985, отр, 216 - 219

27. Литвин Ю,А, Эклогитошй термальный барьер и проблема происхождения алмазоносных пород, - В кн.: Очерки физико-химичео-кой петрологии, М,: Наука, 1985, вып, 13, отр, 53 - 65

28. Литвин Ю.А., Редькина Л.П., Новиков Г,В., Ищенко С,А, Синтез минералов о натрием и двухвалентным железом для исследования фазовых равновесий о участием расплавов при выооком давлении, - Б кн.: Современная техника и методы экспериментальной минералогии, М.: Наука, 1985, отр. 257 - 260

29. Zharikov V.A,, Litvin Yu.A, Experimental studies of malting in the model ferriferous ayatera clinopyroxene-gamet at 40kbare, - Geological Zb.- Geol. Carpatica, 1985, 36, 4, 387-396,

30. Литвин Ю.А. Фазовые отношения многокомпонентных минеральных систем глубинной геохимии.' - В кн.: Применение высоких давлений для получения новых материалов и создания интенсивных процессов химических технологий (тезисы),М,:М1У,1986,стр. 38

31. Литвин Ю.А., Ишбулатов P.A., Чудиновских Д.Т., Косяков АД Ищенко С,А, Экспериментальные исследования при высоких давлениях в связи о проблемами мантийного магматизма. -В кн.: Эксперимент в решении актуальных задач геологии. М.:Наука,1986, стр. 7-29

32. Ищенко С.А,, Чудиновских Л,Т., Литвин Ю.А. Экспериментальные исследования при 40 кбар фазовых равновесий форстерита, эн~ статита, пиропа и диопсида о жадеитом. -В кн.: XI Международная конференция МАГИВД(тезисы).Киев:Наукова думка,1987, стр. 154

33. Жариков В.А,, Литвин Ю.А. Фазовые равновесия многокомпонентных минеральных систем при высоких давлениях и температурах. Там же, отр. 133

34. Литвин Ю.А. Минеральные равновеоия и магматичеокая дифференциация примитивного гранатового лерцолита. - В кн.: Состав и процессы глубинных зон континентальной литосферы (тезисы докладов международного симпозиума).Новооибирок,1988, отр. 50 85. Нариков В.А., Литвин Ю.А., Ищенко С.А. Экспериментальные исследования плавления вещества гранат-перидотитовой мантии

и проблемы мантийного магматизма. - В кн.:Доклады совртоких геологов (28 МГК). Минералогия. М.; Наука, гШ.^^Ч^^"

I Й339? 21.11 1988 г. Зак.169?. Обьён 2 уч.-изд.л. Тир. 100 экз, Типография ОИХФ АН СССР

Информация о работе

Литвин, Юрий Андреевич
доктора химических наук
Москва, 1988
ВАК 04.00.02

Автореферат

Похожие работы