Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Система согласованных минералогических термобарометров для ультраосновных пород

ВАК РФ 04.00.08, Петрография, вулканология

Автореферат диссертации по теме "Система согласованных минералогических термобарометров для ультраосновных пород"



российская АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ ЗИ.ШОЯ КОРН

На правах рукописи

ШЯАКЕР Игорь Григорьевич

УДК 550.41 :552.321.6 + 536:549.01

СИСТЕМА СОГЛАСОВАННЫХ КЗЕРЛЛОГЙЧШСИХ ТЕНЮБАКШТРОВ ДЛЯ УЛЬТРЛОСНОИШХ ПОРОД

Специальность 04.00.08 - петрография, вулканология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата гволого-минвралогичеоклх наук

Иркутск - 1992

Работа выполнена в Институте земной коры СО РАН

Научный руководитель: член-корреспондент РАН Ф.А.Летников

Врдущвя организация: Объединенный институт геологии, геофизики и минералогии СО РАН, г.Новосибирск

14 часов на заседании специализированного совета Д 003.ОТ.01 по защите докторских диссертаций при Институте земной коры СО РАН. Адрес: 664033, г.Иркутск, ул.Лермонтова, 128

С диссертацией можно ознакомится в научной библиотеке Восточно-Сибирского филиала СО РАН.

Официальные оппонента: доктор геолого-минералогических наук

И.К.Карпов

(ГЕОХИ им. А.П.Виноградова, г.Иркутск)

доктор геолого-шнералогических наук

Г.Д.Феоктистов

(ИЗК СО РАН, г.Иркутск)

Защита диссертации состоится

1992 г. в

1992 г.

УчеиыП секретарь

споцчалигированного cowra

кондгдг-т гйо.пого-№11лра.'.оптсжш: наук ]■(

6 '^-Ю.В.Моньшагин

Ss7i-.Tr;." -' * Кй

I ВВЕДЕНИЕ

га. г., л,--; | ;

3нтт"- •/Актуальность. Ульграосновшю породы являются ключевым гэоло- ! гйЧбВКйм материалом, несущим информацию а составе верхней мантии и ее термодинамическом режиме. Одним из основных инструментов получения подобной петрологической информации является геотермобаро-метрия. Расчет палеогеотерм, определение естественных условий выплавления основных и ультраосяовннх магм, построение региональных вещественных и: термодинамических моделей земной коры и верхней мантии и другие петрологичёские задачи - все это становится воз-монным благодаря ¡минеральным термометрам и барометрам.

К настоящему времени опубликовано и активно используется бо- ; лее 100 геотернометров и геобароматров для ультраосновных пород. Однако значения температур и давлений формирования парагенезисов, ,

оцениваемые, по различным методам разных авторов, обладают существенной даыддаделэшюстыо. Расхождения могут достигать сотен градусов и десятков килобар. Именно в этом состоит основная проблема геотерыобарометрии. .

Одной из основных причин ее существования является взаимная несогласованность термодинамических свойств минеральных твердых ■ растворов и некорректность термодинамических моделей, используемых для построения геотершбарометров. . .

Решение проблемы состоит а создании банка согласованных по экспериментальным равновесным дарим термодинамических свойств ;

твердых растворов инвэралов, На Сазе этих термодинамических данных (

я единой термодинамической модели твердого раствора несложно поо-' троить систему,согласованных минералогических тердаоарометров, которая Судет в состоянии давать надежные оценки температур и давле- | яий образования минеральных парагенезисов.

Цель исслаяоввний состоит в создании системы согласованных минералогических термоСаромэтров для ультраосновных пород на Сазе согласования термодинамических свойств твердых растворов оливина, ортошфоксена, юшшпироксена, шпинели и граната в системе СаО-¡%СЪРеО-Ре203-А1203-Сг203-Т10г-3102.

Основные задача исследований заключаются в следующем. 1. Разработка термодинамической модели минерального твердого раствора, способного описывать мультикомлоненткыб твердые растворы с любым количеством подрешегок, и эффективной методики согласования термодинамических свойств твердых растворов. 2. Согласование термодинамических свойств твердых растворов оливина, ортопирокоэна, клииот

- г -

пироксена, тиноли и граната в система Са0-М80-Ре0-Уе203-А1203-С^Оз-ИО^О, по экспериментальным равновесным данным и термохимическим определениям. 3. СоЕданиэ системы согласованных минера- , логических термобарометров для ультраосдашшх пород на. Саза согласованных тершданамических свойств твердых растворов минералов. , 4. Проверка корректности (верификация) разработанной система гео-тврмоОаромзтров. 5. Использование системы согласованных минерала- ; гичеоюа термобарометров для решения конкретных петрологических ! задач. '

Научная новизна состоит в том, что впервые в петрологии на -основе единого подхода - согласования термодинамических свойств твердых растворов минералов - поставлена и решена задача создания ■ системы согласованных минэралогичэи?их термобарометров, .дещей надежные оценки температур и давлений формирования ультраосновных пород. .

Автор защищает» 1) банк согласованных термодинамических свойств твердых растворов оливина, , ортопироксена, клшюхшроксеиа, шпинели и граната в системе. СаО-ЕеО-?еО-Уег03-А12Оз-0гг03-Т102-3102; 2) систему согласованных ьщнврасоютаскшс таркобаромэтров . для удьтраосновных пород; 3) набор.из »9 эмпирических геотеркошт-роа и 3 ешшричвских геобарометров для оценки теыператур и давлений формирования ультраосноввдх ксенолитов из юкборлютв. :

Практическая ценность работы состоит р той, что рекоаандуеыая система согласованных минералогических термобвраиэтровдаат наиболее надежные и точные оценки текдаратур в давлений формирования ультраосновных дарагенезасов по сравнению с существукгц.ягг геотермометрами и геобарометрами. Данная система шесте с разработанным набором эмпирических' геотермомегров ш геобаронетров представляет собой надежный инструментарий для петрологических исследований в области генезиса ультраосвовных пород и, в частности, алмазоносных кимберлитов, фактическая реализация системы геотермобЬрометров осуществлена в пакете программ "ГШГЕШЖАР", йключанден в себя .. расчет оценок температур и давлений формирования минеральных пара-генезисов как по авторским, так и по опубликованным гвотермометрам и геобаршетрам, а также систему управления банком микрозондовых анализов сосуществующих минералов. ■ .

Публикации и апробации работы. Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в одной монографии в соавторстве, докладывались и обсуждались на 5 всесоюзных и 3 региональных совзща-

ниях и.симпозиумах.

Фактическим материалом. лежащем в основе выполненных исследований, являются мировые литературные данные последних десятилетий по экспериментальному исследованию фазовых равновесий и термохимическим определениям, а также опубликованные микрозондовые анализы сосуществующих минералов ультраосновных парагенезисов.

Объем работа. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения общим объемом 132 машинописных страниц, 73 рисунков, 33 таблиц и библиографии 378 наименований.

Работа выполнена в лаборатории экспериментальной и теоретической петрологии Института земной коры 00 РАН. В ходе исследований принципиальное значение имела поддержка научного руководителя члена-корреспондента РАЯ Ф.А.Летникова, чьими плодотворными консультациями автор постоянно пользовался- Большую помощь оказывали кандидаты геолого-;,ганералогических наук П.И.Дорогокупец, В.В.Лаш-кевич и О.О.Балншёв. Автор вырастет глубокую признательность перечисленным товарищам и всем сотрудникам лаборатории, которые своими советами и непосредственной помоцью содействовали завершению этой работы.

ГЛАВА 1. СОСТЩМВУПЩ МИНЕРАЛЫ КАК ТЕРМОБАРОМЕТРЫ

В глава рассмотрен термодинамический аппарат минералогической термобаромзгрин. Проведан обзор извескшх геотермобарометров для ультраосновных пород; Затронуты вопросы проварки корректности гео-темобэрометров.

ГЛАВА 2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ СОГЛАСОВАНИЯ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ Ш5НВРАЛ0В

Основным условием построения системы согласованных минералогических термобвроматров является наличие" системы согласованных термодинамических свойств твердых растворов минералов. Согласование термодинамических свойств твердых ряо.ТЕоров невозможно оез решения проблем, связанных с термодинамической й математической постановкой такой задачи. Термодинамический аспект этой проблемы сия-зан с функциональным и параметрическим наполнением аппарата согласования, то есть с определением набора функционально связанных термодинамических параметров, которые в состоянии адекватно описи-

вагь термодинамические свойства твердых растворов литералов. Часть из этих параметров является известными, образуя тем самш своеобразную систему отсчета. Другая часть параметров должна быть рассчитана в процессе согласования. Конкретный маханием этого расчета определен в математической постановке задачи согласования.

Термодинамические свойства минералов описываются двумя группами параметров.

С = (5° - Г Б14 + Сех

Одна из них опрэдаляет термодинамические свойства чистых, веществ (компонентов твердого раствора) - это мольные свободная' анергия образования, энтропия, теплоемкость и объем:

«? = ЛС?,298 ~ 5298 . < * ~ 298'15 > " 1 £ \аа + I \ &

Другая группа, величин включает в себя'копфпгурацианную энтропию, а такаю показывает степень отклонения твердого раствора от модели идеального смешения и выражается в параметрах взаимодействия Данной термодинамической модели.

В результате проведенного теоретического исследования известных термодинамических, моделей твердых растЕоров в работе в качестве базовой была принята модель, котору» шита назвать универсальной регулярной. Основной содержанке этой моделя состоит в раздеде-юш компонентов на зависимые и независимые. В качестве независимых выступают ионы, а зависимые компоненты представляют собой изо-структурные соединения, составленные из разных ионов, размещенных по всем видам нееквявалентша позиций, или, иначе говоря,-мянелц.-Термодинамические свойства твердых растворов рассчитываются с использованием значений концентраций независимых компонентов (попов) и термодинамических параметров» ■ отвечающих зависимым. компонентам (мина л а:.!), что удовлетворяет требованиям и статистической физики, и химической термодинамики.

Уравнение для свободной энергии твердого раствора б рам:ах универсальной регулярной термодинамической модели имеет вид: ^

с - £ Р10(Х) С°0 + в т а6 У X* л, х| + £ £ Р12(Х> *1Я ю в 1 г>о Iъ

где индекса 10 и II не обладают каким-либо конкретными значениями, а предсгавляюг собой некие компонентные векторы, которые опроделя-

ют ■ зашсише компоненты как суперпозицию независимых.

Математическая постановка задачи согласования термодинамических свойств твердых растворов состоит го двух уровней, которые v.gssiq позвать стрнтогпой и тактикой согласования. Стрвтеггтч cor ссания представляет собой общий план действий по созданию целостной системы согласованных термодинамических свойств твердых растворов. Конкретные метода расчета термодинамических параметров составляют задачу тактики согласования.

В настоящей роботе в качестве стратегического плана выбран последовательный (или цепочечный) метод согласования. Основной рринцпп последовательного согласования достаточно прост: глобальная система разбивается на цепь взаимоперекрывающихся по термодинамическим параметрам локальных систэм, в которых и происходит расчет неизвестных термодинамических величин. Последовательный метод согласования значительно упрощает систему расчетов, снижает Бремя и затраты, необходимые для вычислений и в то же время данный подход считается достаточно гадегошм.

Математические методы расчета неизвестных термодинамических параметров в конкретной локальной системе по экспериментальным равновесным данным в большинстве своем являются итерационными. В связи а этим процесс расчета термодинамических параметров естест-вэным образом разделяется на даа этапа. Вначале проводится традиционный линейный регрессионный анализ переопределенной матрица ко-рф&щиэвтов, получшедахся как результат аналитической записи условий . терло динамического равновесия для каздой экспериментальной точки. Рассчитанные таким образом значения термодинамических параметров рассматривается как начальные приближения для дальнейшей оптимизации, которая заключается в минимизации отклонений теоретических составов сосуществующих минералов от экспериментально наблюдаемых. Такую схему расчета можно назвать нелинейной, так кзк составы сосуществующих твердых растворов при термодинамическом равцбвоспи в общем случае мокно представить в виде нелинейных функций термодинамических параметров.

Процедура поиска оптимальных значений термодинамических параметров твердых растворов реализована в программах ШКК, OVHAG и NonMnEq, написшшых на алгоритмических языках Алгол-ГДР для ЭВМ БЭСМ-6 и Турбо-Паскаль для IBBti типа |С XS/AT.

- б -

ГЛАВА 3. ОПТИМАЛЬНЫЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ ПОРОДООБРАЗУЮЩИХ ШНЕРАЛОВ В СИСТЕМЕ Ca0-Mg0-Fe0-Fe203-Al203-Cr203-T102-Si02

Основная цель настоящей главы - построение банка термодинамических свойств твердых растворов оливина, ортопироксена, клинопи-роксена, шпинели и граната в системе CaO-MgO-TeO-TegO^-AigOj-, Cr203-T102-Si02. Исходной базой для согласования термодинамических свойств твердых растворов минералов являются экспериментальные данные о моновариантных, поливаркантных и внутрикристалличаских равновесиях. Кроме того, для некоторых систем имеются вксперикен-тальше данные об энтальпиях растворения тверда растворов, их мольных объемах, а таске непосредственна измерения активностей компонентов. В качестве отправного пункта для согласования бала Еыбрана система согласованных термодинамических свойств чистых вэ-иеств (минералов) Р.Бэрмзда tBerman, 19881. Она содерзпт термодинамические данные по основным чистим компонентам большинства поте-. ресукмдах нас твердях растворов минералов.

Большая часть неизвестных термодинамических параметров рассчитывалась при согласовании в простых системах. Полученные значения использовались .для расчетов в боле слокйых системах, в которых искомыми параметрами являлись величины, ошсыващие неаддитивность поликсмпонентной систеш как суммы простых.,

На базе универсальной регулярной -термодинамической .'модели твердого раствора с помощью разработанного математического аппарата было проведено согласование тбрвдукамзческих свойств следующих • твердых растворов в соответствующее, ¡отдельных химических системах:

оливин ортопироксен клинопироксен шпинель гранат

Все подробности проведенного согласования, таблицы исходных данных и согласованных термодинамических свойств твердых растворов минералов приведены в тексте диссертации.

Ca0-Mg0-Pe0-Si02

Ca0-Kg0-Pe0-Al203-Si02

Ca0-Idg0-Pe0-Al203-Si02

l!gO-Ps0-Al2O3-Cr2O3-Fe2O3-5:tO£

CaQ-KgQ-Fe0-Al203-Cr203-S102

ГЛАВА 4. СОГЛАСОВАННАЯ МИНЕРАЛОГИЧЕСКАЯ ТОТЮБАРОМЕТРИЯ УЛЬТМ ОСНОВНЫХ ПОРОД

Согласованные термодинамические свойства твердых растворов минералов являютоя основой для соядяття систеш согласовяттых минералогических термобарометров. Для этого используются обменные реакции типа

А(1) + 0(2) « В(1)+А(2),

где А<и В - компоненты, а 1 и 2 - фазы. В рамках базовой термодинамической модели 'химические потенциалы зависимых компонентов твердого раствора являются сложными функциями температуры, давленая и состава систем. Поэтому уравнение термодинамического равновесия (разность химических потенциалов компонентов в разных фазах)

»4-- 0

не может быть приведено к простой линейной аналитической форме. В данном случае, для определения темературн п Давления (при известном состава минералов) необходимо использовать метод итераций, реализуемый только с помощью ЭВМ.

Формально для пяти минералов Coll, орх, срх, зр1 и gar), для которых рассчитаны термодинамические свойства, возможно составить значительное число обменных и иных реакций. Однако лишь малая их часть может выполнять функции геотермометров шш геобароматров и лишь некоторые из шх могут быть предлокены для практического использования. Выделение таких реакций и построение на их основе системы согласованных минералогических термобарометров сталкивается с серьезными трудностями в выборе критерия их отбора.

Принятый в работе метод проверки корректности заключается в сравнении Е-Т-оценок исследуемого геотермобарометра со средним из нескольких оценок уже известных геотермобарометров, которые a priori принимаются достоверными. Преимуществом этого метода является наличие большого количества фактического материала - микрозондовых анализов минералов природных парагенезисов.

Для реаенпя задачи верификации геотермобарометров был создан банк кккрозондогаа анализов сосуществуйте минералов ультряосновн-ых-пород. Банк данных включает в себя более 300 гранатсодертащих у'льтрэосновннх ассоциаций. Это в большинстве своем парагенезиса ультраосновных ксенолитов из кимберлитов и кимберлитоподобных по-

род, а также изверженных я метаморфизованных ультраосновных пород из различных районов земного шара. Шпинельоодерхащие ультраосновные порода представлены более чем 150 парагенвэисами..

Перебор всех возможных минеральных реакций и тщательный их анализ позволил выявить пять реакций, которые могут быть использованы в качестве геотермомегров (в скобках - среднеквадратичное отклонение от от средневзвешенных оценк температур, рассчитываемых по 20 наиболее достоверным опубликованным геотермометрам):

oli gar. gap oll

3 1%Э104 2 Pe3Al2Si3012 = 2 KgjAÎgSLjO^ + 3 Fe2S104 (±72°0)

opx opx

CaMgSlgOg = CaMgSigOg (i38°C)

opx gar gar opx

3 MggSigOg + 2 Pe3Al2Sl3012 = 2 Kg3Al2Si3012 + 3 Fe2Si206 (±69°C)

gar opx

HgjAlgSi-jO^ + 3 CaPeSigOg (±58°C)

spi oli

2 Mgàl204 + ?e2SI04 (±69°C)

Значения температур рассчитывались итерационным методом по уравнениям равенства химических потенциалов продуктов и реагентов реакций по всем минеральным парагэнезисам, содержащимся в банке данных.

Внимательный внализ картин корреляции между значениями средних температур и температурами, рассчитанными по предлагаемым геотермометрам, позволяет выявить интересную закономерность. Практически все геотермометры (за исключением оливин-штшелэвого) завы-' такта температуру по сравнения со средними значениями в низкотемпературной области- (<900°С) ив высокотемпературной -области (<1300°С). Подобное единое поведение геотермометров может служить ещо одним доказательством их внутренней согласованности и корректности.

Самый надевший геобарометр для ультраосновных пород может бит г построен на реакции взаимодействия между ортопироксеном и гранатом:

opx gar

3 08MgSi206 + Pe3Al2Si3012 =

oli spi

Mg2Si04 + 2 PeAl204 =

орх орх gar

M^SigOg + MgAlgSlOg = Mg3Al2Si3012

Сравнение рассчитанных давлений со средними значениями показывает хорошую сходимость: среднеквадратичное отклонение составляет всего 3,082 кбар.

Предлагаемый ортошроксен-гранатовый геобарометр может быть подвергнут независимой петрологической вкспертизе. Она заключается в том, что алмазсодержащш парагенезиса должны попадать на Р-Г-ди-агрвше в область стабильности алмаза, но не графита. В имеющемся у нас банке мякрозондовдх анализов минералов содержится 7 алмазсо-дертащих парагенезисов. Расчета показали, - что все они попали на Р-Т-диаграмме в область стабильности алмаза. Это служит независимым подтверждением корректности данного ортопироксен-гранатового геобарометра.

ГЛАВА 5. ГЕОТЕГШБАРОМЕГОШ УЛЪШОСКОВНЫХ КСЕНОЛИТОВ ИЗ КШБШИТО0

Созданная система согласованных минералогических термометров и барометров базируется на аппарате термодинамики. Для успешного использования данной система необходимо оперировать достаточно сложными термодинамическим! уравнениями для расчета химических потенциалов зависших компонентов, а также требуются значительные объемы итерационных вычисления, которые могут быть реализованы только с помощь» ЭВМ. Все эти трудности могут служить непреодолимым барьером для практического использования предлагаемой системы в петрологических исследованиях.

. наиболее удобной формой геотермобароыетра является несложное уравнение зависимости температуры или давления от состава минералов, легко решаемое даже на микрокалькуляторе. Упрощение и интерполяция выведенных ранее термодинамических соотношений не позволяют однозначно решить поставленную задачу. Более оптимальным является другой подход. • С помощью имеющейся системы согласованных минералогических термобарометров можно рассчитать оценки температур и давлений образования большой группы однотипных минеральных пара-генезисов. Располагая представительной выборкой значений температур, давлений я составов минералов, нетрудно выявить между ям простые корреляционныезависмости. Уравнения этих зависимостей и

будут представлять собой простыв вширнчвские геотермомэтра и reo барометры, удобные в практическом использовании.

В качестве фактического материала для калибровки эмпирически* геогермобарометров наиболее всего подходят ультраосновные ксенолиты из кимберлитов. В большинстве своем ксенолиты представлены гра-натсодер-' ' --ш пврагенезисами, для которых мы в состоянии надежно о-" \,ть давление их формирования. Кроме того, эти порода имеют зь. •. гы петрологический интерес, и им посвящено большое коли-че '- . .следований. .

На базе этих данных был разработан целый набор эмпирических геотермометров и геобарометров, включающий в себя 19 уравнений геотермометров и 3 уравнения геобарометров. Среди геотермометров выделяются: 2 - оливин-гранатовых, 3 - ортопироксен-гранатовых, 2 - клинопироксен-гранатовых, V - двупироксеновых, 3 - ортопироксен-овых и 2 - клинопироксеновых. Все предлагаемые геобарометрц осно-

Таблица 1.

Группировка геотермометров и геобарометров по степени надежности.

N.

1 . г.

3.

4.

5.

6. 7. а.

9.

10. 11. 12. 13.

и.

15.

16.

17.

18. 19.

Название-'

Геотермомз три

?е-А1 ортопироксеа-гранатовый двушгроксеновый (Odi=Dio) Ca ортояироксеновыЗ , Mg-Pe клинопирокеек-гранатовый двулироксеновыЯ (Odl=Dio) AI ортопироксеновый двупироксеновый (ООаТЕ=ССаТв) Ca клияопироксвяовый Ca ортопйроксеновый Hg-АХ ортопироксен-гранатовый Ca клинолирок сеповиа да.уиирокееновлй (OIbsCXbJ двупироксеновнЯ (Oh4=Hed) %-Ре оливин-гранатовый двупироксеновый (Оеп=Сеп) Mg-Je кликопирокоея-гранатовьсй дсухмрокселовнй (0©п=Сеп) Mg-Te ортопироксвн-гранатоьый Mg-Pe сшшян-гранатовий

ср.кв.сш.

49°0 5Э°0 54°0 55®С 57®0 б1°0 бг°о бэ°0

64°С 66°С 68°С 74°С 7б°С 7в°С 86°С 91 °С 93 0

Гэобероыотры' - .

1. 2. 3. Ре-А.1 ортопироксен-гранатовцй AI ортопвроксеновмй Mg-AI ортонироксен-гранатовыЙ £.595 кбар 2,850 кбар. Э,'07в кбар

ванн на изменении растворимости А13+ в ортопироксене в присутствии граната., Среди них имеется один собственно ортопироксечовнй геобарометр и две версии ортопироксен-гранатового геобарометра.

По степени надежности эмпирические геотермометры и гообаро-кзтры сгруппированы в табл.1. Среди геотермометров самым достоверным является Ре2+-Ар+ ортопироксен-гранатовый, на втором месте -двупироксеновый геотермометр (Odl»Dio) и на третьем - ортопироксе-новый кальциевый геотермометр. Среди геобарометров наиболее надежными следует считать Ре2+-/13+ ортопироксен-гранатовый, а также А1 ортопироксеновый.

В качестве петрологического приложения созданной систеш согласованных минералогических гермобарометров были рассчитаны Р-Т-условия формирования ультраосиовных ксенолитов из кимберлитов трех районов: Якутии, Ласото и Намибии (рис.1-3).

.. Внимательный анализ полученных данных показывает, что в интервале135-40 кбар рассчитанные палеогеотерш испытывают излом и, таким образом, состоят из двух ветвей - низкотемпературной и высо-котокдарзтурпой. Подобная закономерность была выявлена рядом исследователей tBoyd, Illxon, 1973; Flnnerty, Boyd, 1934; и др.], ко-торш использовали в-своих расчетах другие геотермоматры и геоба-ромэтры. В наибольшей степени атот еф£экт проявляется для ультраосновных ксенолитов из кимберлитов Лесото (рис.2). Хотя абсолютное полоконка палеогеотерм в Р-Т-ноорданатах различается во всех вышеупомянутых исследованиях, качественная картина остается неизменной - излом палеогеотерш выявляется более шш менее отчетливо. Это еще раз подтверждает корректность предлагаемой системы -согласованных геотерлобарометров.

Низкотемпературная ветвь рассчитанных палеогеотерм представлена в больяшстве своем ксенолитами крупнозернистых гипербазигов, распавшаяся- пироксеновтш мегакристами. Максимальные значения температур для этих ксенолитов нэ превышают 1000°0. Наклон низкотемпературной ветви палеогеотеркя в Г-Т-коордгшагах очень пологий и в целом соответствует расчетной кривой современного геотермического градиента под контпнэталыимн областями с мшяашьным тепловым штоком через поверхность [Pollack, Chapman, 1977J.

Высокотемпературная ветвь палеогеотерм, представленная в своей глубинной части ксенолитами деформированных гипербазигов, икает крутой наклон.в Р-Т-коордяиатах. Например, для ультраосноп-ных ксенолитов из кюлбвр-тятов Лесото (рис .2) в интервале давлений

1

10 15 20 25 30 35 40 45 £0 55 €0 P, кЪаг

10 15 £0 25 30 35 40 45 60 55 60 P if fear

1500 1400

1300;»*' 1200; о 1100 "8 f*" 1000; 900'

аоо

700

600 —-—-----'—■—1—

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Р. kbar

Рис. 1-3. Р-Т-усяовия формирования ультра*-

ocbodlatx ес8я07нтов иэ киибершггоа Якутии. Лесото я Намибии. Йирннг сплошные шпша -кривнз соликуса перидотита о сухиз условиях rTakahashl 1С85) (А) и в присутствии воды ПГуШе, 1SS01 (В). Тонкие пуяатирпме линии - расчетные конгшдаггаяьные геотермы с плотностью теплового готока 42 кЗт/кв-я (1) и 44 иВт/каа (2) Gtirney. Halte 153601 Лиши иоповаркантного равновесна графит=алиаз проаедешя по териодп-яэ5й«есЕгш ßterman, 1С231 к экспериментальным tSttndy. 1С30. Kennedy. Kennedy. 1376J дашши

от «35 до «50 кбар температура изменяется от «1000 до <*1450°С, то есть температурный градиент составляет около 30°С/кбар. Для района Намибии (рис.3) наклон Еысокотемдаратурной ветви палеогеотермы практически отвечает изобаре. Существенно иная картина наблюдается для ультраосновних ксенолитов из кимберлитов Якутии (рис.1). Здесь высокотемпературная ветвь палаогеотеилн внячпле тпкзда ттет крутой наклон в Р-Т-коордпяатах, но в районе около 45 кбар она испытывает излом к далее становится пологой, таю» как и низкотемпературная ветвь палеогеотермы. В целом глубинная часть высокотемпературной ве.тви палеогеотермы Якутии ломятся на расчетную геотерму с конвективным тепловым потоком с плотностью 44 мВт/м2. Можно предположить, что такое жэ поведение высокотемпературной ветви палеогео-тармц правомерно и для других рассматриваемых регионов. Однако, формирование кгалберлктових расплавов происходило там возможно на ■ относительно меньшие глубинах, что а привело к "обрыву" палеогео-терм, "записанных" в ультраосновшг ксенолитах.

Рассмотренные ззхонсмэриосга рассчитанных палеогеотерм представляют собой богатый материал для петрологических построений. Согласно соврзкевшм представлениям высокотемпературная евтвь палеогеотерм отвочает по своим Р-Т-условяям астеносфера. Происхождение астеносферы оОцчг.о связывают с частичным плавлением субстрата вэрхггей мангли (Рпкгвуд, 1981]. На рис. 1-3 вдао, что высокотемпературная вэтвь рассчитанных палеогеотерм'перасекает кривую солкду-са перидотита в присутствие Н¿0 п С02 [КуШо, 19803 практически у самого основания. Таким образом, Р-т-пврамэтры, отвечающие ксенолитам деформированных гадарбазитов, свидетельствуют о возмозяом наличии на этих глубинах процессов частичного плавления. Экспериментальные исследования показали, что достаточно от 0,1 до 6% количества расплава» чтобы объяснить черта свойственные астеносфер-кону слою [Браун, Массвт, 1934]. Образование такого количества расплава представляется етолш вероятным при тех надсолядусных условиях, которые фиксируются для етсокотемпературной ветви палеогеотерм.

.Используя данные построения, можно предположить, что пересечение палеогеотермой линот солидуса перидотита должао отвечать изменению Р-Т-усло^ий в кровле астеносферы. Наиболее вероятное положение' солидуса Природного мантийного перидотита должно находиться где-то посредине мевду солидусом перидотита в присутствии около 0,455 Е,0 и около 5% С02 ШУШе, 19801 и солидусом сухого по ряда-

тита tTakaftashi, 19851. Принимая во внимание это замечание, а также учитывая петрологические особенности деформированных ксенолитов из кимберлитов [Harte, 1977; Лазько, Серенко, (983; Аранович, Ко-сякова, 1969J, следует считать, что только самые глубинные точки палеогеотерм должны соответствовать глубинам кровли астеносферы рассматриваемых регионов. Для района Якутии глубина кровли астеносферы, определенная го папеогеотерме, составляет 18СМ0 км, для Лесото - 1бО±Ю км, для Намибии - порядка 125*10 км.

Рассчитанные величины находятся в полном соответствии со значениями, полученными го независимым сейсмическим [Jordan,. 1978; Given, Helmberger, I960; Винник, Егоркин, 1980; Егоркин и др., 1988; и др.5 и геотермическим [Чармак, 1982; Лева, Лысак, 1986; Леви, 19911 определениям.

• ЗАКЛЮЧЕШЖ

Основным результатом исследования является создание сисгеш согласованных минералогических териобарометров для ультраосношшх пород на основе согласования термодинамических свойств тверда растворов оливина, ортопироксэна, клинопиронсена, шпинели и граната в системе Ca0-Mg0-Pe0-Peg03-Al203-Cr20j-Ii02-S102 по экспериментальным равновесным данным н термохимически?.! определениям. В процессе досгижания поставленной задачи были решены следующие проблемы:

- разработана универсальная термодинамическая модель твердого раствора способная описывать мультшсошонантшэ твердые растворы с любым количеством подрешеток; - ■ ,

- выбран в качестве наилучшего способ согласования термодинамических свойств твердых растворов го нелинейной схеме методами нелинейного проградаироввния минимизацией отклонений расчетных составов сосуществующих минералов от их экспериментальных значений;

- создан банк согласованных термодинамических свойств твердых растворов оливина, ортопироксэна, клинопироксена, шпинели и граната в системе CaO-MgO-FeO-PagÜj-AlgOj-CrgOj-TiOg-SlOg, вюючаодий в себя как значения термодинамических величин зависимых компонентов, так и параметры взаимодействия твердых растворов;

- определен порядок расчета содержаний элементов переменной валентности в микрозондовых анализах минералов и схема пересчета последних на кристашюхимические формулы;

- на базе согласованных термодипамических свойств твердах растворов минералов построены тэливш-гранатовый, двупироксеновий, ортопироксен-гранатоЕЫй, клинопироксен-гранатовый и оливин-шгш-нелевый геотермометры, а также ортопироксен-гранатовнй геобарометр, которые составили систему, согласованных минералогических термобарометров. %ля удьтрвосновных пород..

Использование разработанной системы согласованных геотермоба-рометров для раочета Р-Т-оценок образования ультраосновных ксенолитов из кимберлитов привело н созданию набора из 19 эмпирических геотермометров и 3 эмпирических геобаромотров, имеющих простое аналитическое выражение и удобных в практическом использовании. Данный набор эмпирических геотераометров и геобарометров применим только для ультраосновных гранатсодеркавдх ксенолитов из кимберлитов. " ' ..

•. В качестве петрологического щшшзния созданной системы согласованных Минералогических гермобврометров были рассчитаны пвле-огеотерш по' ультраосновяма ксенолитам из кимберлитов Якутии, Лесото п Намибии. По полученным данным определены глубины 1сровли астеносферы для рассмотренных районов.

СПИСОК ШУБЛШСОВАШЫХ РАБОТ ПО ТШЗ ДИССЕРТАЦИИ

1. Менакер И.Г. Физико-хгаягсеское моделирование фазовых равновесий в система СаО-МЗО-АЦО^-ЗМ,, // Тез. докл. XI Всесоюз. со-веви по ексшриа. [¡знэрапогш. (Черноголовка, 28-30 окт. 1986 г.)

- Черноголовка, йн-т окот, минерал. АН СССР, 1986. - С.134.

2. Менакер И.Г. Фазовые перехода типа порядок-порядок и порядок-беспорядок в породообразующих минералах // Тез. докл. XII конф. молодых науч. сотр. по геол. и геофпз. Вост. Сибири. - Иркутск, Ён-Т 88МН0Й кори СО АН СССР, 1986. - С.95-97.

3. Менакер И.Г. «лщдао-петрологическая характеристика уль-трабазитов. Обзор вксперименТалышх данных // Петрология и флюидный. рсштм копта» твльно® литосферы / Летников Ф.А., Феоктистов Г.Д., Вилор н.в. и др. - Новосибирск: Наука, 1989. - 6.18-24.

4. ГМнг.'гар И.Г. Проблема оптимального согласования термодинамических свойств твердых растворов минералов // Геол. и полез, ис-коп. Вост. С.йЗири (тез. докл. науч. конф.). - Иркутск: ИГУ, 1988.

- 0.12-13. •

5. Менакер И.Р. Оптимальные избыточные термодинамические

свойства. твердых растворов форстерит-монтичеллит и фаялит-кирштейнит // Геология и геофизика активизированных областей Восточной Сибири (тез.докл. конф. молодых науч. сотр.). - Иркутск, Ин-т земной коры СО АН СССР, 1988. - С.31-32.

6. Менакер И.Г, Оптимальное согласование термодинамических , свойств твердых растворов пироксенов в системе СаО-МйО-ЗЮ2 // Термодинамика в геологии (тез. докл. II Всесоюз. симп., Миаос, 6-8 сент. 1988 г.),- Свердловск: Ин-т минерал. УрО АН.СССР, 1988. -Т.2. - С.68-69.

7. Менакер И.Г. Оптшалышэ термодинамические свойства твердых растворов орта- и клинопироксенов в системе СаМзЗ

// Физико-химическое моделирование в геохимии и петрологии на ЭВМ (тез. докл. II Всесоюз. совет., Иркутск, 27-29 сент. 1983 г.). -Иркутск: Ин-т геохимии СО АН СССР, 1988. - 4.2. - С.18Э-190.

8. Менакер И.Г. Экспоненциальная температурная, зависимость параметров..субрегулярной термодинамической модели твердого раствора (на примере системы форстерит-гмонтичеллит) // Тез. докл. VI Всесоюз. симп. по изоморфизму. (Звенигород, ноябрь,. 1988 г.) -11.: ГЕОХИ АН СССР, 1988. - 0.141.'