Неорганическая геохимия - Хендерсон П.
Скачать (прямая ссылка):
дунитовой серии. Постепенное уменьшение содержания N1 внутри каждого цикла — это результат фракционной кристаллизации оливина из ограниченного объема магмы. Если коэффициент распределения никеля между кумулятивным минералом и магмой известен, можно рассчитать по уравнению (8.29) отношение масс магмы, дававших каждый цикл по изменению концентрации №. Например, в цикле на глубинах между 1220 и 1320 м концентрация N1 меняется от 3100 до 1700 мкг/г при мощности примерно 90 м. Ирвин и Смит приняли коэффициент распределения никеля между 10 и 15, что соответствует опубликованным данным по системам оливин — расплав (см. гл. 5).
К0О '
(450
Рис. 8.21. Вариации содержания N1 в породах в части интрузива Маскокс (Северо-Западные территории, Канада) [199].
222 Часть II
Тогда, согласно уравнению (8.29), молено записать для /г=15
С*
Cf?b
1700 3100
= 15F14,
= Fu,
т. е. In 0,548= 14 Inf, откуда F = 0,960.
Таким образом, толща, слагающая этот цикл, составляет около 4% от массы родоначальной магмы. Такой расчет не подходит ни в случае возможных изменений kNi с температурой при фракционной кристаллизации, ни при эффективности фракционирования меньше 1, но результат его не противоречит геологическим данным [199] и показывает применимость теоретической модели к относительно простым природным системам.
Поскольку степень фракционной кристаллизации позволяет точно определить тенденции концентрирования элемента как в твердой, так и в жидкой фазе при затвердевании, было бы полезно знать порядок величины Е (уравнение (8.32)) при образовании кумулятов. К сожалению, по этому вопросу имеется очень мало работ с количественными данными, хотя он уже обсуждался Уэйджером и Брауном (1[412], с. 64—68). Чтобы определить среднюю эффективность фракционирования при кристаллизации части Скергаардского расслоенного интрузива, Хен-дерсон <[176]| использовал очень низкий коэффициент распределения урана между кумулятивными минералами (оливином, пироксеном и плагиоклазом) и исходной магмой. Вариации содержания урана в кумулятах на малых интервалах кристаллизации отражают изменения доли закристаллизовавшейся захваченной жидкости. Независимая оценка концентрации урана в исходной магме по соответствующему горизонту Скергаардского интрузива позволила определить параметр Е для данного кумулята просто по анализу содержания в нем урана. Результаты определения Е в 350-метровой скважине, прошедшей через часть нижней зоны и погребенную зону интрузива, показаны на рис. 8.22. Е значительно меняется от слоя к слою, несмотря на общее однообразие типа пород. Средняя эффективность ?сред составляет около 85%. Результат интересен тем, что захват магмы кумулу-сом в количестве около 15% от общей массы должен вносить заметный вклад в концентрацию некогерентных элементов в результирующей породе. Захват интеркумулусной жидкости также проявляется в кристаллизации из нее при охлаждении низкотемпературных минеральных зон вокруг первичных кумулятивных фаз.
В настоящее время уравнения (8.28) — (8.34) могут применяться для полуколичественной оценки степени участия возможных механизмов фракционирования в генезисе магматических
8. Кинетический контроль распределения элементов 223
серий. За исключением простых систем, они не могут быть использованы для получения количественных значений параметров, влияющих на фракционирование, из-за недостатка данных о влиянии ряда переменных величин, упомянутых во введении к настоящей главе.
8.6. Равновесное и фракционное плавление. Образование магм включает частичное плавление исходного твердого мантий-
о 100 |----------¦-¦—----1
к 95 - ,в
В-
о шо гоо зоо
Глубина, м
Рис. 8.22. Вариации эффективности фракционирования Е с глубиной, рассчитанные по кумулусу. Данные по 350-метровой скважине, прошедшей через часть Скер-гаардского расслоенного интрузива. Скважина пересекла самую нижнюю обнаженную часть и примерно 200 м погребенной части этого интрузива [176].
ного или корового материала или выжимание межзернового флюида еще в мантийных слоях. Изменения состава твердого вещества и жидкости, которые происходят при процессах плавления различного рода, могут быть теоретически определены, если предположить химическое равновесие между фазами, по крайней мере в части реакций, и, кроме того, если не было контаминации образующегося расплава.
Если при частичном плавлении образующаяся жидкость непрерывно реагирует с твердым осадком и уравновешивается с ним, то молено применить уравнения (8.21) и (8.22), но с заменой С/0 на С,ч°. Такой процесс называется равновесным плавлением.
Процесс плавления, в котором жидкость, образовавшись, тут л<е изолируется, называется фракционным плавлением. Уравне
224 Часть II
ния, описывающие химические изменения при таком процессе, были выведены Шоу '[364], который модифицировал подход, предложенный Гастом |[132]. Вывод приведенных ниже уравнений можно найти в работе |[364]1
Рассмотрим процесс частичного плавления, когда минеральные фазы плавятся в тех же пропорциях, в каких они присутствуют в породе. Обозначим через долю уже выплавленной жидкости. Отношение С//С,ч° в бесконечно малой порции вновь выплавленной жидкости будет определяться уравнением
