Распределение Fe2+/Mg отношения в системе расплав - шпинель - оливин (стр. 3 из 7)
Полученные в виде 8 уравнений цифровые зависимости позволяют рассчитывать Fe2+/Mg отношение в оливине по "равновесной" с составом данного кристалла шпинели, или, наоборот, по известному составу оливина - (Fe2-Ti)/Mg в шпинели. Расчеты по уравнениям для случаев КD =0,3 и КD =0,33 в каждой из 4 пар дают различия меньше стандартного отклонения. Уравнения (5,6,9,10) - условно "неравновесные" целесообразно использовать для случая образования OL-SP пар из высокожелезистых расплавов с Fe2+/Mg>1,4, а также для кристаллов основной массы эффузивов, эволюционировавших по феннеровскому пути. Ко всем уравнениям приводятся численные значения абсолютной ошибки (
) и стандартного отклонения ( 
), что позволяет с определенной долей вероятности ( - 70%, 2 - 95% [70]) судить о расплавном, или ином генезисе составов OL-SP пар в породе.Влияние давления до 1,5 ГПа, температуры (1100-1500oC) на распределение Fe2+/Mg отношения в системах расплав - шпинель и расплав - оливин не сказываются на численных значениях коэффициентов в уравнениях [55]. Соответственно и в уравнениях, связывающих оливин - шпинелевые пары, "равновесные" с основным-ультраосновным расплавом. T и P, в указанных интервалах, не влияют на распределение Fe2+/Mg отношения.
Все приведенные выше уравнения могут быть использованы для кристаллов шпинели, содержащих менее 6% вес. TiO2 и менее 50% вес. Al2O3 [55]. В высокоглиноземистые шпинели (Al2O3 более 50% вес.) магний из расплава входит более охотно по сравнению с высокохромистыми разностями. Это сказывается на числовых значениях уравнений распределения Fe2+/Mg. Для случая расплав - высокоглиноземистая шпинель к настоящему времени удалось получить только оценочные значения коэффициентов [55].
Разбалансировка Fe2+/Mg отношения в системе OL-SP (SP-OL) относительно равновесного с расплавом (т.е. не отвечающая одному или нескольким уравнениям) происходит на всех этапах становления магматической породы: охлаждение, нагрев, метаморфизм. Причем это рассогласование может быть зафиксировано численно путем учета величины, и отчетливо проявляется из-за различного характера поведения Fe2+ и Mg в оливине и шпинели при нагреве, остывании. Это было выявлено экспериментально [84] и подтверждено на природных объектах [87]. В работе [55] рассмотрены различные варианты этого явления и показано, что оно, вероятно, фиксируется и при метаморфических процессах.
Выявленные цифровые зависимости получены по экспериментальным данным, для которых понятия одновременность образования и равновесность составов OL-SP пар в расплаве однозначно связаны в подавляющем большинстве случаев, существование же отклонений может служить признаком некондиционности экспериментальных результатов [55]. Иначе на природных объектах. В горной породе одновременность или разновременность образования кристаллов шпинели и оливина может быть установлена по их структурным взаимоотношениям. Если же характер срастания установить не удается, то вопрос остается открытым. Равновесность же или неравновесность, с учетом зональности, мозаичности и т.д. в составах кристаллов может быть уверенно зафиксирована с помощью полученных уравнений. Эта оценка, соотнесенная со структурными особенностями породы, может быть очень полезной, и дать генетическую информацию.
Приложение полученных результатов.
Для демонстрации возможностей применения полученных цифровых зависимостей, связывающих Fe2+/Mg в OL-SP (SP-OL) парах, равновесных с ультраосновным - основным расплавом, были использованы данные по составам OL-SP природных ассоциаций и содержащих их пород [56]. Были рассмотрены достаточно известные по литературным источникам геологические объекты из двух фациальных групп, включающих эффузивные образования (лавовые потоки различного возраста, состава, из различных геолого-структурных обстановок) и интрузивные тела (гипербазиты современной океанической коры и офиолитовых комплексов, расслоенные интрузивные комплексы и т.д.). Для эффузивов, имеющих кайнотипный облик, равновесность вкрапленников оливина с включенными в них кристаллами шпинели явление характерное, тогда как в палеотипных разностях, например, в докембрийских коматиитах, составы разбалансированы. Неравновесность OL - SP ассоциации c расплавом может возникать и при гибридизме, примером, по-видимому, могут служить переуравновешенные шпинели в предположительно плейстоценовых пикритобазальтах Авачинского вулкана [53]. Для интрузивных пород базит-гипербазитового ряда составы подобных OL-SP пар, как правило, перенормированы относительно равновесных с расплавом. Использование различных минеральных равновесий, отградуированных как геотермометры в солидусной области, для интрузивных пород этого ряда дает большой разброс численных значений в разных минеральных парах, и, вероятно, фиксирует температуры окончания обменных реакций [4,72]. Это свидетельствует о метаморфических преобразованиях большей части минералов, слагающих интрузивные тела, хотя в некоторых случаях, благодаря мозаичному равновесию, могут сохраняться OL-SP пары, не лишенные первичных признаков кумулятивного или реститового происхождения [56]. Fe2/Mg отношения в Ol - Sp парах, включенных в платиноиды из ряда ультраосновных массивов, свидетельствуют о возможности формирования вмещающих платиноидов как в ликвидусной, так и в солидусной температурных областях становления пород [56,57]. Распределение Fe2/Mg отношения (или содержания магния) и хрома в шпинелях из платиносодержащих ультраосновных массивов может помочь как в выявлении наиболее перспективных из них, так и отдельных блоков в каждом массиве [53,54]. Это подтверждается недавними ревизионными исследованиями платиноносных дунитов Нижне-Тагильского массива [15]. Очень интересным объектом для приложения полученных зависимостей является оливин-шпинелевая ассоциация из включений в кристаллах алмазов. Вероятно наиболее глубинной (3-7 ГПа), соответствующей "законсервированным" условиям верхней мантии, можно считать перидотитовую ассоциацию. По данным [27] в алмазах из 4-х трубок Якутской кимберлитовой провинции эта ассоциация встречается в 4-10% кристаллов, тогда как самостоятельные оливин и шпинель встречены соответственно в 40-60% и 26-44% кристаллов. Мы сделали попытку оценить равновесность этой ассоциации с расплавом. Для этого использовались уравнения (3,4) в двух вариантах. В первом случае поправка на влияние давления [96,101] учитывалась только для оливина, во втором - вводилась поправка и для шпинели, равная поправке для оливина (т.к. данных по шпинели нет). В качестве первичных данных были использованы составы шпинелей и оливинов из алмазов Якутской кимберлитовой провинции. Мы нашли в литературе ~ 100 опубликованных анализов шпинелей из алмазов этой провинции. Обычно это хромиты, содержащие в среднем ~ 11-15 % MgO. Расчеты были выполнены для 2-х парных анализов SP-OL. В качестве первой пары было выбрано срастание наиболее магнезиальной шпинели (14,9% MgO) с оливином (MgO 52,2%) [68]. В качестве второй пары были взяты наиболее магнезиальная шпинель (16,4% MgO) [66] и высокомагнезиальный оливин (52,8% вес MgO) [68] среди опубликованных составов шпинели и оливина из алмазов этой провинции. Оба варианта расчетов показали, что эти пары не являются равновесными с расплавом, причем с увеличением давления расхождение расчетного и реального Fe2+ /Mg для оливина увеличивается. Эти расчеты до некоторой степени условны (неизвестна реальная численная поправка для шпинели), но позволяют с определенной долей осторожности присоединиться к точке зрения [21], что алмаз не кристаллизуется в магматическом расплаве. В пользу этой гипотезы свидетельствуют данные о находках в образцах алмазоносных эклогитов линзовидных поликристаллических сростков алмазов, напоминающих друзы [57]. По мнению [72], это свидетельствует о флюидном переносе углерода в мантии и переотложению в форме алмаза, что укладывается в рамки представлений о немагматическом генезисе.
Наиболее магнезиальными (MgO - 26,8% вес.) шпинелями из кимберлитов, вероятно, можно считать собственно шпинели (Al2O3 - 66,8% вес.) из алькремитов трубки "Удачная" [58]. Судя по данным обзора [46], для высокоглиноземистых шпинелей мантийных пород типичны более высокие содержания MgO относительно хромистых разностей шпинели в мантийных породах. Это совпадает с выявленной нами тенденцией более охотного вхождения магния (относительно хромистых разностей) в состав высокоглиноземистой шпинели при росте ее или равновесии с расплавом. Но это не исключает образования подобного рода шпинелей в солидусных условиях.
Забегая вперед, обратим внимание еще на одно условие, возможно необходимое для роста кимберлитовых алмазов в твердой среде. Ниже приводятся данные по некимберлитовым алмазам, которые позволяют предположить, что, при определенных условиях причиной твердофазного перехода графит - алмаз могут быть сдвиговые деформации. Геологическая история площадей развития кимберлитового вулканизма на Сибирской платформе свидетельствует о его генетической связи с конвективными течениями в верхней мантии [47]. Можно допустить, что собственно перемещения происходят вдоль ограниченных (10-100 км) латеральных и вертикальных зон, для которых характерны максимальные градиенты скоростей движения и наибольшие сдвиговые деформации. Многие глубинные (мантийные) ксенолиты перидотитовой и эклогитовой серий в кимберлитах как в целом по миру, так и на Сибирской платформе, несут отчетливые следы твердофазных деформаций. Они запечатлены не только в минералах, включая алмазы, но и выражены в структурных особенностях пород, слагающих ксенолиты [21,69]. Можно предположить, оставляя в стороне происхождение графита, что преобразование его в алмаз происходит под действием движений в таких локальных зонах, можно допустить и то, что до определенной величины сдвиговых деформаций рост кристаллов алмаза угнетен, поэтому не все ксенолиты и кимберлиты алмазоносны. Кроме того, следы сдвиговых деформаций могут затушевываться последующими преобразованиями породы в мантийных условиях.