Оценка условий кристаллизации ареального вулканизма Срединного хребта Камчатки (стр. 3 из 5)
 |
| Фотография 9. Фотография под оптическим увеличением x25 зерна 08 из образца ПК 02/20. На фотографии представлен участок поверхности кристалла оливина с захваченными расплавными включениями. |
 |
| Фотография 10. Фотография под оптическим увеличением x25 зерна 01 из образца ПК 02/20, где представлен участок поверхности кристалла оливина с захваченными расплавными включениями. На изображении четко видно три включения. В правом нижнем углу светлая почти прозрачная округлая область занята включением одного типа, а два других включения принадлежат к другому типу, они отличаются как цветом, так и формой. В верхнем присутствуют кристаллические фазы. |
Зерна оливина из образца ПК 02/27 содержат кроме расплавных включений, многочисленные включения шпинели. Расплавные включения в этом зерне имеют большой диапазон размеров от 5 до 500 микрон. Встречаются сильно удлиненные включения (до 500мм в длину и 20-30 в ширину). Так же в этом образце обнаружен только один тип включений.
 |
| Фотография 11. Фотография под оптическим увеличением x25 зерна 15 из образца ПК 02/27, представлен участок поверхности кристалла оливина. На снимке видно, что в кристалле оливина присутствуют расплавные включения (центр снимка и нижний правый угол) и многочисленные мелкие включения шинели, хаотично разбросанные по всему зерну. |
Кроме оптического изучения расплавные включения исследовались с помощью микрозонда. Полный список анализов приведен в приложении 2.
К сожалению, в связи c влиянием краевыми эффектами на состав включения для дальнейшего изучения из всех померенных включений необходимо было отбраковать слишком маленькие включение, размерам не превышающие 20 микрон. Таким образом, осталось 8 <пригодных> для дальнейшего изучения составов включений, они приведены в таблице 12.
| Образец | SiO2 | TiO2 | Al2O3 | FeO* | MnO | MgO | CaO | Na2O | K2O | P2O5 | Cr2O3 |
| ПК 02/20 - 1 | 49,25 | 0,39 | 21,29 | 5,19 | 0,06 | 8,79 | 9,37 | 5,15 | 0,23 | 0,02 | 0,10 |
| ПК 02/20 - 2 | 45,82 | 1,94 | 18,14 | 9,55 | 0,29 | 6,20 | 12,39 | 4,14 | 0,57 | 0,34 | 0,06 |
| ПК 02/20 - 3 | 46,14 | 1,68 | 17,85 | 9,44 | 0,20 | 8,29 | 11,32 | 3,60 | 0,44 | 0,41 | 0,00 |
| ПК 02/20 - 4 | 49,12 | 0,82 | 21,21 | 6,37 | 0,18 | 7,52 | 9,98 | 3,96 | 0,35 | 0,13 | 0,04 |
| ПК 02/20 - 7 | 46,98 | 1,49 | 16,71 | 9,44 | 0,32 | 9,92 | 9,45 | 3,72 | 0,80 | 0,48 | 0,00 |
| ПК 02/27 - 12 | 47,24 | 1,48 | 16,80 | 9,21 | 0,20 | 9,55 | 10,48 | 3,14 | 0,81 | 0,46 | 0,06 |
| ПК 02/27 - 13 | 46,98 | 1,58 | 15,90 | 11,07 | 0,20 | 9,47 | 9,59 | 3,20 | 0,90 | 0,49 | 0,06 |
| Таблица 12. В таблице представлены химические составы стекловатых включений из образцов ПК 02/20 и ПК 02/27 удовлетворяющие критерию по размеру включения превышающему 20 микрон. |
Полученные составы расплавных включений в общем случае не отвечают составам исходного расплава, так как при захвате порции расплава в кристалле на стенках минерала-хозяина из этого расплава начинает выпадать кристаллическая фаза. С учетом этих соображений из анализа состава расплавного включения можно получить истинный состав расплава. Для этих целей нужно промоделировать обратную кристаллизацию расплава. В данном случае в равновесии с расплавным включением должен находить оливин, определяем состав оливина находящегося в равновесии, добавляем к составу включению определенный процент этого минерала, и снова определяем равновесный оливин, расчет ведется до тех пор, пока состав равновесного оливина не приблизиться к измеренному составу оливина.
Состав равновесного оливина рассчитывается по модели Форда [Ford et., 1982] - равновесие оливин-расплав. Основой для метода служат термодинамические расчеты. Химическое равновесие двух фаз может быть представлено уравнением свободной энергии Гиббса.
ΔG = 0 = ΔH0 - TΔS0 + (P-1) ΔV0 + RTlnK, (1)
где K=aLFo/aOlFo константа равновесия реакции.
Данное уравнение можно привести к следующему виду
ln (XOli/XLi) = C0 + C1/T + C2(P-1)/T + C3ln(1*5(XLMg+XLFe+XLCa+XLMn+XLCr+XLNi)) + C4ln(3XLSi) + ΣCjln(1-XLj), (2)
где С0, С1, С2 равны соответственно ΔS0/R, -ΔH0/R, -ΔV0/R, а четвертый и пятый члены уравнения получены из выражения для активности компонентов в оливине (1.5Xi)*(1.5(XMg+XFe+XCa+XMn+XCr+XNi))*(3XSi), последний член уравнения учитывает ошибки в выражении ln(XOli/XLi) обусловленные добавлением добавочных компонентов. Температуры, вычисленные из уравнения отдельно для каждого из компонентов отвечают значениям TMg, TFe, TCa, TMn. При вычислениях необходимо учитывать тот факт, что в каждой фазе сумма всех катионов равна 1, а для оливина сумма двухвалентных катионов равна 2/3. Для известных концентраций Xi в расплаве при заданном давлении достаточно просто выбрать температуру и рассчитать уравнение для XMg+XFe+XCa+XMn. Если их сумма получается достаточно низка, то температура слишком высока и наоборот, то есть, повышая или понижая температуры можно добиться того, чтобы сумма катионов приблизилась к 2/3. Все численные коэффициенты, используемые в уравнение, приведены в статье Форда, 1982. В общем случае ошибка вычисления температуры не превышает 10 0С.Для моделирования кристаллизации оливина из исходного расплава необходимо учитывать уравнения (2) и выражения для баланса масс.
XOli=(XOi-FXLi)/(1-F), где F - часть оставшейся жидкости, XOi - начальное содержание катионов элемента i, XOli и XOi содержание каждого элемента в оливине и расплаве, при степени кристаллизации F. Решения данной задачи тоже проводятся численными методами. Таким образом, получается геотермометр оливин-расплав, который и был использован для расчета процесса обратного фракционирования, при коррекции составов включений.Рассчитанные по данной модели составы равновесных расплавов представлены в таблице 13, также в таблице приведены расчетные температуры кристаллизации.
| Образец | SiO2 | TiO2 | Al2O3 | FeO* | MnO | MgO | CaO | Na2O | K2O | P2O5 | Cr2O3 | T, 0С |
| 02/20 - 1 | 47,98 | 0,37 | 20,14 | 10,05 | 0,06 | 7,34 | 8,87 | 4,88 | 0,22 | 0,02 | 0,10 | 1220,00 |
| 02/20 - 2 | 45,76 | 1,87 | 17,52 | 10,10 | 0,28 | 7,56 | 11,97 | 4,00 | 0,55 | 0,33 | 0,06 | 1201,00 |
| 02/20 - 3 | 46,31 | 1,69 | 17,99 | 10,07 | 0,20 | 7,86 | 11,41 | 3,63 | 0,44 | 0,41 | 0,00 | 1206,00 |
| 02/20 - 4 | 48,12 | 0,78 | 20,05 | 10,04 | 0,17 | 7,19 | 9,43 | 3,75 | 0,34 | 0,13 | 0,04 | 1195,50 |
| 02/20 - 7 | 47,47 | 1,57 | 17,59 | 10,03 | 0,34 | 7,79 | 9,95 | 3,92 | 0,84 | 0,51 | 0,00 | 1218,00 |
| 02/27 - 12 | 47,42 | 1,51 | 17,11 | 10,03 | 0,20 | 8,49 | 10,67 | 3,20 | 0,83 | 0,47 | 0,06 | 1225,00 |
| 02/27 - 13 | 47,98 | 1,73 | 17,33 | 10,03 | 0,22 | 7,21 | 10,45 | 3,49 | 0,99 | 0,54 | 0,07 | 1193,00 |
| Таблица 13. В данной таблице представлены результаты пересчета составов исходных расплавов из составов расплавных включений, также в таблице представлены расчетные температуры кристаллизации для каждого состава. |
Составы стекол в расплавных включениях и полученные оценки составов расплавов нанесены на следующие диаграммы в координатах Al2O3-SiO2, TiO-SiO2, K2O-SiO2. Из диаграмм видно, что составы расплавов можно разделить на две группа (также видно, что в целом и составы стекол, тоже делятся на две группы, за исключением некоторых отскоков). Первая группа отвечает более высоким содержаниям Al2O3 и более низким содержаниям K2O и TiO, вторая же группа наоборот содержит в целом меньше Al2O3, но больше K2O и TiO. Интересно отметить тот факт, что в среднем номера оливинов для этих включений сильно не различаются. То есть различные содержания, например, TiO в расплаве нельзя объяснить эволюцией расплава, так как, при разнице в содержании 2-3 раза, номер оливина отличается больше, чем на 3-4 номера Fo.
 | Рисунок 14. На диаграмме представлено распределение составов в координатах Al2O3-SiO2. Треугольниками и квадратами обозначены исходные измеренные составы для образцов ПК-02/20 и ПК-02/27, кружки обозначают откорректированные составы расплавов. На диаграмме видно, что составы можно разделить на две группы по содержанию Al2O3 |
 | Рисунок 15. На диаграмме представлено распределение составов в координатах TiO-SiO2. Треугольниками и квадратами обозначены исходные измеренные составы для образцов ПК-02/20 и ПК-02/27, кружки обозначают откорректированные составы расплавов. На диаграмме видно, что составы можно разделить на две группы по содержанию TiO2 |
 | Рисунок 16. На диаграмме представлено распределение составов в координатах K2O-SiO2. Треугольниками и квадратами обозначены исходные измеренные составы для образцов ПК-02/20 и ПК-02/27, кружки обозначают откорректированные составы расплавов. На диаграмме видно, что составы можно разделить на две группы по содержанию K2O |
В качестве другого критерия равновесия был рассмотрен коэффициент распределения Fe/Mg между оливином и расплавом. KdFe-Mg(Ol-L) = (xFeO/xMgO)Ol / (xFeO/xMgO)L. Для выяснения диапазона значений Kd в равновесных системах была использована база данных петрографических экспериментов Inforex [Ariskin]. Была получена выборка (более 150 экспериментальных составов расплав-оливин) для оценки значений Kd. Выборка составов удовлетворяла следующим условия: земные составы, с содержанием воды 0%, при атмосферном давлений (p < 0,1 kbar), с длительностью эксперимента более 48 часов, содержания щелочей менее 5%, содержания магния от 5% до 15%. Все составы из данной выборки были использованы в программе КОМАГМАТ 3.52 для расчет равновесных пар оливин-расплав. Полученные данные сравнивались с исходными экспериментальными данными. Как видно из графиков (рис. 17) распределение отклонений расчетных и экспериментальных параметров (температура, номер оливина, Kd) отвечает нормальному закону распределения, за исключением небольшого числа отскоков. Для дальнейшей работы все отклонения, превышающие 3 стандартных, были отбракованы. Результаты отбраковки представлены на гистограммах распределения (см. рисунок 17)