Алгоритм пересчета результатов химического анализа на миналы -система пересчетов CIPWD 6 глава

Указанные особенности образования минеральных ассоциаций с амфиболом только до некоторой степени уменьшают неопределенность сопоставления их с нормативно-минальным составом. Кроме того, уменьшают неопределенность корреляции минерального и минального состава и количественные соотношения амфибола с минералами буферных пар, как это было показано для флогопита. Например, мы имеем ассоциацию Ed+Fo+En+Ab. Без учета количественных соотношений Ed и En можно предположить, что эта минеральная ассоциация является продуктом кристаллизации расплава либо из II- оl -нормативной подсистемы, либо из III- nе -нормативной, но никак не из l-q-нормативной и, тем более, не из VI и VII групп. Но если энстатит будет количественно значительно преобладать над эденитом (≈ в 4 раза в об.%), то можно однозначно утверждать, что данная минеральная ассоциация является производной именно II- оl -нормативной системы. В этом случае еn -минала должно хватить для компенсации Si0₂ недосыщенных миналов, входящих в эденит, до миналов ol -нормативной группы: здесь nе -минал необходимо перевести в аb -минал.

Другой пример: минеральная ассоциация Ed+Ne+Fo+Ak+Di может быть продуктом кристаллизации расплава либо III- nе -нормативной подсистемы, либо VI- ak -нормативной, но никак не может быть VIII- mo -нормативной. Если же Ak будет преобладать над Ed, то с уверенностью можно утверждать, что эта минеральная ассоциация образовалась из расплава VI- ak -нормативной подсистемы, поскольку для компенсации ай-минала, входящего в ed-минал, достаточно такого же количества аk -минала, чтобы ab преобразовать в пе.

Итак, при равновесной кристаллизации расплавов без фракционирования в системе q-ne-fo-mo-H₂0 при Р_ФЛ ≈2000 бар могут образовываться различные минеральные ассоциации с эденитовым амфиболом, принадлежность которых к конкретной нормативно-минальной подсистеме довольно затруднительно определить однозначно. Более определенно это удается сделать при количественном преобладании над Ed компенсирующего минерала буферной пары (или тройки). Очевидно, что это заключение относится и к природным амфиболам, которые являются сложными твердыми растворами многих амфиболовых миналов (Дубровский, 1981).

Рассматриваемая задача, как и в системе q-fo-kp-H₂0 с Phl, решается проще для продуктов фракционной кристаллизации, поскольку и в данной системе конечные котектические расплавы чаще смещены по составу от фигуративной точки ed к компенсирующим минералам. И, как правило, такие расплавы дают многоминеральные ассоциации с преобладанием буферных минералов над амфиболом, что и позволяет, в таких случаях, с большей уверенностью коррелировать минеральный состав с нормативно-минальным. И, наоборот, маломинеральные кумулятивные же продукты ранних стадий кристаллизации не однозначно коррелируются с нормативно-минальным составом конечных продуктов кристаллизации. О причинах, усложняющих корреляцию, говорилось выше.

Далее, рассмотрим систему, в которой биотитовые и амфиболовые миналы и минералы образуются совместно.

3.4.3. Система Si0₂(q)-NaAlSi0₄(ne)-KAlSi0₄(kp)-Mg₂Si0₄(fo)-Ca₂Si0₄(cs) -H₂0

Данная система, как и предыдущая, является граничной между системой нормальной щелочности и щелочной (в ней нет ни an, ни ас), и поэтому ее можно рассматривать как упрощенную модельную систему для всех пород указанной щелочности. По сути, это "расширенный базальтовый" тетраэдр, к которому добавлен еще один компонент - kр. Или иначе - данная система является составной из двух вышеописанных. И, следовательно, все особенности их фазовых превращений, в той или иной мере, должны проявляться и в этой общей системе. Поняв эти особенности, можно представить общую картину фазовых превращений при кристаллизации природных расплавов нормальной щелочности и щелочных.

Экспериментальные данные по этой системе отсутствуют, и поэтому весь анализ фазовых превращений проводился теоретически с соблюдением всех правил и принципов физической химии.

Как и в предыдущих случаях, начнем анализ при низких значениях Р_H2O. Очевидны сложности, с которыми приходится иметь дело в данном случае, поскольку в трехмерном пространстве невозможно графически изобразить концентрационные соотношения шести компонентов. Поэтому придется ограничиться схемой кристаллизации (flow sheet) (рис.3.12), вначале при низком значении Р_H2O, т.е. до появления на ликвидусе phl и ed-миналов и минералов. Построение этой схемы производилось с учетом схем кристаллизации для систем q-kp-fo и q-ne-fo-cs (см. рис.3.6 и 3.8), порядка десиликации компонентов (см. табл.3.2, 3.3), а также с соблюдением всех правил геометрического изображения фазовых превращений (Аносов и др., 1976). На основе схемы кристаллизации составлена таблица 3.34 соответствия минеральных ассоциаций "нонвариантных" точек модально-минальным и нормативно-минальным подсистемам. Следует иметь в виду, что миналы ab с or и еп с di при определенных условиях могут образовывать неограниченные твердые растворы, и в таком случае число фаз "нонвариантных" точек уменьшится. Очевидно, что к рисунку и таблице необходимо привести краткие пояснения.

На рисунке 3.12 падение температуры и соответственно типы фазовых превращений в "нонвариантных" точках могут устанавливаться с учетом предыдущих схем кристаллизации, но с определенной долей вероятности, не говоря уже о возможности оценить температуру "нонвариантной" точки.

На схеме видно, что данная система разделяется на два ряда подсистем, соответственно Wo+Ln и En+Fo ассоциациям и степени насыщенности кремнеземом. Следует обратить внимание на то, что до IV-lc-нормативной группы между этими рядами существуют термальные барьеры, а ниже - из трех граничных систем, содержащих Ak, только одна является термальным барьером - ak-lc-kp-пе. Характерно, что абсолютное большинство минералов, указанных в схеме, являются фазами соответствующих нормативных миналов, которые могут содержать в качестве твердых растворов и другие миналы. Исключение представляют лишь миналы ran и теr, которые появляются в определенных нормативно­-минальных подсистемах и образуются в результате реакции соответствующих нормативных миналов: Ca₃Si₂0₇ (ran) = Ca₂Si0₄ (cs) + CaSi0₃ (wo); Ca₃MgSi₂0₈ (mer) = Ca₂Si0₄ (cs) + CaMgSi0₄ (то). Поэтому, даже при отсутствии химического анализа, довольно просто решается обратная задача: по минеральному составу определяется минальная система, в которой образовалась данная минеральная ассоциация. В случаях же, когда ab с or, en с di, пе с кр (и 1с) образуют непрерывные твердые растворы, задача несколько усложняется, так как необходима информация по составу фаз.

Таблица 3.34

Корреляция нормативно-минальных и модально-минальных подсистем с минеральными ассоциациями "нонвариантных" точек системы q-ne-kp-fo-cs-H₂0 при низких значениях Р_H2O (до появления на ликвидусе Вt и Am), к рис.3.12

Рис. 3.12. Схема фазовых превращений (flow sheet) в системе q-fo-kp-ne-cs-H₂0 при низких значениях Р_H2O (до появления амфиболовых и слюдяных миналов).

В подсистемах с Fe-Mg-уклоном, при оговоренных условиях, нормативно-минальные и модально-минальные подсистемы четко коррелируются как между собой, так и с минеральными ассоциациями, т.е. каждая минеральная ассоциация является продуктом фазовых превращений в строго определенной нормативно-минальной подсистеме.

В подсистемах же с Са-уклоном VII-cs и VIII-mo групп имеются по две модально-минальных подсистемы, появление которых связано с образованием модальных миналов ran и тег, охарактеризованных выше, что несколько усложняет корреляцию между минеральными ассоциациями и нормативно-минальными системами.

Кроме того, в III группе Са-уклона, где присутствуют миналы wo и пе без ab, возможно образование минала Na- mel -(NaCaAlSi₂0₇) и соответствующей фазы Na-Mel, что определяется температурой равновесия и давлением флюида. В V-VII группах этот минал совместно с ak образует твердый раствор.

Следует обратить внимание на характерную особенность как минальных подсистем, так и минеральных ассоциаций "нонвариантных" точек - это присутствие в ассоциациях компонентов и фаз буферных пар (или троек, или q), что позволяет практически однозначно устанавливать их групповую принадлежность:

В Fe-Mg-уклоне (отряде): I группа - q и Qtz; II группа - (еп и fo) и (En и Fo); III группа - (ab и пе) и (Ab и Ne); IV группа - (or-lc) и (Kfs-Lct); VI группа - (di-ak+fo) и (Di-Ak+Fo); VII группа - (lс-кр) и (Lct-Kls); VIII группа - (ak+fo-то) и (Ak+Fo-Mo);

В Са-уклоне (отряде): I группа - q и Qtz; II группа (ab-ne) и (Ab-Ne); III группа - (or-lc) и (Kfs-Lct); V группа - (di+wo-ak) и (Di+Wo-Ak); VI группа -(lc-kp) и (Lct-Kls); VII группа - (wo-cs) и (Wo и Ln); VIII группа - (ak-cs+mo) и (Ak-Ln+Mo), что также четко соответствует порядку десиликации в усовершенствованной схеме пересчета CIPWD. Присутствие в фазовых ассоциациях буферных пар позволяет более определенно относить к той или иной группе и ассоциации из 3-4 минералов. Без буферных пар это практически сделать невозможно, тем более, если какие-либо фазы представляют собой твердые растворы миналов разной степени насыщенности Si0₂. Особенно "неудобной" в этом отношении является Ne_ss, в структуре которого обычно содержится достаточно много (20-30 мол.%) минала кр, типоморфного для VII группы.

Итак, при низких значениях Р_H2O, до появления на ликвидусе Phl и Ed, групповая принадлежность фазовых ассоциаций "нонвариантных" точек рассматриваемой системы устанавливается по буферным парам практически однозначно, чем определяется также принадлежность к соответствующей нормативно-минальной подсистеме, т.е. в этом случае возможна четко однозначная корреляция между минеральным и минальным (химическим) составами. Добавлением к рассматриваемой системе еще двух миналов, gh -геленита и fа -фаялита получим более полную систему: q-ne-gh-kp-fo-fa-cs-Wfd, фазовыми превращениями которой можно описать образования всех магматических пород нормальной щелочности. Таблица корреляции минальных и минеральных ассоциаций такой системы приведена ниже, в соответствующем разделе.

Далее посмотрим, что же произойдет в системе q-ne-kp-fo-cs-H₂0 при увеличении Р_H2O до 3 кбар, когда появятся новые компоненты -гидроксилсодержащие миналы - ed и phl, а на ликвидусе - соответствующие фазы Ed и Phl. Указанные миналы и фазы могут образоваться только в подсистемах с Fe-Mg-уклоном. В подсистемах с Са-уклоном, как и в предыдущей системе, такие миналы и фазы не образуются. Здесь при Р_H2O =5 кбар могут появиться гранатовые миналы, о чем будет сказано более подробно. Поэтому дальнейшее описание будет касаться только подсистем с Fe-Mg-уклоном. В зависимости от порядка появления на ликвидусе Рhl и Ed имеется возможность реализации двух вариантов.

Вначале рассмотрим вариант, когда на ликвидусе первым появляется Рhl. На рисунке 3.13 показана схема кристаллизации этого варианта, которая построена с учетом изобарического сечения диаграммы состояния "гранитной" системы, заимствованной из работы автора (Дубровский, 1987а, рис.3.29). В таблице 3.35 приведено сопоставление нормативно-минальных и модально-минальных подсистем с минеральными ассоциациями "нонвариантных" точек, которые выведены из схемы кристаллизации. Как видно из рисунка и таблицы, с появлением в системе двух новых компонентов-миналов, естественно, увеличилось число модально-минальных подсистем и, в четком соответствии с ними, число минеральных ассоциаций "нонвариантных" точек. Тем не менее, как и при низких значениях Р_H2O, в каждой модально-минальной и минеральной ассоциации присутствуют буферные пары (или тройки, или q), что опять-таки позволяет с большой долей вероятности коррелировать их как между собой, так и с нормативно-минальными подсистемами.

Во втором варианте, когда в системе первым появляется минал ed и минерал Ed, а затем и phl, то при Р_H2O =3 кбар число модально-минальных подсистем и минеральных ассоциаций достигает 30 (рис.3.14 и табл.3.36), в то время как число нормативно-минальных подсистем остается постоянным и равно семи. Тем не менее и в этом варианте отмечается четкая корреляция между минальными подсистемами и минеральными ассоциациями. Такими краткими комментариями к этому

варианту мы и ограничимся, поскольку более детальные пояснения будут приведены при анализе корреляционных соотношений миналов и минералов в 8-компонентных системах (см. раздел 3.4.5)

Таблица 3.35

Корреляция нормативно-минальных и модально-минальных подсистем с минеральными ассоциациями "нонвариантных" точек системы q-ne-kp-mo-fo Н₂O, при высоких значениях Р_H2O и когда на ликвидусе вначале появляется Bt, а затем Am, к рис.3.13

Таблица 3.36

Корреляция нормативно-минальных и модально-минальных подсистем с минеральными ассоциациями "нонвариантных" точек системы q-ne-kp-fo-mo-H₂O, при высоких значениях

Р _H2O и первом появлении на ликвидусе Am относительно Bt, к рис.3.14

. * Для простоты не учитывается образование еst -минала.

Рис.3.13. Схема фазовых превращений (flow sheet) в системе q-fo-kp-ne-mo-H₂0 при Р_Н2о — 2000 бар и когда первым на ликвидусе появляетсяфлогопит, а затем эденит. Модальные подсистемы для q-нормативной группы взяты из работы (Дубровский, 1987а; рис. 2.29; табл. 3.8).

Рис. 3.14. Схема фазовых превращений (flow sheet) в системе q-fo-kp-ne-mo-H₂0 при Р_Н20 = 3000 бар и когда первым на ликвидусе появляется эденит, а затем флогопит. Модальные подсистемы для q-нормативной группы взяты из работы (Дубровский, 1987а; рис.3.28; табл.3.7)

3.4.4. Система Si0₂ (q)-NaAlSi0₄ (ne)-KAlSi0₄ (kp)-Mg₂Si0₄ (fo)-Fe₂Si0₄ (fa)-A1₂0₃ (c)-H₂0

Поскольку все предыдущие минальные системы представляли подсистемы нормальной щелочности общей окисной системы, то для примера следует рассмотреть фазовые превращения в минальной системе, пересыщенной А1₂0₃, с целью выяснения возможности корреляции минальных и минеральных ассоциаций.

Сразу же отметим, что среди магматических пород петрохимические типы, пересыщенные глиноземом, встречаются не так часто даже в кварцнормативной группе, не говоря уже о недосыщенных Si0₂ группах. Поэтому предлагается результат анализа фазовых превращений трех наиболее простых случая (варианта): при низких Р_H2O, при средних значениях Р_Н20 (~ 3 кбар), когда на ликвидусе появляется Bt, но нет еще Gr и Ms, и высоком значении Р_Н20 (≈ 6.5 кбар), когда на ликвидусе появляются и два последних минерала

Исходные данные для I- q -нормативной подсистемы взяты из работы автора (Дубровский, 1987а; рис.3.12), а для остальных групп - выводились теоретически с учетом данных по частным системам.

Для приближения к природным условиям в систему включен минал fa -Fe₂Si0₄, но для простоты будут рассмотрены фазовые превращения в изоплетическом сечении по железистости 30% нормативного оливина (оl ³⁰), который принимается за один компонент. В таком случае Fe-Mg-нормативные и модальные миналы также будут приниматься за один компонент с указанием их железистости, которая для всех миналов будет одинаковая. При образовании же железо-магнезиальных фаз их реальная железистость будет различная, согласно правилу Соболева-Рамберга, и в данном случае, минералы по железистости должны выстраиваться в такой ряд: Ol>Gr>Opx>Bt>Crd. Вероятно Spl должна замыкать этот ряд. Кроме того, необходимо указать на особенности минеральных ассоциаций данной системы, которая заключается в прохождении обменных реакций с изменением Р_H2O и перестройкой подсистем. Такой реакцией является следующая:

Fo + Crd = En + Spl.

Так, по экспериментальным данным Шерера (Schairer, 1954), при 1 атм с Crd ассоциирует Fo и Lct, а с увеличением Р_H2O до 2.9 кбар эта ассоциация сменяется ассоциацией En+Spl, что учтено при построении схемы кристаллизации (flow sheet) и составлении таблицы.

Как и в предыдущих разделах, построение схемы кристаллизации мы начинаем с I- q -нормативных подсистем, результаты анализа фазовых превращений которых приведены в работе (Дубровский, 1987а; рис.3.12).

Уже при низких значениях Р_H2O, что показано на примере системы q-ne-kp-fo-c-H₂O, в глиноземистых подсистемах появляются модальные миналы crd и spl, и нормативная система делится на два ряда модально­ минальных подсистем, граница между которыми проходит по конноде q-crd-spl (см. рис.3.1 и табл.3.37). И в данной системе также четко устанавливается корреляция между модально-минальными подсистемами и минеральными ассоциациями "нонвариантных" точек. Усложнения отмечаются лишь во II- оl- нормативной группе, где имеются три модально-минальных подсистемы и соответствующие минеральные ассоциации, в которых отсутствуют типоморфные буферные пары. Тем не менее, они четко отличаются такими характерными высокоглиноземистыми миналами и минералами как crd, als, spl и с, которые также можно рассматривать как буферные пары и тройки. Так, например, ассоциация crd+als более кремнеземистая, которая с понижением содержания (активности) Si0₂ сменяется ассоциацией crd+als+spl, а эта последняя сменяется ассоциацией als+spl+c.

Таблица 3.37

Корреляция нормативно-минальных и модально-минальных подсистем с минеральными ассоциациями "нонвариантных" точек системы q-ne-kp-fo c-H₂0, при низких значениях Р_H2O

Рис.3.15. Схема фазовых превращений (flow sheet) в системе q-ol³⁰-ne-kp-c-H₂O при низких значениях Р_H2O до появления па ликвидусе слюд и гранатa.

Рис. 3.16. Схема фазовых превращений (flow sheet) в системе q-ol³⁰-ne-kp-c-H₂O при P_H2O = 3000 бар. Модальные подсистемы для q-нормативной группы взяты из работы (Дубровский, 1987а; рис.3.12; табл.3.3).

Рис. 3.17. Схема фазовых превращений (flow sheet) в системе q-ol -пе-кр-с-Н₂0 при Р_Н2о = 6.5 кбар. Модальные подсистемы для q-нормативной группы взяты из работы (Дубровский, 1987а; рис.3.12; табл.3.3).

И предельная ассоциация будет представлена миналами spl+c (см. рис.3.15).

При Р_H2O=3 кбар в системе, кроме вышеописанных миналов и фаз, появляются слюдяные миналы phi, ann, est и sid, которые мы условно объединяем в один минал br ³⁰, поскольку было оговорено, что будут рассматриваться фазовые превращения изоплетического сечения.

Схема кристаллизации для этих условий приведена на рис.3.16, а корреляция минальных подсистем и минеральных ассоциаций - в табл.3.38. Из данных, приведенных на схеме и в таблице, видно, что с появлением на ликвидусе биотитовых миналов число модальных подсистем и соответствующих минеральных ассоциаций увеличилось всего на три, а корреляционные особенности низких значений Р_H2O сохраняются и при Р_H2O = 3 кбар.

При Р_H2O = 6.5 кбар в системе появляются мусковитовый и гранатовые миналы, а на ликвидусе - их минералы (см. схему на рис.3.17 и таблицу 3.39). При этих условиях число модальных подсистем и минеральных ассоциаций увеличилось до 17. Кроме того, в III-пе-нормативных подсистемах, при таком высоком давлении воды, может образоваться анальцимовый минал (anl), что вызовет появление новых модальных подсистем, в которых ассоциация ab+ne будет запрещенной, а равновесными ассоциациями станут ab+anl и anl+ne. Тем не менее и при Р_H2O = 6.5 кбар корреляционные особенности сохраняются. Во всех модально-минальных подсистемах и минеральных ассоциациях "нонвариантных" точек, за исключением подсистем II- ol -нормативной группы, имеются буферные пары, по которым практически однозначно определяется их групповая принадлежность, при количественном преобладании соответствующего минерала буферной пары. С добавлением в рассматриваемую систему an -минала достигнится максимальное приближение к природным условиям образования высокоглиноземистых пород. Тогда в фазовых превращениях вместо Ab будет участвовать Р1 и в V-gh-нормативной группе появятся нормативно-минальная и модально-минальная подсистемы с геленитовым (gh) миналом и соответствующие минеральные ассоциации (табл.3.15).