Физико-химические условия кристаллизации.

Летучесть кислорода

Летучесть кислорода определялась по Ol-Sp геобарометру (Ballhaus et al., 1991). В результате получилось значение соответствующее буферному равновесию никель-бунзенит (NNO).

Температура

Модель Форда

В результате расчет равновесия оливин-расплав для коррекции составов расплавов по модели Форда, кроме равновесных составов, были получены оценки температуры кристаллизации, значения температур приведены в таблице 20. Среднее значение температуры 1208,35 0С.

Другой метод оценки температуры кристаллизации заключался в использовании программа КОМАГМАТ 3.52 (2000). Проводилось моделирование равновесной кристаллизации исходного расплава, при различных значениях давления и содержания воды в системе, которые корректировались для достижения Ol-Pl котектики. Первый расчет равновесной кристаллизации проводилось для условий атмосферного давления, буфера кислорода отвечающего NNO, и содержании воды 0 мас.%. В результате моделирования было выявлено, то что, система отвечает условиям субкотетической кристаллизации (Ol-Pl), но в тоже время видно, что для безводных условий, хорошей котектики не выходит, так как плагиоклаз начинает кристаллизоваться раньше, оливина. Предположительно, в системе наблюдается недостаток летучих, из-за различных величин dTпл/dPh₂o для оливина и плагиоклаза, с добавлением в систему воды, температура кристаллизации плагиоклаза падает быстрее температуры кристаллизации оливина. Следовательно, при добавлении воды крист,аллизация выйдет на котектику. Расчетное количество воды составило 0,2 мас. %, при этом давлении температура кристаллизации для усредненного состава расплава равнялась 1190 0C. Динамику изменения температуры кристаллизации хорошо видно из таблиц 21-34. В левой колонке представлены схемы кристаллизации для сухих систем с атмосферным давлением, а в правой для систем с содержанием воды 0,2 мас. % и давлении 1,3 кбар. Представленные графики отражают кристаллизацию от 0 до 45 процентов кристаллизующегося вещества. Видно, что система находится в области ликвидуса Ol-Pl, в сухих системах из составов ПК 02/20 1-4, ПК 02/27 13 сначала кристаллизуется плагиоклаз, а составах ПК 02/20 7 и ПК 02/27 12 первым кристаллизуется оливин.

Рисунок 21. Модель равновесной кристаллизации расплава ПК 02/20 -1 (от 1 до 45) при давлении p=0.1kbar и содержании воды 0 мас. %	Рисунок 22. Модель равновесной кристаллизации расплава ПК 02/20 -1 (от 1 до 45) при давлении p=1.3kbar и содержании воды 0.2 мас. %
Рисунок 23. Модель равновесной кристаллизации расплава ПК 02/20 -2 (от 1 до 45) при давлении p=0.1kbar и содержании воды 0 мас. %	Рисунок 24. Модель равновесной кристаллизации расплава ПК 02/20 -2 (от 1 до 45) при давлении p=1.3kbar и содержании воды 0.2 мас. %
Рисунок 25. Модель равновесной кристаллизации расплава ПК 02/20 -3 (от 1 до 45) при давлении p=0.1kbar и содержании воды 0 мас. %	Рисунок 26. Модель равновесной кристаллизации расплава ПК 02/20 -3 (от 1 до 45) при давлении p=1.3kbar и содержании воды 0.2 мас. %
Рисунок 27. Модель равновесной кристаллизации расплава ПК 02/20 -4 (от 1 до 45) при давлении p=0.1kbar и содержании воды 0 мас. %	Рисунок 28. Модель равновесной кристаллизации расплава ПК 02/20 -4 (от 1 до 45) при давлении p=1.3kbar и содержании воды 0.2 мас. %
Рисунок 29. Модель равновесной кристаллизации расплава ПК 02/20 -7 (от 1 до 45) при давлении p=0.1kbar и содержании воды 0 мас. %	Рисунок 30. Модель равновесной кристаллизации расплава ПК 02/20 -7 (от 1 до 45) при давлении p=1.3kbar и содержании воды 0.2 мас. %
Рисунок 31. Модель равновесной кристаллизации расплава ПК 02/27 -12 (от 1 до 45) при давлении p=0.1kbar и содержании воды 0 мас. %	Рисунок 32. Модель равновесной кристаллизации расплава ПК 02/27 -12 (от 1 до 45) при давлении p=1.3kbar и содержании воды 0.2 мас. %
Рисунок 33. Модель равновесной кристаллизации расплава ПК 02/27 -13 (от 1 до 45) при давлении p=0.1kbar и содержании воды 0 мас. %	Рисунок 34. Модель равновесной кристаллизации расплава ПК 02/27 -13 (от 1 до 45) при давлении p=1.3kbar и содержании воды 0.2 мас. %
Рисунок 35. Модель равновесной кристаллизации расплава, усредненного состава (от 1 до 45) при давлении p=0.1kbar и содержании воды 0 мас. %	Рисунок 36. Модель равновесной кристаллизации расплава, усредненного состава (от 1 до 45) при давлении p=1.3kbar и содержании воды 0.2 мас. %

Давление

Для расчета величины давления использовалась модели Пустоветова равновесия расплав-шпинель. При заданной температуре взятой из расчетов программы КОМАГМАТа и состава расплава при различных давлениях рассчитывался состав кристаллизующейся шпинели. Давление выбиралось то, при котором, состав шпинели наиболее точно отвечал измеренному составу.

Далее снова проводились расчеты в КОМАГМАТЕ, но уже с новым значением давления, и новая полученная температура использовалась для расчета шпинелей. Таким образом, за несколько итерации значения температуры и давления сошлись на величинах 1195 ⁰С и 1,3 кбар соответственно.

Подытоживая результаты расчетов, получаем следующие величины. Температура 1195 ⁰C давление 1,3 кбар, содержание воды 0,2 мас.%, фугитивность кислорода отвечает условиям буферному равновесию никель-бунзенит (NNO).

Выводы.

Используя составы расплавных включений, результаты расчетов по программе КОМАГМАТ и данные моделирования равновесия шпинель - расплав, получены оценки интенсивных параметров при кристаллизации магнезиальных магм северной части Срединного Хребта в Центральной Камчатке. В результате изучения включений во вкрапленниках оливина (Fo_82.7-85.2) из базальтовых потоков г. Терпук установлено, что они представляют высокоглиноземистые расплавы, которые по содержанию K₂O и TiO₂ подразделяются на две группы. Расчеты по программе КОМАГМАТ при P=1 атм показывают, что обе группы можно рассматривать как субкотектические системы (Ol+Pl) с температурами ликвидуса около 1230 ⁰С (относительно "низкокалиевая" группа I) и 1200 ⁰С ("высокалиевая" группа II). Для оливинов, содержащих включения второго типа, получены микрозондовые данные по составам шпинелидов. Комбинируя эти данные с результатами моделирования начальных этапов кристаллизации и расчетами равновесия шпинель - расплав (Poustovetov, Roeder, 2001), удается оценить давление и летучесть кислорода. Таким образом, физико-химические условия кристаллизации базальтов отвечают содержанию H₂O ~0.2 мас.%, давлению ~1.3 кбар и температуре ~1195 ⁰С. Летучесть кислорода, оцененная при этой температуре по Ol-Sp геобарометру (Ballhaus et al., 1991), соответствует буферному равновесию никель-бунзенит (NNO).

Список литературы

1. А.А. Арискин, Г.С. Бармина "Моделирование фазовых равновесий при кристаллизации базальтовых магм." -М.: Наука, МАИК. "Наука/Интерпериодика", 2000.-363с.

2. Плечов, П.Ю., С. В. Трусов "Влияние граничных эффектов на состав расплавных включений: эксперимент и моделирование." -Вестник ОГГГГН РАН 2000, N 5 (15).

3. Плечов П. Ю. <Методики изучения расплавных и флюидных включений> 2000, https://students.web.ru/db/msg.html?mid=1151439&s=121100000

4. Реддер Э., (1987) <Флюидные включения в минералах> том 1, Москва, Мир, с. 557.

5. Реддер Э., (1987) <Флюидные включения в минералах> том 2, Москва, Мир, с. 632.

6. Покровский М.П. Лабораторные методы исследования полезных ископаемых. Часть 1. Общие вопросы лабораторных методов исследования, Екатеринбург, Изд-во УГГГА, 2001. 76 с.

7. L.V. Danyushevsky, S. Sokolov, T.J. Falloon. Melt Inclusions in Olivine Phenocrysts: Usign Diffusive Re-equilibration to Determine the Cooling History of a Crystal, with Implications for the Origin of Olivine-phyricVolcaniv Rocks. Journal of Petrology, 2002, Vol. 43, Number 9, pp. 1651-1671.

8. L.V. Danyushevsky, A.W. McNeill, A.V. Sobolev. Experimental and petrological studies of melt inclusions in phenocrysts from mantle-derived magmas: an overview of techniques, advantages and complications. Chemical Geology, 2002, Vol. 183, pp. 5-24.

9. Ariskin A.A., Nikolaev G.S. (1996) An empirical model for the calculation of spinel-melt equilibrium in mafic igneous systems at atmospheric pressure: I. Chromian spinels. Contrib. Mineral. Petrol. V. 123. p. 282-292.

10. C.E. Ford, D.G. RUSSELL, J.A. CRAVEN, and M.R.FISK "Olivine-Liquid Equilibria: Temperature, Pressure and Composition Dependence of the Crystal/Liquid Cation Partition Coefficients for Mg, Fe2+, Ca and Mn." Journal of Petrology, 1983, Vol. 24, Part 3, pp. 256-265.

11. Ballhaus, C., R. F. Berry, et al. "High pressure experimental calibration of the olivine-orthopyroxene-spinel oxygen geobarometer: implications for the oxidation state of the upper mantle." Contributions to Mineralogy and Petrology 107: 27-40, 1991.