Файл: Конспект подготовлен студентами, не проходил проф. Редактуру и может содержать ошибки. Следите за обновлениями на vk. Comteachinmsu.pdf

ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
91
Добавление воды в мантию вызывает её плавление. Вода добавляется в результате субдукции. Главный водосодержащий минерал – серпентин, хлорит. Вода в результате нагрева слэба высвобождается, плавится мантия над ним, в которую добавляется летучий компонент – вода.
Рис. 59 Геотерма стабильных континентальных областей
Плавление мантии в стабильных континентальных областях не должно происходить.
Случай СОХ (рис. 60), где происходит главный процесс магмообразования на Земле.
Минимальная мощность литосферы - максимальные степени плавления: обстановка
СОХ.
MORB
(БСОХ) – самый распространённый тип магм (20 км
3
в год), толеитовые базальты, нормативные En и OL (модальный Opx редок)
Рис. 60 Геотерма в зоне СОХ

ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
92
Может возникать обстановка плюмов – повышенных геотермических градиентов.
Горячее вещество на большей глубине- возникает глубинное плавление – обстановка плюмов. Плюмы – глубинные породы.
Рис. 61 Обстановка подъёма мантийных плюмов из горячих глубинных горизонтов
Земли
Первичные магмы – Mg/(Mg+Fe) = 0.7÷0.75, высокий Ni.
Преобладающие БСОХ не первичны. Производные более магнезиальных магм с MgO=
13%.
Им отвечает валовый состав океанической коры.
Океаническая кора
1часть – подушечные пиллоу – лавы, подушечные базальты, которые представляют собой магматический расплав, извергшийся в морскую воду.
2 часть – дайковый комплекс – серия даек
3 часть – зона однородных габбро, которые представляют собой магматические камеры, в которых происходила кристаллизационная дифференциация.
4 часть – расслоенные перидотиты – кумулаты. Это оливиновые кумулаты, которые осели при дифференциации магматической камеры.
Средний состав базальтов СОХ (NMORB)
SiO
2 50.39
TiO
2 1.72
Al
2
O
3 14.93
FeO
10.2
MnO
0.18
MgO
7.34
CaO
11.29

ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
93
Na
2
O
2.66
K
2
O
0.25
P
2
O
5 0.35
C ростом глубины в выплавках из перидотитов растет MgO. В условиях магмообразования (P>20kb) L+ OL+ Opx ± Cpx.
При низких давлениях котектики смещаются и порядок кристаллизации
L
→ L + OL(+CrSp) → L + OL+ Plg + CrSp → L + OL + Plg + Cpx
Магматическая камера быстро кристаллизуется
Основные закономерности кристаллизации:
•
В ходе кристаллизации Fe/Mg (K
Mg
>K
Fe
), Na/Ca(K
Ca
>K
Na
) растут, Ni падает (K
Ni
≈ 10), все магмафильные элементы накапливаются в остаточном расплаве.
Растёт FeO и на заключительной стадии появляются ферробазальты.
•
В принципе фракционная кристаллизация толеитовых базальтов может привести к появлению кислых, кварцсодержащих гранитоидных магм на заключительной стадии. Обычно этого не происходит, так как непрерывно идёт пополнение магматической камеры первичным расплавом, хотя в редких случаях в океанической коре появляются плагиограниты.
Толеитовые базальты
Изменение содержания SiO2 при эволюции толеитовых базальтов невелико. Графики рисуют в зависимости от содержания MgO. По вертикали – Na/Ca соотношение.
Рис. 62 График накопления Na в остаточных расплавах
Отмечается обеднённость БСОХ максимально магмафильными в том числе летучими элементами: низкие ЛРЗЭ/ТРЗЭ (La/Yb), Th/U по сравнению с прим. Мантией (с хондритовыми отношениями). Значит и мантийный источник БСОХ относительно обеднён максимально магмафильными элементами (в ещё большей степени).

ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
94
Рис. 63 Мантия, обеднённая магмафильными элементами по сравнению с примитивной магмой
Степень плавления мантийного вещества 10-15%. Коматиит – продукт плавления более горячей мантии.
Когда произошло это обеднение?
143
Nd/
144
Nd выше, чем для хондритов. K
Sm
>K
Nd
С учётом константы распада
147
Sm делаем вывод, что потеря сильно магмафильных элементов произошла миллиарды лет тому назад (в результате древнего магматизма). О том же говорят изотопы стронция и свинца.
Ряд обстановок, где есть толеитовые базальты
Кроме СОХ толеитовые базальты присутствуют на океанических островах (Гавайи, вместе со щелочными базальтами), на островных дугах, в задуговых морях, на континентах(границы).
143
Nd/
144
Nd
εNd
Sm/Nd
PRIMA,
CHUR
0.5126 0
0.325
MORB
0.5129 – 0.5134
+3 +8 0.336
OIB – Hawaii
(PREMA)
0.5126 – 0.5130 0 +4 0.264
EM
(обогащённая мантия) – Tristan
→0.5123
→ -3 0.187
СОХ определяются тем, что возникают большие потоки из мантии, вызывающие декомпрессию мантийных поднимающихся пород. Этот поток вещества приводит к частичному плавлению

ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
95
В верхней мантии - образование СОХ с толеитовыми базальтами.
Зоны субдукции – нисходящий поток – океаническая кора оказывается погружена в мантию, происходит дегидратация, возникает вулканизм. Слэбы либо почти у поверхности (600м), либо у ядра. В глубоких слоях мантии возникает плюм, он начинает плавиться на глубинах.

ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
96
Лекция 17
Геохимия магматизма (продолжение)
Толеитовые и щелочные базальты
Толеитовый магматизм
•
Месторождения полезных ископаемых, связанные с толеитовым магматизмом, ранняя кристаллизация хромита (смешение примитивных и производных магм), отделение несмешивающегося сульфидного расплава (Cu, Ni, PGE), формирование позднего титаномагнетита.
•
Источник меди и других цветных металлов в подводных гидротермах.
Месторождения силикатного никеля в корах выветривания.
•
Месторождения хрома.
Рис. 64 Схематическая диаграмма ликвидуса системы оливина (Ol) – SiO
2
– хромит
Вследствие заметной кривизны котектики оливин – хромит смешение примитивного и дифференцированного расплавов даёт жидкость, попадающую в поле кристаллизационного хромита.
δ34S ≈ 0‰ – мантийная сера
δ34S +15‰ – в морской воде – сульфаты
Выводы:
1.
Толеитовые базальты срединных океанических хребтов-самый распространённый тип земных магм.

ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
97 2.
Источник – мантия, обедненная сильно магмафильными элементами (ушли в континентальную кору).
3.
Низкие
87
Sr/
86
Sr и высокие
143
Nd/
144
Nd отношения – результат долгоживущей обедненности сильно магмафильными элементами.
4.
Удивительно близкие геохимические характеристики БСОХ по всему земному шару – хорошо перемешанная верхняя мантия. Рециклирование материала – возвращение океанической коры в мантию.
5.
Главные типы полезных ископаемых – хромиты и магматические сульфидные руды.
Щелочные базальты
•
Нет нормативного En, но нормативный Ne. Нефелин и энстатит не могут равновесно существовать.
NaAlSiO
4
+ 4MgSiO
3
= NaAlSi
3
O
8
+ 2Mg
2
SiO
4
•
Представлены на океанических островах, но есть и на континентах (рифтовые зоны).
•
Связаны с низкими степенями плавления (мощная литосфера) – в остатке Ol +
Opx + Cpx ± Grt.
Есть первичные магмы (несут ксенолиты мантийных пород).
Расплавы изначально обогащены магмафильными и летучими компонентами.
ЛРЗЭ относительно больше обогащены, чем ТРЗЭ.
Рис. 65 Хондрит – нормализованные содержания РЭЗ в базальтах внутриплитных океанических островов в сопоставлении с БСОХ
Часто
143
Nd/
144
Nd выше хондритового, хотя Sm/Nd ниже, значит обогащение более магмафильными элементами произошло недавно и вероятно связано с процессом магмообразования. Есть примеры щелочных базальтов с низкими
143
Nd/
144
Nd и

ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
98 высокими
86
Sr/
87
Sr
, эти магмы произошли в результате плавления мантийных пород, обогащенных сильно магмафильными элементами миллиарды лет тому назад.
εNd - показывает на сколько отличается отношение изотопов Nd от модели хондритового однородного резервуара.
Рис. 66 Зависимость εNd от
87
Sr/
86
Sr
Изотопные источники
143
Nd/
144
Nd
εNd
Sm/Nd
PRIMA,
CHUR
0.5126 0
0.325
MORB
0.5129 – 0.5134
+3 +8 0.336
OIB – Hawaii
(PREMA)
0.5126 – 0.5130 0 +4 0.264
EM
(обогащённая мантия) - Tristan
→0.5123
→ -3 0.187
0>

ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
99
Рис. 67 Обогащение мантии некогерентными элементами
Главный процесс – рециклинг океанической коры. Океаническая корна в зоне субдукции поступает в мантию. Далее – процесс конвекции в мантию. Сам факт заключается в том, что океаническая литосфера не успевает нагреваться и в холодном виде опускается, возможно, до переходной зоны мантии, там, где возникают фазовые переходы и образуется бриджмонит со структурой перовскита, образуется «кладбище» слэбов. Но в последнее время всё больше свидетельств о том, что слэбы оставаясь холодными, проваливаются еще глубже и доходят до ядра
Земли. Вблизи ядра Земли возникает фазовый переход – слой D” – постперовскитовая фаза – более плотная структура. Идея заключается в том, что слэб, как более холодная часть мантии, способен на фазовый переход чуть раньше, чем окружающая его мантия.
Но внешнее ядро жидкое – граница ядра – мощный нагреватель, но, под ним происходит конвекция жидких металлов, нагревает слэбы, возникает обратный переход.
Постперовскитовая фаза имеет более высокую изоморфную емкость и связывает магмафильные элементы, обратный переход их освобождает и может происходить частичное плавление. Через мантию к поверхности начинает фильтроваться расплав, получившийся в результате низких степеней плавления мантийного вещества, постепенно образуя все больше расплава и возникает структура, которую мы видим в ряде островов – горячая точка.
Кристаллизационная дифференциация щелочно – базальтовых магм
• снижение содержания Mg
• рост Fe/Mg
• рост содержаний щелочей, но не кремния – остаточные магмы фонолиты, нефелиновые сиениты.

ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
100
Ol
→ Ol + Cpx → Cpx→ Cpx + Ne→ Cpx + Ne + KFsp
Рис. 68 Диаграмма плавкости системы NaAlSiO
4
(нефелин) – Mg
2
SiO
4
(форстерит) –
SiO
2
Полезные ископаемые
Полезные ископаемые связаны с поздними стадиями щелочно – базальтовых магм.
Титаномагнетит, перовскит, лопарит (ниобий), апатит, РЗЭ, эвдиалит (Zr). На поздней стадии могут отделяться карбонатные расплавы и образуются карбонатиты, с которыми связаны промышленные концентрации РЗЭ, ниобия, фосфора, флогопита, меди.
Выводы:
1.
Щелочно – базальтовые магмы возникают при низких степенях плавления мантийного материала и поэтому имеют высокие содержания несовместимых
(магмафильных) и летучих элементов.
2.
Сильное накопление несовместимых элементов произошло недавно: изотопы в большинстве случаев указывают на обедненную мантию (по сравнению с
Землёй в целом)
3.
В случае длительной кристаллизационной дифференциации происходит дальнейшее накопление несовместимых элементов, что приводит к формированию месторождений полезных ископаемых (карбонатиты, редкоземельные магматические месторождения и т.д.)
Известково – щелочной магматизм
В зонах сочленения океанов и континентов происходит смешение и плавление разнородного материала – изменённой океанической коры, осадков (материал континентальной коры), мантийного клина. Здесь происходит вторичное плавление

ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
101 океанической коры и удаление из неё флюидов. Измененная океаническая кора – преобладает базальтовый материал, измененный взаимодействием с нагретой морской водой и смешанный с осадками (
10
Be
). Окисление, гидратация, фиксация серы, хлора.
Причина плавления – миграция воды в вышележащие зоны.
Зона субдукции
Рис. 69 Зона субдукции
Погружение океанической литосферы в мантию. Плавление собственной океанической литосферы не происходит, а плавится мантия над ним и приводит к образованию другого типа вулканизма.
•
Высокая окисленность материала (и возможный подток морской воды в магматическую камеру) приводят к ранней кристаллизации магнетит и накоплению SiO
2
в ходе кристаллизации магм: базальт (50%SiO
2
) → базальтовый андезит(55) → андезит(60) → дацит(65) → риолит(70)
•
Появляются граниты с амфиболом (но не с мусковитом или кордиеритом, как в случае континентально - корового источника). Акцессорные минералы сфен и магнетит (Ca+Na+K)/Al>1.
• Ti, Nb, Ta захватываются магнетитом и амфиболом и обедняются в остаточных магмах. Химизм магм повторяет химизм континентальной коры
(например – ниобиевый минимум). Механизм роста новых частей континентов.
•
87
Sr/
86
Sr = 0.703-0.705 - ниже, чем в континентальной коре.

ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
102
Лекция 18
Геохимия магматизма (продолжение)
Известково-щелочной и гранитоидный магматизм
Окислительно-востановительные состояния магматических пород
Окислительно – восстановительное состояние пород определяется фугитивностью кислорода f
O2
, компонентами – расплава – Fe
2+
и Fe
3+
Рис. 70 Температурные зависимости f
O2
для ряда простых окислительно – восстановительных реакций с участием окислов, силикатов и металлических фаз.
2NiO
тв
= 2Ni тв
+O
2
lgK
р
= lgf
O2
dlgKp/dt
=∆S/RT = ∆H/RT
2
lnK
p
= ∆H/RT + ∆S/R
Линейная зависимость