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
83
Геохимия природных процессов
Геохимия магматизма
Вся земная кора – продукт магматизма и выплавления из мантии.
Главные особенности:
•
Разделение и миграция элементов, связанные с зарождение, транспортом и кристаллизацией природных расплавов.
•
Роль – тепло – массоперенос, образование полезных ископаемых индикатор геодинамических режимов.
•
Факторы, контролирующие состав магм, состав источника, T, P магмообразования, кристаллизации, ассимиляция боковых пород.
•
Ведущие процессы разделения компонентов при магматизме – возникновение новых фаз и их разделение: кристаллизационная дифференциация L+S,
LI
(силикатн.) + L2(сульфиды, карбонатн., хдоридн.), L+G(магматич. дистилляция)
•
Земные магмы в большинстве случаев представлены силикатными расплавами, главными компонентами которых являются SiO
2
, Al
2
O
3
, Fe
2
O
3
, FeO, MgO,
CaO, Na
2
O, K
2
O. Малые элементы меньше 0,1%, элементы- примеси – меньше
0,01%.
•
Состав магматической породы в общем случае не идентичен составу магмы, из которой она произошла. Установить состав магм можно, анализируя состав афировых вулканитов и вулканических стёкол, анализируя состав микровключений расплава, захваченного растущими кристаллами, изучая строение расслоенных интрузивов и определяя состав входящих в них пород, а также используя состав одновременно сформировавшихся кристаллических фаз и экспериментальные данные по составам расплавов и сосуществующих кристаллов. Проводилось также непосредственное опробование магм из лавовых потоков и лавовых озёр.
Проблемы:
Расплавное включение, как правило, либо содержит стекло, либо раскристаллизовано, поэтому для того, чтобы его подготовить к анализу, включение необходимо расплавить, так, чтобы не произошло растворение стенок включения, т.е. они должны быть гомогенезированы. Состав включений не совпадает с составом горной породы.
Как образуются породы, которые не могут плавиться?
Например, дуниты. Мономинеральные оливиновые породы. В базальтовом потоке кристаллизуются оливины. Оливин более плотный минерал, чем расплав поэтому он оседает в магматической камере, образуя кумулитивный слой, обогащённый оливином.
Оливин оседает. Лёгкие минералы могут всплывать, менее плотный чем расплав – плагиоклазовый кумулат, образует анортозиты. Базальтовый расплав разделяется гравитационным способом на несколько фаз. В магматических породах никогда не

ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
84 бывает одного парагенезиса. Между кристаллами оливина остаётся расплав, который кристаллизуется с образованием эвтектических соотношений – Pl, Px, Ol – несколько парагенезисом.

ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
85
Если K > 1, то данный элемент примесь концентрируется в кристаллической фазе, такие элементы – когерентные – совместимые с кристаллической решёткой минерала – хозяина.
Если К < 1, то в расплаве этот элемент накапливается, некогерентный – магмафильный. Элементы, которые сильно различаются по ионному радиусу от основных элементов. Это элементы с высоким ионным радиусом - K, Rb, Cs, либо высокозарядные элементы - U, Th, Cr.
Рис.53 Коэффициенты распределения редкоземельных элементов между различными минералами и базальтовым расплавом
Редкоземельным элементом сложнее всего войти в оливин, так как оливин – островной силикат – разрыв этой структуры практически невозможны. Наилучшим образом – в фазу амфиболов. В плагиоклазе – резко доминируют лёгкие редкоземельные элементы.
Пироксены – в ортопироксен входят редкоземельные элементы по размеру близкие к Fe и Mg. В клинопироксене – 2 позиции – позиция Ca и позиция Fe и Mg. Гранат – прекрасная возможность для вхождения редкоземельных элементов на 3х валентную позицию. Гранат концентрирует тяжёлые редкоземельные элементы (рис. 53).
Далее, когда минералы кристаллизуются из расплава, происходит перераспределение редкоземельных элементов, согласно коэффициенту распределения, поэтому составы минералов могут отличаться от коэффициента распределения.
Придуманы мультиэлементные диаграммы. Комбинированные K, необходимо взять пропорцию минералов в мантии, и таким образом посчитать в какие фазы какие элементы пойдут. Далее построить диаграмму так, чтобы последовательность элементов была от самого некогерентного к самому когерентному.

ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
86
Рис.54 Многоэлементная диаграмма для среднего состава базальтов СОХ, нормализованная по примитивной мантии
Составы мантии различны, остаток обеднен некогерентными элементами, и обедненная мантия даёт отчётливый тренд, который можно вычислить по редкоземельным элементам и восстановить сколько элементов-примесей содержится в мантии.
Эти элементы выплавились из мантии и образовали земную кору. Процесс контролируется силикатными расплавами.
Кристаллизационная дифференциация.
Если мы рассмотри кристаллизацию, есть 2 принципиально разных случая:
1 – кристалл, образующийся в расплаве, в нем же и остается, и при понижении температуры этот кристалл переуравновешивается со всем расплавом – равновесная кристаллизация – кристаллизация в закрытой системе.
2 – фракционная кристаллизация – предельный случай – когда образующаяся кристаллическая фаза моментально исчезает из системы, выводится из равновесия с расплавом вследствие того, что сверху нарастает другой состав, либо из-за возможного оседания в расплаве, и покидает систему.
Кристаллизация интрузива происходит там, где происходит максимальная потеря тепла. Наибольшая потеря тепла – из верхней части магматической камеры, поэтому кристаллизация образуется преимущественно у кровли, они могут тонуть в магматическом расплаве. Получаем слои разных куммулятивных минералов, таким образом образуются расслоенные интрузивы.
Если кристаллизация и распределение элементов происходит в закрытой системе, то концентрация расплава меняется слабо.

ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
87
Образующаяся фаза непрерывно выходится из расплава – фракционная кристаллизация
–
Релеевское исчерпание, которое существенно повышает дифференциацию горных пород.
Рис.55 Вариации концентрации примеси в ходе равновесной и фракционной кристаллизации
При плавлении твёрдой породы, расплав непрерывно выводится из системы в СОХ, образуется океаническая кора, а мантия обедняется этими элементами. Модель образования обедненной мантии.
Рис. 56 Вариации концентраций примеси в ходе равновесного и фракционного плавления

ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
88
Валовый или комбинированный коэффициент распределения
K
C
=
∑r i
*K
i r
i
- доля фазы i в общей массе кристаллизующихся твёрдых масс
В основном используют для мантии.

ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
89
Лекция 16
Геохимия магматизма (продолжение)
Распространенность магматических пород
Если все химические анализы магматических пород нанести на график частности, то есть график встречаемости в зависимости от содержания SiO
2
Рис.57 Частота встречаемости содержаний SiO
2
в магматических породах
2 пика частоты встречаемости. 1 пик – базальты, породы излившиеся и доли интрузивных пород невелика. 2 пик – граниты – основная часть здесь – хорошо раскристаллизованные глубинные горные породы. 2 пика, так как земная кора имеет
2хчленное строение.
Здесь видны 2 процесса:
1)
Выплавление из мантии базальтов и формирование океанической коры – 1 пик
2)
Континентальная кора из гранитов
2 механизма магмообразования на Земле
1)
Частичное плавление мантии
Приводит к образование эвтектической выплавки
2)
Гранитизация

ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
90
Рис. 58 Принципиальные соотношения температур безводного солидуса перидотитов, солидуса водонасыщенных пород земной коры и распределения температуры в стандартной модели земной коры и верхней мантии
Выплавки из мантии – как образуются базальты.
Геотермический градиент мантии не пересекает солидус безводного перидотита – базальтовая эвтектика. Таким образом мантия плавится не должна, в Земле нет достаточного тепла для мантийного плавления. Образование базальтовых расплавов зависит от давления. Сухое плавление – без летучих компонентов. Оно приводит к тому, что объёмный эффект положительный и температура плавления увеличивается с давлением. dT/dP
=∆V/∆S=V
L
-V
S
/S
L
-S
S
>0
Изломы – фазовые переходы в мантии.
Необходимо поднять нагретый блок твёрдых пород, снизить давление. Подъём к поверхности происходит адиабатически (без теплового равновесия с окружающей средой) = изотермически. Он доходит до солидуса перидотита (рис. 58) и возникает частичное плавление. Пример – СОХ.
Плавление в водонасыщенной системе
S+G=L
, так как вода обогащает расплав. dT/dP
=∆V/∆S=V
L
- V
G
-V
S
/S
L
- S
G
– S
S
<0
Наклон отрицательный, пересекает геотермический градиент. Газы способны растворять в себе много силикатов при высоком давлении. Возникает инверсия.