"Уравнения компенсации"- новый метод изучения петрохимических особенностей высокотемпературных образований (на примере биотита).
Макаров В.П.
Российский государственный геологоразведочный университет, г. Москва
Email: litolog@msgpa.ru
При обработке первичной информации о вещественном составе объектов часто применяют функциональные зависимости. В связи с простотой в вещественных полях (гео-, петрохимических и пр.) широко используются линейные или линеаризованные (например, уравнения регрессии) зависимости между параметрами вида Y= gХ+ Г (X и Y- значения параметров: содержания, концентрации, плотность и пр.), хотя изучены они слабо. Как пример ниже приведен ряд зависимостей: 1. Линейные зависимости√ 206С = а6204С + А6 [3]; 2. Линеаризованные зависимости√ 206С = b6/Pb + B6 [3]; ln(K/Ko) = -A/T +B; 1000lna(M-C) = A/T2 √ B [BigeleisenJ., 1961]; D = Doexp(-E/RT) и т.д. Линеаризация осуществляется через логарифмирование параметров соответствующих уравнений или преобразование Х= 1/Р (1/Р2), где Р- переменный параметр. Возможная связь между выборками, в которых выполняется уравнение Y= giX+ Гi, отражается уравнением компенсации Г= -Хоg+ Yo[1- 3]. Параметры этого уравнения описывают координаты (Xо,Yо) точки (кроссо╜вера) пересечения пучка частных прямых (оба термина √ из теории диффузии).В связи с этим возможен анализ глубинных связей между компонентами выборок, позволяя оценить тонкие механизмы образования породы. С этой целью изучены биотиты (Bio), пироксены, гранаты и оливины.
Bio -преимущественно из кислых магматитов (пегматиты, граниты, гранодиориты и т.д.) и метаморфитов (гнейсы, сланцы различных фаций метаморфизма) разных регионов Земли
(всего 1220 анализов из литературных источников, по которым создано 75 выборок). После проведения жесткой фильтрация анализов строились линейные зависимости вида У = gХ + Г, где У и Х- кристаллохимические коэффициенты (КХК), отражающие концентрации Fe, Mg, Ca и Mn в слюде. В таблице приведены параметры некоторых уравнений Mg = gFe + Г, где Fe = Fe+2, а на рис.- сводная компенсационная диаграмма в координатах (g, Г). Независимо от вида и места отбора породы точки образуют общую выборку и хорошо ложатся на общую прямую, описываемую уравнением компенсации с параметрами: gо = 2.1142 и Го =2.4482 и коэффициентом корреляции R2 = 0.9601.
Наиболее приемлемая интерпретация этих результатов следует из рассмотрения их с точки зрения теории смешения веществ [1 - 3] (см. также Теоретичесекую часть). В этом случае уравнение Mg = gFe + Г отражает смешение компонентов в индивидуальной выборке (ИВ); механизм смешения - изоморфизм Mg и Fe+2. При поступлении вещества из источника, общего для всех ИВ, выполняется компенсационное уравнение, а параметры этого уравнения √ состав вещества в источнике. Поэтому принадлежность всех ИВ к одной общей выборке свидетельствует о едином источнике элементов. В данном случае параметры общей выборки характеризуют состав протобиотита Feo= (gо) = 2.1142 и Mgo = (Го) = 2.4482 (в единицах КХК на 24 атома кислорода). Для гнейсов и сланцев материнским источником, или протовеществом, являются осадочные породы, по которым они образуются. Поскольку исходная природа метаморфитов известна apriori, то они могут служить эталоном при анализе распределений элементов в Bio гранитоидов. Вхождение ИВ из гранитоидов вместе с ИВ из метаморфитов в общую выборку позволяет говорить, что исходным источником материала для гранитоидов являются также осадочные породы.
Теоретическая часть. Пусть Fe и Mg, соответственно, значения кристаллохимических коэффициентов. Концентрация Fe изменяется в пределах от Fe1 до Fe2 (Fe1³Fe³Fe2), Mg - Mg1 ³Mg³Mg2.
Доли Fe и Mg в кристаллохимической ячейке определим через MFe = (Fe √ Fe1)/(Fe2 √ Fe1) и MMg= (Mg √ Mg1)/(Mg2 √ Mg1). Положим, что Fe1 + Mg1 = Fe2 + Mg2 = Const. Тогда Fe1 √ Fe2 = -(Mg1 √ Mg2)= Mg2- Mg1.Преобразуя равенство, получаем Mg = -(MFe/MMg)Fe + (MFe/MMg)Fe1 + Mg1 или Mg = -gFe + Г; это выражение описывает зависимости, приведенные в таблице.
Литература.
1. Макаров В.П. Некоторые математические вопросы решения задачи о смешении при изотопных исследованиях // ╚Избранные доклады╩. IV Международная конференция ╚Новые идеи в науках о Земле╩. М.: МГГА, 1999. С. 136 - 142.
2.Макаров В.П. Об универсальности распространения в природе ╚уравнения компенсации╩ // IV Междун. конф. ╚Новые идеи в науках о Земле╩. Т.1.√ М.: изд. МГГА, 1999. С. 257 - 258.
3. Макаров В.П. Основы теоретической геохронологии. /XII научный семинар ╚Система ╚Планета Земля╩╩. М.: МГУ, РОО ╚Гармония строения Земли и планет╩, 2004. C. 228 - 253.
Таблица к статье Макарова
Регион | Поро-ды | g | Г | кол. проб | Регион | Поро-ды | g а | Г | кол. проб |
Минск. обл. | Гр-гн | -0,857 | 3,631 | 4 | Приладож. | Гн. | -1,127 | 5,022 | 4 |
Гродн. обл. | Гр-гн | -1,492 | 5,366 | 5 | Швеция | Гн. | -1,427 | 5,774 | 6 |
Гродн. оюл. | Гн. | -1,085 | 4,647 | 14 | Н-Шотл. | Сл. | -0,703 | 3,981 | 7 |
Минск. обл. | Гн. | -1,170 | 4,643 | 9 | Онтарио | Сл. | -1,079 | 4,658 | 9 |
оз. Ханка | Гн. | -1,916 | 6,843 | 6 | Становой | Сл. | -0,475 | 3,527 | 4 |
Пирен | Гн. | -1,669 | 5,549 | 5 | Алдан | Сл. | -1,529 | 5,575 | 4 |
Венесуэла | Гн. | -0,869 | 4,019 | 6 | Калифор. | Сл. | -1,272 | 4,885 | 5 |
Вашингтон | Гн. | -1,026 | 5,195 | 22 | Шотланд. | Сл. | -0,840 | 4,037 | 5 |
Гвиана | Гн. | 1,753 | -1,327 | 4 | Гродн. обл. | Гр. | -1,557 | 5,515 | 5 |
Онтарио | Гн. | -1,172 | 4,904 | 6 | Чукотка | Гр. | -0,576 | 3,088 | 5 |
Швейцария | Гн. | -0,405 | 3,108 | 5 | Гренланд. | Гр. | -0,676 | 4,032 | 4 |
Бавария | Гн. | -1,129 | 4,886 | 11 | Гренланд. | Гр. | 1,753 | -1,327 | 4 |
Кольск. п-ов | Гн. | -1,010 | 4,909 | 9 | Гродн. обл. | Пег. | -0,518 | 3,404 | 5 |
Примечание. Гр-гн. - гранито-гнейсы; Гн. - гнейсы; Сл. - сланцы; Гр. √ граниты; Пег. - пегматиты |
зеркало на сайте "Все о геологии"
зеркало на сайте "Все о геологии"