Все о геологии :: на главную страницу! Геовикипедия 
wiki.web.ru 
Поиск  
  Rambler's Top100 Service
 Главная страница  Конференции: Календарь / Материалы  Каталог ссылок    Словарь       Форумы        В помощь студенту     Последние поступления
   Геология >> Вулканология | Книги
 Обсудить в форуме  Добавить новое сообщение

Моделирование фазовых равновесий при кристаллизации базальтовых магм

Условные обозначения
Авторы: А.А.Арискин, Г.С.Бармина
Лаборатория термодинамики и математического моделирования природных процессов ГЕОХИ РАН
(Моделирование фазовых равновесий при кристаллизации базальтовых магм.-М.:Наука,МАИК "Наука/Интерпериодика",2000.-363с.)

Назад | Оглавление| Далее

2.2. База экспериментальных данных по фазовым равновесиям изверженных горных пород (система ИНФОРЭКС)

Развитие методов экспериментального изучения фазовых равновесий в магматических породах привело к накоплению огромного массива данных по условиям проведения и составам продуктов закалочных опытов. По нашим оценкам они включают результаты нескольких десятков тысяч опытов, проведенных в синтетических и природных силикатных системах. Переход от накопления к активному использованию этого материала требует не только свободной ориентации в многочисленных публикациях (по-видимому, их порядка 500), но также квалифицированной оценки достоверности полученных данных, знания методической проблематики при проведении опытов в различных условиях. Эти вопросы встают особенно остро в связи с развитием методов ЭВМ-моделирования магматических равновесий, основанных на калибровках, включающих одновременно данные сотен и тысяч экспериментов (Nielsen, 1990; Weaver, Langmuir, 1990; Ariskin et al., 1993; Рябчиков, 1993; Ghiorso, Sack, 1995; Camur, Kilinc, 1995; Ariskin et al., 1997). Широкое использование при петрологических реконструкциях фазовых диаграмм, геотермобарометров, различного рода концентрационных корреляций и т.п. также требует обращения к экспериментальным данным для сравнения и оценки точности предложенных разными авторами моделей, эмпирических зависимостей и экстраполяций.

Практическая реализация этих задач предполагает быстрый доступ к имеющейся информации и возможность "фильтрации" данных на основании петрохимических критериев (состав магмы) и условий проведения опытов, включая их продолжительность, температуру, давление, режим fO2 и летучих. Очевидно, что решение этих вопросов требует создания глобальной компьтерной системы, аккумулирующей поток экспериментальной информации по фазовым равновесиям изверженных пород и обеспечивающей достаточно быструю экспертную оценку полученных данных. Работы по созданию такой системы были инициированы в начале 90-х годов (Ariskin et al., 1992) и к настоящему времени петрологической общественности представлена база экспериментальных данных ИНФОРЭКС-4.0, которая разработана для IBM совместимых персональных компьютеров на базе MS DOS (Мешалкин, Арискин, 1996; Meshalkin, Ariskin, 1996; Ariskin et al., 1996; Арискин и др., 1997).

Структура базы данных ИНФОРЭКС-4.0

В этом разделе мы будем пользоваться термином система ИНФОРЭКC, подразумевая, что она включает не только базу данных, но и совмещенный с ней в одном интерфейсе раздел обработки информации, полученной из базы по определенным запросам. По сути это первый и необходимый шаг к созданию экспертной петрологической системы как информационно-вычислительного комплекса, позволяющего не только искать и обрабатывать экспериментальные данные, но также использовать эти результаты при численном моделировании фазовых равновесий и тестировании различных ЭВМ-моделей.

В первой короткой заметке о базе данных ИНФОРЭКС была описана программа, которая включала информацию о 2446 опытах, представленных в 78 исследованиях (Ariskin et al., 1992). Это была не столько поисковая, сколько информационная система, на основе которой была отработана идеология построения базы данных, структура файлов данных, сформулированы требования к процедуре отбора и поиска экспериментов. Позднее архив базы данных был существенно расширен, главным образом, за счет результатов экспериментов, учитывающих присутствие летучих компонентов. При этом рабочий интерфейс включил новые возможности обработки и анализа экспериментальных данных (Мешалкин, Арискин, 1996; Meshalkin, Ariskin, 1996).

Статистика экспериментальных данных. К апрелю 1997 г. база данных ИНФОРЭКС включала информацию, приведенную в 235 работах, опубликованных в виде статей, книг и диссертаций за период 1962-1996 гг., а также некоторые доступные неопубликованные данные (Рис. 2.3). Эта выборка представляет 8660 экспериментов, из которых более 80% относятся к реальным горным породам; 5260 опытов проведено в сухих условиях, остальные - в присутствии H2O $\pm$ CO2. Доля высокобарных экспериментов не превышает 40%: на правой серии графиков Рис. 2.3 показано процентное распределение опытов в зависимости от давления и температуры. Общее число микрозондовых составов фаз составляет 11375, при этом наиболее представительные данные имеются для закалочных стекол (n=4335), оливина (1564), плагиоклаза (1145) и высококальциевого пироксена (1088) - см. левый нижний график Рис. 2.3. Специальный блок данных системы ИНФОРЭКС включает 298 составов стекол с известным соотношением Fe3+/Fe2+, см. сводку (Николаев и др., 1996).

Рис. 2.3. Статистика экспериментальных данных, представленных в системе ИНФОРЭКС-4.0 по состоянию на апрель 1997 г. (к 2000 г. база данных включала более 10000 опытов)

Файловая структура и иерархия. Основу базы данных ИНФОРЭКС составляют текстовые файлы-таблицы составов экспериментально синтезированных фаз, исходных материалов и летучих компонентов: наверху файловой иерархии стоят файлы условий проведения экспериментов и соответствующих литературных ссылок (Рис. 2.4). Эти данные представлены в виде ASCII-файлов с фиксированной длиной записей, причем для файла ссылок BIBL.TXT допускается произвольный порядок записи библиографической информации (Рис. 2.5). Связь между файлами осуществляется через порядковые номера работ, номера опытов в пределах данной работы и имен файлов для фаз, полученных в экспериментах.

Главный файл условий проведения опытов (CONDIT.EXP - Рис. 2.4) разбит на жестко табулированные поля, в пределах которых указаны: номер работы, номер опыта, название породы, адрес состава исходного материала, признак наличия или отсутствия летучих компонентов в системе, давление, температура, фугитивность кислорода, продолжительность опыта и тип контейнера. Последние семь полей выделены для идентификации фазовой ассоциации (стекло, оливин, гранат и т.п.) с индексами наличия микрозондовой информации о составах.

fig2_4.gif (10308 bytes)

Рис. 2.4. Структура базы данных ИНФОРЭКС-4.0 (1997)

Значения n, j, k, l, m отвечают различным номерам опытов

Файлы составов за исключением некоторых случаев (сульфид, карбонат, металл) организованы единообразно и включают концентрации 12 главных оксидов в порядке: SiO2, TiO2, Al2O3, FeO (общее), MnO, MgO, CaO, Na2O, K2O, P2O5, Cr2O3, H2O. В отдельном файле VOLAT.EXP хранится дополнительная информация об экспериментах в водонасыщенных (индекс F) или недосыщенных (V) условиях: здесь приведены валовые содержания H2O, CO2 и H2 в системе и/или паровой фазе (в весовых и молекулярных процентах). К важным файлам нестандартного формата относится REDOX.EXP, где пользователь может найти информацию по отношениям Fe3+/Fe2+ в закалочных стеклах.

Записи библиографической информации в файле BIBL.TXT

fig2_5a.gif (2054 bytes)

Записи условий проведения опытов в файле CONDIT.EXP

fig2_5b.gif (6147 bytes)

Записи составов закалочных стекол в файле LIQ.EXP

fig2_5c.gif (3084 bytes)

Записи содержаний летучих компонентов в файле VOLAT.EXP

fig2_5d.gif (3312 bytes)

Записи редокс-информации в файле REDOX.EXP

fig2_5e.gif (3268 bytes)

Рис. 2.5. Примеры записей в основных файлах базы данных ИНФОРЭКС-4.0 (1997)

Предложенная система накопления и хранения информации в базе данных ИНФОРЭКС охватывает разнообразие физических параметров и условий, приводимых в большинстве экспериментальных исследований, и отвечает последовательности компонентов, наиболее часто используемой при публикациях петрохимических данных. Более важным, однако, представляется соответствие форматов данных о составах фаз и исходных материалов, форматам, которые используются в файлах исходных данных для ЭВМ-программ серии КОМАГМАТ: это существенно облегчает работы по калибровке и тестированию разрабатываемых моделей фазовых равновесий (см. ниже).

Описание СУБД ИНФОРЭКС-4.0

При разработке системы управления базой данных мы придерживались следующих принципов. Прежде всего, эта система должна быть ориентирована на решение петрологических задач, при решении которых используется экспериментальная информация по фазовым равновесиям. Это подразумевает создание серии не сложных для восприятия и удобных в пользовании интерфейсов, включающих общепринятую символику и подробную систему "подсказок", доступных из любой точки программы. Второе условие: разрабатываемая система должна обеспечивать возможность корректировки и простого обмена файлами данных, накопленных разными исследователями и представленных в разных форматах. Этому условию удовлетворяет предложенная ASCII-структура файлов данных ИНФОРЭКС, допускающая внесение исправлений, создание новых файлов, а также процедура обмена файлами как при помощи стандартных программ-редакторов, так и в интерактивном режиме непосредственно из среды системы ИНФОРЭКС.

Представление информации в виде ASCII-файлов фиксированной длины, удобных для редактирования вручную, безусловно приводит к тому, что данные занимают больше места, чем если бы они занимали при хранении информации в машинном представлении. Кроме того, это отчасти замедляет и поиск, но на данном этапе эти недостатки вполне компенсируются существенным увеличением быстродействия современных компьютеров и емкости диска. Остановимся подробнее на описании главных опций СУБД ИНФОРЭКС-4.0, которые можно условно разделить на информационные (1,2,3,6), поисковые (4,5) и прикладные (7) - Рис. 2.6.

fig2_6.gif (9128 bytes)

Рис. 2.6. Главные опции СУБД ИНФОРЭКС-4.0 и схема обмена информацией
между СУБД и файлами данных

Конфигурирование системы. Эта опция предназначена для задания рабочих директорий, набора минеральных фаз, типа пород и контейнеров, в которых проводились эксперименты. (Рис. 2.7).

fig2_7.gif (11127 bytes)

Рис. 2.7. Интерфейс при работе с опцией Конфигурирование системы

Общая информация о системе ИНФОРЭКС. Эта команда позволяет получить информацию о текущем состоянии базы данных, включая общее число работ и введенных экспериментов, библиографических ссылках, именах и размерах файлов составов, количестве опытов, проведенных при атмосферном давлении или высокобарных условиях, а также распределении экспериментов по "сухим" и водосодержащим системам. Информационное окно может быть распечатано на принтере или записано в файл GENERAL.INF (Рис. 2.8). Содержание любого файла может быть также просмотрено из среды СУБД, при этом реализован поиск информации в файлах по заданному образу.

fig2_8.gif (9534 bytes)

Рис. 2.8. Интерфейс при работе с опцией Общая информация о системе

Просмотр, редактирование и пополнение базы данных. Этот режим удобен для работы с результатами конкретных экспериментальных исследований и создания файлов данных, включающих часть информации, например только о температурах и составах расплавов, представленных в данном исследовании. Возможность редактирования предполагает исправление ошибок во введенной ранее информации.

Функция "Ввод данных" разработана для небольших работ, данные которых можно ввести в течение одного цикла работы с СУБД. Здесь предусмотрено резервирование строк в файлах химического состава минералов: эта операция проводится после заполнения файла условий и ввода информации по фазовым ассоциациям. Нумерация строк при этом происходит автоматически, что позволяет избежать путаницы в номерах опытов.

Выбор условий проведения экспериментов. На этой стадии СУБД ИНФОРЭКС-4.0 просматривает файл CONDIT.EXP и отбирает эксперименты, отвечающие серии заданных параметров, таких как: 1. принадлежность систем к глобальным совокупностям типа Земные, Лунные, Метеоритные или Синтетические; 2. соответствие индексам пород (KOM - коматииты, PIC - пикриты, BAS - базальты и т.д.); 3. отсутствие и/или наличие летучих компонентов; 4. индексы контейнеров, например PTC - платиновые петли; 5. диапазон давлений, температур, фугитивности кислорода и продолжительности опытов; 6. ограничения на составы экспериментальных стекол по содержаниям окислов, концентрации воды и петрохимическим отношениям FeO/MgO (масс.) и Mg/Mg+Fe (мол.) - Рис. 2.9.

fig2_9.gif (10582 bytes)

Рис. 2.9. Интерфейс при работе с опцией

Выбор условий проведения экспериментов

4-я опция дополнена также возможностью выбора опытов, проведенных в водонасыщенных и/или недосыщенных по H2O условиях с выделением в отдельный файл данных, для которых имеются определения содержания воды в расплавах; аналогичный поиск возможен и для экспериментов с известным отношением Fe3+/Fe2+ в закалочных стеклах. Кроме того, недавно появилась возможность разделять данные по принадлежности к петрохимическим сериям ("толеитовой", "субщелочной" и "щелочной"), используя диаграмму Na2O+K2O - SiO2 (Классификация и номенклатура..., 1981) - Рис. 2.10.

Рис. 2.10. Разделение составов экспериментальных стекол на "толеитовую",
"субщелочную" и "щелочную" серии (Классификация и номенклатура..., 1981)

Врезка представляет дополнительную выборку "толеитовых" стекол, полученных в 1 атм
опытах продолжительностью $\tau$ > 24 часов при условии нахождения на ликвидусе оливина,
плагиоклаза и высоко-Са пироксена ($\pm$ Sp). График демонстрирует, что данная ассоциация
сосуществует только с расплавами, содержащими не менее 8% MgO

Выбор фазовой ассоциации. Временный файл, полученный после выполнения операции Выбор условий проведения экспериментов, идентичен по формату файлу CONDIT.EXP (Рис. 2.5) и содержит информацию о множестве фазовых ассоциаций и расплавно-минеральных равновесий для заданного диапазона условий. При работе опции Выбор фазовой ассоциации происходит обращаение к этому файлу и просмотр данных о ликвидусных фазах, которые записаны в позициях 11-17 (Рис. 2.4). Это дает возможность выбрать данные по составам фаз, составляющих конкретные сочетания минералов и расплава, например Ol-Pl-расплав или Ol-Pl-Aug (Рис. 2.11). Такая задача нередко возникает в петрологической практике, когда исследователю необходимо систематизировать составы жидкостей, образующихся при частичном плавлении перидотитов и находящихся в равновесии с 3-4 минералами. Другая часто встречающаяся задача связана с анализом данных по равновесиям минерал-расплав и минерал-минерал при разработке геотермометров и геобарометров.

fig2_11.gif (10256 bytes)

Рис. 2.11. Интерфейс при работе с опцией Выбор фазовой ассоциации

На компьютерах класса IBM-PC 486 и выше СУБД ИНФОРЭКС-4.0 позволяет производить выбор этих данных за
считанные секунды. Полученная информация включает условия проведения опытов и составы сосуществующих фаз,
которые последовательно записываются во временный файл с именем PROCESS.DAT
. Этот файл используется при
обработке данных в опции Петрологические Расчеты.

Обмен файлами данных. Расширение круга пользователей системы ИНФОРЭКС обусловливает необходимость простого и удобного обмена файлами данных. Выше мы отметили возможность записи в файл любой части информации в режиме Просмотр, редактирование и пополнение базы данных. Опция Обмен файлами данных была разработана специально для записи в файлы всех данных, относящихся к выбранной работе (операции экспорта), а также включения в базу результатов экспериментов, подготовленных другими исследователями (операции импорта). При этом важным требованием является строгое соблюдение формата записей импортируемого файла, который описан в руководстве пользователя.

Петрологические расчеты. На начальном этапе разработки системы ИНФОРЭКС мы не ставили целью создание подпрограмм, позволяющих учесть многообразие способов обработки экспериментальных данных. Тем не менее, по мере практического использования базы данных в нее были включены несколько процедур, которые могут оказаться полезными для широкого круга петрологов и геохимиков. Основные возможности этого режима рассмотрены в следующем разделе.

Петрологические приложения

Применительно к работам нашей группы главная задача системы ИНФОРЭКС заключается в подготовке данных для построения геотермометров минерал-расплав с последуюшим интегрированием этих зависимостей в петрологический комплекс КОМАГМАТ (Ariskin et al., 1993). Вместе с тем, при решении этого частного вопроса мы сталкиваемся с рядом утилитарных петрологических задач, касающихся разделения железа в экспериментальных стеклах на закисную и окисную формы, оценок летучести кислорода и содержания воды в расплаве, различного рода петрохимических пересчетов, включая проектирование составов стекол на псевдотройные диаграммы, построение концентрационных графиков и т.п. Необходимость дополнительного программирования с целью автоматизации всех этих процедур привела к созданию специального раздела базы данных ИНФОРЭКС, названного Петрологические расчеты (Рис 2.12). Раздел петрологических вычислений включает следующие функции:

[1] расчет регрессионных коэффициентов, описывающих равновесия минерал-расплав для оливина, плагиоклаза, авгита, пижонита, ортопироксена, шпинелидов и ильменита - всего 32 геотермометра;

[2] расчет отношения Fe3+/Fe2+ в экспериментальных стеклах по 9 различным моделям (Sack et al.,1980; Kilinc et al., 1983; Kress, Carmichael, 1988; Борисов, Шапкин, 1989; Kress, Carmichael, 1991; Mysen, 1991; Николаев и др., 1996 - 3 модели);

[3] расчет растворимости H2O в расплавах для водонасыщенных экспериментов по трем моделям (Burnham, 1994; Dixon et al., 1996; Альмеев, Арискин, 1996);

[4] вспомогательные вычисления, включающие нормировку составов экспериментальных стекол на 100% (для сухих и водосодержащих систем) и их проектирование на тройные сечения типа OLIV-PLAG-QTZ, QTZ-AN-AB и др.

Порядок работы этих функций унифицирован для всех видов расчета: сначала с монитора выбирается файл исходных данных типа PROCESS.DAT, предварительно сформированный при помощи поисковых процедур, затем пользователь выбирает вид вычислений [1-4]; при необходимости задаются параметры модели. Далее управление передается на ЭВМ-программу, создающую выходной файл c результатами вычислений.

fig2_12.gif (10347 bytes)

Рис. 2.12. Главные функции режима Петрологические расчеты

Вопросы построения геотермометров равновесия минерал-расплав, разделения железа в расплаве на закисную и окисную формы и расчетов содержания воды в закалочных стеклах будут подробно рассмотрены в следующем разделе. Будет справедливо сказать, что создание системы ИНФОРЭКС позволило решить проблему автоматизации поиска и обработки экспериментальных данных, так что калибровки моделей фазовых равновесий для магм заданного диапазона составов при определенном навыке работы занимают теперь от нескольких часов до нескольких дней. Примеры практического использования этих петрологических функций можно найти в большинстве публикаций автора диссертации.

Для иллюстрации прикладных функций системы ИНФОРЭКС-4.0 в следующем разделе мы рассмотрим только один пример, связанный с анализом закономерностей расположения котектических линий в зависимости от давления и температуры на некоторых петрологически важных проекциях.

Анализ Ol-Opx-Сpx котектик в высокобарных условиях

Обратимся к результатам высокобарных экспериментов с магнезиальными базальтами и перидотитами. Поисковая часть задачи ставится следующим образом: необходимо выбрать опыты, проведенные с образцами земных и близких природным синтетических ультрабазитов и базитов при давлениях 10-20 кбар (сухие условия) в диапазоне температур 1250-1450оС. При этом вводятся дополнительные ограничения: продолжительность опытов должна составлять не менее 12 часов, причем среди продуктов экспериментов необходимо найти и сформировать файл составов высокомагнезиальных закалочных стекол (MGN> 0.65), которые отвечают равновесию с лерцолитовым парагенезисом Ol-Opx-Cpx$\pm$Sp. В результате поиска по сформулированному выше запросу в базе данных ИНФОРЭКС-4.0 было обнаружено 75 экспериментов с составами стекол, удовлетворяющими заданным ограничениям: эти опыты представляют 13 исследований, проведенных за период 1977-1996 гг. (Mysen, Kushiro, 1977; Takahashi, Kushiro, 1983; Fujii, Scarfe, 1985; Takahashi, 1986; Falloon, Green, 1987; Falloon et al., 1988; Bartels et al., 1991; Kinzler, Grove, 1992; Hirose, Kushiro, 1993; Falloon et al., 1994; Baker, Stolper, 1994; Baker et al., 1995; Kushiro, 1996).

Петрологическая задача заключается в необходимости построить обобщенное уравнение, описывающее смещение Ol-Opx-Cpx котектики в пространстве составов в зависимости от температуры и давления. Воспользуемся для этого опцией Тройные диаграммы (Рис. 2.12) и пересчитаем найденные 75 составов экспериментальных стекол на условные компоненты OLIV, PLAG, QTZ по методике Walker et al. (1979). Эта обычная процедура, которая используется петрологами для проектирования многокомпонентных составов на псевдотройные диаграммы (в данном случае OLIV-PLAG-QTZ) с целью их визуализации на плоскости.

Программа ИНФОРЭКС предоставляет пользователю возможность обработать эти данные, например по линейной модели вида:

$T,^o C = aP + b\ln X_{OLIV} + C\ln X_{PLAG} + d$, (2.25)

где P - давление (кбар); a, b, c, d - регрессионные коэффициенты. Параметры регрессии и их стандартные отклонения, рассчитанные для полученной выше выборки приведены в Табл. 2.2.

Таблица 2.2. Параметры регрессии для уравнения высокобарного
равновесия лерцолитового парагенезиса Ol-Opx-Cpx - расплав (2.25)

Регрессионные

Р=10-20 кбар, Т=1250-1450оС

коэффициенты

n=75

n=60

a

8.14 (1.39)

8.65 (0.77)

b

7.91 (23.84)

34.86 (13.30)

c

-82.60 (15.56)

-99.10 (10.05)

d

1171.49 (37.99)

1170.89 (21.40)

Примечание. В скобках приведены стандартные отклонения (1$\sigma$)).

Используя эти параметры, можно определить точность, с которой уравнение (2.25) воспроизводит значения экспериментальных температур, а также оценить возможности его использования для целей барометрии при известном составе расплава и температуре. Результаты этих расчетов свидетельствуют на первый взгляд о достаточно высокой точности (Арискин и др., 1997): средние отклонения рассчитанных температур и давлений от экспериментальных составляют $\pm 22.4$ оС и $\pm$ 2.75 кбар, соответственно. Вместе с тем при детальном рассмотрении 15 точек с максимальными отклонениями (45-87оС и 5-10 кбар) выясняется, что 13 из них представляют результаты, полученные в одной лаборатории (Falloon, Green, 1987; Falloon et al., 1988; Falloon et al., 1994), а две оставшиеся относятся к ранним экспериментам по плавлению перидотитов (Mysen, Kushiro, 1977), данные которых неоднократно пересматривались.

Эти расхождения могут указывать на наличие систематических, возможно методических отличий результатов, полученных в австралийской лаборатории (Falloon et al., 1987-1994), от данных других исследователей (Takahashi, Kushiro, 1983; Fujii, Scarfe, 1985; Takahashi, 1986; Bartels et al., 1991; Kinzler, Grove, 1992; Hirose, Kushiro, 1993; Baker, Stolper, 1994; Baker et al., 1995; Kushiro, 1996). Этот вывод не дает однозначного ответа на вопрос, какие из экспериментов дают "наиболее верные" результаты, но с практической точки зрения можно предполагать, что при построении уравнения ликвидуса (2.25) целесообразно исключить данные тех 15 экспериментов, которые при решении обратной задачи дают максимальные отклонения. Эту возможность предоставляет специальная опция системы ИНФОРЭКС, позволяющая "отсеивать" эксперименты, представляющие конкретные исследования (Meshalkin, Ariskin, 1996).

fig2_13.gif (3894 bytes)

Рис. 2.13. Сравнение экспериментальных и
расчетных температур равновесия
Ol-Opx-Cpx - расплав при давлениях 10-20 кбар

Вычисления производились по уравнению (2.25) с использованием
параметров Табл. 2.2. Гистограммы пред-ставляют точность
решения обратной задачи для давления

Используя эту опцию, мы в автоматическом режиме исключили из рассмотрения данные (Mysen, Kushiro, 1977; Falloon, Green, 1987; Falloon et al., 1988; Falloon et al., 1994) и рассчитали параметры регрессии для новой выборки составов, полученных в 60 "более достоверных" экспериментах: соответствующие коэффициенты также приведены в Табл. 2.2. Результаты сопоставления экспериментальных и расчетных температур и давлений указывают на существенное повышение точности при решении обратной задачи (Рис. 2.13).

Мы подробно остановились на этом примере по той причине, что он наглядно демонстрирует потенциал базы данных ИНФОРЭКС именно как экспертной системы. Статистическая обработка больших объемов информации без детальной работы с данными таит опасность получения некорректных и ложных зависимостей. Система ИНФОРЭКС-4.0 позволяет пользователю самостоятельно убедиться в возможности согласования различных данных путем построения и анализа уравнений равновесия.

Проведенный здесь анализ может иметь и прикладное значение. Обратимся к Рис. 2.14, где на плоскость OLIV-PLAG-QTZ спроектированы составы использованных 60 высокобарных котектических (Ol-Opx-Cpx) стекол. Петрологический интерес к этой проекции обусловлен ее потенциальными возможностями в целях барометрии, поскольку ряд авторов неоднократно демонстрировали заметный сдвиг линий равновесия оливин-пироксен в сторону OLIV угла по мере увеличения давления (Takahashi, 1986; Kinzler, Grove, 1992; Hirose, Kushiro, 1993; Baker et al., 1995).

fig2_14.gif (5256 bytes)

Рис. 2.14. Экспериментальные составы стекол и расчетные
изотермы высокобарного равновесия Ol-Opx-Cpx - расплав
на "барометрической" проекции OLIV-PLAG-QTZ

Пересчет на нормативные компоненты выполнен мо методу (Walker et al., 1979).
Изотермы равновесия Ol-Opx-Cpx - расплав при давлениях 10 кбар (1250 и 1300оС)
и 20 кбар (1350 и 1400оС) рассчитаны при помощи уравнения (2.25).

Этот интегральный сдвиг показан на Рис. 2.14 схематично, в виде двух незалитых полос, отвечающих давлениям 10 и 20 кбар. В действительности, многие экспериментальные точки выходят за область "среднего" положения на барометрической диаграмме OLIV-PLAG-QTZ. Уравнение (2.25) показывает, что эти отклонения могут быть связаны с различиями температур равновесия Ol-Opx-Cpx - расплав, полученных в разных экспериментах. Для оценки масштабов этих оклонений при помощи параметров уравнения (2.25) мы рассчитали 4 изотермы, отвечающие температурам 1250 и 1300оС при давлении 10 кбар и температурам 1350 и 1400оС при давлении 20 кбар. На треугольной диаграмме OLIV-PLAG-QTZ эти изотермы представляют слегка изогнутые линии, которые взаимно пересекают полосы "среднего" положения изученной котектики. Это свидетельствует о том, что попытки простого графического проектирования на эту диаграмму составов предположительно высокобарных базальтовых стекол могут приводить к погрешностям оценки давления порядка 5-7 кбар (Арискин и др., 1997).

Значение системы ИНФОРЭКС

База данных ИНФОРЭКС-4.0 и связанные с ней процедуры обработки экспериментальной информации представляют новый эффективный инструмент петрологических исследований. С созданием этой системы проблема поиска и анализа субликвидусных экспериментов решается за считанные секунды, а задача построения максимально точных геотермометров минерал - расплав или уравнений ликвидуса многофазных ассоциаций при определенном навыке работы с базой занимает всего несколько часов. Петрологу становятся доступны результаты тысяч экспериментов по плавлению синтетических и природных образцов, при этом для тестирования геотермобарометров и различного рода эмпирических зависимостей можно использовать более 10000 составов экспериментальных фаз.

Мы полагаем, что эта система уже сейчас готова к тому, чтобы стать столь же необходимым инструментом каждого квалифицированного петролога как микроскоп или микрозонд. Имея "под рукой" ИНФОРЭКС, специалисты могут самостоятельно тестировать и оценить применимость расплавно-минеральных и двуминеральных геотермометров, которыми насыщена петрологическая литература, и что особенно привлекательно научиться создавать их самому для любого заданного диапазона составов и условий. Новые перспективы работы с экспериментальными данными открывает и возможность расчета концентрации воды в стеклах, для которых не имеется прямых определений содержания H2O.

Внедрение системы ИНФОРЭКС в практику петрологических исследований происходит все более активно, несмотря на традиционный интерес специалистов к использованию ЭВМ-моделей фракционирования, плавления и других алгоритмов, ориентированных на решение собственно петрологических задач. Многие исследователи осознают, что вопрос о точности и возможности применения тех или иных программ нельзя полностью относить на совесть их разработчиков. Представляется, что непосредственное применение ЭВМ-моделей к природным объектам возможно только при условии их предварительного тестирования на экспериментальных данных, охватывающих ту область составов магм, в исследовании которой заинтересован каждый конкретный петролог и геохимик. Система ИНФОРЭКС-4.0 предоставляет для этого уникальные возможности.

Назад | Оглавление| Далее


 См. также
Дипломные работыОценка условий кристаллизации ареального вулканизма г. Терпук Срединного хребта, Камчатки.: Content
Дипломные работыОценка условий кристаллизации ареального вулканизма г. Терпук Срединного хребта, Камчатки.: Introduce

Проект осуществляется при поддержке:
Геологического факультета МГУ,
РФФИ
   

TopList Rambler's Top100