Р-Т тренды и модель формирования гранулитовых комплексов докембрия

Расчет активностей флюидных компонентов позволяет решить задачу о флюидном контроле протекающих геологических процессов. В частности, расчет активностей H₂O, K и Na совершенно необходим при изучении процессов чарнокитизации. Посредством таких расчетов удалось пересмотреть сложившиеся представления на генезис чарнокитов и разработать новую концепцию их формирования (см. главу III), основанную на идеях Д.С.Коржинского (1955). Приведем наиболее важные формулы, выведенные автором диссертации для оценки активностей компонентов метаморфического флюида. Набор использованных метаморфических реакций (r) и термодинамические константы для них приведены в табл. I.3. Константы используются для подстановки в расчетные формулы в соответствии с уравнением

где N - номер реакции в табл. I.3

Расчет активности воды.
Активность воды во флюиде для ортопироксен-биотит-кварц-калишпатовых ассоциаций может быть рассчитана на основе реакции r7 из табл. I.3
1/3Phl+Qtz = 1/3San+En+1/3H₂O
по формуле

Расчет активностей щелочей.
Эти расчеты производились по реакциям с участием карбонатов калия и натрия (K₂CO₃ и Na₂CO₃). Выбор именно этих соединений не был случайностью. Их наличие в качестве второстепенной солевой составляющей богатого хлоридами метаморфического флюида определяется высокой активностью углекислоты при метаморфизме гранулитов (например, Аранович и др., 1987). Очевидно, что за счет реакций внутрифлюидного катионного обмена изменение активностей этих соединений будет отражать общее изменение активностей щелочей в водно-углекислотно-солевом флюиде. По экспериментальным данным (Perchuk et. al, 1991a) константы обменных равновесий растворов хлоридов и карбонатов K и Na с твердыми фазами (в расчете на один атом щелочей) не различаются (см. r3 и r3а в таблице I.3). Поэтому отношение активностей K и Na в карбонатах будет равно отношению их активностей в хлоридах. Флюидно-минеральные реакции с участием карбонатов достаточно просты (см. таб. I.3) и активности остальных участников этих реакций могут быть оценены с высокой надежностью. Для реакций с участием хлоридов это требование не выполняется. Поэтому причинам для оценки влияния активностей щелочей во флюиде на минеральные превращения были использованы реакции с участием карбонатов а не хлоридов K и Na. Используя данные таблицы I.3 активности натрия и калия во флюиде могут быть рассчитаны для Opx+Kfs+Pl+Qtz и Bt+Kfs+Pl+Qtz ассоциаций путем комбинирования реакций r10 и r3 (для ассоциации Opx+Kfs+Pl+Qtz) или r11 and r3 (для ассоциации Bt+Kfs+Pl+Qtz).
Расчет _K^fl=RTlna_K^fl по реакции r10 из табл. I.3
K₂CO₃+OK+6Qtz = 2San+CO₂
производится по формуле

Расчет _K^fl = RTlna_K^flпо реакции r11 из табл. I.3
K₂CO₃+1/3EA+7Qtz=7/3San+CO₂+1/3H₂O
производится по формуле

Расчет _K^fl = RTlna_K^fl по реакции r3 из табл. I.3
Ab+1/2K₂CO₃ = San +1/2Na₂CO₃
производится по формуле

Для использования уравнений (I.2.2)-(I.2.5) необходимы формулы расчета парциальных энергий смешения компонентов твердых растворов и флюида, которые приводятся ниже.
Ортопироксен. Расчет активностей En и OK в глиноземистом ортопирокене осуществлялся по модели субрегулярного твердого раствора (Gerya & Perchuk, 1992; Perchuk & Gerya, 1992b)

где
W^G_Mg-Fe = -1652+0.835T,
W^G_Fe-Mg = 303+0.269T,
W^G_Fe-Al= -2527-0.0309P,
X_En = Mg/(Mg + Fe + Al/2),
X_Fs = Fe/(Mg + Fe + Al/2),
X_OK =0.5Al/(Mg+Fe+Al/2).

В соответствии с (I.2.6), используя уравнение Гиббса-Дюгема, можно записать

Биотит. Расчет активностей Phl и EA в глиноземистом биотите осуществлялся по модели регулярного твердого раствора (Gerya & Perchuk, 1992; Perchuk & Gerya, 1992b)

где
X_Phl= Mg/(Mg+Fe+(Al-1)/2),
X_Ann = Fe/(Mg+Fe+(Al-1)/2),
X_EA = 0.5(Al-1)/(Mg+Fe+(Al-1)/2),

для формулы биотита, рассчитанной на 11 атомов кислорода. В соответствии с (I.2.9), используя уравнение Гиббса-Дюгема, можно записать

Калиевый полевой шпат. Формула для расчета активности San в калиевом полевом шпате принята по работе Л.Л.Перчука с соавторами (Perchuk et al., 1991a)

где
X_San =K/(K+Na),
X_Ab =Na/(K+Na).

Плагиоклаз. Формула для расчета активности Ab в плагиоклазе также принята по работе Л.Л.Перчука с соавторами (Perchuk et al., 1991a)

где
X_An =Ca/(Ca+Na),
X_Ab =Na/(Ca+Na).
Флюид. При температурах выше 650^oC и давлениях 4-5 кбар для водно-углекислотного флюида с относительно невысокой солевой нагрузкой можно принять идеальную модель смешения, в соответствии с которой

где X_CO2=CO₂/(CO₂+H₂O), X_H2O=H₂O/(CO₂+H₂O).
Формулы для расчета стандартных фугитивностей воды и углекислоты (RTlnf_CO2 и RTlnf_H2O) приведены в следующем разделе.