Закономерности строения контрастной ритмической расслоенности в Киваккском интрузиве

Глава 7. Многослойно-суспензионная понятийная модель формирования ритмической расслоенности

Полученные в результате проведенных исследований данные привели к следующим выводам относительно характеристик ритмической расслоенности Киваккского интрузива.

Предыдущими численными экспериментами (с непоследовательным моделированием конвекции как полного ободнороднивания магмы в каждый момент времени), выполнявшимися в коллективе, членом которого является автор, показано, что ведущим процессом внутрикамерной дифференциации является конвекционно-кумуляционный механизм (Коптев-Дворников и др., 1979; Френкель и др., 1988; а также Френкель, 1995). Этот механизм имеет следующие главные черты. 1. Основной фазовой реакцией, обеспечивающей наблюдаемое разнообразие горных пород, является кристаллизация. 2. Ведущим механизмом тепломассопереноса является оседание кристаллов на фоне конвективного перемешивания эволюционирующей магмы. Численная реализация этого механизма (программа КОМАГМАТ) успешно воспроизводит генерализованное строение вертикальных разрезов Киваккского, Ципрингского, Бураковского, Йоко-Довыренского и др. массивов. Это дает нам основание утверждать, что предложенная модель обладает высокой степенью реалистичности. Однако эта модель не в состоянии воспроизвести ритмическую расслоенность, и мы считаем, что для ее дальнейшего развития необходим последовательный анализ конвективных движений в интрузивной камере.

Уэйджер (Wager, Deer, 1939) одним из первых предположил, что приводящая к образованию ритмической расслоенности конвекция может возникать в результате образования в градиентной зоне кристаллизации у кровли суспензии более плотной, чем нижележащая, и струйного погружения на дно этой смеси кристаллов и расплава как целого. М.Я.Френкель (Френкель, 1988) рассмотрел аналитическое решение упрощенного случая такой конвекции и показал, что на фоне монотонной кристаллизации и оседания кристаллов появляется периодическая составляющая. Важным концептуальным результатом М.Я.Френкеля стало понимание того, что струи погружающейся суспензии не обязательно достигают поверхности кумулуса. Если в толще магмы существует вертикальный градиент плотности (не обязательно линейный), то отдельные струи могут приобрести нулевую плавучесть на некотором промежуточном уровне и растечься по горизонтали в виде слоя. Относительно недавно возможность струйного погружения более плотной суспензии была показана численно (Трубицын, Харыбин, 1997).

В развитие этой концепции мы обратили внимание на то, что кристаллизация многокомпонентных систем при переходе на очередную котектику сопровождается скачкообразным увеличением "производства" твердой фазы на единицу теряемого тепла. Таким образом, с момента начала кристаллизации вблизи кровли очередной котектики весьма вероятно появление здесь слоя суспензии более плотной, чем нижележащая магма. Время от времени эта суспензия в виде струй может погружаться, растекаясь в слои в толще менее фракционированной (и с меньшим числом взвешенных фаз) магмы там, где будет достигнута нулевая плавучесть. Гидродинамическая составляющая нашей гипотезы сегодня не вполне ясна. Так или иначе, на этапах изменения фазового состава остаточной магмы в камере возможно возникновение многослойной системы, когда в матрице одноминеральной суспензии (расплав + 1 тв. фаза) на разных уровнях в порядке уменьшения плотности снизу вверх располагаются слои более фракционированных двух- и даже трехминеральных суспензий. При этом более поздние по времени формирования трехминеральные суспензии могут оказаться более плотными и "поднырнуть" под слои более ранних и менее плотных двуминеральных суспензий. В результате слои трехминеральных кумулатов могут оказаться в разрезе интрузива ниже двуминеральных.

Главной особенностью этой модели является наличие большого количества подвижных границ между слоями суспензий, на которых происходят фазовые реакции, поскольку эти суспензии отвечают разным степеням фракционирования исходной магмы и, следовательно, соприкасающиеся слои неравновесны. Опираясь на опыт численного моделирования дифференциации интрузивов путем оседания кристаллов в застойной магме (Коптев-Дворников, 1979; Френкель, 1988), можно утверждать, что у "мезократовых" суспензий на нижних границах должен плавится оседающий плагиоклаз (и, в случае присутствия, авгит и растворяться сульфидные капли). В конечном итоге при образовании кумулуса это должно привести к образованию резких границ.

С этих позиций весьма примечательным оказалось обнаружение на границе бронзит-плагиоклаз-авгитовых кумулатов с подстилающими бронзитовыми кумулатами маломощного прослоя бронзит-авгитовых кумулатов, существование которых противоречит порядку кристаллизации материнской магмы. Подобное нарушение порядка кристаллизации численно воспроизводилось ранее (Е.В.Коптев-Дворников, 1982) при математическом моделировании внутрикамерной дифференциации с оседанием кристаллов сквозь застойную магму. Обладая большими скоростями погружения, чем плагиоклаз, клинопироксен должен растворяться, опускаясь в расплав, где равновесен только ортопироксен, что приведет к изменению состава жидкости на границе вплоть до достижения им бронзит-авгитовой котектики. Присутствие бронзит-авгитового кумулата является, таким образом, важным качественным подтверждением реалистичности нашего предположения о существовании многослойной системы неравновесных суспензий на этапе, предшествующем их "фиксации" в кумулусе.

Разумеется, предложенный многослойно-суспензионный механизм формирования ритмической расслоенности пригоден для объяснения генезиса не всех типов ритмичности, а только для описанной в Киваккском интрузиве (можно ее предварительно назвать ритмичностью киваккского типа) и ей подобных.