Фазовые отношения во фторсодержащей гранитной и нефелин-сиенитовой системах и распределение элементов между фазами

Е.Н. Граменицкий, Т.И.Щекина, В.Н.Девятова.

Содержание

3. МОДЕЛЬНАЯ ГРАНИТНАЯ И НЕФЕЛИН-СИЕНИТОВАЯ СИСТЕМА С ФТОРОМ

3.1 Петрологическое значение экспериментов в системе и нерешенные проблемы

Система Si-Al-Na-K-O-H с фтором, хлором и углекислотой имеет особое значение в петрологии. Наиболее подробно в этой системе изучено сечение NaAlSiO₄- KAlSiO₄- SiO₂. Составам щелочных полевых шпатов на ликвидусе соответствует высокотемпературный барьер, делящий систему на кварц нормативную и нефелин нормативную области. Экспериментальные исследования в кварц-нормативной области способствовали решению важнейших общих петрологических проблем. Самыми фундаментальными из них являются растворимость воды (а также других летучих компонентов) в расплаве и связанные с этим понижение температуры плавления и смещение температурного минимума. Установленная в экспериментах Р.Горансона [1931; 1938] значительная (до 10 мас. % или до 55 мол. %) растворимость воды в альбитовом, эвтектическом кварц-альбитовом или гранитном расплаве, а также последующие работы в этом направлении показали, что гранитные интрузии содержат достаточно летучих компонентов для последующей гидротермальной деятельности. Обусловленное большой растворимостью воды понижение температуры плавления до 700^oС, т.е. на 200 и более градусов по сравнению с <сухой> системой, доказало реальность существования и зарождения гранитных расплавов в условиях амфиболитовой фации метаморфизма. С другой стороны, ограниченная растворимость воды определяет естественное отличие расплавов от водных растворов и невозможность в водно-силикатной системе непрерывного перехода между ними. На этом была основана критика модели А.Е.Ферсмана - П.Ниггли образования пегматитов, в которой обосновывался постепенный переход остаточной магмы в "растворы-расплавы". Изучение первичных включений в минералах гранитов [см., например, Рейф, 1984] показало, что формирование гранитов не всегда происходит в условиях насыщения водой, но обычно к концу кристаллизации оно достигается: в ядре вкрапленников присутствуют только расплавные, а в кайме наряду с ними также сингенетичные флюидные включения. Ретроградное кипение с отделением флюидной фазы является одним из главных следствий кристаллизационной дифференциации на ее заключительных стадиях.

Ограниченная растворимость воды в расплаве устанавливает также предел понижению температуры солидуса гранитов. Действительно, по оценкам температуры кристаллизации самыми различными методами она вряд ли намного ниже 650^oС.

Добавление в систему фтора, так же, как и возрастание давления воды, имеет следствием смещение температурного минимума в сторону состава альбита, объясняющее раннее выделение кварца во фтористых гранитах ("горошковидные" фенокристаллы) и соответствующие тренды кристаллизационной дифференциации с увеличением отношения Na/K в последовательных порциях магматических расплавов.

Присутствие в системе фтора приводит к еще более значительному, чем в чисто водных системах, понижению температуры солидуса, но опять-таки не безграничному: наименьшая достоверно определенная температура расплава гранитных пегматитов [Коваленко и др., 1996] составляет 530^oС. Следовательно, правомерен и вывод о том, что растворимость фтора (как, вероятно, и других солевых компонентов) в гранитном расплаве также имеет предел, выше которого выделяются фториды или другие фазы с высокими содержаниями фтора. На это обстоятельство раньше, по-видимому, не обращалось внимание.

Обобщение экспериментальных данных по ликвидусным фазовым отношениям в системе сделано в книге В.Йоханнеса и Ф.Хольтца [Johannes & Holtz, 1996], главные петрологические выводы изложены в нашем учебнике [Граменицкий и др., 2000].

Экспериментальные возможности изучения рассматриваемой системы, в том числе и для решения петрологических задач, далеко не исчерпаны. В частности, нет сведений о пределах изменения состава гранитного и нефелин-сиенитового расплава различной агпаитности для реальных температур магматического процесса. Другой существенный пробел в экспериментальном изучении системы - это отсутствие данных о растворимости фтора в расплавах. Судя по тому, что экспериментаторы искали зависимость, например, вязкости расплава до содержания фтора 10% [ Dingwell , 1989], они считали, что его растворимость выше этой величины. Между тем вопрос имеет принципиальное значение: неограниченная (или очень большая) растворимость фтора в расплаве должна привести к соответствующему уменьшению температуры плавления, а ниже 650^oC оценок температуры кристаллизации изверженных пород нет, за исключением ядерных частей пегматитов.

Предельная максимальная растворимость фтора в расплаве достигается, когда он равновесен с фазой с более высоким содержанием фтора. Имеющиеся в литературе единичные данные приведены в главе 1. Первые систематические данные о появлении на ликвидусе фторидных фаз, регламентирующих максимальную растворимость фтора в ряде водосодержащих расплавов системы, получены в серии наших работ [Граменицкий и др., 1989; 1993; Граменицкий, Щекина, 2001; Коренева и др., 2002]. Для некоторых составов максимальное содержание фтора (растворимость) в силикатных расплавах определена в первые массовые проценты, в других - более 10%. В этих работах нами показано, что растворимость может значительно изменяться в зависимости от кремнекислотности и агпаитности расплава и типа насыщающей его фтористой фазы. Эти результаты вместе с новыми данными приводятся и обсуждаются в последующих разделах.

В настоящей главе изложены результаты, посвященные определению пределов устойчивости расплава при 800^oС и 1 кбар, его совместного сосуществования с кварцем, алюмосиликатами, корундом и фторидными фазами, а также растворимости в расплаве фтора. В первую очередь изучалась чисто Na (без K) часть системы , фазовые отношения в которой могут быть изображены на диаграмме в виде призмы (рис. 7), в основании которой лежит треугольник Si-Al-Na (атомные %), а по вертикали возрастает атомное отношение F/(F+O). Удобно пользоваться проекциями на основание призмы, ее боковые грани или ее сечениями. Содержание в системе воды, как будет показано ниже, не оказывает существенного влияния на соотношения фаз в рассматриваемых частях системы.

Рис. 7. Схематическая объемная диаграмма фазовых отношений в системе Si-Al-Na-O-F (атомные %).

Назад Содержание Вперед