Физико-химические условия кристаллизации расплавов



жүктеу 58.49 Kb.
Дата12.07.2016
өлшемі58.49 Kb.

Физико-химические условия кристаллизации расплавов



Температура и фугитивность кислорода. Расчет PTF – параметров производился на основании геотермобарометров по составам минералов и их парагенезисам. Широкое развитие Mt-Ilm пар в виде кристаллических включений в пироксенах и амфиболах (реже в плагиоклазах), а также в виде вкрапленников и мелких выделений в стекле основной массы позволило с помощью геотермометра (Chiorso, Carmichael, 1981) проследить изменения температурной и окислительной обстановки на значительном интервале кристаллизации расплавов практически для всех этапов каждой кальдеры (за исключением спекшихся туфов П1, где пары рудных минералов не были обнаружены). Температуры по 2Pх-геотермометру (Well, 1977) соответствуют значениям, полученным по Mt- Ilm парам кристаллических включений в них. Использовались также плагиоклазовый (Kudo, Weill, 1970), амфибол-плагиоклазовый геотермометр (Holland, Blundy, 1994), оливин-шпинелевый геотермофугометр (Ballhaus et al., 1991). В наиболее эволюционированных туфах риолитового состава (П1), температура кристаллизации биотита была определена по степени его железистости (Wones, Eugster, 1965), которая варьирует от 38,7% в пойкилитовых включениях в кристаллах кварца до 40-41% во внешних зонах кристаллов биотита.

Как видно на Рис.47 для кислых расплавов начальных фаз кальдерообоазования температурный интервал кристаллизации составляет 200-220оС, при этом для отложений П1 и П2 кальдеры Половинка он смещен в область более низких температур (750-980оС) по сравнению с пирокластикой кальдеры Однобокой (О1-1) и Академии Наук (790-1020оС). На завершающих этапах формирования кальдер диапазон температур кристаллизации вкрапленников расширяется (820-1050оС и 840-1060оС, соответственно, в О1-2 и О2-2), что в первую очередь определяется гетерогенностью состава пирокластических отложений.

Наибольшая активность кислорода (Chiorso, Carmichael, 1981) характерна для пирокластических отложений начала процесса кальдерообразования в южном секторе Карымского вулканического центра (Рис.48). При формировании кальдеры Половинка на предэруптивной стадии fO2 в расплаве в апикальной части верхнекорового очага была почти на 2,7 порядка выше буфера NNO (определена по железистости биотита (Wones, Eugster, 1965), и снизилась на пол порядка в спекшихся туфах П2. В пирокластических отложениях О1-1 и Академии Наук, в которых отмечается умеренно глиноземистая роговая обманка, fO2 на порядок выше буфера NNO. В этот ряд попадают пары вкрапленников железо-титанистых минералов, а также кристаллических включений не только в роговой обманке и в пироксенах, но и в фенокристаллах плагиоклаза. Mt-Ilm пары из пирокластических отложений среднекислого состава, в которых отсутствуют гидроксилсодержащие минералы, показывают низкую (вблизи линии буфера NNO) активность кислорода в расплавах, из которых они кристаллизовались. Исключение составляют точки Mt-Ilm пар в высокоглиноземистых роговых обманках, встречающихся в дацитовых пемзах О1-2 (северный борт кальдеры Однобокой). Фугитивность кислорода в них составляет +1,7 NNO при температуре 870-880оС.

Рис. 47. Температуры кристаллизации вкрапленников в пирокластических отложениях кальдер южного сектора Карымского вулканического центра. (Pl – плагиоклаз, Q – кварц, Bi – биотит, Px – пироксен, PO – роговая обманка, Mt – титаномагнетит, Ol - оливин). Штрих-пунктиром показан предполагаемый интервал температур кристаллизации минералов. Точечный пунктир представляет условную линию изменения предэруптивных температур расплава в верхнекоровом очаге для различных этапов развития кальдер.


Судя по оливин-шпинелевому геотермофугометру (Ballhaus et al., 1991) температура базальтового расплава (БТ) изменялась от 1090оС в более эволюционированных базальтах, андезитобазальтах до 1250оС – в слабоэволюционированных, фугитивность кислорода при этом составляла, соответственно, +3,4QFM и +1,3QFМ. Присутствие в субликвидусных фазах кристаллических включений шпинели и хромистого титаномагнетита указывает на то, что базальтовые магмы изначально содержали относительно повышенное содержание водной фазы (Gardner et al., 1995). При этом, судя по значениям fO2, количество ее возрастало в более эволюционированных магмах.

Рис. 48. Фугитивность кислорода и температура кристаллизации магнетит-ильменитовых пар (вкрапленники и кристаллические включения) в пирокластических отложениях (Chiorso, Carmichael, 1981). 2-3 - кальдера Половинка, соответственно, П2 и П3; 4-7 - кальдера Однобокая, соответственно, О1-1, О1-2, О2-1, О2-2; 8 – вулкан Академии Наук. 1 - координаты точек кварц-биотитовых спекшихся туфов П1 (кальдера Половинка); определены по железистости биотита (Wones, Eugster, 1965). Индексы пирокластических отложений см. в тексте.


Общее давление. Все расчеты по геотермометрам производились при давлении от 1,5 кбар до 4 кбар. Вариации температур от давления незначительны и не превышали 4-5оС на кбар. Ограничение минимального общего давления определяется присутствием роговой обманки во вкрапленниках начальных порций пирокластического материала каждой кальдеры. Согласно экспериментальным данным стабильность ее во многом определяется давлением и содержанием летучих в магме; при более низком давлении растворимость воды в магме падает, и роговая обманка становится нестабильной (Кадик и др., 1986; Scailet, Evans, 1999). В (Scailet, Evans, 1999) установленно, что с повышением температуры и давления в роговых обманках возрастает суммарный алюминий, щелочность (Na+K) и содержание титана. В (Hollister et al., 1987; Johnson, Rutherford, 1989; Johnson et al., 1994; Scailet, Evans, 1999) выведены эмпирические зависимости количества суммарного алюминия в роговых обманках от давления, что позволяет оценивать глубину их кристаллизации.

Наши данные по составам роговых обманок согласуются с результатами этих исследований. Так, соотношение алюминия, титана, магния, щелочей и степени железистости амфиболов в пирокластических отложениях изученных кальдер (рис. 45), свидетельствуют о существовании в магматической системе южного сектора Карымского вулканического центра нескольких генераций этого минерала, кристаллизовавшихся на разных глубинах. По реальным составам этого минерала в пирокластических отложениях оценены значения давления их равновесной кристаллизации. Наиболее низкое содержание глинозема (4,5 -5,8% Al2O3) отмечается в редких кристаллах роговой обманки из дацитовых туфов П2 кальдеры Половинка, что предполагает малые величины общего давления при их кристаллизации (в пределах 1-1,2 кбар) и особые условия накопления и сохранения водяного пара в расплаве на малых глубинах (4-5 км). Вкрапленники с умеренными значениями Al2O3 (6,2-8%) из пирокластических отложений кальдер Однобокой (О1-1) и Академии Наук, кристаллизовались, согласно (Hollister et al., 1987; Johnson, Rutherford, 1989; Johnson et al., 1994) при давлении 1,5-2,0 кбар, что соответствует глубинам порядка 6-7 км. Высокоглиноземистый амфибол (9-11% Al2O3) паргаситового ряда в дацитовых пемзах кальдеры Однобокой (О1-2) представляет собой неравновесную фазу. Ассоциация его с кальциевым плагиоклазом, а иногда и магнезиально-железистым авгитом предполагает кристаллизацию этого амфибола на более глубоких уровнях магматического очага. Согласно расчетам давление при кристаллизации высокоглиноземистой роговой обманки составляет 3,8-4,5 кбар, что соответствует глубинам 11-13 км.



Давление водяного пара, содержание H2O. По температуре совместной кристаллизации плагиоклаза и пироксена давление H2O в дацитовых и риодацитовых расплавах кальдер Однобокой и Академии Наук составило 0,5-1 кбар при температуре 900-980оС. Из РТ-диаграммы для системы гранит-вода (Рябчиков, 1975) этим условиям отвечает содержание воды в магме порядка 2 вес.%. Это означает, что исходные расплавы верхнекоровых магматических очагов были недосыщены в отношении Н2О. В процессе кристаллизации расплава концентрация флюида возрастала. Судя по преобладанию биотита в качестве темноцветного минерала в отложениях первого пирокластического потока кальдеры Половинка (П1), содержание воды в магме перед началом крупно объемного эксплозивного извержения в южной части Карымского вулканического центра достигло условий насыщения (порядка 7 вес.%) (Рябчиков, 1975; Holland, Blundy, 1994; Scailet, Evans, 1999), когда возможно выделение ее в виде свободной газовой фазы. В процессе формирования последующих кальдер (Однобокой и Академии Наук), содержащих среди вкрапленников амфибол, давление Н2О в расплаве на предэруптивном этапе было ниже предела насыщения.

Согласно экспериментальным данным роговая обманка появляется при содержании воды в расплаве более 4-5 вес.% (Scailet, Evans, 1999). В кислой пирокластике, отличающейся безводной ассоциацией минералов, концентрация воды в расплавах составляет порядка 2-3 вес.% (Hervig et al., 1989). Эти экспериментальные оценки совпадают с расчетами концентрации Н2О по программе TWATER (Gardner et al., 1995) по существующим составам краевых зон плагиоклаза и остаточных стекол и рассчитанным значениям температуры и общего давления.


©dereksiz.org 2016
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет