Л.В. Сазонова Петрография магматических и метаморфических пород Лекция 2

Л.В. Сазонова
Петрография магматических и
метаморфических пород
Лекция 2
1
Охлаждение и кристаллизация
магматических расплавов.
Общие представления о диаграммах
плавкости по принципу эвтектики и
твердых растворов.
Влияние флюидной фазы на
температуры ликвидуса и солидуса.
Первичная собственно магматическая
кристаллизация
2
Твердые растворы
Твёрдые растворы — это однородные твердые вещества,
в которых концентрации компонентов могут быть изменены
без нарушения однородности этого вещества.
Например, оливин, (Mg, Fe)2SiO4, - твердый раствор
железистого (Fe2SiO4, фаялит, Fa) и магнезиального (Mg2SiO4,
форстерит, Fo) оливинов. Фаялит и форстерит - конечные члены
твердого раствора оливина.
фаялит
Fe2SiO4
FeMgSiO4
форстерит
Mg2SiO4
Для представления оливина с составом MgFeSiO4 можно
использовать три набора компонентов:
компонентов
(1) Mg2+, Fe2+, Si4+, O2-;
(2) MgO, FeO, SiO2;
(3) Mg2SiO4, Fe2SiO4.
Но для того, чтобы охарактеризовать состав и особенности
твердого раствора обычно обходятся минимальным количеством
компонентов, т.е. набором (3) (Fo90 - в тв. р-ре оливина 90% Fo).
3
Довольно показательна кристаллизация
расплава, состоящего из двух компонентов.
В этом случае возможны два варианта
кристаллизации:
1) когда компоненты не способны
образовывать твердые растворы (т. е. при
их несмесимости в твердом состоянии) и
2) когда компоненты могут образовывать
непре-рывную серию твердых растворов.
4
Фазовые взаимоотношения в системе диопсид-анортит. Показано
понижение температуры эвтектики и изменение ее состава в
5
результате увеличения давления паров воды (по Йодеру, 1969).
Фазовая
диаграмма
кристалли
зации
плагиокла
зов
в
отсутстви
е
воды
(жирные
линии)
и
при
давлении
паров
воды 150 бар
(тонкие
линии)
(по
Боуэну
и
Йодеру).
6
Магматическая дифференциация или эволюция
магмы. Нельзя говорить, что каждая горная порода
образовалась из своей магмы
Попадая в новые термодинамические условия верхних
частей Земли, так называемая, материнская магма
изменяет свой состав. Этот процесс носит название
магматический дифференциации или эволюции магмы
или магматического фракционирования. При этом
исходная гомогенная масса дает фракции различного
состава – жидкие или кристаллические. Возникает ряд
или серия магматических пород, характеризующихся
систематическим химическим изменением, генетически
связанных процессами дифференциации.
7
Эволюционные процессы, запечатленные в ассоциации
горных пород, осуществляются по 5 главным механизмам:
1)
посредством
кристаллизации
(кристаллизационная дифференциация),
магмы
2)
при взаимодействии магмы с флюидами (флюидномагматическая - эманационная или трансмагматическая
дифференциация),
3)
в результате ликвации,
4)
в результате частичной или полной ассимиляции
твердых горных пород жидкой магмой,
5)
в результате смешения самостоятельных магм.
8
Кристаллизационная дифференциацция
9
Боуэном была установлена последовательность выделения
кристаллов из магм
10
Смещение
эвтектики в
двухкомпонен
тной системе
как функция
давления.
Если на глубине зарождается эвтектический расплав Е1, который поднимается к
поверхности и начинает кристаллизоваться на меньшей глубине, где фазовые
соотношения меняются, то из этого расплава начинают выделяться кристаллы В, а
остаточный расплав стремится к составу Е2. Если механически отделить эти кристаллы,
11
то жидкость Е2 и будет представлять дифференциат первичного расплава Е1
12
Типы
кумулятивных
структур: а –
ортокумулятивная,
б
–
мезокумулятивная,
в
–
адкумулятивная.
В процессе кристаллизационной дифференциации первичные магмы
разделяются на дифференциаты — остаточные расплавы и кумулаты —
скопления кристаллических фаз. Самым распространенным механизмом
формирования кумулатов является гравитационное осаждение ранних
кристаллических фаз (оливин, пироксен, хромовая шпинель) вблизи
подошвы магматических камер.
13
Расслоенные плутоны — принципиальная схема строения
(разрез): 1 — ультрамафиты, 2— габбро и нориты, 3 —
феррогаббро и ферродиориты;
14
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Некоторые докембрийские плутоны имеют очень крупные размеры.
Например, Бушвельдский лополит в Южной Африке (возраст 2 млрд лет)
достигает 400 км в поперечнике, а его объем составляет около 105 км3;
массив Стиллуотер в Скалистых горах на западе США (возраст 3.2 млрд
лет) прослежен на расстоянии более 50 км, его объем оце-нивается в 104
км3; верхняя треть массива размыта.
Великая дайка Зимбабве в Африке (возраст 2.5 млрд лет) протягивается на
530 км при ширине от 5—6 до 12 км;
дайка Биннеринджи в Западной Австралии имеет размеры 320 х 3 км, дайка
Джимберлана в том же регионе — 180 х 2.5 км.
Имеются и расслоенные плутоны меньших размеров.
Так, эоценовый массив Скергаард в Восточной Гренландии, который
является одним из наиболее изученных, обнажен на площади 60 км2.
Вертикальная протяженность крупных расслоенных плутонов измеряется
километрами.
Например, видимая мощность Бушвельдского лополита и массива
Стиллуотер составляет около 8 км,
массива Скергаард — 2.7 км.
Имеется множество мелких силлов мощностью в десятки—первые сотни
метров, в которых также видна внутренняя расслоенность.
15
Расслоенные плутоны —
изменение состава
минералов по вертикали:
О1 — оливин, Орх—
ортопироксен, Срх —
клинопироксен, Р1 —
плагиоклаз
Скрытая расслоенность выражается в закономерном
изменении состава одних и тех же минералов по
вертикали.
16
Флюидно-магматическая - эманационная или
трансмагматическая дифференциация
В магматической камере могут происходить крупномасштабные
диффузионные явления, которые также являются причиной
дифференциации. Такие явления могут происходить под
влиянием воды и других летучих компонентов.
17
10000
Сопоставление растворимости воды в
силикатных расплавах различного состава
(по Гамильтону и др.): 1 — базальт (1100°С);
2 — андезит (1100°С); 3 — гранитопегматит (695°С)
9000
зит
анде
6000
5000
4000
Во флюиды, равновесные с магмами, переходят
компоненты, избыточные по отношению к
эвтектическим составам, и, таким образом,
трансмагматические флюидные потоки
способствуют направленной эволюции
магматических расплавов. По мере этой эволюции в
ряду щелочноземельных пород возникают все более
кремнекислые расплавы, бедные магнием, кальцием,
железом: базальты — андезиты — дациты —
липариты. При этом усиливается сродство
(восприимчивость) силикатных расплавов по
отношению к флюидным компонентам. Об этом
можно судить по растворимости в них Н2O, которая
существенно возрастает в последовательности
указанного ряда пород
базал
ьт
Давление, бар
7000
Гра
нит
о-пе
гма
тит
8000
3000
2000
1000
0
5
10
15
Вес.% воды
20
18
Ликвация
19
Явление ликвации в
базальте. В
интерстициях
между крупными
зернами
плагиоклаза и
пироксена
располагаются
мелкие глобули
богатого железом
стекла в более
кремнекислом
стекле
20
Состав
несмешивающихся жидкостей в
толеитовом
базальте.
21
Ассимиляция.
Ассимиляция [assimilatio — уподобление] —процесс полного
усвоения и плавления постороннего материала (боковых п. и пр.) в
интрудировавшей магме, с образованием гибридной магмы
22
Частично
резорбированное
зерно кварца в
афанитовой
основной массе.
Неровные границы
зерна указывают на
его частичное
плавление в
расплаве.
23
Смешение
Процесс образования гибридных магматических пород за счет
смешения двух или нескольких магм различного состава
24
25
Результат
механического
смешения
риолитовой (белое) и базальтовой магм.
(минглинг)
26
Магматическое замещение
27