Тройная система с перитектикой

Примером тройной системы с перитектикой может служить си­стема Mg₂Si0₄ (форстерит)—CaAl₂Si₂O₈ (анортит)—Si0₂ (тридимит, кристобалит) при атмосферном давлении. Проекции поверхности ликвидуса этой системы показаны на рисунке 4.12. Поля первичной кристаллизации тех или иных фаз разделены как котектическими, так и перитектическими линиями. Первые обозначены одной стрел­кой, а вторые -двумя. Направление стрелок указывает изменение составов расплава при понижении температуры. Особейностью данной системы является то, что состав одной из ликвидусных фаз, а именно шпинели, не может быть представлен как смесь выбран­ных химических компонентов, помещенных в углах треугольника. Это показывает, что на самом деле система является не тройной, а четверной (MgO-CaO-Al₂0₃-Si0₂). Фазовые соотношения в по­добных псевдосистемах можно наглядно показать графически, но строгий геометрический анализ этих соотношений невозможен, и такие системы не подчиняются правилу фаз.

Последовательность кристаллизации в рассматриваемой систе­ме зависит от того, в каком из малых треугольников: Fo—En—An или En-An-Cr находится исходный состав расплава. Если расплав от­носится к первому треугольнику (точка A на рис. 4.12, б), то первым из расплава выделяется форстерит. По мере кристаллизации фор­стерита состав расплава изменяется вдоль пунктирной линии АI_], которая является продолжением прямой, соединяющей точку А с вершиной форстерита. Когда расплав достигает состава I_], он вступает в перитектическую реакцию с ранее выделившимся фор­стеритом с образованием энстатита. При дальнейшем понижении температуры до 1260 °С расплав достигает точки Р, в которой кро­ме энстатита появляется анортит. Пропорция между Fo и En в точ-

Часть III. Магматические горные породы (петрология)

ке Р можно определить по правилу рычага, продолжив линию РА до нижней стороны треугольника (точка 5). Кристаллизация минеральной ассоциа­ции Fo + En + An из расплава Р смещает ва­ловый состав твердых фаз Sp в сторону А, и когда состав А будет достигнут, вся жид­кость окажется израс­ходованной. Таким об­разом, в данном случае последовательность кристаллизации тако­ва: Fo →Fo + En →Fo + En + An.

Рис. 4.12. Проекция поверхности ликвидуса си­стемы CaAl2Si208 (aнортит)-Mg2Si04 (форсте-pит)-Si02 (минералы кремнезема) при атмосфер­ном давлении а — изотермы поверхности ликвидуса, б — последова-телльность кристаллизации в системе, по А. Филпотт-су, 1990 Паяснения см. в тексте

Если исходный расплав находится в треугольнике En— An—Сг (точка В на рис. 4.12, б), то его кристал­лизация также начина­ется с выделения фор­стерита. В точке 1₂ начинается перитек-тическая реакция, ко­торая приводит к обра-зованию энстатита. В точке 1₃ весь оливин прореагирует без ос-- татка. Положение этой -точки определяется пересечением прямой ЕпВ1₃ с перитектичес-кой линией. После ис­чезновения форстери-

4. Охлаждение и затвердевание магматических расплавов

та состав расплава уходит с перитектической линии и изменяется
вдоль пунктирной прямой 1₃1₄ (продолжение прямой ЕпВ1₃). В это
время из расплава выделяется энстатит. В точке 1₄ к нему присое­
диняется анортит. Кристаллизация заканчивается в эвтектичес­
кой точке Е, в которой при Т= 1222 °С расплав превращается
в смесь кристаллов энстатита, анортита и тридимита (фаза Si0₂, ус-
тойчивая при низком давлении в интервале температур
870-1470 °С). Таким образом, общая последовательность крис­
таллизации такова: Fo → Fo + En → En → En + An →En + An + Tr.
Ранний форстерит полностью расходуется на перитектическую
реакцию с остаточным расплавом и не присутствует в поздней ми­
неральной ассоциации.

4.3.9. Общие выводы

Рассмотренные примеры показывают, что при эвтектической или котектической кристаллизации магм в изобарических услови­ях (при постоянном давлении) по мере охлаждения в равновесие с жидкостью приходит все большее количество твердых фаз. Послед­няя порция расплава имеет эвтектический или котектический со­став, и из этого расплава выделяется максимальное число минера­лов. При частичном плавлении такой расплав появляется первым, а дальнейшее нагревание приводит к переходу в жидкую фазу все большего числа кристаллов до тех пор, пока исходная порода не рас­плавится полностью.

Равновесная последовательность изобарической эвтектичес­кой или котектической кристаллизации минералов А, В, С, D... сводится к ряду: А→А + В→ А + В + С→ А + В + С + D... Посколь­ку по мере снижения температуры из расплава выделяется все боль­шее число кристаллических фаз, при изучении магматических по­род под микроскопом следует обращать внимание не только на те структурные соотношения, которые свидетельствуют о разновре­менном образовании минералов, но и на признаки их возможной одновременной кристаллизации, которая является обычным и ши­роко распространенным природным процессом.

Отклонения реально наблюдаемой последовательности выделе­ния минералов от приведенной выше схемы могут быть связаны с разными причинами. Главными из них являются: 1) перитектиче-ские реакции между минералом и расплавом; 2) затвердевание в ме-тастабильных условиях, когда те или иные минералы кристаллизу-

Часть III. Магматические горные породы (петрология)

Рис. 4.13. Смещение котекгики в системе CaMgSi₂0₆ (диоп-сид)-CaAl₂Si₂O₈ (анортит)— NaAlSi₃0₈ (альбит) при изме­нении давления Пояснения см. в тексте

ются вне полей их равновесной устойчивости; 3) кристаллизация при неодинаковом давлении.

На последний фактор следует обратить особое внимание. Час­то образование кристаллического агрегата магматической горной породы является результатом полибарической кристаллизации, ко­торая начинается на глубине, а завершается на дневной поверхно­сти или вблизи нее. Снижение давления приводит к смещению фа­зовых равновесий, что может изменить последовательность выделения минералов. Так, с ростом давления плагиоклаз-клино-пироксеновая котектика обогащается плагиоклазом (рис- 4.13). Из расплава А на большой глубине первым выделится диопсид, а в области низкого давления — плагиоклаз. Если кристаллизация расплава А начинается на глубине и продолжается в области низко­го давления, то минералы будут выделяться в последовательности: Di → PI → PI + Di, отличной от той, которая характерна для изоба­рической котектической кристаллизации (Di → Di + PI).

 

Рис. 4.14. Изменение состава ко-тектических расплавов-миниму­мов (кресты) и эвтектик (кружки) в системе Si0₂ (кварц)- KAlSi₃0₈ (opтоклаз)-NaAlSi₃0₈ (аль­бит)—Н₂0 (вода) как функция дав­ления, по В.К. Лагу и др., 1964 г.

_____________ 4. Охлаждение и затвердевание магматических расплавов ___________

В системе Q—Or—Ab увеличение давления смещает состав тем­пературного минимума на котектической кривой и состав эвтектик в сторону обогащения альбитом (рис. 4.14). Поэтому кристаллиза­ция одного и того же расплава может начаться с кварца на большой глубине или с полевого шпата на малой глубине.

Дополнительная литература

КоксК.Г., БеллДж.Д., Панкхерст Р.Дж, Интерпретация изверженных горных пород. М.: Недра, 1982.

ТеркотД., Шуберт Дж. Геодинамика. Ч. 1,2. М.: Мир, 1985.

Шинкарев Н.Ф., Иванников В. В. Физико-химическая петрология из­верженных пород. Л.: Недра, 1983.

Элерс Э. Интерпретация фазовых диаграмм в геологии. М.: Мир, 1975.

PhilpottsA.R. Principles of igneous and metamorphic petrology. Englewood Cliffs: Prentice Hall, 1990.