Закономерности частичного плавления и кристаллизации кварц-полевошпатовых пород

Если исключить из рассмотрения цветные минералы, то усло­вия зарождения и кристаллизации кислых магм можно исследо­вать в рамках модельных систем кварц (Q)—ортоклаз (Оr)—альбит (Аb) и кварц—ортоклаз—альбит—анортит (An), содержащих то или иное количество воды. Как было показано О.Ф.Таттлом и Н.Л.Бо-уэном (1958 г.), составы гранитов и риолитов близки к самым низ­котемпературным эвтектоидньш расплавам в системе Q—Ог—Аb при давлениях, существующих в континентальной земной коре (рис. 7.1). Следовательно, кислые магмы могут быть получены ли­бо путем частичного плавления кварц-полевошпатовых пород, при­нимающих участие в строении земной коры, либо путем кристал­лизационной дифференциации более тугоплавких магм.

7.1.1. Температура эвтектоидных кислых магм

Нижний предел температуры плавления (кристаллизации) кис­лых магм соответствует температурному минимуму на котектичес-кой кривой K-Na Fsp + Q = L или температуре эвтектики Ab_ss + ⁺ Or_ss⁺ Q ⁼ L (см. рис. 4.10). В условиях атмосферного давления, когда расплав практически не содержит растворенной воды, эта температура равна 950 °С. С ростом давления температура плавле-

7. Магматические горные породы корового происхождения

Рис. 7.1. Нормативный минеральный состав гранитов (а), риолитов (б), гра­нитных пегматитов и аплитов (в) на ди­аграмме кварц (Q)—ортоклаз (Оr)-аль-бит (Аb), по Таттлу и Боуэну, 1958 г., Лату и др., 1964 г.

Изолинии соответствуют распространенно­сти кислых пород; 1 — котектические рас­плавы-минимумы, 2 — эвтектики, 3 — поле составов наиболее распространенных пег­матитов, 4 — составы наиболее распростра­ненных аплитов, 5 — составы наиболее рас­пространенных гранитов; цифры на чертеже в —- давление, кбар

ния (кристаллизации) в безводной кварц—полевошпатовой систе­ме увеличивается примерно на 10 °С/100 МПа.

В присутствии воды температура плавления (кристаллизации) понижается и достигает минимума при насыщении расплава водой. Содержание Н₂0 в насыщенном водой расплаве по мере роста дав­ления становится все больше, а температура плавления — все ниже. Другими словами, в Р- T координатах линии «сухого» или маловод­ного солидуса и ликвидуса имеют положительный наклон, а для со-лидуса и ликвидуса насыщенных водой расплавов характерен отри­цательный наклон (рис. 7.2). Чем выше давление, тем больше разница в температурах плавления «сухих» и насыщенных водой рас­плавов. Например, в системе Q-Or-Ab при Р= 500 МПа темпера­тура плавления около 1000 °С, а в условиях насыщения водой пер­вая жидкость появляется уже при 650 °С. Добавление фтора, бора, лития понижает температуру солидуса еще больше. Как показыва­ют эксперименты, водосодержащие кислые магмы, обогащенные

Часть III. Магматические горные породы (петрология)

этими химическими элемента­ми, могут оставаться в жидком состоянии до 600-500 °С.

Рис. 7.2. Линии солидуса в систе­ме кварц Q (кварц)-Оr (орто­клаз)— Аb (альбит) с разным со­держанием воды, по В. Иоханнесу и Ф. Хольтцу, 1991г. Цифры в верхней части чертежа — со­держания Н20, мас.%. Кривая в левой части чертежа — солидус расплава, на­сыщенного водой

Из соотношений, показан­
ных на рисунке 7.2, следует, что
в равновесных условиях насы­
щенные водой кислые магмы,
нагретые до Т< 950-900 °С за­
твердевают, не доходя до днев­
ной поверхности. Чем выше
концентрация воды в расплаве
и ниже температура, тем больше
глубина затвердевания. Таким
образом, относительно низко­
температурные кислые магмы,
содержащие воду, затвердевают
в виде интрузивных тел. Поверх­
ности Земли достигают лишь
«сухие» или маловодные распла­
вы, температура которых превы-
1 шает 950 °С. Преобладание ин-

трузивных фаций, характерное для природных магматических пород кислого состава, подтверждает эту зависимость.

Согласно оценкам, полученным разными способами, исходное содержание воды в крупных объемах природных кислых магм обыч­но не превышает 2-4 мас.%. При таких концентрациях Н₂0 отно­сительно низкотемпературные (<800 °С) магмы затвердевают в виде интрузивных тел, верх­ние кромки которых располо-

Рис. 7.3. Изменение доли жидкой фазы (% расплава), активности во­ды (aН₂0) и вязкости (η) при подъ­еме гранитной магмы, первона­чально содержавшей 4 мас.% Н₂0 и 50% жидкой фазы, по В. Иохан­несу и Ф. Хольтцу, 1991 г. Линии — солидус при разном содер­жании Н₂0, см. рис. 7.2

7. Магматические горные породы корового происхождения

жены на глубине 2-3 км, а более нагретые магмы поднимаются до меньших глубин и могут изливаться на поверхность. При адиабати­ческом подъеме не насыщенной водой магмы степень ее перегре­ва относительно температуры солидуса возрастает, и если в магме содержатся реликтовые или новообразованные твердые фазы, то они в ходе подъема могут испытывать прогрессивное плавление. На ри­сунке 7.3 показано, как меняется доля жидкой фазы в магматичес­кой суспензии, а также активность воды в гранитном расплаве и его вязкость при перемещении в область низкого давления. Траектории изменений рассчитаны, исходя из равновесных соотношений в си­стеме Q-Or-Ab-H₂0.