Файл: Осипов М.А. Контракция гранитоидов и эндогенное минералообразование.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 27.06.2024
Просмотров: 91
Скачиваний: 0
Исследуется термическая усадка гранитной магмы объемом 75 км
(тело |
идеализированной формы - параллелепипед со сторонами основания |
5 x 5 |
км и высотой 3 км). Интрузив застывает на глубине 2-5 км. На |
чальная температура вметающих пород верхней части массива согласно среднему геотермическому градиенту (1 на 30 м глубины; Дэли, 1920) равна 67 , нижней 167 , в среднем 120 . Она же является конечной температурой остывания интрузива. Начальная температура магмы при заполнении камеры интрузива 900 , при окончании кристаллизации 650
(ч. I , е ). Магма теплом перегрева не обладает (ч. 1, |
и, д ). Количест |
во кристаллов может колебаться в широких пределах - |
примерно от 5 до |
>75% объема расплава. Для расчетов нами взята усредненная величина
-25% объема магмы.
После заполнения камеры интрузива соотношение жидкой и твердой фаз в магме непрерывно меняется, причем эти количественные измене ния во времени точному учету не поддаются. Будем условно считать нарастание количества кристаллической фазы прямолинейным. Это можно представить еще так, что при 775 , т .е . в середине интервала перегре ва жидкой части магмы, 50% ее также кристаллизуется. Таким образом, условный интервал перегрева жидкой части магмы составит 125°. Сос тав глубинных кристаллов: 50% кварц и 50% плагиоклаз (АЬу 5АП25).
Состав гранита после кристаллизации: кварц 30% объема, плагиоклаз 30% ( АЬу 5^ 25)» калишпат 30%, темноцветные 10% (из них 50% роговой обманки и 50% мусковита). Вместо мусковита лучше было бы принять в расчет биотит. Но в справочной литературе термические изменения объема этого минерала найдены не были.
Влияние давления на расплав-породу не учитывается. По нашим пред ставлениям, оно подвержено значительным колебаниям в разные перио
ды существования интрузива |
|
(ч. |
I , ж; ч. |
II, |
гл. |
2 |
, |
в). |
|
|||||||
Общее |
изменение объема |
|
расплава-породы |
интрузива (V |
) сла |
|||||||||||
гается |
из: |
= V |
|
+Ѵ |
|
|
+ |
V |
|
|
|
|
|
|
447 |
|
V |
^ |
жидк |
крист |
тверд , |
|
|
|
|
|
(4) |
||||||
ѵ общ |
- |
|
|
|
|
расплава, |
|
V крист |
- при крис- |
|||||||
гдеѴ жидк |
уменьшение объема |
жидкого |
|
|||||||||||||
таллиэации, |
V тверд |
- |
при остывании в твердом |
состоянии, |
|
|||||||||||
О п р е д е л е н и е |
V |
|
При термическом |
сокращении объема жид |
||||||||||||
кой части магмы в принятом интервале перегрева новый объем ее бу дет равен:
Ѵ с о |
= ѴоПпо(1 - ßAt)= 56,25-1015смЗ(і . |
U O .lO 'lL . |
125° ) = |
|
'775° |
= |
900е |
град |
(5) |
|
|
55,26-1015см3т |
|
|
где V QQQ0 _ объем жидкой части магмы при начальной температуре, At - температурный интервал перегрева жидкой части магмы; ß - коэффициент объемного расширения расплава гранита. К сожалению, пос ледняя величина в доступных справочниках отсутствует. Для расплавов диабаза и диорита коэффициенты термического изменения объемов очень
близки. Можно полагать, что и для расплава гранита отклонение от |
|
|||
этих значений также невелико. |
Для расплава диорита коэффициент объем |
|||
ного расширения при 1250°С ß |
= 140 • 10 |
^ 1/град(Берч и др., 1949) |
* . |
|
Изменение объема жидкой части магмы |
(V |
) составит 56,25 • 10 15 |
||
см 3 - 55,26 *10 15 см3 = 0,99 . 1015 см3, или |
1,3% всего исходного |
|
||
объема интрузива. |
Поскольку |
масса |
расплава-породы при |
|
О п р е д е л е н и е Ѵ крист . |
|
|||
кристаллизации практически не меняется, а высоковязкие полимеризованные охлаждающиеся силикатные расплавы имеют квазикристалличес кое строение (т.е. предполагается, что изменение агрегатного состоя ния незначительно) и интервал кристаллизации сильно растянут, то для грубого подсчета можно воспользоваться соотношением
_Р1 = Ъ , |
объемы, |
|
|
Р2 |
^1 Г |
(6) |
|
гдеѴ| и Ѵ2 - |
соответствующие плотностям Pj и р2. Отсюда |
||
объем закристаллизовавшейся породы: |
|||
у - |
РіѴі _ |
Р жидк * |
ѵ жидк |
|
р2 |
р тверд |
|
|
|
|
|
Но плотности жидкого и только что закристаллизовавшегося гранита неизвестны. Они известны для диабаза и могут быть интерпретированы для диорита. Для диабаза плотности твердой породы при нормальных ус ловиях, при температуре, предшествующей расплавлению, и плотность жид кого расплава при 1200-1250°С относятся как 2,965:2,885: 2,662 г/см 3.
Для диорита то же соотношение - 2,839: р |
: 2,600 г/ см 3. |
диорит крист. |
|
Средний член в справочниках отсутствует. Учитывая близость коэффи циентов термического расширения всех изверженных пород, близость отношений первого и третьего приведенных значений для диабаза и дио
рита, можно принятьр |
диорит крист'.->-'2,789 г/см пропорционально зна- |
чению среднего члена |
в ряду плотностей диабаза. |
С учетом размеров, объема жидкой кристаллизующейся части интру-
дировавшей магмы |
3(75% начального объема) |
|
|
|
2,600 |
г/см |
г /• 56,25 ■ 10І5 см^ |
|
см 3. |
V = |
2,789 |
52,43- |
1015 |
|
|
|
см 3 |
крист = 56,25 • 101б см 3 - |
|
Изменение объема при кристаллизации: V |
||||
Все величины, относящиеся к термическому изменению объемов ми нералов и пород, а также плотностей, упоминаемые в данном разде ле, взяты из указанного издания.
28
-52,43 -10*® см^= 3,82 *10 |
|
см |
, или 6,70% |
кристаллиз овавшейся час |
||||||||||||
ти магмы, или 5,09% всего исходного объема интрузива. |
|
|
|
|
||||||||||||
Реальность полученной величины подтверждается близкими значения |
||||||||||||||||
ми уменьшения объема при кристаллизации других сложных силикатных |
|
|||||||||||||||
расплавов. Так, |
усадка при кристаллизации четырех шлаков состава (в %): |
|||||||||||||||
SiO |
2 |
36,3 - |
45,36; А1 0 |
3 |
3,02 |
- 15,04; СаО |
8,06 - 38,9; FeO |
+ Fe |
2 |
0 |
3 |
|||||
|
|
|
2 |
|
1,12 - |
12,52; S O |
- |
1,55 - |
|
|
|
|||||
0,27 -4 4 ,5 ; MnO |
0-0,26;MgO |
в среднем 4,83% |
||||||||||||||
первоначального объема расплава (Чернявский, |
1964). |
У шлака состава |
||||||||||||||
(в %): Si02 |
36,4; А12 0 3 |
|
15,6; |
CaO |
38,0;MgO |
|
7,35; |
FeO 0,37; |
MnO |
|
|
|||||
0,45;S |
1,02, |
соответственно, 6,94% (Тобольский, 1960), хотя в послед |
||||||||||||||
нем случае не была учтена пористость внутри отливки. |
|
|
|
|
||||||||||||
О п р е д е л е н и е Vтверд. |
Объемное уменьшение твердого вещества |
|
|
|||||||||||||
интрузива в процессе остывания после кристаллизации равно сумме тер |
|
|||||||||||||||
мических уменьшений объемов породообразующих минералов, в том чис ле происходящих в результате их полиморфных превращений. По условию 25% начального объема интрузива составляют глубинные кристаллы, ко торые претерпевают термические изменения в интервале 900-120 . Часть кристаллов, возникших в мапйе до момента окончания кристаллизации, составляющих 50% объема жидкости, сокращаются в интервале 775-120 .
Остальные |
минералы, образовавшиеся при полном затвердевании породы, |
|
'остывают и сокращаются в интервале 650-120 . |
||
С о к р а щ е н и е |
о б ъ е м а г л у б и н н ы х к р и с т а л л о в . Интервал |
|
900-650°. Объем |
кристаллической фазы 18,75 • 1 0 ^ см^. |
|
Кварц. |
Объем 9,375 • 10*5см^. При охлаждении в указанном интер |
|
вале температур кварц несколько увеличивается в объеме. Изменение
объема примерно 0,2%, |
или 0,02- |
* |
см^ |
, |
что составляет 0,027% |
на |
||
чального объема интрузива. |
10 3 |
^ |
|
|
|
|
|
|
jg |
. Д л я А Ь ^ А п |
23 |
(что близко |
|||||
Плагиоклаз. Объем |
9,375-10 |
см |
|
|||||
к принятому соотношению альбитовой и анортитовой составляющих) |
из |
|||||||
менение объема 0,59%, |
или 0,055 • I O ^ cm ^, |
или 0,073% начального объе |
||||||
ма интрузива.
Таким образом, в результате охлаждения объем интрузива за счет
глубинных кристаллов уменьшается на величину 0,055-Ю^ЗсмЗ |
|
- |
0,’02 |
• |
||||||||||||
10*3 |
см3 = |
0,035 |
• |
10^5 |
см3, или 0,046% исходного объема интрузива. |
|
||||||||||
С о к р а щ е н и е о б ъ е м а к р и с т а л л о в , в о з н и к ш и х до п о л н о г о |
||||||||||||||||
з а т в е р д е в а н и я |
|
р а с п л а в а |
(в |
интервале |
775-650 ). |
Объем |
|
кристал |
||||||||
лов 28,125-ІО15 см3. |
і5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Кварц. |
Объем |
|
14,06-10 |
см |
. В данном |
интервале |
температур |
|
||||||||
кварц также увеличивается в объеме на |
величину 0,086%, или |
0 |
, |
0 1 2 |
. |
|
||||||||||
-ІО^ЗсмЗ, или 0,016% исходного объема интрузива. |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Плагиоклаз. |
Объем 14,06• 10^3см3. |
Уменьшение объема 0,30%, |
|
|
||||||||||||
или 0,04• 10*3 см3, |
ипи о,053% |
исходного |
объема интрузива. |
|
|
|
|
|
||||||||
В сумме в результате охлаждения кристаллов, возникавших в период, предшествовавший полному затвердеванию расплава, объем интрузива
уменьшается на величину 0,04*1015см 3 - 0,012 - 1015см3 = 0,0281015см 3,
или 0,036% начального объема интрудировавшей магмы.
29
С о к о а щ е н и е о б ъ е м а м и н е р а л о в п о с л е з а т в е р д е в а н и я |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
~ |
|
|
|
|
Интервал |
650-120о. Общий объем |
|
всех |
кристаллов в |
этот |
|
|||||||||||||||||||||
и н т р у з и в а . |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
момент равен начальному объему интрудировавшей магмы за вычетом |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
объемов |
|
сокращения: |
1 |
) |
расплава |
при охлаждении |
в интервале перегре |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
ва, |
2 |
) расплава-породы |
|
при кристаллизации, |
3) |
глубинных вкрапленни |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
ков в интервале 900-650 , 4) кристаллов, |
возникавших в расплаве |
до |
3 |
- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
момента его полного затвердевания (интервал 775-650°), т .е . 75* Ш ^'см |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
- (0,9910 |
|
|
см |
3 |
+ 3 ,8 2 .1015см 3 + 0,03510 |
|
см |
3 |
|
+ 0,02810І5См3) = |
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
= 70,127- |
|
10 |
15 |
|
|
|
|
|
|
|
15 |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
см 3. |
|
|
|
|
10 |
|
см . Уменьшение объема в данном интер |
|
|
||||||||||||||||||||||||||
Кварц. Объем 21,04- |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
вале |
|
температур |
|
3,92%, или 0,8210^®см3, |
что |
составляет |
1,09% началь |
|
||||||||||||||||||||||||||||||
ного |
|
объема интрузива. |
|
|
|
|
|
|
^ |
см . |
Изменение |
объема примерно 1,00%, |
||||||||||||||||||||||||||
Плагиоклаз. |
Объем 21,04 |
|
• 10 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
или |
|
|
|
, |
|
|
- |
|
|
15 |
|
3 |
, или 0,28% |
исходного объема |
интрузива. |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
0 |
21 |
10 |
1Осм |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
Калиевый полевой шпат (согласно имеющимся таблицам, в расчет |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
принят ортоклаз). Объем 21,04- Ю ^ с м 3. |
Изменение |
объема примерно |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
1.17%, или 0,25-10 |
см 3, |
или 0,36% исходного |
объема интрузива. |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
Роговая |
|
обманка. |
Объем |
|
3,506 -10 15см 3. |
Изменение объема пример- |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
но |
1,50 |
|
|
или 0,052- |
10 |
15 |
|
3 |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
см |
|
|
, или 0,07% исходного объема интрузива. |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
Мусковит. Объем 3,50610^ см3. В справочниках даются лишь ли |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
нейные термические изменения размеров этого минерала. На основании |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
табличных данных по известным формулам: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(7) |
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
\ = )0( 1 * aAt). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
ß = За |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( 8; |
|
|
||||||
|
|
vt = V0( 1-ßAt) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
высчитаны средний приближенный коэффициент линейного термическо- |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
го |
изменения разноориентированных зерен |
|
мусковита а |
= |
15-10 |
“ 6 |
1/град, |
|||||||||||||||||||||||||||||||
коэффициент объемного |
|
|
изменения |
ß = |
45 • 10 ^ |
1 |
/град и новый объем |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
агрегата |
минерала при охлаждении от |
650 |
|
до 120° Vj. ~V |
° = 3,506. |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
,15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
120 |
|
|
|
|
|||||
■ 10 |
|
|
см |
|
(1 - |
45-10 |
|
1/град-530 ) = 3,422 -10iD см |
|
. В этих форму |
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
лах |
|
|
|
|
Q, |
|
|
|
|
соответственно |
|
длины и V |
. Vt |
|
|
- объемы |
вещества при на |
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
1 |
|
и конечной температурах температурного интервала At. |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
чальной |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Изменение объема мусковита 0,08410 |
|
см3, что |
составляет 0,11% |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
начального |
|
объема интрузива. |
|
|
|
^3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
сокращения породы в интерва |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
Уменьшение |
|
объема интрузива за счет |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
ле |
650 |
- |
|
120° |
будет равно |
|
1,09 + 0,28 + 0,36 + 0,07 |
2+ 0,11 = 1,91% ис |
|
|||||||||||||||||||||||||||||
ходного объема интрудировавшей магмы и примерно |
% объема уже |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
затвердевшего |
интрузива. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
30