Часть III. Магматические горные породы (петрология)

Поскольку кристаллизационная дифференциация является не­избежным процессом, сопровождающим подъем к поверхности Земли основных и ультраосновных расплавов, на малых глубинах наиболее распространены продукты затвердевания не первичных мантийных магм, а их дифференциатов, которые образуются на относительно небольшой глубине. К таким дифференциатам отно­сятся, например, толеитовые базальты с низким содержанием маг­ния, в том числе кварцевые толеиты, широко развитые среди трап­пов и других континентальных магматических ассоциаций (см. табл. 6.2). Базальты океанического дна, которые представлены оливиновыми толеитами, содержащими около 8 мас.% MgO (см. табл. 6.2), также ипытали заметное фракционирование оли­вина и других минералов, что привело к отклонению первичного со­става расплава, который был более магнезиальным.

Толеитовые базальты, занимающие большие объемы на суше и морском дне, весьма однообразны по химическому и минерально­му составам, что обусловлено не столько однородностью мантийно­го источника и условий зарождения первичных магм, сколько суще­ствованием своеобразного фильтра в виде системы промежуточных камер-отстойников, пройдя через который расплавы приобретают состав, отвечающий равновесию кристаллы—жидкость при низком давлении. При этом ранние относительно тугоплавкие и тяжелые кристаллические фазы скапливаются в придонных частях промежу­точных камер, а более легкоплавкие и менее плотные остаточные расплавы перемещаются вверх и достигают дневной поверхности. Такая модель подтверждается отсутствием глубинных включений мантийного происхождения в низкомагнезиальных толеитовых ба­зальтах. Подобные включения содержатся только в более богатых магнезией щелочных оливиновых базальтах и других недосыщен-ных кремнеземом породах, близких по составу к первичным магмам.

Составы пород, образующих серии дифференциатов, располо­жены вдоль котектических линий, которым соответствуют термаль­ные «долины» на поверхности ликвидуса. Долины разделены тер­мальными барьерами («водоразделами»), которые препятствуют переходу от одного тренда дифференциации к другому. В условиях низкого давления таким барьером служит, например, плоскость 0l-Срх-Рl в базальтовом тетраэдре Ne-0l-Cpx-Q, которая разде­ляет объемы насыщенных и не насыщенных кремнеземом бази-тов. При дифференциации первичных магм, насыщенных крем­неземом, составы остаточных расплавов смещаются в сторону

470

6. Магматические породы мантийного происхождения

риолита, а при дифференциации недосыщенных кремнеземом магм — в сторону фонолита. Очень небольшие различия в составе первичных магм вблизи термального барьера могут привести к по-| явлению существенно разных дифференциатов.

6.2.2. Методы исследования кристаллизационной дифференциации

Состав первичных магм близок к котектикам высокого давле­ния, а в ходе кристаллизационной дифференциации, протекаю­щей на малых глубинах, состав остаточной жидкости стремится к котектикам низкого давления. Сравнивая пропорции норматив­ных минералов, содержащихся в базальтах, габбро и других мантий­ных породах, с котектиками в модельных системах, можно оце­нить примерйую глубину обособления дифференциатов. Если, например, состав базальта близок к котектике 0l—Срх— Рl при ма­лом давлении, то эта порода может быть отнесена к дифференциа-там, а если состав пикрита близок к котектике высокого давления, то он может рассматриваться как первичный.

Разработан математический аппарат, описывающий измене­ние состава жидкой фазы в ходе кристаллизационной дифференци­ации, протекающей при тех или иных начальных и граничных ус­ловиях. Например, если расплав остается в равновесии с кристаллами (порционное плавление), то поведение химических элементов в сериях дифференциатов подчиняется закону распреде­ления Рэлея: C_i=C₀*F^kD-1

где C_i — концентрация химического элемента в остаточном рас­плаве; С₀ — исходная концентрация этого элемента в первичной магме; F— доля жидкой фазы на данной стадии кристаллизации; K_D — коэффициент распределения химического элемента между кристаллом и жидкостью, т.е. отношение концентраций этого эле­мента в твердой фазе и расплаве. Пользуясь уравнением Рэлея и его модификациями, учитывающими условия отделения твердых фаз от магмы, можно рассчитать геохимические модели кристаллизацион­ной дифференциации и сравнить полученные результаты с соста­вами реальных магматических пород.

Коэффициент распределения K_D = С_тв/С_жидк в общем случае является переменной величиной, которая изменяется как функ­ция температуры, давления и состава расплава. Если эта зависимость

471