Вторичные включения
Вторичными называются включения, которые образуются в течение какого-либо процесса, имевшего место после того, как кристаллизация минерала-хозяина была по существу завершена. Так, например, если кристалл растрескивается в присутствии флюида, в котором он имеет ограниченную растворимость, то флюид будет проникать в трещины и начинать растворять и перекристаллизовывать там вещество кристалла-хозяина.
Уилкинс и Баркас (1978) разделили ВК на два типа. К первому типу они отнесли включения, образующиеся в результате хрупкой деформации, а ко второму, возникшие в результате пластической деформации. Последний тип включений связан с пластинками деформаций и полосами скольжения, а также с новообразованными элементами, такими, как границы субзерен и деформационных полос. Одновременная или последующая кристаллизация пластически деформированного материала может уничтожить все ранее образованные включения.
Далее мы будем говорить лишь о ВК, образованных при хрупких деформациях. Хотя определенные образцы (особенно лунные базальты и некоторые кристаллы, свободно растущие в пустотах) содержат главным образом ПВ, подавляющая часть включений в большинстве образцов является вторичными. Из этого следует, что самым целесообразным считается такой подход, когда включение считают вторичным до тех пор, пока не будет доказано его первичное происхождение.
С помощью вторичных включений можно многое узнать о последовательности развития процессов минералообразования, хотя обычно при этом требуется гораздо больше наблюдений, чем в том случае, если бы присутствовали ПВ, образовавшиеся в ходе этих процессов.
Экссолюционные включения
Уилкинс в 1978 г. выделил новый тип включений, под названием экссолюционные, которые не вписываются ни в одну из трех категорий, классифицирующих включения по их генезису, т.к. они образуются в результате внутренних изохимических процессов, происходящих в кристаллах. Следует отметить основное различие между флюидами в экссолюционных включениях и во включениях, образовавшихся путем захвата обычной интергранулярной флюидной фазы в метаморфических породах. Последние вероятно, достигали равновесия с присутствующей минеральной ассоциацией, в то время как первые находились в равновесии только с вмещающим их кварцем, из которых они выделились.
Классификация включений в метамофических породах – trail terminology
Исследование эндербитовых гранулитов Бамбла в Норвегии (Van den Kerkhof et al., 1994) показало, что углеродистые флюидные включения в образцах кварца взятых всего в нескольких метрах друг от друга в казалось бы однородных породах, имели весьма различные плотности. Эти флюидные включения подверглись различным интенсивностям переуравновешивания, которые контролировались локальными условиями деформации. В этих породах, только одно флюидное включений из случайно отобранных 800 включений, по-видимому было захвачено в условиях гранулитовой фации, в то время как другие включения были изменены в течение последующих стадий подъема и ретроградного метаморфизма.
В массивных породах, флюидные включения можно в основном разделить на (а) изолированные флюидные включения, (б) включения в группах и (в) включения в линиях, по существу представляющие залеченные микротрещины. Линии можно классифицировать согласно терминологии, предложенной Simmons & Richter (1976) и Kranz (1983) (Рис. 6).
(а) Трансзерновые включения образуются в залеченных микротрещинах, пересекающих границы зерен (Рис. 6а).
(б) Межзерновые включения, декорирующие границы зерен, могут возникать посредством двух процессов: (1) залечиванием трещин на границах зерен и (2) сбором флюида в ходе миграции границ зерен. Эти структуры весьма обычны в породах, подвергшихся интенсивной динамической перекристаллизации (Рис. 6а статья).
(в) При рассмотрении флюидных включений в текстурно-структурных взаимоотношениях с различными минеральными фазами, можно прменять термины «межфазовые» для флюидных включений, образовавшихся вдоль границы фаз и «трансфазовые» для флюидных включений в линиях, пересекающих различные минеральные фазы (Рис. 6а).
(г) Внутризерновые включения находятся в пределах одного зерна и не пересекают границы зерен. Их можно проинтерпретировать, как результат захвата флюида вдоль предпочтительного кристаллографического направления. Эти поверхности могут быть плоскостями спайности, деформационными ламеллями, полосами деформации, субзерновыми границами или двойниковыми швами (Рис. 6б).
Пересечение линий различных флюидных включений дает начало ряду особенностей, которые можно использовать для выявления хронологии флюида (Touret, 1981).
Фазовые изменения: дочерние фазы
Боль-во включений в настоящее время отличаются от того состояния, в каком они были при своем образовании, т.к. в них возникли новые фазы.
Изменения в фазовых ассоциациях особенно важны для получения PTX-данных для флюида из которого происходит рост кристалла. Обычно во время захвата включения состоят из одного гомогенного флюида, но при комнатной температуре они становятся многофазными. Все новые фазы, образующиеся (обычно изохимически) во включении, называются дочерними фазами, а если они кристаллические, - дочерними кристаллами.
Кристаллизация на стенках включений и растворение стенок включений. Кристаллизация на стенках включений обычно незаметна, а часто просто игнорируется, однако она приводит к образованию одного повсеместно присутствующего “дочернего” минерала - самого минерала-хозяина. Растворимость боль-ва твердых веществ увеличивается с ростом температуры. Поэтому следует ожидать, что при естественном охлаждении флюидного включения, захваченного при повышенной температуре, должна иметь место кристаллизация минерала-хозяина, т.к. флюид во время захвата был, конечно, насыщен в отношение его. Обычно эта кристаллизация происходит премущественно на стенках включений, а не в виде самостоятельных кристаллов.
Многие включения не проявляют признаков растворения стенок при нагревании. Для того, чтобы произошли видимые изменения во включениях необходимо растворение весьма значительного кол-ва в-ва. Так, например, если водное включение кубической формы с размером ребра 20 мкм в минерале плотностью 3 г/см3 за счет растворения стенок при нагревании увеличится настолько, что длина ребра станет всего лишь 21 мкм (т.е. на величину, которую легко не заметить), то объем включения увеличиться на 15,8%, а его раствор будет содержать по массе 32% вещества минерала-хозяина.
Существенное растворение стенок включений при нагревании гораздо более часто наблюдается у включений силикатного расплава, так как в ходе их образования на стенках могут осаждаться относительно большие количества вещества минерала-хозяина. В некоторых образцах присутствие осажденного материала может быть обнаружено путем тщательного исследования стенок включений в местах их контакта с дочерними фазами. Если дочерние фазы кажутся как бы заключенными в стенки включений, то наиболее приемлемая интерпретация этого явления заключается в том, что они начали зарождаться на стенках, когда включение было крупнее, а затем были окружены родственным вещество в ходе его последующего отложения на стенках.
Сжимаемость (образование газового пузырька) и несмесимость. Наиболее характерной особенностью большинства ФВ является присутствие в них парового или газового пузырька, который (в жидких включениях) может передвигаться под влиянием силы тяжести или термического градиента, а если его размеры достаточно малы (обычно менее нескольких мкм), то пузырек может находиться в постоянном движении. Большинство включений представляет собой двухфазовую систему. Эти две фазы мы наблюдаем только потому, что изучаем их при более низких температурах, чем те, при которых они были захвачены. Поскольку объемный коэффициент термического расширения большинства флюидов, исключая силикатные расплавы, на два-три порядка выше, чем у большинства минералов, то при остывании от Т захвата до комнатной Т полости включений сжимаются в гораздо меньше, чем флюид. Когда давление во включениях при данной Т опускается ниже давления насыщенного пара находящегося в них флюида, флюид распадается на две фазы. Если захватывается водный раствор, содержащий нелетучие компоненты, то газовый пузырек может представлять собой пар, имеющий очень низкое давление, а в случае захвата силикатного расплава, лишенного летучих компонентов, в пузырьке может возникать состояние близкое к вакууму. Любой присутствующий летучий компонент (например, Н2О, СО2, СН4) обычно будет входить в существенных количествах в состав газового пузырька и может превращать его в плотный флюид. Однако независимо от того какой плотностью будет обладать пузырек - низкой или высокой, - он является истинной несмешивающейся дочерней фазой и должен рассматриваться в качестве таковой.
Явление несмесимости (гетерогенизации) в системе жидкость-газ. Если самостоятельная, обогащенная углекислотой паровая фаза обладает достаточной плотностью, то при остывании она также может разделяться на два флюида, представляющие собой жидкую и газообразную углекислоту, приводя т.о., к образованию трехфазных включений. Обычно такое разделение происходит при Т ниже критической точки для чистой углекислоты (31оС), т.к. общая плотность включения обычно отличается от критической, а наиболее распространенные примесные газы, такие как N2 или CH4, снижают критическую температуру.
Дочерние минералы. Захваченные во включения первоначально гомогенные флюиды в ходе остывания обычно становятся насыщенными в отношение новых флюидных фаз. Гораздо реже они оказываются насыщенными в отношении твердых фаз, не представляющих собой вещество стенок включений, и образуют во включениях новые кристаллы, называемые дочерними минералами или кристаллами. Если не рассматривать вопросы кинетики, то при нагревании в лабораторных условиях истинные дочерние минералы должны снова растворяться во флюиде, и Т, при которой твердая фаза окончательно расплавится, позволяет получать ценные, хотя отчасти ограниченные, представления о составе первоначального флюида. Наиболее обычные дочерние минералы: галит, но могут быть оксиды, силикаты, сульфаты, карбонаты, сульфиды.
Водные включения. Боль-во водных включений, со сравнительно растворимыми дочерними минералами, такими как галит, содержат только единичный кристалл каждой дочерней фазы, что является результатом сочетания двух факторов 1) большинство геологических образцов остывало от Т захвата до Т земной поверхности очень медленно, это способствовало возникновению единичного зародыша при очень низкой степени пересыщения даже в очень мелких ФВ, 2) даже если образовывалось и росло несколько зародышей данной фазы, то очень небольшие расстояния, существующие во включениях, и присутствие действенного растворителя (раствора) давали возможность более крупному кристаллу “поедать” мелкие в течение геологического времени в результате незначительного, но существенного различия в величинах их поверхностной энергии. Крупные дочерние кристаллы могут сами содержать ФВ, дающие определенную информацию об условиях их кристаллизации в ходе остывания кристалла-хозяина. Критерием для отнесения кристалла, находящегося во включении, к дочерней фазе должно быть наличие одинаковых фазовых соотношений в тех включениях, которые содержат эти кристаллы..
Включения силикатного расплава. Распространение дочерних минералов во включениях силикатного расплава характеризуется гораздо большей неустойчивостью, чем в водных включениях, и если они присутствуют, то обычно представлены несколькими кристаллами. Зародыши дочерних кристаллов, возникшие ранее, могут образовывать гораздо более крупные индивиды, чем те, которые зародились позднее в других включениях, захваченных одновременно.
Одним из лучших путей выяснения генезиса дочерних минералов, является изучение их поведения при нагревании. Если в ходе нагревания они растворяются, а при охлаждении кристаллизуются вновь, то могут обоснованно считаться дочерними фазами. Включения силикатного расплава представляют собой стекло, в котором находится пузырек сжатия и тысячи мельчайших разбросанных по всей полости включения кристаллитов, представленных одной или большим числом фаз (стр 23. Атлас). Такие кристаллиты почти определенно являются дочерними кристаллами, возникшими в результате кристаллизации из расплава.
Важным различием между включениями силикатного расплава и водными включениями, является обычное нахождение дочерних фаз включений силикатного расплава в виде минеральных фаз вмещающих пород. В отличие от флюида водных включений флюиды расплавных включений могут в значительной степени иметь такой же состав, как и вмещающие их породы. Следует ожидать, что любая фаза, которая образует дочерние кристаллы в расплавных включениях, может также находиться в виде твердой фазы в породах, т.к. ее присутствие во включениях означает, что флюиды были насыщены в отношении ее. Т.о., дочерние фазы во включениях силикатного расплава обычно присутствуют среди других фаз в породах, вмещающих минерал-хозяин.
Отсутствие фазовых изменений: метастабильность. Метастабильность (которая обычно оценивается в значениях температур) наиболее часто проявляется в виде образования зародышей газовых пузырьков и дочерних минералов при охлаждении включений, которые до этого были гомогенными (Рисунок из Севиных фотографий с метастабильностью). Иногда замораживание и последующее протаивание включения вызывает образование небольшого пузырька, который давно уже в нем должен был находиться. Но при использовании такого приема пузырек может образовываться в результате остаточной деформации включения, а не вследствие истинного возникновения зародыша.