Распределение Fe2+/Mg отношения в системе расплав - шпинель - оливин (стр. 2 из 7)

Полученные результаты.

Рис. 1

Для исследования поведения Fe²⁺/Mg в системе расплав (m) - шпинель (SP) - оливин (OL) был использован массив, сформированный из 92 точек. Выбраковано было 10 точек (по 5 для каждой из зависимостей: расплав - оливин и расплав - шпинель). Для дальнейших расчетов было использовано 82 точки, с диапазоном Fe²⁺/Mg отношений для расплава: 0,14-2,02. Были получены следующие результаты:

расплав-шпинель

[Fe²⁺/Mg]_m = 0,64 [(Fe²⁺- Ti ) / Mg ]_sp + 0,13; R - 0,97;

- 0,078; - 0,104.

Графически зависимость представлена на рис.1.

расплав-оливин

[Fe²⁺/Mg]_m = 2,71 ^. [Fe² / Mg]_ol + 0,05; R - 0,98;

- 0,73; - 0,096.

Графически зависимость представлена на рис.1.

Обычно для системы расплав-оливин распределение Fe²⁺/Mg представляют в таком виде:

К_D = [Fe²⁺/Mg]_ol / [Fe²/Mg]_m K_D среднее - 0,3508;

- 0,045; - 0,056;

Рис. 2

интервал значений К_D: 0,26-0,5. K_D [Fe²/Mg] имеет одно и то же численное значение для молекулярных и атомных количеств содержаний элементов.

Численные значения коэффициента К_D пропорциональны содержаниям ряда элементов в расплаве: К_D-Si (R-0,8); K_D-Na (R-0,72); K_D-K(R-0,64). Связь между температурой и К_D имеет значение R=0,38. Невысокое (R-0,4) значение коэффициента корреляции имеет и связь отношения [Fe²⁺/Mg]_sp/[Fe²⁺/Mg]_m c температурой. Расчет [Fe²/Mg]_m по оливину может быть представлен и в такой форме:

[Fe²⁺/Mg]_m = {[Fe²⁺/Mg]_ol / 0,35}^.0,95 + 0,05; R-0,98;

-0,073; - 0,095.

Графически зависимость представлена на рис. 2.

Оливин - шпинель в расплаве.

Рис. 3

[Fe²⁺/Mg]_ol = 0,23 [(Fe²⁺- Ti) / Mg]_sp+ 0,04; R-0,96;

-0,036; d -0,048.

Графически зависимость представлена на рис.3

Шпинель - оливин в расплаве.

[(Fe²⁺-Ti) / Mg]_sp= 4,06 ^. [Fe²⁺ /Mg]_ol-0,08; R-0,96;

-0,147; -0,199.

Графически зависимость представлена на рис. 4.

Рис. 4

Зависимость [(Fe²⁺- Ti) / Mg]_sp / [Fe²⁺/ Mg]_ol ( и наоборот) - Т (температура) имеет R-0,52 (интервал температур: 1100-1500^oС). Полученные результаты, на достаточно большой по объему (82 точки) выборке, демонстрируют хорошую корреляцию (R-0,96) Fe²/Mg отношений в OL-SP (или SP-OL) ассоциациях, находящихся в равновесии с расплавом при атмосферном давлении.

Каждая из зависимостей (m-SP; m-OL) может быть представлена в более точном виде, полученными по более объемным выборкам с учетом Р и Т. Это дает уточненные зависимости в распределении Fe²⁺/Mg для ассоциации OL-SP (или SP-OL) сосуществующих с расплавом.

Расплав (m) - шпинель (SP). Используются два варианта уравнения: "равновесное" - 126 точек (1); "неравновесное" - 208 точек (2) [55]. Для разделения на "равновесные" и "неравновесные" составы фаз были использованы следующие характеристики условий опытов при атмосферном давлении: температура и продолжительность эксперимента [2].

[Fe²⁺/Mg]_m = 0,75 [(Fe²⁺- Ti) / Mg]_sp+ 0,04 R - 0,98;

-0,034; - 0,044. (1)

[Fe²⁺/Mg]_m = 0,65 [(Fe²⁺- Ti) / Mg]_sp+ 0,1 R - 0,98;

-0,05; - 0,065. (2)

Различия в коэффициентах уравнений (1) и (2) связаны с влиянием железистости расплава и "неравновесности" на вхождение Fe²⁺ и Ti в шпинель при ее кристаллизации [55]. В интервале значений 1 атм. - 1,5 ГПа влияние давления незаметно [55]. Для распределения [(Fe²⁺- Ti) / Mg]_sp / [Fe²⁺/Mg]_m ~ T ^oC в интервале 1100-1500^oC R= 0,2 , что свидетельствует о практическом отсутствии зависимости этого отношения от температуры [55].

Расплав-оливин. По результатам обработки имеющейся в нашем распоряжении выборки (82 точки, P=1 атм), можно утверждать следующее: [Fe²⁺/Mg]_ol / [Fe²/Mg]_m отношение (К_D) лежит в интервале значений: 0,26-0,5; среднее: 0,35;

-0,045; -0,056. Зависимость этого К_D от температуры практически отсутствует (R-0,38). Вместе с тем существуют достаточно сильные корреляционные связи этого отношения с рядом элементов в расплаве: Si-К_D (0,8); Na-К_D (0,7); K- К_D (0,6).

Относительно истинного значения К_D и его зависимости от состава расплава, Т, Р пока единого мнения нет. В работах [78,89,96] приводятся значения К_D: 0,3-0,33 + 0,03. Значения К_D слабо зависят от температуры и давления. По данным [81,95], значения К_D лежат в интервале 0,25-0,38, и зависят от концентрации SiO₂ в расплаве и давления. Зависимость К_D от давления (до значений Р ~ З ГПа) можно практически не учитывать [95]. По данным [101] в интервале давлений 10⁵ ПА до 1,5 ГПа значение К_D увеличивается на 0,03 относительно 0,3 (при 10⁵ ПА), т.е. находится в пределах ошибки.

На основании приведенных выше данных можно утверждать, что в системе основной (ультраосновной) расплав - шпинель - оливин распределение Fe²⁺/Mg между этими фазами практически не зависит от температуры и давления до 1,5 ГПа. Зная закон распределения Fe²⁺/Mg отношения для OL-SP (SP-OL) ассоциации, находящейся в равновесии с расплавом, можно различать эту ассоциацию магматического генезиса от метаморфического.

Более точные значения коэффициентов в уравнениях, связывающих Fe²⁺/Mg в OL-SP (SP-OL) парах, кристаллизовавшихся из магматического расплава, можно получить, объединив приведенные выше результаты. Для оливина использованы два значения К_D: 0,3 и 0,33, т.к. нормирование по SiO₂ пока не проведено. Для шпинелей используются уравнения (1) и (2), "неравновесное" уравнение (2) целесообразно использовать для случая предполагаемых высокожелезистых расплавов с Fe²⁺/Mg > 1,4. В итоге, для каждого из случаев и OL-SP (расчет состава оливина по шпинели) и SP-OL (расчет состава шпинели по оливину) получено по 4 представленных ниже уравнения:

OL-SP

[Fe2+/Mg]ol = 0,25.[(Fe2-Ti)/Mg]sp+ 0,01 [Fe2+/Mg]ol = 0,23.[(Fe2-Ti)/Mg]sp+ 0,01

KD-0,3 "равновесные" (3) КD -0,33 (4)

[Fe2+/Mg]ol = 0,22.[(Fe2-Ti)/Mg]sp+ 0,03 [Fe2+/Mg]ol = 0,2.[(Fe2-Ti)/Mg]sp+ 0,03

КD -0,3 "неравновесные" (5) КD -0,33 (6)

< 0,036;

< 0,048

SP-OL

[(Fe2-Ti)/Mg]sp = 4 . [Fe2+/Mg]ol -0,05KD-0,3 "равновесные" (7)

[(Fe2-Ti)/Mg]sp = 4,4 . [Fe2+/Mg]ol -0,05КD -0,33 (8)

[(Fe2-Ti)/Mg]sp = 4,6 . [Fe2+/Mg]ol -0,15 [(Fe2-Ti)/Mg]sp = 5,1. [Fe2+/Mg]ol -0,15

КD -0,3 "неравновесные" (9) КD -0,33 (10)

< 0,147;

< 0,199

Обсуждение результатов.