Жариков В.А. Основы физической геохимии
Подождите немного. Документ загружается.
можно убедиться, что протекание реакций связано с влиянием вполне подвижного
компонента CO
2
. Увеличение химического потенциала
CO
2
приводит к смене Per + Di → Dol + Fo; Cal + Fo →
Dol + Di и изменению триангуляции диаграмм состав-
парагенезис, каждая из которых выступает как
минеральная фация в зависимости от μ
CO2
. Поскольку
μ
CO2
= ƒ (p, T, a
CO2
), смена парагенезисов и минеральных
фаций указывает на определенное, хотя в данном случае
и сложное (многозначное) изменение интенсивных
факторов состояния системы, таких как температура,
давление, активность углекислоты.
Продолжим рассмотрение диаграмм состав-парагенезис
контактовых роговиков, усложняя набор независимых
компонентов, что отвечает расширению области
приложимости диаграмм к породам более
разнообразного исходного состава.
Наблюдения над минеральным составом
апокарбонатных силикатных роговиков показывают, что обычно они сложены не чисто
магнезиальными разностями минералов. В небольших количествах в диопсиде,
форстерите и других минералах присутствует закисное железо в виде изоморфной
примеси к MgO. Содержание железа, конечно, различно в разных минералах и разных
породах, но изменение его содержания не приводит к появлению каких-либо
дополнительных фаз. Такой режим MgО и FeО отвечает определению изоморфного
компонента и (Mg,Fe)О может быть выделен как один объединенный изоморфный
компонент. На рис. 3.19 приведена диаграмма состав-парагенезис СаО - (Mg, Fe)О - SiO
2
(в отношении , на диаграмме представлена фация с парагенезисами Cal + Ol и Ol + Dol).
В тех случаях, когда в кремнисто-карбонатных породах присутствует глинозем, т.е.
исходные породы представлены известковыми сланцами, мергелями и т.д., в ассоциации с
рассмотренными выше минералами всегда появляется гроссуляровый гранат. Легко
убедиться, что количество граната всегда связано с количеством глинозема в породе;
гранат, таким образом, фиксирует инертный режим глинозема. В результате для этой
группы пород устанавливается инертное поведение СаО, (Mg, Fe)O, SiO
2
и Аl
2
O
3
, вполне
подвижное CO
2
. Диаграмма состав-парагенезис при четырех инертных компонентах,
представленная тетраэдром состав-парагенезис, приведена на рис. 3.20. Диаграмма
построена в эквикатионных количествах (которым для глинозема является 1/2 Al
2
O
3
). Для
удобства нанесения составов взят равнобедренный тетраэдр (ребра при вершине SiO
2
равны), а для более наглядного представления пространственных соотношений тетраэдр
развернут стороной (Mg,Fe)O - 1/2 А1
2
O
3
-СаО к читателю (на этой стороне не будет
фигуративных точек минералов) и конноды, соединяющие гроссуляр с другими фазами,
показаны пунктирными линиями. Нетрудно видеть, что
гроссуляр, располагаясь на грани SiO
2
- 1/2 Al
2
O
3
- CaO
может ассоциировать со всеми трехфазовыми
парагенезисами треугольники составов (Mg, Fe)O - CaO -
SiO
2
, образуя парагенезисы (прослеживая их от вершины
SiO
2
к вершине (Mg, Fe)O):
1. Gros + Opx + Cpx + Q, 2. Gros + Opx + Cpx + Ol, 3. Gros +
Cpx + Ol + Cal, 4. Gros + Ol + Cal + Dol, 5. Gros + Ol + Per +
Dol, и (от вершины SiO
2
к CaO): 6. Gros + Q + Cpx + Wol, 7.
Gros + Cpx + Wol + Cal (на рис. 3.20 эти парагенезисы обозначены арабскими цифрами).
Приведенная диаграмма дает возможность рассмотреть не только парагенезисы
известковых и доломитовых сланцев и мраморов (минералы этих пород показаны на
диаграмме сплошными точками). Она охватывает значительно больший диапазон
исходных составов пород, включая пелитовые сланцы, различные вулканогенные
образования и промежуточные разности. В результате изучения метаморфических
производных этих пород можно убедиться, что в зависимости от исходного состава,
дополнительно к рассмотренным в них, встречаются такие минералы, как анортит (An) -
CaAl
2
Si
2
O
8
, гиперстен (Орх) - (Mg,Fe)SiO
2
, кордиерит (Cord) - (MgFe)2Al4Si5O
8
, шпинель
(Spl) - MgAl
2
O
4
, андалузит (Andl) - Al
2
SiO
5
(эти минералы показаны на рис. 3.20 полыми
точками). Тщательное исследование соотношений минералов позволит выявить
минеральные парагенезисы и показать их, проведя соответствующие конноды на
диаграмме состав-парагенезис. Одна из широко распространенных минеральных фаций
контактовых роговиков представлена на рис. 3.21 и 3.22. На рис. 3.21 показаны
трехфазовые парагенезисы, отвечающие четырем граням тетраэдра (они обозначены
сплошными линиями, а для грани, обращенной к читателю 1/2 Al
2
O
3
- MgO - CaO -
пунктиром). Эти трехфазовые треугольники образуют с фазами, расположенными на
противоположных гранях, четырехфазовые парагенетические ассоциации, которые в
соответствии с правилом фаз (n
T,p,μ
=k
i
) являются нонвариантными и изобразятся
элементарными парагенетическими тетраэдрами внутри общего тетраэдра состав-
парагенезис. Однако найти и отстроить их чисто графически практически невозможно,
для этого следует аналитически (т.е. решая необходимые уравнения) выявить
соотношения многих парагенетических элементов диаграммы: коннод, плоскостей,
элементарных тетраэдров.
Рассмотрим это на примере выбранного тетраэдра составов, опираясь на тройные
парагенезисы для граней тетраэдра, которые приняты нами на рис. 3.21. Построение - рис.
3.22 - проще всего начать с парагенезисов, занимающих краевое положение в тетраэдре,
причем с таких, у которых основание тетраэдра составляет трехфазовая парагенетическая
ассоциация и только одна фаза лежит вне этой грани. Так, например, очевидно, что
шпинель с парагенезисами треугольной грани (Mg,Fe)O-CaO-SiO
2
образует
парагенетические тетраэдры: 1. Gros + Opx + Cpx + Q, 2. Gros + Opx + Cpx + Ol, 3. Gros +
Cpx + Ol + Cal, 4. Gros + Ol + Cal + Dol (здесь и в дальнейшем подчеркнуты фазы
относящиеся к другим граням). На рис. 3.23 для надежности эти парагенетические
тетраэдры построены обособлено под указанными номерами и в том же масштабе, как и
на рис. 3.22. Краевое положение, но уже по отношению к грани CaO - 1/2 Al
2
O
3
- SiO
2
занимают еще два парагенезиса со шпинелью: 5. Gros + Ol + Per + Dol и 6. Gros + Q + Cpx
+ Wol.
Нетрудно построить по отношению к грани (Mg, Fe)O-CaO-SiO
2
два краевых парагенезиса
с гроссуляром: 7. Gros + Cpx + Wol + Cal и 8. Wol + Cpx + Q + Gros.
Парагенезисы анортита с трехфазовыми ассоциациями расположенными ближе к вершине
1/2 Al
2
O
3
на грани (Mg,Fe)O-1/2Al
2
O
3
-SiO
2
также не вызывают сомнений: 9. Cor + Andl +
Spl + An, 10. Andl + Spl + Cord + An и 11. Andl + Cord + Q + An.
Построение остальных парагенетических тетраэдров графически не очевидно. Например,
из расположения фигуративных точек фаз на диаграмме 3.22 далеко не ясно будет ли
пересекаться возможная коннода Opx + An с коннодами Spl + Сpx либо Cord + Cpx, или
другой пример: возможная коннода Gros + Spl с другой возможной коннодой Cpx + An.
Для определения относительного расположения геометрических элементов диаграммы
нужно решить уравнение, сопоставляющее содержание инертных компонентов в
соответствующих парагенезисах, и затем по избытку или недостатку тех или иных
компонентов установить, ближе к каким вершинам тетраэдра находятся соответствующие
элементы. Например, для определения относительного расположения коннод Cord + Cpx и
Аn + Орх составим уравнение сопоставления первого и второго парагенезисов:
(Мg, Fе)
2
Al
4
Si
5
O
18
+
Са(Mg,Fe)Si
2
O
6
=
CaAl
2
Si
2
O
8
+ (Mg,Fe)SiO
3
+
2(Al
2
O
3
) +
2(Mg,Fe)O +
4SiO
2
.
Cord
Cpx
An
Opx
Из уравнения следует, что центр конноды Cord + Cpx расположен ближе к вершинам
Al
2
O
3
, (Mg Fe)О и особенно к вершине SiO
2
по сравнению с центром конноды Ап + Орх.
Изменяя количества реагирующих фаз, можно, получить соотношение для любых точек
коннод.
При выполнении триангуляции тетраэдра обычно необходимо определить расположение
коннод или парагенетических плоскостей относительно каких-то дополнительных фаз, не
входящих в эти парагенезисы. В таком случае уравнение должно быть решено в
отношении этих дополнительных фаз: это проще всегo сделать, включив дополнительные
фазы в общее уравнение и приравняв его к нулю, т.е. уравняв содержание инертных
компонентов по фазам. Для того же примера определим расположение коннод Cord + Cpx
и Ап + Орх относительно кварца: алгебраическая сумма Cord + Cpx + An + Opx + Q
должна быть равна нулю. Тогда получим:
(Мg, Fе)
2
Al
4
Si
5
O
18
+
2Са(Mg,Fe)Si
2
O
6
=
2CaAl
2
Si
2
O
8
+ (Mg,Fe)SiO
3
+
4(Mg,Fe)SiO
3
+ 4SiO
2
.
Cord
Cpx
An
Opx
откуда следует, что коннода Cord + Cpx расположена ближе к Q, чем Ап + Орх, и если
стабилен парагенезис Ап + Орх + Q, то парагенезис Cord + Cpx существовать не может,
так как коннода Cord + Cpx пересекла бы (протыкала бы) парагенетический треугольник
An + Opx + Q. Примем парагенезис An + Opx + Q стабильным, тогда получим
парагенетические тетраэдры: 12. Opx + Q + Cord + An и 13. Opx + Cord + Spl + An.
Теперь нам нужно выявить взаимное расположение по отношению к вершине SiO
2
возможных коннод An + Opx и Cord + Gros. Решая уравнение
3CaAl
2
Si
2
O
8
+
2(Mg,Fe)SiO
3
=
(Мg, Fе)
2
Al
4
Si
5
O
18
+
Ca
3
Al
2
Si
3
O
12
An
Opx
Cord
Gros
видим, что конноды пересекаются (центры их расположены на ровном расстоянии от
вершины SiO
2
) и, следовательно, принятый парагенезис An + Opx исключает парагенезис
Cord + Gros.
Определим положение относительно вершины SiO
2
конноды An + Cpx, которую мы
принимаем стабильной и возможных коннод Gros + Opx и Gros + Spl. Решаем
соответствующие уравнения:
CaAl
2
Si
2
O
8
+
2Са(Mg,Fe)Si
2
O
6
=
Ca
3
Al
2
Si
3
O
12
+
2(Mg,Fe)SiO
3
+ SiO
2
An
Cpx
Gros
Opx
2CaAl
2
Si
2
O
8
+
Са(Mg,Fe)Si
2
O
6
=
Ca
3
Al
2
Si
3
O
12
+
(Mg, Fe)Al
2
O
4
+ 3SiO
2
An
Cpx
Gros
Spl
Из уравнений следует, что парагенезисы An + Cpx исключают тройной парагенезис Gros +
Opx + Q (коннода An + Cpx, принятая нами стабильной "протыкает" парагенезис Gros +
Opx + Q). В тоже время конноды An + Cpx и Gros + Opx не пересекаются, коннода Gros +
Opx расположена дальше от вершины SiO
2
и для определения стабильности этого
парагенезиса нужно будет выявить его соотношение со стабильным парагенезисом Cpx +
Spl. Из второго уравнения следует, что коннода парагенезиса Gros + Spl расположена
намного дальше от вершины SiO
2
чем коннода An + Cpx и эти конноды не пересекаются
(в то же время очевидно, что парагенезис An + Cpx полностью исключает парагенезис
Gros + Spl с Q, что впрочем видно и из соотношений составов Spl + Q=Cord на грани
(Mg,Fe)O-1/2Al
2
O
3
-SiO
2
).
Построим теперь выявленные парагенетические тетраэдры: 14. Q + Opx + Cpx + An 15. Q
+ Cpx + An + Gros 16. Opx + Cpx + An + Spl. Эти парагенетические тетраэдры выполняют
все пространство общего тетраэдра состав-парагенезис в окрестностях вершины SiO
2
.
Определим теперь соотношение коннод Cpx + Spl и Gros + Opx принятым способом по
отношению к вершине SiO
2
:
3Са(Mg,Fe)Si
2
O
6
+
(Mg, Fe)Al
2
O
4
=
4(Mg, Fe)SiO
3
+
Ca
3
Al
2
Si
3
O
12
Cpx
Spl
Opx
Gros
Из уравнения следует, что коннода Opx + Gros располагается ближе к вершине SiO
2
, чем
коннода Cpx + Spl, но в таком случае коннода Opx + Gros "протыкает" устойчивый
парагенезис Cpx + Spl + An (см. рис. 3.23 N16) и поэтому ассоциация Opx + Gros
нестабильна. Заметим, что парагенезис Cpx + Spl + Q конечно нестабилен, также как и
производный от него Cpx + Cord, (поскольку 2Spl + 5Q=Cord) что было рассмотрено
выше. Приведенное уравнение использовано лишь для определения относительного
расположения коннод.
Достроим общую диаграмму состав-парагенезис двумя парагенетическими тетраэдрами в
состав которых входят обсуждавшиеся выше равновесия с участием Cpx, Spl и Gros. Эти
парагенезисы содержат по три фазы, принадлежащие разным граням основного тетраэдра.
Парагенезис 17. Сros + An + Spl + Cpx, расположенный внутри тетраэдра, и парагенезис
18. Cros + Cal + Spl + Cpx, занимающий краевое положение (мы не обозначили его раньше
поскольку нужно было уточнить положение конноды Gros + Spl). На этом построение
четырехкомпонентной диаграммы состав-парагенезис закончено, при выбранном наборе
фаз и принятых парагенетических условиях диаграмма
состоит из 18 четырехфазовых парагенетических ассоциаций.
Можно было убедиться, что выполнение парагенетической
триангуляции тетраэдра, требующее многократных
аналитических решений задач о возможном пересечении
парагенетических элементов, вызывает определенные
затруднения, а результирующая диаграмма (рис.3.22) не
представляется достаточно наглядной. Поэтому обычно
прибегают к преобразованию тетраэдра путем
перспективных проекций из вершин тетраэдра на
противолежащие стороны.
Операция перспективно-проективного преобразования тетраэдра из вершин на
противолежащую сторону равносильна выделению компонента (или фазы), фигуративная
точка которого находится в этой вершине в качестве избыточного компонента. Тогда
тетраэдр состав-парагенезис (Mg, Fe)O-CaO-1/2Al
2
O
3
-SiO
2
может быть представлен
суммой четырех проекций:
a) (Mg, Fe)O-CaO-1/2Al
2
O
3
-SiO
2
( + Q) (знаком плюс обозначаются избыточный
компонент и фаза);
б) (Mg, Fe)O-CaO-SiO
2
+ 1/2Al
2
O
3
( + Cor);
в) (Mg, Fe)O-1/2Al
2
O
3
-SiO
2
+ CaO( + Cal);
г) 1/2Al
2
O
3
-SiO
2
-CaO + (Mg, Fe)O( + Per).
Каждая из проекций может быть построена путем проективного преобразования тетраэдра
рис. 3.22 или непосредственно, как самостоятельная диаграмма с тремя виртуальными
инертными компонентами, одним избыточным и одним вполне подвижным компонентом.
Четыре проекции тетраэдра состав-парагенезис представлены на рис. 3.24. Они построены
в тех же координатах и в том же графическом образе, как на рис. 3.22. Из приведенных
диаграмм особо должна быть отмечена последняя проекция, рис.3.24 - 4, которая
представляет в модернизированной форме первую диаграмму состав-парагенезис,
появившуюся в петрологической литературе. Она была построена П. Ниггли в 1914 г. по
материалам классической монографии В.М. Гольдшмидта о контактовых роговиках
района Осло. Ассоциации Andl + Cord, Andl + Cord + An, Cord + An, Cord + An + Oipx, An
+ Opx, An + Opx + Cpx, An + Cpx, An + Cpx + Gros, Cpx + Gros, Cpx + Gros + Wol
составляют, соответственно, 10 классов роговиков, выделенных В.М. Гольдшмидтом.
Парагенезисы, показанные на треугольниках, плюс избыточная фаза (рис. 3.24, 1-4)
отвечают парагенезисам тетраэдра (рис. 3.22). Вместе с тем можно убедиться, что не все
парагенезисы тетраэдра отражены на его проекциях. На всех четырех проекциях оказались
перекрытыми другими парагенезисы центральной части тетраэдра: Opx + Ol + Cpx + Spl,
Орх + Срх + An + Spl, Opx + An + Cord + Spl, Cpx + An + Gros + Spl и Andl + An + Cord +
Spl. Эти парагенезисы не содержат в избытке ни один из компонентов фаз,
расположенных в вершинах тетраэдра, и поэтому не могли быть отражены на проекциях
из вершин. Для полной характеристики парагенезисов тетраэдра (Mg, Fe)O-CaO-1/2Al
2
O
3
-
SiO
2
необходимо прибегнуть еще к одной, дополнительной проекции. Такой проекцией
может служить проекция из фигуративной точки, отвечающей составу шпинели
(Mg,Fе)Аl2O4, на сторону тетраэдра (Mg, Fe)O-СaO-SiO
2
. Соответствующая диаграмма
представлена на рис. 3.25. Особенность этой диаграммы состоит в том, что при
проектировании из точки Spl фигуративных точек Gros, An и Andl последние попадают
вне поля составов (Mg,Fe)O-СaO-SiO
2
, т.е. имеют отрицательную координату (Mg,Fe)O.
Например, координаты гроссуляра, поскольку диаграмма построена в эквикатионных
единичных количествах будут
Это означает, что фигуративная точка Gros будет расположена вне треугольника составов
на расстоянии 9/8 от вершины (Mg,Fe)O на луче, исходящем из этой вершины (показан на
рис. 3.25 пунктиром) За стороной CaO-SiO
2
, которую луч делит в отношении 3/8 CaO +
3/8 SiO
2
.
Аналогичным образом координата анортита выразится как
и фигуративная точка An расположится на луче, исходящем
из вершины (Mg,Fe)O на расстоянии 6/5 за стороной CaO-
SiO
2
, которую луч делит в отношении CaO:SiO
2
=1:2. Особо
отметим, что точка Andl проектируется из фигуративной
точки Spl в бесконечность, что хорошо видно на рис. 3.21 и
3.22, где луч Spl-Andl проходит параллельно стороне
(Mg,Fe)О-SiO
2
(аналитическое доказательство этого, так же
как более подробное рассмотрение отрицательных координат, мы опускаем). На рис. 3.25
сплошными линиями показаны только те парагенезисы (они перечислены выше), которые
не могли быть представлены на других проекциях. Все пять проекций полностью
характеризуют рассматриваемый тетраэдр состав-парагенезис, хотя для других диаграмм
состав-парагенезис одной дополнительной проекции может оказаться и недостаточно.
Анализируя приведенные диаграммы, путем предположения пересечений возможных
коннод легко убедиться, что изображенные парагенезисы представляют один из многих
возможных вариантов парагенетических соотношений. Эти диаграммы, отражающие
несколько упрощенно довольно обычные природные парагенетические соотношения, еще
в большей степени побуждают к исследованию причин появления тех или иных
парагенезисов, к выявлению зависимости их от интенсивных факторов состояния
минеральных систем.
Продолжим обобщение рассматриваемой парагенетической
модели. Во всех парагенезисах, кроме показанных на рис.
3.21-3.25 минералов, в небольших количествах присутствуют
дополнительно магнетит и акцессорные апатит, сфен или
рутил, иногда циркон. Акцессорные минералы фиксируют
обособленные инертные компоненты: апатит -фосфор, сфен
или рутил - титан, циркон - цирконий. В других минералах
эти компоненты имеются только в виде примесей. Поэтому
оказывается достаточным обозначить на диаграмме наличие обособленных компонентов,
выписав справа от диаграммы (как это и сделано на рис. 3.26) все фазы, связанные с
обособленными компонентами. Такая запись означает, что во всех парагенезисах
присутствуют или могут присутствовать перечисленные обособленные фазы.
Казалось бы, аналогичную роль играет в породах и магнетит; однако на самом деле
магнетит является избыточной фазой. Магнетит в рассматриваемых парагенезисах связан
с инертным режимом Fe
2
O
3
или, выражая компоненты через элементы, с инертным
режимом кислорода. Это доказывается сосуществованием магнетита с
железомагнезиальными силикатами и кварцем. Если бы кислород вел себя как вполне
подвижный компонент, то все железо в этих ассоциациях находилось бы в зависимости от
величины активности кислорода или в закисной или в окисной форме. В этом легко
убедиться по реакциям
FeFe
2
O
4
+ 3SiO
2
= 3FeSiO
2
+ 1/2О
2
,
или
2FeFe
2
O
4
+ 3SiO
2
= 3Fe
2
SiO
4
+ О
2
.
В связи с этим укажем на один общий признак определения инертного поведения
компонента: если в парагенезисе присутствуют фазы или ассоциации, различающиеся
содержанием только одного компонента, то этот компонент в данном парагенезисе ведет
себя как инертный. Нетрудно видеть из реакции, например, что в парагенезисе Opx + Mt +
Q феррипироксен отличается от ассоциации магнетит + кварц только содержанием
кислорода; следовательно, кислород в данном парагенезисе является инертным
компонентом. Еще нагляднее устанавливается инертность при выражении компонентов в
окислах: Fе
2
O
3
присутствует в данном парагенезисе только в магнетите, что и указывает
на инертность Fе
2
O
3
. Однако в отличие от акцессорных минералов магнетит не может
рассматриваться как обособленная фаза. Окисное железо в существенных количествах
может входить в другие минералы, например в гранат, образуя всю серию составов от
гроссуляра (Ca
3
Al
2
Si
3
O
12
) до андрадита (Ca
3
Fe
2
Si
3
O
12
) . А главное, в присутствии
магнетита становятся возможны реакции с его участием, которые могут приводить к
появлению или исчезновению минеральных фаз. Это, например, показывает возможная
реакция:
3CaSiO
3
+
FeFe
2
O
4
+
SiO
2
=
Ca
3
Fe
2
Si
3
O
12
+
FeSiO
3
.
Wol
Mt
Q
Andr
Opx
Магнетит в рассматриваемых парагенезисах выступает как избыточная фаза, а окисное
железо - как избыточный компонент. Магнетит, находясь в избытке, фиксирует, таким
образом, определенный диапазон обычных для природных парагенезисов окислительно-
восстановительных условий.
Диаграмма состав-парагенезис для контактовых роговиков с избыточными кварцем и
магнетитом и обособленными акцессорными минералами приведена на рис. 3.26.
Диаграмма изображена в виде прямоугольного треугольника (удобнее для построений),
координатные вершины CaO и 1/2 Al
2
O
3
переставлены (более привычное расположение
координатных вершин). Главная особенность диаграммы состоит в том, что на ней
представлены минералы переменного состава - клинопироксен [Ca(Mg, Fe
+ 2
, Fe
+ 3
)Si
2
O
6
]
и гранат [Ca
3
(Mg, Fe
+ 2
)
2
Si
3
O
12
]. Присутствие избыточного магнетита дает возможность в
соответствии с уравнением
Ca
3
Al
2
Si
3
O
12
+
СаMgSi
2
O
6
+
FeFe
2
O
4
=
Ca
3
(Mg, Fe
+ 2
)
2
Si
3
O
12
+
Ca(Mg, Fe
+ 2
, Fe
+ 3
)Si
2
O
6
Gros
Cpx
Mt
Gr
Cpx
показать переменность состава граната от гроссуляра до чистого андрадита, фигуративная
точка которого совпала бы с вершиной СаО. Однако в контактовых роговиках андрадиты
не встречаются и на диаграмме показан (жирной линией на стороне СаО-Al
2
O
3
) обычный
диапазон железистости кальциевых гранатов от гроссуляра до граната с содержанием 30%
андрадитовой молекулы. На диаграмме также показана обычная для этих парагенезисов
небольшая переменность состава клинопироксена в отношении содержания глинозема.
Анализируя диаграмму состав-парагенезис, при помощи правила фаз учитываем только
виртуальные инертные компоненты. Этого вполне достаточно, так как с каждым
избыточным и обособленным компонентом связана своя индивидуальная фаза, а все они
вместе могут быть просто прибавлены к любому парагенезису, обусловленному
соотношением масс виртуальных инертных компонентов. В таком случае число
внутренних степеней свобод: n
w
= n
T,pμ
= k
i
-r = 3-r и r = k
i
= 3 при n
w
= 0, r = k
i
-1=2 при
n
w
=1 и r = k
i
-2 = 1 при n
w
=2. Все эти нон-, моно- и дивариантные состояния реализованы
на диаграмме: нонвариантные трехминеральные парагенезисы Wol + Gr
30
+ Cpx
2
, Gros +
Cpx
3
+ An, An + Срx
4
+ Opx, An + Opx + Cord, An + Cord + Andl; моновариантные
двухминеральные парагенезисы Wol + Cpx
1-2
, Срх
2-3
+ Gr
30-0
, An + Срх
3-4
, Opx + Cpx
4-5
и
дивариантный одноминеральный Cpx
1-3-5
.
Рассмотрим теперь, какой смысл имеют внутренние степени свободы системы n
w
= n
T,pμ
.
Как было показано в предыдущей главе, внутренние степени свободы обозначают число
независимых интенсивных параметров, которое имеет система, кроме произвольных и
определенных интенсивных факторов равновесия: n
w
= n - f
in
тогда в нашем случае n
T,pμ
=
n - f
in
= k
i
+ k
m
+ 2 - r - f
in
= k
i
- r , так как f
in
= k
m
+ 2. Из приведенных соотношений видно,
что внутренние степени свободы имеют отличное от нуля значение, только если число фаз
в системе меньше максимально возможного, в рассматриваемом примере меньше числа
инертных компонентов: из r
T,pμ
max
= k
i
следует, что n
w
> 0, если r
T,pμ
< k
i
.
В таком случае однофазовое минеральное состояние в системе с тремя инертными
компонентами дивариантно, и в системе без изменения количества фаз могут меняться два
интенсивных параметра - концентрации или мольные доли двух компонентов, а
концентрация третьего компонента изменяется зависимым образом. Такое состояние в
рассматриваемой системе реализуется только для пироксена, обладающего небольшой
переменностью в отношении содержания всех компонентов; естественно, что состав его
изображается на диаграмме полем. Двухминеральные парагенезисы на диаграмме
моновариантны, это означает, что независимо, т.е. без изменения количества фаз в
системе, может изменяться только один интенсивный параметр - концентрация одного
компонента (или отношение двух компонентов). Этому изменению будут отвечать
перемещение точки в двухфазовом поле и соответствующее сопряженное изменение
состава минералов твердых растворов (что и показано коннодами в двухфазовых полях на
рис. 3.26). Например, увеличение концентрации кальция будет приводить к перемещению
на рис. 3.26 точки а в направлении, указанном стрелкой, вызывая изменение состава
сосуществующих фаз от Gr
0
+ Срх
3
до Gr
30
+ Срx
2
через все промежуточные составы.
Наконец, трехминеральное состояние в рассматриваемом примере нонвариантно, система
не имеет внутренних степеней свобод. Изменение масс и соотношений инертных
компонентов, что выражается в перемещении фигуративной точки в трехминеральном
поле, приводит к изменению количества фаз, т.е. проявляется как изменение
экстенсивных параметров. При этом следует иметь в виду, что принятый способ
изображения составов в барицентрических координатах является относительным, при
котором сумма единичных количеств компонентов в любой точке диаграммы равна
единице. Поэтому абсолютное увеличение количества инертного компонента и
соответствующей фазы, не связанное в природных парагенезисах ни с какими условиями
(независимый параметр), на диаграмме выразится как относительное увеличение при
относительном уменьшении других фаз. Координаты фигуративной точки на диаграмме в
барицентрических координатах отражают относительные количества компонентов - их
мольные или весовые доля, но при этом (важно отметить) диаграмма не теряет свойств
диаграммы в экстенсивных параметрах, так как m
a
= x
a
∑m, m
b
= x
b
∑m и т.д. и x
a
+ x
b
+ +
=1 для каждой фазы и диаграммы в целом.
Обсудим теперь самый общий вариант диаграммы высокотемпературных контактовых
роговиков. Изучая минеральный состав и парагенезисы этих образований в различной
геологической обстановке, можно убедиться, что кроме рассмотренных минералов в них
встречаются также биотит, калиевый полевой шпат, плагиоклазы с различным
содержанием альбитовой молекулы, роговые обманки. В состав этих минералов кроме тех
компонентов, режим которых обсуждался выше, входят такие важные
минералообразующие окислы, как H
2
O, K
2
O и Na
2
O. Анализируя режим H
2
O, нетрудно
убедиться, что вода практически во всех природных процессах ведет себя как вполне
подвижный компонент и поэтому не влияет на число
равновесных фаз в природных парагенезисах.
Значительно сложнее оказывается поведение К
2
O и Na
2
O в
природных процессах. Детальный физико-химический
анализ парагенезисов контактово-метаморфических пород
показал, что в природных условиях в определенной
геологической и физико-химической обстановке
осуществляются самые различные варианты: а) К
2
O и Na
2
O -
вполне подвижные компоненты; б) один щелочной
компонент ведет себя как инертный компонент, другой - как вполне подвижный
компонент; в) К
2
O и Na
2
O - инертные компоненты.
В случае вполне подвижного поведения К
2
O и Na
2
O их присутствие в минеральной
системе не влияет на число фаз и для графического изображения парагенезисов можно
воспользоваться проекциями тетраэдра на стороны тетраэдра при избыточном Fe
2
O
3
(Mt)
и обособленных акцессорных минералах. Одна из таких проекций - из вершины SiO
2
, т.е.
в условиях избыточного Q, - представлена на рис. 3.27. Присутствие вполне подвижных
Н2O, Na
2
O и К
2
O позволило изобразить на диаграмме парагенезисы с минералами,
содержащими воду и щелочи. Вместе с тем для условий минеральной фации,
отображенной на рис. 3.27, эти парагенезисы исключили рассмотренные выше
парагенезисы с андалузитом, кордиеритом. Из приведенных реакций:
Al
2
SiO
5
+
5SiO
2
+ K
2
O =
2KAlSi
3
O
8
Andl
Q
Kfs
и
3(Мg, Fе)
2
Al
4
Si
5
O
18
+
15SiO
2
+ 6K2О + 2H
2
O =
10KAlSi
3
O
8
2K(Mg, Fe)
3
AlSi
3
O
10
(OH)
2
Cord
Q
Kfs
Bi
можно видеть, что эти равновесия в присутствии избыточного кварца зависят главным
образом от активности калия в растворах. Таким образом, в условиях вполне подвижного
поведения K
2
O парагенезисы кварца с андалузитом, кордиеритом осуществляются в
условиях более низкой активности калия в растворах, чем для минеральной фации,
представленной на рассматриваемой диаграмме.
На диаграмме состав-парагенезис (рис. 3.27), если исключить избыточные и обособленные
фазы, изображены два дивариантных одноминеральных поля (фактически одно -
пироксена, так как особенности изоморфизма роговых обманок и биотита приводят к
тому, что изменение их состава близко к моновариантному), девять моновариантных
двуминеральных ассоциаций (индексами указано изменение состава минералов - твердых
растворов): и семь нонвариантных трехминеральных парагенезисов Cpx + Gr
30
+ Wol,
Cpx
2
+ Gr
0
+ Pl
100
, Cpx
3
+ Hrb
3
+ Pl
55
, Opx + Cpx
4
+ Hrb
1
, Opx + Hrb
2
+ Bi
1
, Hrb
4
+ Pl
35
+ Bi
2
,
Bi
3
+ Pl
20
+ Kfs (в которых, подчеркнем, минералы - твердые растворы имеют постоянный
состав). Нетрудно видеть, что проведение коннод, выделяющих на диаграмме отмеченные
парагенезисы, требует точного определения состава сосуществующих фаз. Построение
диаграммы побуждает, таким образом, к углубленному изучению фактического
материала. Кроме того, диаграмма состав-парагенезис в наглядной графической форме,
концентрированно передает всю главную информацию по парагенетическим
соотношениям и сосуществующим составам минералов, описание которых заняло бы
многие страницы. Все это делает диаграмму состав-парагенезис весьма эффективным
современным средством исследования закономерностей минерального состава и
парагенезисов горных пород и руд.
Как уже отмечалось, правило непересекаемости коннод подталкивает исследователя к
необходимости анализа причин существования данных парагенезисов: предполагая
взаимоисключающие пересечения, мы выявляем зависимости парагенезисов от
интенсивных параметров. Диаграммы состав-парагенезис с минералами переменного