CC BY
43
П.Л. Носик А.Б. Успенская Л.П. Носик
Московский государственный горный университет
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ПАМЯТЬ В МИНЕРАЛЬНОМ, ХИМИЧЕСКОМ И ИЗОТОПНОМ СОСТАВЕ ПОРОД МАГМАТИЧЕСКИХ ИНТРУЗИИ
Впервые проблема памяти об условиях образования минералов и руд была рассмотрена Успенской А.Б. [1] на базе изучения физических параметров и изотопного состава касситерита и кварца олововольфрамовых месторождений различных формаций. Это позволило ей установить связь между физическими параметрами минералов и условиями их образования.
Дальнейшее развитие проблемы памяти на базе изучения физических параметров, химического и изотопного состава олово- вольфрамовых месторождений различных формаций было произведено П.Л.Носиком под руководством А.Б. Успенской [6], в результате которого была выявлена связь между химизмом рудообразующего раствора и процессами эволюции глубинного вещества.
В данной работе ставится задача на базе изучения минерального химического и изотопного состава пород рудоносных интрузий норильского, аламджахского, ангарского и могдинского типов установить генетическую связь между минеральным, химическим, изотопным составом и процессами, формирующими медно-никелевые интрузии.
Обоснование выбора типов дифференцированных ннтрузнй
В качестве главного модельного объекта выбрана грапповая формация Сибир-
ской платформы Такой выбор был обусловлен во-первых , широким по составу спектром пород формации: от субультраоснов-ных - пикритовых габбро-долеритов до кислых гранофиров, что свидетельствует о глубоко проявленных процессах дифференциации основных магм, во-вторых, слабым проявлением вторичных процессов в пределах формации, и в - третьих, тем, что Сибирская платформа известна как крупнейшая метал-логеническая провинция, в пределах которой в связи с трапповым магматизмом выявлены уникальные сульфидные медно- никелевые месторождения.
Породы формации условно разбиты на три генетические типа - эксплозивную, эффузивную и интрузивную фации.
Эксплозивная фация траппов значительно “загрязнена” терригенно-осадочными материалами, и при ее формировании в меньшей степени участвуют процессы магматической дифференциации .
Эффузивная формация траппов представлена потоками и покровами базальтов мощностью от сантиметров до 50 метров и более. Для потоков относительно большей мощности характерно присутствие в зоне подошвы массивных мелкозернистых или частично стекловатых разностей, в центральных и верхних частях - существенно раскристаллизованных, а в зоне верхнего эндоконтакта-миндалекаменных. В определенной мере это может свидетельствовать о
проявлении процессов дифференциации в потоках и покровах по вертикали. В отдельных случаях породы центральных раскри-сталлизованных зон по многим структурным признакам сопоставимы с интрузивными. Поэтому потоки большой мощности рассматриваются как квазиинтрузии.
Интрузивные траппы формируют пластовые тела и дайки. Большинство трап-повых интрузий приурочено к верхнему структурному уровню осадочного чехла платформы (гипобиссальный тип интрузии), что свидетельствует о незначительных давлениях, при которых проходила кристаллизация расплава. Основная масса интрузивных траппов относится к условно недифференцированным телам долеритов и
1 аббродолеригов офитовой или пойкалоофи-товой структуры. Недифференцированными они названы, главным образом потому, что в их строении не наблюдается значительного перераспределения вещества в процессе кристаллизации исходного расплава.
Среди дифференцированных интрузий выделяется несколько типов: норильский, аламджахский, ангарский и могдин-ский. Первые два являются глубокодиффе-ренциорванными, а вторые могут быть отнесены к слабодифференцированным, представителями которых были выбраны Черногорская, Аламджахская, Кайерканская и Ер-галахская интрузии.
Черногорская интрузия ( норильский район) внедрялась по контакту между осадочными отложениями девона и вулканогенно осадочными образованьями пермо-карбона. В вертикальном строении интрузии отличаются следующие разновидности пород сверху вниз ( мощность горизонтов, м):
Мощность, м
I Габбро- диориты, призматически- офитовые габбро- долериты со спородическим оливином; шлиры диорит- и габбро- пегматитов - 50 - 75
II Офитовые, оливиновые габбро - - 40 - 60
долериты
III Мойкилоофитовые, оливии-
биотитовые габбро-диорнты - 45 - 65
IV Пикритовые габбро- долериты - 25 - 40
V Гакситовые габбро- долериты -5-10
VI Контактовые габрро- долериты - 2 - 5
Химический состав основных диффе-ренциатов представлен в табл. 1.
Таблица 1
Химический состав (вес,%) главных разновидностей пород Черногорской интрузии 121.
Компо- ненты 1 2 3 4 5 6 7 8 9
ЬЮ, 50 99 46 70 48 66 47 87 44 58 32 69 45 25 45 90 45 11
по2 2 16 2.34 1 16 0 84 0 84 0 68 0 92 1 28 0 98
аьо. 13 44 14 25 15 64 17 86 15 47 9 15 15 65 15 26 14 68
Ке2Оз 4 01 4 78 2 47 3 02 2 96 4 55 4 02 3 29 3 32
ГеО 10 07 8 99 7 08 5 18 7 92 9 80 8 56 9 31 8 08
МпО 0 26 0 33 0 22 0 16 0 16 0 17 0 19 0 14 0 21
МцО 4 15 6 58 8 04 8 70 12 67 23 91 9 37 8 25 12 41
С'аО 7 45 10 07 12 08 13 17 10 60 5 84 10 28 10 15 10 54
N*,0 4.34 3 45 2 30 2 02 1.72 1 25 1 75 1 84 1 83
м> 1 31 1 44 0 83 0.55 0 76 0 67 0 36 0 91 0 69
р2о* 0 32 0.18 0 17 0 08 0 11 0 09 0 13 0 14 0 15
Примечание: 1- габбро- диорит; 2- диорит и габбро-пегматиты; 3- призматически офитовые габбро - долериты со спародическим оливином; 4- офитовые, оливиновые габбро-долериты; 5 - койкилоофи-товые, оливино - биотитовые габбро-долериты; 6 -пикритовые габбро- долериты;7 - такситовые габбро-долериты; 8- контактовые габбро-долериты; 9 -Средневзвешенное по мощности.
Аламджахская интрузия (запалдный комплекс), расположенная в среднем течении р. Вилюй, является наиболее детально изученным массивом одноименного типа [2]. В его разрезе принимают участие следующие разновидности пород (сверху вниз):
I Краевые порфировые микродо-лериты. автометоморфизованные субщелочные долериты
II Долериты с биотитом и кварцем
III Кварцевые щелочные габбро со шлифами граиофнров
IV феррогаббро ( в том числе гор-тонолитовые и феррогиперстен-новые I ортоиолитовые)
V Троктонолитовые мелаиокра-говые г аббро- долериты
Мощностям - 5 - 30 - 25 - 60 до 20 -40 - 60
свыше
45
Изменения химического состава пород показаны в табл.2
Таблица 2 Химический состав (всс%) главных разновидностей пород Аламджахской интрузии, западный комплекс [21
К'ом- ионеи ты 1 2 3 4 5 6 7 X
SiO, 48.28 70.20 58,24 49,54 47,58 48,50 49.10 47.85
тю2 1,57 0,51 1,34 1,65 3.06 1.11 0.95 1.88
AljOj 14.60 12.42 12,02 14.40 12.08 15.36 16.17 14.95
Ке2()., 5.60 4.59 7.01 4.11 6,77 3,37 3,45 4,56
FeO 6,70 2.89 6,09 8.37 12,11 7.69 6.93 9.35
МпО 0,16 0.05 0.40 0.42 0,50 0.28 0,06 0.16
МцО 6,06 0,54 1,24 5.30 4.08 8,14 8,00 5,71
СаО 10.46 0,90 5,59 10.79 8,23 10.93 11.95 10.55
1Ча20 4.01 5.41 4,61 2,46 3.74 2.46 1,69 2.49
К,О 0,82 1.24 1,17 0.90 1.10 0,64 0,049 0.78
Р205 0,17 0,07 0,50 0,09 0,12 0,14 0,09 0.17
Примечание: 1- микродолерит зона эндоконтакта кровли; 2- кислый гранофир; 3- долерит с биотитом и кварцем; 4- долерит, переходный к феррогаббро; 5- феррогаббро; 6- габбро- долерит; 7- переходный к троктолитовым долерит; 8- средневзвешенное по мощности.
Кайерканская интрузия (Норильский район) является типичным представителем массивов ангарского типа, наиболее распространенных среди стратифицированных тел на Сибирской платформе [2].
Разновидности пород располагаются в следующей последовательности (сверху вниз):
I Микродолериты эндоконтакта кровли
II Пойкислофитовые габбро- долериты
III Габбро- пегматиты
IV Призматически - офитовые габбро-долернты
V офитовые габбро-долериты
VI Пойкислоофитовые габбро-долериты
VII Микродолериты эндоконтакта подошвы
Мощность.м
- 0,5
19
-26 - 16 -47
- 0,35
Химический состав пород Кайеркан-ской интрузии приведен в табл.З
Таблица 3 Химический состав (вее%) главных разновидностей пород Кансрканекон интрузии (21
Ком- 11 ОН СII 1 ы 1 2 3 4 5 6 7 8
SiOj 44.30 48.58 51.48 49.24 49,80 47,80 48,26 49,13
ТЮ, 2,66 2 22 3.27 1.99 1,78 2,18 2,21 2.19
Л 1,0., 15.18 14,64 9,76 13.37 18.82 13.97 14,03 13.20
Ке:0, 4,36 4.49 4.88 3.19 2.66 2,64 2.36 3.39
FeO 8,11 10.94 14.78 9.68 9,90 11.19 11.44 11.48
МпО 0,18 0,36 0,48 0,35 0,35 0,35 0,35 0.38
MgO 5,42 4,78 2,77 6.07 6,60 6,37 5,96 5.44
СаО 7,55 10,17 7,22 10,50 10,17 10,01 9.84 9,54
Na>() 3,00 2,95 3.36 2,78 2,85 2,60 2,76 2,86
к2о 0,59 0,52 1,25 0,58 0,56 0,72 0.69 0,76
»’:0* 0,30 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,29 0.03
Примечание: 1- микродолерит эндоконтакта кровли; 2- пойкилоофитовый габбро-долерит; 3-габбро-пегматит; 4- призматически-офитовый габбро-долерит; 5- пойкилоофитовый габбро - долерит; 6-пойкилоофитовый габбро-долерит; 7- микродолерит эндоконтакта подошвы; 8- средневзвешенное по мощности.
Представителем слабодифференцированных массивов тунгусского типа явля-
егся Ергалахская интрузия [2], расположенная в Норильском районе. В разрезе Ерга-лахской интрузии выделяются следующие разновидности пород (сверху вниз):
Мощность,
I Микродолериты, порфириты -4
эндоконтакта кровли
II 11ойкислоофитовые долериты - 53
III Офитовые долериты -33
IV 11ризматически-офитовые
габбро- долериты со шлирами - 37
пегматоидных долеритов
V Офитовые долериты - 35
VI Пойкислоофитовые долериты - 62
VII Микродолериты, порфириты
эндоконтакта кровли - 6
Изменение химизма пород в вертикальном разрезе приведено в табл. 4
Таблица 4
Химический состав (вес%) разновидностей пород Ергалахской интрузии |2)
Коми OIICII 1 ы 1 2 3 4 5 6 7 S
SiOj 48.36 47,76 48,92 48,63 47,88 47,86 46.70 48.18
TiO-. 2,33 2,31 2,72 3,11 3,06 2,31 2,15 2,52
AI.Oj 13,92 14.35 14,57 13,75 13,17 14,69 14,82 14,32
FcjOj 0,89 1,09 2,29 2.63 2.15 1.82 1,18 1,69
KeO 11,88 1 1,88 11.88 12,03 13.39 11,04 11,62 1 1.60
Мп О 0,24 0,25 0,26 0.26 0,24 0,24 0,25 0.24
МцО 6,43 6.32 4.82 4,71 5,65 6,75 6,96 5.83
CaO 9,18 10,23 10,42 98,95 10,34 10,07 10,28 10.23
Na,О 2,71 2,62 2.62 2,79 2,66 2,57 2,36 2,63
КО 0,87 0.51 0,60 0,74 0,63 0,56 0,39 0.62
l*:0, 0,36 0,50 0,44 0,35 0,35 0,46 0,41 0,42
Примечание: 1,7 - микродолериты, профи-риты эндоконтактов кровли и подошвы соответственно; 2,6- пойкилоофитовые долериты; 3,5- офитовые долериты; 4- призматически-офитовые долериты.
Закономерности фракционирования элементов в дифференцированных интрузиях различного типа
Исходя из средневзвешенных по мощности химических элементов в интрузиях различного типа, устанавливаются две группы взаимосвязанных химических элементов. В одной из них содержание 1^, Са, А1 зависит от содержания Ре, а в другой -содержание "П, Мп, К, Р, Ыа - от содержания 81 в породах. Причем, с увеличением средневзвешенного железа уменьшается содержание 1^, Са, А1, а с увеличением средневзвешенного 81 увеличивается Мп, К, Р, N3.
В пределах Черногорской интрузии уменьшение содержания железа от эндоконтактов кровли и подошвы к центру интрузии сопровождается увеличением 1^,Са,А1 в том же направлении, а уменьшение кремния- соответственно уменьшение Мп, Ыа, К, Р.
Степень изменения содержания химических элементов в этих группах характеризуется коэффициентами фракционирования. В первой группе изменение химических элементов характеризуется коэффициентом железистости
(Kl.-e=(FeO+Fe20з)/(FeO+Fe20з+MgO)xlOO), а во второй - коэффициентом силикатности (К.51=(8Ю2)/(8Ю2+ТЮ2)х100), значения которых приведены в табл.5.
Таблица 5 Кре i Ksi в Черногорской интрузии
Поро- ды 1 2 3 4 5 6 7 8 9
к, 77.3 67.8 54.4 48.5 46.2 37.6 57.3 60.3 49.0
Ksi 95.5 95.2 97.6 98.3 98.1 97.9 98.0 97.3 97.9
Из этих данных видно, что в Черногорской интрузии Кре и К^, имеют противоположный характер изменения.
Причем ККе уменьшается от эндоконтактов кровли и подошвы к центру интрузии, а ЬСбі наоборот увеличивается.
В пределах Аламджахской интрузии при одних допущениях увеличение содержания железа вызывает уменьшение А1, М£, Са, а при других - наоборот. Аналогичное фракционирование химических элементов характерно и второй группе. Это обусловливает и пилообразное изменение Кре и К^, ( Табл. 6)
Таблица б
Коэффициент фракционирования железа н кремнии в Аламджахской ни грузни
Поро- ды 1 2 3 4 5 6 7 8
62.0 93.0 91.2 70.1 82.3 57.6 56.3 70.9
Кч, 69.9 99.5 97.8 96.8 93.9 97.8 98 1 96.2
В пределах Кайерканской интрузии с увеличением железа от эндоконтактов кровли и подошвы к центру интрузии уменьшается А1,1У^, а с повышением кремния - понижается Т^К.Мп, что и обусловливает увеличение Кре и уменьшение к центру интрузии (Табл.7)
Таблица 7 Ккс и Км в породах Кайерканской интрузии
Пород ы 1 2 3 4 5 6 7 8
К|.с 69,7 76.4 8,6 67,9 65,5 68,5 69,8 73,2
Кчі 99.0 95,6 92,2 96,1 96,7 95,6 96,4 97,7
В Ергалахской интрузии увеличение железа обусловливает уменьшение Са, А1, а повышение кремния - возрастание Т1, Мп, К и Ыа , что сопровождается увеличением Кре к центру интрузии ( табл.8)
Таблица 8
ККс и Ка в породах Ергалахской интрузии
Пород ы 1 2 3 4 5 6 7 8
К 65.5 67.3 73.7 75.7 73.0 65.7 64.8 69.5
К* 95.4 95.3 94.7 94.1 94.0 95.2 96.0 95 0
Таким образом фракционирование химических элементов в никеленосных интрузиях ангарского и могдинского типов имеет сходный характер, но противоположный характеру фракционирования химических элементов в интрузии норильского типа.
В интрузии аламджахского типа фракционирование химических элементов носит промежуточный характер, т.е. между интрузиями норильского и ангарского типов.
Генетическая сторона проблемы фракционирования химических элементов
Для объяснения проблемы фракционирования химических элементов в медноникелевых интрузиях различного типа Альмухамедов и др. [2] привлекли данные Феннера [7]. В опытах Феннера установлено фракционирование химических элементов в расплаве в присутствии О2 и ССЬ + 1Ь (Табл.9) которое связывается с эволюцией расплава в ходе кристаллизации минералов.
Таблица 9
Фракционирование М$», Ре и 8і в опытах Феннера
Флюидная фаза МйО КеО Рс203 8ІО;
исходное 25,5 17,6 26,4 30.5
Ро2= 1 Атм. 21 9,3 28,7 41
18 8,5 28 45.5
1*02=0,21 Атм. 19 14,5 26,5 40
16 12.0 27.0 45
со2 + Н2 13,5 34,7 13,8 38
7,5 43.2 11,3 38
2,5 50,8 10.7 36
Рис. 2. II вменение химических элементов в эволюционирующем расплаве оливиновых толеитов а) - расплав, б) - оливин.
Поэтому мы вправе поставить вопрос: какие же процессы приводят к фракционированию химических элементов в эволюционирующем расплаве и глубинном веществе при формировании медно-никелевых интрузий различного типа. Именно в этом и заключается суть проблемы, решению которой и посвящена настоящая работа.
Механизм фракционирования химических элементов в эволюционирующем расплаве
Исходя из фракционирования химических элементов в опытах Кадика, Феннера
и медно- никелевых интрузиях различного типа, процессы, протекающие в расплаве плагиоклазовых толеитов, могут вызывать фракционирование химических элементов аналогичное фракционированию в оливиновых толеитах, медно- никелевых интрузиях и опытах Феннера.
Действительно, эволюционирующий расплав плагиоклазовых толеитов в районе 1263° С (область 1 на рис.1) приводит к такому же фракционированию химических элементов, как и в Черногорской интрузии. При дальнейшем понижении температуры (область 2) фракционирование химических
элементов в нем совпадает с фракционированием в Аламджахской интрузии. Понижение температуры расплава плагиоклазового толеита до 1239 - 1221°С вызывает фракционирование химических элементов (область 3,4) такое же, как и в Ергалахской и Кайерканской интрузиях. В области 5,7 фракционирование химических элементов в расплаве плагиоклазового толеита совпадает с фракционированием в расплаве оливино-вого толеита и опытах Феннера с СО2+Н2.
Здесь следует отметить, что в области 6 (Рис.2) в расплаве оливинового толеита фракционирование химических элементов такое же, как и в опытах Феннера при От.
Таким образом, фракционирование химических элементов в расплаве оливинового толеита, а также в медно-никелевых интрузиях различных типов подтверждает заключение о том, что медно-никелевые интрузии норильского, аламджахского, ангарского и могдинского типов образовывались соответственно в ходе понижения температуры магматического расплава, химический состав которого близок к химическому составу расплава плагиоклазового толеита Атлантики.
Концентраторы химических элементов в дифференцированных интрузиях
В ранних публикациях [10,11] было установлено, что при поднятии глубинного
вещества к поверхности Земли происходит развал его на обычные и составные ядра, а также захват этими частицами свободных электронов. Глубинное вещество на стадии подсоединения и перераспределения валентных электронов обычными и составными ядрами обладает свойствами магматического расплава. Дальнейшая эволюция такого магматического расплава происходит в процессе полимеризации полианионов с самой высокой энергией комнлексообразо-вателя и деполимеризации полианионов с наименьшей энергией комплексооборазова-теля. При наличии в расплаве полианионов только в деполимеризованном состоянии процесс полимеризации полианионов с наибольшей энергией вызывает оголение легких атомов от электронов, развал и образование составных ядер.
Доказательством эволюции химических элементов в эволюционирующем магматическом расплаве может служить изменение содержания Ре, М^, А1 и в породах дифференцированных интрузий и энергии развала составных ядер.
Вначале по изменению Ре,М^ и в породах устанавливаются возможные реакции синтеза и развала составных ядер Ре, М^, (Табл. 10).
Таблица 10
Изменение Ре,М£ и XI в породах дифференцированных интрузий и возможные реакции синтеза и развала составных ядер
Интрузии 1) РеО [)МкО 1)ХК)2 Возможные реакции
Черногорская -5,4 + 19.8 -18.3 Ре->2Мя+2Н; Б1-> Мк+2Н
Аламджахскан +-П,4 +-7,6 +-23, (» Мц+8ь>Ре; 8|->Мц+2Н;8|->А1+М
Ергалахская +2,7 -2,3 + 1.2 \^+8ь>Ре;А1+Н->В1
Каперканская +7.1 -3,8 +5,5 1^+51->Ре;А1+Н->81 Мв+А1->Ре;А1->Мё+Н
Из таблицы видно, что по изменению содержания Ре,М^ и интрузии можно расположить так, как это сделано в таблице,
а по возможным химическим реакциям нужно поменять местами Ергалахскую и Кайер-канскую. Такая последовательность интру-
канской интрузии уже синтезируются ядра кремния, но еще разваливаются ядра алюминия на и Н; в Ергалахской интрузии уже протекают только реакции синтеза.
Здесь следует отметить, что возможные реакции устанавливались так, чтобы обеспечить экстремальные изменения Ре.М§ и 81.
Таблица 11
1 пн сия ш составных ядер и вероятность их оГфашванпи
Химическая реакция Е„ (а.е.м) р .. _ . ' «»<5»
и2^! = ,з27А1 + 1* И +0,0124 0,9219
и ^1 = и" А1 + |1 Н + п +0,0115 0,0470
и2,81 = 1327А1+,2Н +0,0191 0,000009
- „27А1 + Н +2и +0,0329 0,0310
= 1327А1 + 2 II + п ■*0,0305 0,000006
:„,4Ре = 2 |2*4 Мк+ 2 ,2Н + 2п + 0,0760 0.00001
26^ = 2 |225 Мв + 2 ,'Н + 2п +0,0650 0.00586
2*МРе = 2 1224 Ме + 2 ,2Н + 4п +0,0908 0.04564
гЛ = 2 1225 МК + 2 ,2Н +0,0602 0.000002
26,4Ре = 2 1226 Ме + 2 ,'Н +0,0446 0.00640
245*Ре = 2 1224 Мг + 2 |*Н + 6п +0,1029 0.7215
2656Ре = 2,125Мв + 21'Н + 4п +0,0871 0.09168
г.^Ре = 2 ,225 М« + 2 ,2Н + 2п +0.0823 0.00002
2(,,6Ре = 2 1226 Мй + 2,‘н + 2п +0,0667 0,09168
,»“Ре = 2 1226 Мк + 2 ,2Н +0,0685 0,00002
,/7Ре = 2 1224 Мц + 2 ,'Н + 7п +0,1111 0,017311
;,Л, :,;;4Ми . :,:н * 5.1 +0,1065 0,000003
2л'7Рс = 2 1225 Мц + 2 ,'Н + 5п +0,0753 0,0022
2657Ре = 2 |22’ Ме + 2 ,2Н +3п +0.0705 0,00001
2657Ре = 2 , 226 Ме + 2 ,2Н + п +0,0701 0,0000004
2(1,,1Рс = 2 ,226 Ме + 2 ,'Н +4п ♦0,0853 0,00033
= 2 |226 Мй + 2 ,4Н + 2п +0.0809 0,000004
26иРе = 2 |224 Мц + 2 ,'Н + 8п +0,1219 0,00236
2б5*Ре = 2 1224 Мц + 2 ,2Н + 6п +0,1171 0,0000004
26,4Ре = 1224 Ме + ,4^4 + 2п + 0,0397 0,04209
14мРе = 12±4 Мц + „”81 + п + 0,0306 0,00215
2654Ре= |224 Ме + ,43% +0,0191 0.00141
26^ = ,225 Мц + Л + И +0,0318 0.00535
2б,4Ре = п25 МЕ + „”81 +0,0227 0.00027
2654Ре = ,226 МС+ Л +0,0199 0.00594
= ,224 Ме + ,428Х| + 4п +0,0618 0.66535
26^-= ,224 МЕ+ ,42,^+Зп +0.0527 0,03435
2^0 = 1225 Мй + 142% + Зп +0,0540 0,08455
2б5АРе = ,225 МЕ + м”8! + 2II +0.0449 0.00431
2б*Те= ,22,М£+ 143%+11 +0,0335 0,002843
2л^6рс = ,226 Ме + Л + 2п +0,0420 0.0530
26“Ре = ,226 Мц + + п +0,0329 0,00485
26**Ре = ,226 Ме + Л +0,0215 0,03184
зий позволяет заключить, что от Черногорской до Кайерканской интрузий происходит уменьшение энергии расплава, так как в Черногорской интрузии протекают только реакции развала составных ядер железа и кремния; в Аламдхахской интрузии уже ядра железа синтезируются, а кремния еще разваливаются на А1+Н и 1^+2Н; в Кайер-
2b57Fe = l224 Mfi + 14J*Si + 5n +0.00700 0,0341
26,7Fc = u24 Mg + |4J,Si + 4u +0,0609 0,000814
26*7Fc = ,,i4 Mg + 1430Si + 3n +0,0495 0.000537
2<.57Fc = I225 Mg + uJ8Si + 4n +0,0622 0.00203
2651Fc = llISMg+ u2,Si + 3n +0,0416 0,000103
57- 25 .. . JOo- л 26 Fc =12 Mg + |4 Si + 2n +0,0534 0,02272
2657Fe= ,2:‘Mg+ u2,Si + 2n + 0,0411 0,000116
: 1 1 ‘ • 11 +0,0236 0,0000763
265*Fe= ,2MMg+ ,42,Si + 5n + 0,0717 0,00011
2s“Fe = ,224 Mg+ u"Si + 6n +0,0508 0.0218
26**Fe = ,224 Mg + ,430Si + 4ii 0.0603 0,000073
265*Fe = 122’ Mg + 14USi + 5n +0,0730 0,000277
26**Fe = ,225 Mg + ,424Si + 4n + 0.0639 0,000014
265*Fc= ,2l5Mg+ и^і + Зп + 0.0525 0.000009
26?*Fe = ,2l4Mg + u2*Si + 4n +0,0610 0,00031
2,-KFe = 122fc Mg + ,4J,Si + 3n *0,0519 0,000018
2„,8Fc= ,2l6Mg+ ,4MSi + 2.1 +0,0405 0,0000009
i42*Si = 1224Me + 2,‘h + 2n +0,0411 0,72547
i428Si = ,2:4Mg + 2,2H +0,0363 0.00014
|42,Si = |225Mg + 2|*H + 0,0332 0.0922
142*Si=l22,Mg + 12H + 1'H +0,0349 0,00002
,42*Si = ,226Mg + 21lH +0,0213 0,10140
i424Si = |2j4Mg + 2|‘Н + 3n +0,0501 0,03698
и'"s. ‘Мя • 4 " +0,0454 0,000007
l4!,Si = „1,MB + 2,lH + 2n +0,0423 0,0047
,42,Si = 122,ME + 212H + 0,0375 0,000001
./'Si i/'MrVll'', +0,0294 0.00517
,4WSi = l2l‘Mg + ,2H + ,1 H +0,0280 0,000001
i4MSi = u24Mg + 2,'Н + 4n + 0.0616 0,02439
l43°Si = ,224Me + 2,2H + 2n + 0,0568 0,000005
l430Si = ,225Mg + 211H+3n +0,0537 0,00310
I4MSi = ,225Me + 2|2H + n + 0,0499 0,000001
i4 Si = i! Me + 2,'Н + 2n + 0,0418 0,00418
i/°Si = ,22‘Mg + 2,*H + 0,0370 0.000001
2ft54Fe = ,224Mg + ,j Al + ,‘H + 2n +0,0521 0,04564
2654Fe = 1224Me + ,з27А1 + ,2H + и +0,0612 0,00001
2654FC = 122,Mg + 1J27AI + і’н + 11 +0,0442 0.0058
2,MFe = ,225Me + ij27AI + ,2H +0,0451 0.000001
26*4Fe = 122tMg + i3i?AI + ,'H +0,0332 0.0058
2656Fe = 1224Mg + ,з27АІ + ,'H + 4n +0.0642 0.7215
26-6Fe = ,224Mg + ,,27AI + ,2H + 3n +0.0618 0.000161
26,4Fc = ,:”Me + u27AI + ,'H + 3n +0.0663 0.09168
26W’Fe = ,2:’Me + ,32+AI + ,2H + 2n +0,0639 0.00002
2b5tFe-,226Mg+„l7AI + ,,H + 2n +0,0544 0,10268
M^Fe = 1226Mg + ,з27АІ + ,2H + n +0,0520 0,000021
26*^Fe = и Mg + и Al + ,'H + 5n + 0,0824 0.01731
26,7Fe = ,224Mg + ,327AI + ,2H + 4 и + 0,0800 0,000003
jt,7Fc = i2Z'Mg + ij27AI + /II + 4n +0,0745 0,0022
2657Fc = ,22,Mg + ,,27AI + M + 3n <0,0721 0,000004
2ь,7Ке = цММе + и АІ + ,'Н + Зп +0,0626 0,00246
К М * Н ' -0,0602 0,0000004
265*Ре = 12ИМН + ц17А1 + ■1Н + 6п +0,0932 0.0026
24ЯГе = ,2ММе + п27А1 + ,2Н + 5п + 0,0908 0.0000005
:^Кс- ,;:<Мц + ,г'А1+ /II Ч 5п +0.0553 0,00033
265,Рс = ,225Ми + ,з27А1 + ,2Н + 4 її +0,0529 0
2б'8Ке = і226Мй + »27А1 + ,‘Н + 4 її -*0,0734 0,00331
26яРе = ,22АМй + и27А1 + ,2Н + Зп +0,0710 0
із^АІ = ,2 Ме + ,'Н + 2 п +0,0287 0,7868
із27АІ = ,224Ме + |2Н + п + 0,0263 0.00016
,з2?А1 = ,22,Мц + ,'Н + п +0,0208 0,09998
,327А1 = ,225Мц + ,2Н +0,0184 0,00002
,з27аі = |226МЕ + ,'н +0,0089 0,11198
Таким образом, связь между экстремальными изменениями химических элементов в породах дифференцируемых интрузий и возможными реакциями синтеза и развала составных ядер воспроизводит температурную последовательность образования медно-никелевых интрузий, установленную по изменению Ре,Мй,8і и температуры в эволюционирующем расплаве плаги-оклазовых толеитов Атлантики в опытах Кадика.
Если связь между температурой и возможными реакциями синтеза и развала составных ядер реально существует, то должны существовать и поля изменения энергии образования возможных реакций, границы которых должны соответствовать определенным типам интрузий. Для построения таких полей сначала были вычислены энергии связи составных ядер (Есв) и вероятности их образования (Р) для всех изотопов Ре,Мй,8і и А1 (Табл. 11), а затем были определены поля существования химических реакций для дифференцированных интрузий различного типа (Рис.З). Из рисунка видно, что поле Черногорской интрузии характеризуется наивысшей энергией развала составных ядер, а поля Аламджах-ской, Ергалахской и Кайерканской интрузий совмещены и несколько ниже по энергии
поля Черногорской интрузии, и больше по вероятности протекания реакций. Причем, эти поля перекрываются полем Черногорской интрузии. Каждое поле, как правило, представлено двумя- тремя реакциями, которые по энергии развала ядер можно расположить в направлении уменьшения энергии следующим образом:
Ре = Мй + 2Н ; Ре = Мй + А1 + Н; Ре Бі; Бі = Мй + 2Н ;
АІ = Мй + Н ; Бі = А1 + Н ;
Ме
Исходя из энергий реакций можно оценить энергетическое состояние расплава для каждой интрузии. Так, например, в Черногорской интрузии энергия расплава должна быть выше энергии развала составного ядра кремния ( 81 —> Мй + 2Н), так как развалу подвергаются составные ядра железа
(Ре —> 2Мё + 2Н).
В Аламджахской интрузии энергия расплава должна быть ниже энергии расплава Черногорской интрузии, так как ядра железа уже синтезируются ( Мй + 81 —> Ре), но выше энергия развала кремния на А1 и Н (81 —> А1 + Н) и приблизительно равна энергии развала кремния на магний и водород (Б1 —> Мй + 2Н).
В Ергалахской интрузии энергия расплава должна быть ниже не только энергии развала железа на Мй и 81, но и ниже энергии развала кремния на А1 и Н, так как кремний синтезируется из атомов А1 и Н.
В Кайерканской интрузии энергия расплава близка к энергии расплава Ергалахской интрузии, так как синтезируются железо из Мй и 81 и из Мй, А1 и Н, кремний из А1 и Н, но несколько выше, так как алюминий разрушается на Мй и Н.
Полученные нами результаты оценки энергии расплава по более распространенным изотопам химических элементов позволяют оценить энергию расплава: для Черногорской интрузии она составляет - 0,1 а.е.м., для Аламджахской 0 0,05 а.е.м., а для Ергалахской 0,01 а.е.м. и Кайерканской интрузий
- 0,03 а.е.м.. Более точных значений энергии можно достичь при использовании в данном анализе изотопов эволюционирующих химических элементов.
Таким образом, полученные значения энергий расплава для дифференцируемых интрузий различного типа подтверждают температурную (энергетическую) зависимость химического состава в эволюционирующем расплаве плагиоклазовых океанических толеитов Атлантики в опытах Кадика, что и дает нам основание считать основным концентратором химических элементов в эволюционирующем магматическом расплаве реакции развала и синтеза составных ядер.
Отличительные особенности эволюционирующих расплавов олнвииовых и плагиоклазовых толеитов Атлантики
Исходя из изменений Ре, Мй, 81 и А1 было установлено, что эволюционирующий расплав оливиновых толеитов лишен высокотемпературной составляющей, присущей эволюционирующему расплаву плагиоклазовых толеитов.
Перегиб в изменениях Ре, Мй и 81 в этой области обусловлен одновременным действием двух процессов, приводящих к противоположному изменению РеО, МйО, 8Юг в эволюционирующем расплаве. Причем, один из них приводит к увеличению МйО и уменьшению 8Юг и РеО в результате протекания реакций синтеза и развала ядер, характерных для Черногорской интрузии (Ре ->2Мй + 2Н; 81 ->Мй + 2Н), а другой
- К уменьшению МйО и увеличению 8Юз и РеО, которые характерны для Ергалахской интрузии (Мй+81->Ре ; А1+Н-> 81).
При этом первый процесс протекает при энергии в области развала 2ьМТе -> _1224Мй + 2 |'Н +6п, приблизительно равной +0,1029 а.е.м., а второй - в области синтеза 1224Мй + н2881+4п -> Ре, равной +0,0618 а.е.м. Именно затухание высокотемпературного и активация низкотемпературного процессов и обусловливает перегиб в изменении содержаний РеО, МйО, 8Юг в эволюционирующем расплаве плагиоклазовых толеитов.
При более высоких температурах (1374° в опытах Феннера в присутствии СО2 + Н2 ), чем в области перегиба в эволюционирующем расплаве плагиоклазовых толеитов (1263° в опытах Кадика с СО2+Н2+ О2) происходит синтез и развал составных ядер Ре. Так, например, 1224Мй + 8*60 + б'2С + 4п -
> 2б56 Ре протекает при энергии, равной +0,0798 а.е.м., 1224Мй + 2612С + 2 ,'Н + 6п -> 2б56Ре - при энергии + 0,1179 а.е.м., а 2б56 Ре -
> ,42881 + 2б'2С + 4п - при +0,0768 а.е.м.
Именно эти реакции и обусловливают синтез Мй, С и О в виде составных ядер Ре и развал составных ядер Ре на 81 и С и создают условия для деполимеризации полианионов углерода (С = С -> С) и полимеризации полианионов кремния ( 2 8Ю1 -> 2 8102), в результате которых в наиболее высокотемпературной области расплава плагиоклазовых толеитов создаются условия для кристаллизации плагиоклаза, но не оливина.
Однако, исходя из результатов исследования процесса эволюции химических элементов в породах дифференцированных интрузий, эволюционирующих расплавов оливиновых и плагиоклазовых толеитов Атлантики и искусственных эволюционирующих расплавах в опытах Феннера развал и синтез ядер в расплаве протекает при температурах в пределах 1300° и давлении флюидной фазы около 1 атм. Эти температуры и давления вряд ли могут обеспечить такие огромные энергии.
Кроме этого, тенденция изменения энергии развала составных ядер в ряду Ре (0,1 а.е.м.), 81 (0,04 а.е.м.) и А1 (0,01 а.е.м.) воспроизводится энергией оголения ядер в том же ряду Бе (927,7 эВ)^ (2637,2 эВ) и А1 ( 2304,2 эВ) от электронов [8].
Все это позволяет заключить, что ядра химических элементов содержат концентраторы внешней энергии, которая поступает в ядро в процессе захвата им электронов из электронной оболочки собственного атома.
Своеобразный характер процесса е -захвата приводит к зависимости постоянной радиоактивного распада от внешних условий, так как вероятность е - захвата пропорциональна плотности электронов в ядре, зависящей от химической связи [5]. Химическая связь между элементами в дифференцирующем расплаве изменяется в ходе полимеризации одних и деполимеризации других полианионов.
Излучение этой энергии может передаваться не § -кванту, а одному из электронов собственного атома. Электрон при этом вылетает во внешнее пространство с энергией Ее = Ег -1, где / - ионизационный потенциал соответствующей атомной оболочки. Для К-оболочки тяжелых элементов /у= 125 кэВ, а для легких 1С-498 эВ. Данное явление получило название внутренней конверсии g-излучения [1].
Таким образом, полимеризация одних полианоионв и деполимеризация других в открытых магматических камерах изменяет химическую связь, оказывающую влияние на положение ядерных уровней. Переход ядра из возбужденного в основное состояние сопровождается высвобождением энергии возбуждения, которая передается одному из электронов.
Именно эти процессы, разрушая электронные оболочки, и создают условия для синтеза и развала составных ядер.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Генетическая память о процессах эволюции глубинного вещества заключена в химическом, изотопном и минеральном составе пород дифференцированных интрузий.
Химический и изотопный состав в дифференцирующем расплаве эволюционирует в ходе развала и синтеза составных ядер.
Развал и синтез химических элементов в дифференцированных интрузиях происходит в процессе полимеризации одних и деполимеризации других полианионов химических элементов, приводящих к разрушению электронных оболочек в ходе захвата ядром электронов из оболочек атома и выброса электронов К-, Ь- орбиталей за пределы атома.
Разрушение электронных оболочек химических элементов с составными ядрами ведет к их развалу, а разрушение электронных оболочек атомов с обычными ядрами - к синтезу составных ядер.
Развал и синтез составных ядер в эволюционирующем расплаве контролируется энергетикой расплава, поэтому химический и изотопный состав в породах интрузий зависит от характера изменения энергетики расплава.
Полимеризация полианионов с высокой энергией комплексообразователя и де-
полимеризация полианионов с низкой энергией комплексообразователя, вызывающие перераспределение и пересыщение в расплаве полианионов и катионов, приводят к кристаллизации минералов.
Последовательная полимеризация (от высоких до низких энергий комнлексообра-зователей) одних полианионов, вызывающая деполимеризацию других полианионов ( от низких в сторону высоких энергий комплек-сообразователей) формирует минеральный состав пород в дифференцированных интрузиях.
Закономерности кристаллизации минералов и изменение химического состава в эволюционирующем расплаве оливиновых толеитов те же, что и в плагиоклазовом, за исключением высокоэнергетической составляющей в плагиоклазовом расплаве.
Деполимеризация полианионов углерода, вызывающая полимеризацию полианионов кремния в области высокоэнергетической составляющей в плагиоклазовом расплаве, обусловливает кристаллизацию плагиоклазов.
С понижением энергетики расплава полимеризация полианионов углерода, вызывающая деполимеризацию полианионов кремния, обусловливает кристаллизацию оливина.
Заканчивается эволюция расплава равномерной кристаллизацией полианионов кремния, в ходе которой последовательно кристаллизуется ряд силикатов О! —> Рх —
> Р1 —> 0.
Черногорская дифференцированная интрузия формируется в области самой высокой энергетики расплава, затем в ходе понижения энергетики расплава - Аламд-жахская, а Кайерканская и Ергалахская при самой низкой энергетике расплава.
В Черногорской интрузии деполимеризация полианионов углерода, вызывающая полимеризацию полианионов кремния, обусловливает образование плагиоклазов у
эндоконтакта кровли и подошвы. В ходе понижения энергетики расплава происходит полимеризация сначала полианионов углерода, а затем серы и деполимеризация полианионов кремния, что и приводит к уменьшению плагиоклаза и увеличению оливина и рудных минералов к центру интрузии.
Наложение сегрегационных процессов концентрации рудного вещества приводит к нарушению симметричного расположения пород в нижней части интрузии.
Ергалахская и Кайерканская интрузии образуются в ходе равновесной кристаллизации поланионов кремния, что и обусловливает увеличение 8Юг к центру интрузии и наличия двух максимумов оливина у эндоконтактов кровли и подошвы интрузии.
В Аламджахской интрузии проявляются процессы, характерные интрузии норильского типа с частичным проявлением процессов, свойственных интрузиям Кайер-канского и Ергалахского типов, что и обусловливает три максимума оливина в центре и у эндоконтактов кровли и подошвы интрузии.
В открытых магматических камерах процессы развала и синтеза составных ядер происходят на уровне изменения химического взаимодействия атомов, а в закрытых камерах - на уровне оголения ядер легких химических элементов.
В Черногорской интрузии энергии расплава вполне достаточно для развала даже составных ядер железа, в Кайерканской и Ергалахской интрузиях ее хватает только на синтез ядер, а в Аламджахской - на развал и синтез составных ядер.
1. Абрамов А.И. Основы ядерной физики. М. Энергатомиздат, 1983, с.256.
2. Альмухамдов А.И., Медведев А.Я. Геохимия серы в процессах эволюции основных магм, М. Наука, 1982, с. 147.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Дмитриев Jl.В., Соболев А.В., Сущевская Н.М. Условия формирования первичного расплава океанических толеитов и вариации его состава. Геохимия, 1979,№2, с. 163-178.
4. Кадик А.А., Луканик О.А., Лапин И.В. Физико-химические условия эволюции базальтовых магм в приповерхностных очагах. Наука, М. 1990 с. 346.
5. Мухин К.М. Экспериментальная ядерная физика. М. Энергоатомиздат, 1983, с.615.
6. Носик П.Л. Влияние химизма составных ядер на условия формирования касситерита и кварца олово-вольфрамовых месторождений. Горный Информационно- аналитический бюллетень (в печати)
7. Osborne E.F. Role of oxygen pressure in the crystallization and differentiation of basaltic magma. American Journal of Science. Vol. 257, Nr. 9, p.609-647.
8. Радциг А.А., Смирнов Б.Н. Параметры атомов и атомных ионов. М. Энергоатомиздат, 1986, с. 333.
9. Успенская А.Б. Проявление генетической памяти в физических свойствах минералов и горных пород. Диссертация в форме научного доклада на соискание степени доктора физико-математических наук.М. 1993,с.35.
10. Успенская А.Б., Носик П.Л., Носик Л.П Эволюция глубинного вещества при поднятии его к поверхности Земли. Горный информационно- аналитический бюллетень.М. 1996, № 1.
11. Успенская А.Б., Носик П Л., Носик Л.П. Новые изотопно-геохимические представления об эволюции глубинного вещества. Горный информационно-аналитический бюллетень, М. 1996,№4
© П.Л. Носик, А.Б. Успенская, Л.П. Носик
