Три типа распределения кристаллов оливина по размеру в дунитах Йоко-Довыренского расслоенного массива как сигналы различной истории их кристаллизации

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В 17 образцах плагиодунитов и плагиоклазсодержащих дунитов из центральной части Йоко-Довыренского массива (Северное Прибайкалье) получены распределения кристаллов по размеру (CSD) для оливина. При этом установлено три типа CSD – логлинейное, бимодальное и логнормальное. Комбинируя эти данные с результатами петрологических реконструкций двух главных типов довыренских магм (по методу геохимической термометрии), для объяснения разнообразия CSD предложена схема взаимодействия магматических суспензий, отличающихся по температуре. Интрателлурический оливин, привнесенный разнотемпературными магмами, не испытавшими в камере ни резкого охлаждения, ни нагрева, сохранил логлинейное CSD. Для отдельных порций наиболее горячей магмы (∼1290°C) предполагается, что в случае контакта с относительно холодной кристаллической кашей (∼1190°C) в некоторых участках высокотемпературных инъекций оливин приобрел бимодальное CSD, которое образовалось за счет ускорения кристаллизации при более быстром охлаждении. Интерпретация логнормального CSD допускает, что некоторая часть оливина протокумулусных систем при компакции подстилающей расплавно-кристаллической каши в большей степени омывалась поровым расплавом. Это приводило к циклам частичного растворения и дорастания зерен оливина, что и продуцировало логнормальное CSD. Фильтрующийся горячий расплав, ненасыщенный по несмесимому сульфидному расплаву, растворял присутствующую в каше сульфидную жидкость, что обусловило сильную обедненность серой и халькофильными элементами дунитов с логнормальным CSD. Возможно, логнормальное распределение маркирует объемы в кристаллической каше, где происходила фокусированная фильтрация порового расплава.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. Н. Соболев

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: ssn_collection@bk.ru
Россия, Москва

А. А. Арискин

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН; Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: ssn_collection@bk.ru

Геологический факультет

Россия, Москва; Москва

Г. С. Николаев

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН

Email: ssn_collection@bk.ru
Россия, Москва

И. В. Пшеницын

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН

Email: ssn_collection@bk.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Арискин А.А., Николаев Г.С., Данюшевский Л.В. и др. Геохимические свидетельства фракционирования платиноидов иридиевой группы на ранних стадиях кристаллизации довыренских магм (Северное Прибайкалье, Россия) // Геология и геофизика. 2018. № 5. С. 573–588.
  2. Кислов Е.В. Йоко-Довыренский расслоенный массив. Улан-Удэ: Изд. Бурятского НЦ, 1998. 265 с.
  3. Конников Э.Г., Ковязин С.В., Некрасов А.Н., Симакин С.Г. Флюидно-магматическое взаимодействие мантийных магм с породами нижней коры: данные изучения включений в минералах интрузий // Геохимия. 2005. № 10. С. 1–10.
  4. Орсоев Д.А. Aнортозиты малосульфидного платиноносного горизонта (Риф I) в верхнерифейском Йоко-Довыренском массиве (Северное Прибайкалье): новые данные по составу, ЭПГ-Cu-Ni минерализации, флюидному режиму и условиям образования // Геология рудн. месторождений. 2019. Т. 61. № 4. C. 15–43. https://doi.org/10.31857/S0016-777061415-43
  5. Перцев Н.Н., Шабынин Л.И. Скарновые, карбонатные и бруситовые ксенолиты Йоко-Довыренского массива. Контактовые процессы и оруденение в габбро-перидотитовых интрузивах. М.: Наука, 1978. С. 85–96.
  6. Соболев С.Н., Арискин А.А., Николаев Г.С. и др. Распределения кристаллов по размеру как ключ к эволюции протокумулуса в расслоенных массивах: эксперименты, расчеты и практика определения CSD// Петрология. 2023. Т. 31. № 6. С. 649–665.
  7. Френкель М.Я., Ярошевский А.А., Арискин А.А. и др. Динамика внутрикамерной дифференциации базитовых магм: М.: Наука, 1988. 216 с.
  8. Annen C. From plutons to magma chambers: Thermal constraints on the accumulation of eruptible silicic magma in the upper crust // Earth Planet. Sci. Lett. 2009. V. 284. № 3–4. Р. 409–416. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2009.05.006
  9. Ariskin A.A., Danyushevsky L.V., Kislov E.V. et al. Cu-Ni-PGE fertility of the Yoko-Dovyren layered massif (Northern Transbaikalia, Russia): thermodynamic modeling of sulfide compositions in low mineralized dunites based on quantitative sulfide mineralogy // Mineral. Deposita. 2016. V. 51. № 8. P. 993–1011.
  10. Ariskin A., Danyushevsky L., Nikolaev G. et al. The Dovyren Intrusive Complex (Southern Siberia, Russia): Insights into dynamics of an open magma chamber with implications for parental magma origin, composition, and Cu-Ni-PGE fertility // Lithos. 2018. V. 302–303. Р. 242–262. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2018.01.001
  11. Barnes S.J. The effect of trapped liquid crystallization on cumulus mineral compositions in layered intrusions // Contrib. Mineral. Petrol. 1986. V. 15. P. 71–74.
  12. Boorman S., Boudreau A., Kruger F.J. The Lower Zone-Critical Zone transition of the Bushveld Complex: а quantitative textural study // J. Petrol. 2004. V. 45. № 6. P. 1209–1235. https://doi.org/10.1093/petrology/egh011
  13. Cabane H., Laporte D., Provost A. An experimental study of Ostwald ripening of olivine and plagioclase in silicate melts: Implications for the growth and size of crystals in magmas // Contrib. Mineral. Petrol. 2005. V. 150. № 1. P. 37–53. https://doi.org/10.1007/s00410-005-0002-2
  14. Caricchi L., Burlini L., Ulmer P. et al. Non-Newtonian rheology of crystal-bearing magmas and implications for magma ascent dynamics // Earth Planet. Sci. Lett. 2007. V. 264. № 3–4. P. 402–419. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2007.09.032
  15. Cashman K.V., Marsh B.D. Crystal size distribution (CSD) in rocks and the kinetics and dynamics of crystallization II: Makaopuhi lava lake // Contrib. Mineral. Petrol. 1988. V. 99. № 3. P. 292–305. https://doi.org/10.1007/BF00375363
  16. DeHoff R.T. A geometrically general theory of diffusion controlled coarsening // Acta Metallurgica еt Materialia. 1991. V. 39. № 10. P. 2349–2360. https://doi.org/10.1016/0956-7151(91)90016-T
  17. Faul U.H., Scott D. Grain growth in partially molten olivine aggregates // Contrib. Mineral. Petrol. 2006. V. 151. № 1. P. 101–111. https://doi.org/10.1007/s00410-005-0048-1
  18. Godel L.M., Barnes S.J., Barnes S. Deposition mechanisms of magmatic sulphide liquids: evidence from high-resolution X-ray computed tomography and trace element chemistry of komatiite-hosted Disseminated Sulphides // J. Petrol. 2013. V. 54. № 7. P. 1455–1481. https://doi.org/10.1093/petrology/egt018
  19. Helz R.T. The Stillwater Complex, Montana: a subvolcanic magma chamber? // Amer. Mineral. 1995. V. 80. № 11–12. P. 1343–1346. https://doi.org/10.2138/am-1995-11-1225
  20. Higgins M.D. Origin of anorthosite by textural coarsening: quantitative measurements of a natural sequence of textural development // J. Petrol. 1998. V. 39. № 7. P. 1307–1323. https://doi.org/10.1093/petroj/39.7.1307
  21. Higgins M.D. Measurement of crystal size distributions // Amer. Mineral. 2000. V. 85. № 9. P. 1105–1116. https://doi.org/10.2138/am-2000-8-901
  22. Higgins M.D. Quantitative textural measurements in igneous and metamorphic petrology. Cambridge University Press, 2006. 265 p. https://doi.org/10.1017/CBO9780511535574
  23. Holness M.B., Cheadle M.J., McKenzie D. On the use of changes in dihedral angle to decode late-stage textural evolution in cumulates // J. Petrol. 2005. V. 46. № 8. P. 1565–1583. https://doi.org/10.1093/petrology/egi026
  24. Huppert H.E., Sparks R.S.J. The fluid dynamics of a basaltic magma chamber replenished by influx of hot, dense ultrabasic magma // Contrib. Mineral. Petrol. 1981. V. 75. № 3. P. 279–289. https://doi.org/10.1007/BF01166768
  25. Lavorel G., Le Bars M. Sedimentation of particles in a vigorously convecting fluid // Physical Rev. E – Statistical, Nonlinear, and Soft Matter Physics. 2009. V. 80. № 4. P. 1–8. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.80.046324
  26. Lifshitz I.M., Slyozov V.V. The kinetics of precipitation from supersaturated solid solutions // J. Phys. Chem. Solids. 1961. V. 19. № 1–2. P. 35–50. https://doi.org/10.1016/0022-3697(61)90054-3
  27. Marsh B.D. On the interpretation of crystal size distributions in magmatic systems // J. Petrol. 1998. V. 39. № 4. P. 553–599. https://doi.org/10.1093/petroj/39.4.553
  28. Menand T. The mechanics and dynamics of sills in layered elastic rocks and their implications for the growth of laccoliths and other igneous complexes // Earth Planet. Sci. Lett. 2008. V. 267. № 1–2. P. 93–99. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2007.11.043
  29. Milman-Barris M.S., Beckett J.R., Baker M.B. et al. Zoning of phosphorus in igneous olivine // Contrib. Mineral. Petrol. 2008. V. 155. № 6. P. 739–765. https://doi.org/10.1007/s00410-007-0268-7
  30. Mungall J.E., Su S. Interfacial tension between magmatic sulfide and silicate liquids: Constraints on kinetics of sulfide liquation and sulfide migration through silicate rocks // Earth Planet. Sci. Lett. 2005. V. 234. № 1–2. P. 135–149. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2005.02.035
  31. Ni H., Keppler H., Walte N. et al. In situ observation of crystal growth in a basalt melt and the development of crystal size distribution in igneous rocks // Contrib. Mineral. Petrol. 2014. V. 167. Р. 1003. https://doi.org/10.1007/s00410-014-1003-9
  32. Park Y., Hanson B. Experimental investigation of Ostwald-ripening rates of forsterite in the haplobasaltic system // J. Volcanol. Geotherm. Res. 1999. V. 90. № 1–2. P. 103–113. https://doi.org/10.1016/S0377-0273(99)00023-2
  33. Patočka V., Calzavarini E., Tosi N. Settling of inertial particles in turbulent Rayleigh-Bénard convection // Physical Rev. Fluids. 2020. V. 5. № 11. https://doi.org/10.1103/PhysRevFluids.5.114304
  34. Resmini R.G. Modeling of crystal size distributions (CSDs) in sills // J. Volcanol. Geotherm. Res. 2007. V. 161. № 1–2. P. 118–130. https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2006.06.023
  35. Shea T., Hammer J.E., Hellebrand E. et al. Phosphorus and aluminum zoning in olivine: contrasting behavior of two nominally incompatible trace elements // Contrib. Mineral. Petrol. 2019. V. 174. Р. 85. https://doi.org/10.1007/s00410-019-1618-y
  36. Schiavi F., Walte N., Keppler H. First in situ observation of crystallization processes in a basaltic-andesitic melt with the moissanite cell // Geology. 2009. V. 37. № 11. P. 963–966. https://doi.org/10.1130/G30087A.1
  37. Simakin A.G., Bindeman I.N. Evolution of crystal sizes in the series of dissolution and precipitation events in open magma systems // J. Volcanol. Geotherm. Res. 2008. V. 177. № 4. P. 997–1010. https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2008.07.012
  38. Simakin A.G., Devyatova V.N., Nekrasov A.N. Crystallization of Cpx in the Ab-Di system under the oscillating temperature: contrast dynamic modes at different periods of oscillation // Еds. Y. Litvin, О. Safonov. Advances in Experimental and Genetic Mineralogy. Springer Mineralogy. Springer Cham, 2020. https://doi.org/10.1007/978-3-030-42859-4_5
  39. Špillar V., Dolejš D. Kinetic model of nucleation and growth in silicate melts: Implications for igneous textures and their quantitative description // Geochim. Cosmochim. Acta. 2014. V. 131. P. 164–183. https://doi.org/10.1016/j.gca.2014.01.022
  40. Turner J.S., Campbell I.H. Convection and mixing in magma chambers // Earth Sci. Rev. 1986. V. 23. № 4. P. 255–352. https://doi.org/10.1016/0012-8252(86)90015-2
  41. Welsch B., Faure F., Famin V. et al. Dendritic crystallization: а single process for all the textures of olivine in basalts? // J. Petrol. 2013. V. 54. № 3. P. 539–574. https://doi.org/10.1093/petrology/egs077
  42. Welsch B., Hammer J., Hellebrand E. Phosphorus zoning reveals dendritic architecture of olivine // Geology. 2014. V. 42. № 10. P. 867–870. https://doi.org/10.1130/G35691.1
  43. Zieg M.J., Marsh B.D. Crystal size distributions and scaling laws in the quantification of igneous textures // J. Petrol. 2002. V. 43. № 1. P. 85–101. https://doi.org/10.1093/petrology/43.1.85

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. (а) Упрощенная геологическая схема Йоко-Довыренского массива, по (Ariskin et al., 2018). Жирным шрифтом указаны названия трех основных разрезов. На врезке (б) даны положения точек пробоотбора, в том числе приведены образцы, классифицированные без инструментального определения CSD, но визуально, и на основании геохимических данных (Ariskin et al., 2018) отнесенные нами к одному из трех типов. Линейка отложена от нижнего контакта массива. (в) Характерный склон долины руч. Большой, где обнажается нижняя часть разреза дунитов. Видно, что обнаженность хотя и коренная, но не непрерывная. (г) Спутниковый снимок с контурами массива.

Скачать (811KB)
Метаданные
3. Рис. 2. (а) обр. 09DV501-40 – дунит мезокумулат с логлинейным CSD; (б) обр. 09DV501-59 – дунит мезокумулат с бимодальным CSD. Красным обведены вытянутые кристаллы оливина; (в) обр. 09DV501-37 – дунит мезокумулат с логнормальным CSD. Синими стрелками на (б, в) отмечены полифазные включения в ядрах оливина. (г) обр. 07DV124-17b – дунит, близкий к адкумулату, с бимодальным CSD, примечательно наличие удлиненного оливина, который ориентируется согласно расслоенности. Хорошо видны субзерновые границы (красные стрелки); (д) обр. 07DV124-12 – дунит мезокумулат c логнормальным CSD, локально присутствуют характерные для адкумулатов границы зерен оливина (желтые стрелки); (е) обр. 13DV547-1 – плагиолерцолит ортокумулат с пойкилитовым ортопироксеном; (ж) обр. 09DV501-7 – плагиолерцолит ортокумулат с вытянутым оливином. Масштабная линейка – 1 мм.

Скачать (1MB)
Метаданные
4. Рис. 3. (а) диаграмма MgO–FeO, иллюстрирующая положение пород, относительно чистого стехиометричного оливина. Зеленая линия – тренд смешения модельного высокотемпературного расплава и Fo88, розовая линия – то же для низкотемпературной жидкости и Fo86 (Ariskin et al., 2018); на (б) и (в) видна прямая корреляция, контролируемая соотношением оливина и интеркумулусных минералов. Важно отсутствие группировки пород различных структурных типов.

Скачать (142KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Распределение кристаллов оливина по размеру: L – линейный размер (большая ось эллипсоида), ПП – плотность популяции. (а), (б), (в) – логлинейное, бимодальное и логнормальное CSD соответственно. Графики построены со стереологическим преобразованием с одинаковыми параметрами эллипсоида (1 : 1.2 : 1.5); (г), (д), (e) – графики построены со стереологическим преобразованием с параметрами эллипсоида, подобранными в каждом случае индивидуально для совпадения расчетной и фактической объемной доли оливина. Каждый тип CSD иллюстрирован врезками со снимками шлифов типичных образцов; размеры врезок 1 × 1 см.

Скачать (531KB)
Метаданные
6. Рис. 5. CSD оливина и геохимические диаграммы для валовых содержаний в породах (V, Cr, ЭПГ, Cu, Ni, S и Zr), значение SCSS рассчитано в программе КОМАГМАТ-5.3.

Скачать (336KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Схематичный сценарий формирования нижней части разреза Йоко-Довыренского массива с образованием скрытой расслоенности и трех типов CSD оливина. Показано несколько этапов эволюции: t1 – внедрение более холодной порции (Fo86) магмы с логлинейным CSD между кристаллической кашей и бедным кристаллами основным объемом магмы в камере, когда компакция каши еще не началась; t2 – внедрение более горячей порции (Fo88) с логлинейным CSD, когда в ее подошве и кровле кристаллизация ускоряется и образуется бимодальное CSD, в каше начинается компакция; t3 – внедрение следующей горячей порции. В гетерогенной по температуре и составу в каше идет компакция, в холодных объемах каши, на месте фильтрации горячего порового расплава, происходит растворение оливина, хромита и сульфидов. На современном разрезе показано положение точек с CSD трех типов и наблюдаемое количество оливина (ф), рассчитанное по содержанию Zr. Расслоенность по Fo и оценка пористости построены на основе геохимических данных по разрезу Большой-Центральный (Ariskin et al., 2018) с небольшими упрощениями.

Скачать (554KB)
Метаданные
8. ESM_1

Скачать (2MB)
Метаданные
9. ESM_2

Скачать (274KB)
Метаданные
10. ESM_3

Скачать (2MB)
Метаданные
11. ESM_4

Скачать (2MB)
Метаданные
12. ESM_5

Скачать (3MB)
Метаданные
13. ESM_6

Скачать (3MB)
Метаданные
14. ESM_7

Скачать (1MB)
Метаданные
15. ESM_8

Скачать (1MB)
Метаданные
16. ESM_9

Скачать (2MB)
Метаданные
17. ESM_10

Скачать (2MB)
Метаданные
18. ESM_11

Скачать (2MB)
Метаданные
19. ESM_12

Скачать (1MB)
Метаданные
20. ESM_13

Скачать (3MB)
Метаданные
21. ESM_14

Скачать (3MB)
Метаданные

Примечание

1Дополнительные материалы размещены в электронном виде по DOI статьи: 10.31857/S0869590324040054 для авторизованных пользователей.


© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».