Обновленный КОМАГМАТ-5: моделирование эффектов выделения сульфидов при кристаллизации алюмохромистой шпинели
- Авторы: Арискин А.А.1,2, Бычков К.А.3, Николаев Г.С.2, Бармина Г.С.2
-
Учреждения:
- Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
- Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН
- ООО “Мюон”
- Выпуск: Том 31, № 5 (2023)
- Страницы: 552-569
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/0869-5903/article/view/141018
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0869590323050023
- EDN: https://elibrary.ru/CCVZZI
- ID: 141018
Цитировать
Аннотация
Представлена новая версия программы КОМАГМАТ-5.3, которая позволяет моделировать силикатно-сульфидную несмесимость одновременно с кристаллизацией алюмохромита и других породообразующих минералов. Изменения включают перекалибровку модели растворимости Fe-Ni сульфидов в мафит-ультрамафитовых магмах (Ariskin et al., 2013) и добавление в базовый алгоритм уравнений равновесия шпинель–расплав (Николаев и др., 2018а, 2018б). Это позволило уточнить зависимость состава несмесимых сульфидов от температуры и провести коррекцию распределения алюминия между шпинелью и кристаллизующимся расплавом. Обновленный КОМАГМАТ-5.3 эффективен при расчетах кристаллизации базальт-коматиитовых магм и последовательности затвердевания кумулатов, включая оценки состава, относительных пропорций шпинели и несмесимых сульфидов. Это показано на примере затвердевания примитивного оливинового кумулата из эндоконтакта Йоко-Довыренского массива в Северном Прибайкалье. Установлено, что по сравнению с предыдущей версией КОМАГМАТ-5.2 новая модель предсказывает более высокую пропорцию выделения сульфидов. Максимальные пропорции кристаллизации Al-Cr шпинели около 3.5 мас. % характерны для Ol-Spl котектики, но резко падают до отрицательных значений (из-за растворения шпинели) на этапе кристаллизации плагиоклаза и пироксена. Это приводит к изменению тренда эволюции состава алюмохромита – от понижения значения Cr/Al в поле оливина на повышение в области кристаллизации Ol-Pl котектики. Впервые оценено влияние присутствия хрома в пироксенах на пропорцию кристаллизации и состав Al-Cr шпинели. Демонстрационный расчет показывает, что этот фактор приводит к более продолжительному растворению шпинели с началом кристаллизации пироксенов, а ее состав смещается в область менее хромистых дериватов.
Об авторах
А. А. Арискин
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: ariskin@rambler.ru
Россия, Москва; Россия, Москва
К. А. Бычков
ООО “Мюон”
Email: ariskin@rambler.ru
Россия, Москва
Г. С. Николаев
Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН
Email: ariskin@rambler.ru
Россия, Москва
Г. С. Бармина
Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН
Email: ariskin@rambler.ru
Россия, Москва
Список литературы
- Альмеев Р.Р., Арискин А.А. ЭВМ-моделирование расплавно-минеральных равновесий в водосодержащей базальтовой системе // Геохимия. 1996. Т. 7. С. 624–636.
- Арискин А.А., Бармина Г.С. Моделирование фазовых равновесий при кристаллизации базальтовых магм // Под ред. И.Д. Рябчикова. М.: Наука, 2000, 363 с.
- Арискин А.А., Френкель М.Я. Моделирование фракционной кристаллизации основных силикатных расплавов на ЭВМ // Геохимия. 1982. Т. 3. С. 338–356.
- Арискин А.А., Бармина Г.С., Френкель М.Я., Ярошевский А.А. ЭВМ-моделирование фракционной кристаллизации толеитовых магм при низком давлении // Геохимия. 1987. Т. 9. С. 1240–1259.
- Арискин А.А., Френкель М.Я., Цехоня Т.И. Фракционная кристаллизация толеитовых магм в условиях повышенных давлений // Геохимия. 1990. Т. 2. С. 172–183.
- Арискин А.А., Бармина Г.С., Озеров А.Ю., Нильсен Р.Л. Генезис высокоглиноземистых базальтов Ключевского вулкана // Петрология. 1995. Т. 3. С. 42–67.
- Арискин А.А., Бычков К.А., Николаев Г.С. Моделирование микроэлементного состава сульфидной жидкости в кристаллизующейся базальтовой магме: развитие концепции R-фактора // Геохимия. 2017а. Т. 55. С. 453–462.
- Арискин А.А., Фомин И.С., Жаркова Е.В. и др. Окислительно-восстановительный режим формирования ультрамафитов и габброидов Йоко-Довыренского массива (по результатам измерений собственной летучести кислорода в оливине) // Геохимия. 2017б. Т. 55. С. 579–593.
- Бармина Г.С., Арискин А.А. Оценка химических и фазовых характеристик исходной магмы троктолитового интрузива Киглапейт (Лабрадор, Канада) // Геохимия. 2002. Т. 10. С. 1071–1083.
- Гонгальский Б.И., Криволуцкая Н.А., Арискин А.А., Николаев Г.С. Строение, состав и условия формирования Чинейского анортозит-габброноритового массива в Северном Забайкалье // Геохимия. 2008. Т. 7. С. 691–720.
- Коптев-Дворников Е.В., Арьяева Н.С., Бычков Д.А. Уравнение термобарометра для описания сульфид-силикатной ликвации в базитовых системах // Петрология. 2012. Т. 20. С. 495–513.
- Криволуцкая Н.А., Арискин А.А., Служеникин С.Ф., Туровцев Д.М. Геохимическая термометрия пород Талнахского интрузива: оценка состава расплава и степени закристаллизованности исходной магмы // Петрология. 2001. Т. 9. С. 451–479.
- Николаев Г.С., Арискин А.А. Бураковско-Аганозерский расслоенный массив Заонежья: II. Строение краевой группы и оценка состава родоначальной магмы методом геохимической термометрии // Геохимия. 2005. Т. 7. С. 712–732.
- Николаев Г.С., Арискин А.А., Бармина Г.С. SPINMELT-2.0: Численное моделирование равновесия шпинелид–расплав в базальтовых системах при давлениях до 15 кбар: I. Формулировка, калибровка и тестирование модели // Геохимия. 2018a. Т. 56. С. 28–49.
- Николаев Г.С., Арискин А.А., Бармина Г.С. SPINMELT-2.0: Численное моделирование равновесия шпинелид-расплав в базальтовых системах при давлениях до 15 кбар: II. Описание программы, топология модельной системы хромшпинелид – расплав и ее петрологические приложения // Геохимия. 2018б. Т. 56.С. 135–146.
- Николаев Г.С., Арискин А.А., Бармина Г.С. Численное моделирование влияния петрогенных компонентов на растворимость хромшпинелида в расплаве и возможный механизм образования хромититов // Докл. АН. 2019. Т. 487. С. 78–81.
- Френкель М.Я., Арискин А.А. Моделирование равновесной и фракционной кристаллизации базальтовых расплавов с помощью ЭВМ // Геохимия. 1984. Т. 10. С. 1419–1431.
- Френкель М.Я., Ярошевский А.А., Арискин А.А. и др. Динамика внутрикамерной дифференциации базитовых магм. М.: Наука, 1988. 216 с.
- Almeev R., Holtz F., Koepke J. et al. Depths of partial crystallization of H2O-bearing MORB: phase equilibria simulations of basalts at the MAR near Ascension Island (7–11° S) // J. Petrol. 2008. V. 49. P. 25–45.
- Almeev R.R., Ariskin A.A., Kimura J.-I., Barmina G. The role of polybaric crystallization in genesis of andesitic magmas: phase equilibria simulations of Bezymianny volcanic subseries // J. Volcanol. Geotherm. Res. 2013. V. 263. P. 182–192.
- Ariskin A.A. Phase equilibria modeling in igneous petrology: use of COMAGMAT model for simulating fractionation of ferro-basaltic magmas and the genesis of high-alumina basalt // J. Volcanol. Geotherm. Res. 1999. V. 90. P. 115–162.
- Ariskin A.A. The compositional evolution of differentiated liquids from the Skaergaard layered series as determined by geochemical thermometry // Russian J. Earth Sciences. 2003. V. 5. P. 1–29.
- Ariskin A.A., Barmina G.S. An empirical model for the calculation of spinel-melt equilibrium in mafic igneous systems at atmospheric pressure: II. Fe-Ti oxides // Contrib. Mineral. Petrol. 1999. V. 134. P. 251–263.
- Ariskin A.A., Barmina G.S. COMAGMAT: Development of a magma crystallization model and its petrologic applications // Geochem. International. 2004. V. 42 (Supplementary 1). S1–S157.
- Ariskin A.A., Nikolaev G.S. An empirical model for the calculation of spinel-melt equilibrium in mafic igneous systems at atmospheric pressure: I. Chromian spinels // Contrib. Mineral. Petrol. 1996. V. 123. P. 282–292.
- Ariskin A.A., Barmina G.S., Frenkel M.Ya., Nielsen R.L. COMAGMAT: a Fortran program to model magma diffe-rentiation processes // Computers and Geosciences. 1993. V. 19. P. 1155–1170.
- Ariskin A.A., Deutsch A., Ostermann M. The Sudbury Igneous Complex: Simulating phase equilibria and in situ differentiation for two proposed parental magmas // Geol. Soc. Amer. Special Paper. 1999. V. 339. P. 373–387.
- Ariskin A.A., Barmina G.S., Bychkov K.A., Danyushevsky L.V. Parental magmas of mafic layered intrusions: using an updated COMAGMAT model for calculations of sulfide-silicate cotectics during their crystallization // Northwestern Geology. 2009. V. 42. P. 1–3.
- Ariskin A.A., Danyushevsky L.V., Bychkov K.A. et al. Mode-ling solubility of Fe-Ni sulfides in basaltic magmas: The effect of Ni in the melt // Econom. Geol. 2013. V. 108. P. 1983–2003.
- Ariskin A.A., Kislov E.V., Danyushevsky L.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. P. 993–1011.
- Ariskin A.A., Bychkov K.A., Nikolaev G.S., Barmina G.S. The COMAGMAT-5: Modeling the effect of Fe-Ni sulfide immiscibility in crystallizing magmas and cumulates // J. Petrol. 2018a. V. 59. P. 283–298.
- 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. 2018b. V. 302–303. P. 242–262.
- Ariskin A.A, Nikolaev G.S., Danyushevsky L.V. et al. Genetic interpretation of the distribution of PGE and chalcogens in sulfide-mineralized rocks from the Yoko-Dovyren layered intrusion // Geochem. Intern. 2018c. V. 56. P. 1322–1340.
- Ariskin A.A., Barmina G.S., Koptev-Dvornikov E.V. et al. Intrusive COMAGMAT: from simple magma differentiation models to complex algorithms simulating the structure of layered intrusions // Eds. V.P. Kolotov, N.S. Bezaeva. Advances in Geochemistry, Analytical Chemistry and Planetary Sciences. Springer, Cham. 2023. P. 101–119.
- Baker D.R., Moretti R. Modeling the solubility of sulfur in magmas: a 50-year old geochemical challenge // Rev. Mi-neral. Geochem. 2011. V. 73. P. 167–213.
- Barnes S.J., Godel B., Gürer D. et al. Sulfide-olivine Fe-Ni exchange and the origin of anomalously Ni rich magmatic sulfides // Econom. Geol. 2013. V. 108. P. 1971–1982.
- Batanova V.G., Pertsev A.N., Kamenetsky V.S. et al. Crustal evolution of island-arc ultramafic magma: Galmoenan pyroxenite-dunite plutonic complex, Koryak highland (Far East Russia) // J. Petrol. 2005. V. 46. P. 1345–1366.
- Campbell I.H., Naldrett A.J. The influence of silicate: sulfide ratios on the geochemistry of magmatic sulfides // Econom. Geol. 1979. V. 74. P. 1503–1506.
- Ding S., Dasgupta R., Tsuno K. Sulfur concentration of martian basalts at sulfide saturation at high pressures and temperatures – Implications for deep sulfur cycle on Mars // Geochim. Cosmochim. Acta. 2014. V. 131. P. 227–246.
- Fortin M.-A., Riddle J., Desjardins-Langlais Y., Baker D.R. The effect of water on the sulfur concentration at sulfide saturation (SCSS) in natural melts // Geochim. Cosmochim. Acta. 2015. V. 160. P. 100–116.
- Frenkel M.Ya., Yaroshevsky A.A., Ariskin A.A. et al. Convective-cumulative model simulating the formation process of stratified intrusions // Eds. B. Bonin, J. Didier, P. Le Fort et al. Magma-crust interactions and evolution. Athens-Greece: Theophrastus Publ. SA, 1989. P. 3–88.
- Gongalsky B.I., Krivolutskaya N.A., Ariskin A.A., Nikolaev G.S. The Chineysky gabbronorite-anorthosite layered massif (Northern Transbaikalia, Russia): its structure, Fe-Ti-V and Cu-PGE deposits, and parental magma composition // Mineral. Deposita. 2016. V. 51. P. 1013–1034.
- Jugo P.J. Sulfur content at sulfide saturation in oxidized magmas // Geology. 2009. V. 37. P. 415–418.
- Kamenetsky V.S., Maas R., Fonseca R.O. et al. Noble metals potential of sulfide-saturated melts from the subcontinental lithosphere // Geology. 2013. V. 41. P. 575–578.
- McNeill A.W., Danyushevsky L.V., Ariskin A.A. et al. The Siqueiros Transform Fault MORB; A tale of sulfur-saturation // Proceedings of the 11th Int. Platinum Sympos. (Sudbury, 21–24 June 2010). 2010.
- McNeill A., Danyushevsky L., Klimm K. et al. Siqueiros Transform MORB; Characteristics of a S-saturated suite // Goldschmidt Conference 22nd, Mineral. Mag. 2012. V. 76. P. 2095.
- Moune S., Holtz F., Botcharnikov R. E. Sulphur solubility in andesitic to basaltic melts: Implications for Hekla volcano // Contrib. Mineral. Petrol. 2009. V. 157. P. 691–707.
- Parman S.W., Dann J.C., Grove T.L., de Wit M.J. Emplacement conditions of komatiite magmas from the 3.49 Ga Komati Formation, Barberton Greenstone Belt, South Africa // Earth Planet. Sci. Lett. 1997. V. 150. P. 303–323.
- Poulson S.R., Ohmoto H. An evaluation of the solubility of sulfide sulfur in silicate melts from experimental data and natural samples // Chem. Geol. 1990. V. 85. P. 57–75.
- Ryerson F.J., Weed H.C., Piwinskii A.J. Pheology of subliquidus magmas 1. Picritic compositions // J. Geophys. Res. 1988. V. 93B. P. 3421–3436.
- Sano T., Yamashita S. Experimental petrology of basement lavas from Ocean Drilling Program Leg 192: implications for differentiation processes in Ontong Java Plateau magmas // Origin and Evolution of the Ontong Java Plateau. Geol. Soc.: London, Spec. Publ. 2004. V. 229. P. 185–218.
- Tsuchiyama A. Experimental study of olivine-melt reaction and its petrological implications // J. Volcanol. Geotherm. Res. 1986. V. 29. P. 245–264.
- Wykes J.L., O’Neill H.S.C., Mavrogenes J.A. The effect of FeO on the sulfur content at sulfide saturation (SCSS) and the selenium content at selenide saturation of silicate melts // J. Petrol. 2014. V. 56. P. 1407–1424.