ГЕОХИМИЯ, 2007, № 2, с. 224-228
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
"ПСЕВДОРИТМИЧНОСТЬ" КАК РЕЗУЛЬТАТ СЛУЧАЙНЫХ СОБЫТИИ (К ВОПРОСУ О РИТМИЧЕСКОЙ РАССЛОЕННОСТИ МАГМАТИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ)
© 2007 г. А. А. Ярошевский
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Геологический факультет
119899 Москва, Воробьевы горы. МГУ Поступила в редакцию 20.4.2006 г.
Возможные причины и механизм формирования ритмической расслоенности магматических комплексов остаются загадочными [1, 2]. Искать причину ритмического чередования пород в вариациях внешних по отношению к магматической камере факторов, в том числе, в дополнительных внедрениях (всегда в нужное место и в нужное время на фоне направленного фракционирования расплава в камере!) неконструктивно - слишком характерна ритмическая расслоеность для дифференцированных комплексов, слишком жестко ее закономерности (закономерности вариаций составов пород и составов породообразующих минералов) коррелированы с законами кристаллизационного фракционирования, чтобы всегда и всюду иметь причиной внешние, т.е. независимые от процессов, протекающих внутри магматической камеры, причины. Проблема как раз и заключается в нахождении таких свойств самой магматической системы и такого характера протекающих в магматической камере процессов, которые неизбежно приводили бы к периодическому, пульсирующему характеру процесса затвердевания. Ссылки на "самоорганизацию" и тому подобные явления структурообразования, да еще с привлечением фундаментальных положений термодинамики необратимых процессов И.Р. Пригожина, в научном отношении бессмысленны, поскольку никогда не предполагают никакой конкретной природы взаимодействия структурных элементов геологического объекта, которое (взаимодействие) могло бы обеспечить силы, ведущие к структурированию пространства.
В этой заметке я хочу обратить внимание на некоторые особенности распределения содержаний компонентов в последовательности пород, формирующих разрез расслоенных магматических комплексов, которые могли бы быть следствием предположения о случайных вариациях количественных соотношений твердых фаз в объеме кристаллизующейся магматической массы. Для выяснения этих особенностей был вы-
полнен простой математический эксперимент, суть которого заключалась в следующем.
Предполагалось, что содержание одного из компонентов в 286 "пробах", пронумерованных от № 1 до № 286, варьирует по нормальному закону вокруг среднего значения 40% (рис. 1); "пробы" равномерно "перемешаны" в пространстве модельной магматической камеры. Затем с помощью генератора случайных чисел (как показал опыт, таким наилучшим "генератором" оказался классический способ - извлекать из шапки последовательно 286 бумажек с написанным на каждой из них одним из чисел ряда от 1 до 286) "пробы" последовательно извлекались из "камеры", эта последовательность формировала "разрез" модельного интрузива, и анализировались закономерности распределения по этому "разрезу" значений содержаний компонента. Получившийся результат показан на рис. 2. На этом графике точки, отвечающие содержанию компонента в последовательно извлеченных пробах, соединены линией, общий вид которой проявил особенности модельного распределения, которые оказались весьма похожими на некоторые наблюдаемые особенности распределения содержаний породообразующих минералов в природном объекте. В качестве природного объекта имеется возможность использовать очень подробные данные, характеризующие количественные закономерности вариаций минерального состава пород в расслоенной серии Киваккского интрузива, которая была детально изученна Я.В. Бычковой и Е.В. Коптевым-Дворниковым [3, 4] (рис. 3). Для сопоставления выбран участок разреза расслоенной серии в интервале высот от 630 до 900 м (рис. 4), в пределах которого содержание плагиоклаза было определено в 286 пробах. Сопоставление рис. 2 и 4 позволяет обратить внимание на ряд особенностей строения природного разреза, которые неожиданно хорошо воспроизводятся в модельном "разрезе".
''ПСЕВДОРИТМИЧНОСТЬ" КАК РЕЗУЛЬТАТ СЛУЧАЙНЫХ СОБЫТИИ
225
Число точек 40
30
20
10
0 80
60
40
20
[Ь*
Содержание плагиоклаза, вес. % 100 г
80
60
40
20
0 100
80
60
40
20
0
50 100 150 200 250 300 Последовательность точек в разрезе
0 16 32 48 64 80 96 Содержание плагиоклаза, вес. %
Рис. 1. Принятое модельное распределение содержаний твердой фазы (плагиоклаза) в кумулятивных породах. Верхний график - группировка содержании с интервалом 4 вес. %, нижний - 8 вес. %.
Во-первых, модель двухкомпонентной системы воспроизводит основную особенность строения природного разреза - широкие и контрастные вариации содержаний минеральных фаз в соседних, сменяющих друг друга в разрезе породах.
Во-вторых, и в модели, и в природе наблюдаются незакомерные (случайные) колебания содержаний минеральных фаз как в породах с минимальным содержанием плагиоклаза ("бронзититах" -"меланократовых норитах"), так и в максимально обогащенных плагиоклазом породах ("норитах" -"лейкократовых норитах") - определенно нет тенденции к устойчивым составам.
В-третьих, как в природе, так и в модели высота пиков и глубина минимумов в сменяющих друг друга парах соседних проб по разрезу колеблется случайным образом - и здесь нет определенной тенденции к устойчивым соотношениям.
Таким образом, есть все основания заключить, что такой важнейший параметр разреза рассло-
Рис. 2. Распределение содержаний плагиоклаза в последовательном ряду точек. Верхний график - полученное в модели распределение, нижний - распределение, 5-кратно сглаженное методом скользящего окна.
енной серии как количественно-минеральный состав сменяющих друг друга пород в разрезе ритмически расслоенной серии определенно отражает, по крайней мере, наложение на закономерный ход формирования кумулятивных пород некоторого фактора (или факторов), которые обуславливают случайные вариации количественных соотношений твердых фаз, поступающих из кон-вектирующего объема магматической массы в кумулус.
Во втором варианте модели было учтено, что распределение содержаний плагиоклаза в породах расслоенной серии имеет нечетко выраженный бимодальный характер с максимумами около 16 и 40% (рис. 5), что свидетельствует о некоторой тенденции к устойчивым составам, отвечающим бронзититам и норитам. Закономерности модельного распределения плагиоклаза в этом случае (рис. 6) не отличаются от первой модели (был использован тот же ряд случайных чисел) - увеличение частоты встречаемости "проб" с пониженным содержанием плагиоклаза лишь несколько увеличило число сответствующих точек в модельной последовательности.
Однако сопоставление рис. 2 (или 6) и 4 отчетливо выявляет и особенности строения природного разреза, которые никак не воспроизводятся в рамках модели случайных событий.
Положение в разрезе, м
1300 г
1200
1100
1000
900
800
700
600
Содержание плагиоклаза, вес. % 100
80
60
40
20
0 100
80
60
40
20
20 40 60 80 100 Содержание плагиоклаза, вес. %
Рис. 3. Распределение содержаний плагиоклаза в разрезе расслоенной серии интрузива Кивакка (по данным Я.В. Бычковой и Е.В. Коптева-Дворникова [4]).
Первой такой особенностью является конечная мощность переслаивающихся пород в природном разрезе; в терминах последовательного ряда точек это означает группировку (кластеризацию) точек с близкими содержаниями компонентов. Иными словами, такой параметр расслоенной серии, как мощность чередующихся слоев контрастного состава не может быть следствием чисто случайных вариаций соотношений твердых фаз в потоках, формирующих кумулус. В красивой работе, посвященной специальному анализу закономерностей изменения мощностей слоев в ритмически расслоенной серии интрузива Кивакка, С.Р. Котов [5] показал, что наблюдаемая последовательность мощностей не выявляет признаков автокорреляции, но при этом и не подчиняется следствиям, вытекающим из чисто стохастической модели. Возможный механизм (или механизмы), контролирующий вариации мощностей слоев пород в ритмически расслоенной серии, остается загадочным.
Второй осбенностью распределения параметров ритмически расслоенной серии является отчетливо наблюдаемая периодичность в распреде-
0 50 100 150 200 250 300
Последовательность проб в разрезе
Рис. 4. Распределение содержаний плагиоклаза в последовательном ряду проб интрузива Кивакка в интервале разреза между 630 и 900 м. Верхний график -первичные данные, нижний - распределение, 5-кратно сглаженное методом скользящего окна.
лении составов пород. Она просматривается на графиках распределения содержаний плагиоклаза на рис. 3 и 4, но еще лучше видна и строго доказывается значимыми коэффициентами автокорреляции, если представить разрез в виде последовательности чисел, в которой каждому слою отвечает одна точка (в отличие от первичных данных, в которых обычно единичный слой характеризуется несколькими соседними пробами со сближенными значениями содержаний плагиоклаза) (рис. 7). Коэффициент автокорреляции с шагом 18-20 точек превышает 0.2, а графически эта закономерность прекрасно просматривается на сглаженной кривой распределения содержаний плагиоклаза в ряду последовательности пород (рис. 7).
Таким образом, можно выделить две группы параметров ритмической расслоенности. Во-первых, широкие вариации количественно-минерального состава пород, которые вполне могут быть следствием случайных вариаций соотношений твердых фаз в магматической камере. Смысл модели в приложении к природному процессу, в рамках которой можно было бы объяснить эти закономерности, заключается в предположении, что пропорция взвешенных в конвектирующем расплаве бронзита и плагиоклаза (а такое состояние в ходе затвердевания интрузива, согласно нашим моделям (см. [2]), реализуется обязательно) в силу неравномерности их локальных скоростей
Число проб 50
40
30
20
10
0 80
ПСЕВДОРИТМИЧНОСТЬ" КАК РЕЗУЛЬТАТ СЛУЧАЙНЫХ СОБЫТИИ
Число точек
227
ГЛ-п
ш
60
40
20
0 16 32 48 64 80 96 0 16 32 48 64 80 96
Содержание плагиоклаза, вес. %
Рис. 5. Распределение содержаний плагиоклаза в породах расслоенной серии интрузива Кивакка (левые два граф
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.