научная статья по теме ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВНЕДРЕНИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПОРЦИЙ МАГМЫ В СФОРМИРОВАННУЮ МАГМАТИЧЕСКУЮ КАМЕРУ (НА ПРИМЕРЕ ИНТРУЗИВА ЛУККУЛАЙСВААРА, СЕВЕРНАЯ КАРЕЛИЯ) Геофизика

Текст научной статьи на тему «ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВНЕДРЕНИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПОРЦИЙ МАГМЫ В СФОРМИРОВАННУЮ МАГМАТИЧЕСКУЮ КАМЕРУ (НА ПРИМЕРЕ ИНТРУЗИВА ЛУККУЛАЙСВААРА, СЕВЕРНАЯ КАРЕЛИЯ)»

ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2014, № 2, с. 157-161

УДК 550.89

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВНЕДРЕНИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПОРЦИЙ МАГМЫ В СФОРМИРОВАННУЮ МАГМАТИЧЕСКУЮ КАМЕРУ (НА ПРИМЕРЕ ИНТРУЗИВА ЛУККУЛАЙСВААРА,

СЕВЕРНАЯ КАРЕЛИЯ) © 2014 г. А. Х. Зильберштейн, В. С. Семенов, С. В. Семенов, В. А. Глебовицкий, В. Н. Деч

Институт геологии и геохронологии докембрия РАН, г. Санкт-Петербург E-mail: SVS1949@yandex.ru Поступила в редакцию 17.01.2011 г.

В настоящей работе рассмотрены возможные следствия внедрения дополнительных порций расплава в магматическую камеру, связь рудообразования с этими процессами. Принятая модель гидравлического удара — штампа, позволяет объяснить ряд особенностей строения расслоенных базит-гипербазитовых интрузий, в частности, формирование микрозернистых пород, текстура которых свидетельствует о высокой скорости кристаллизации, и, возможно, платинометальное оруденение в расслоенном интрузиве Луккулайсваара (Северная Карелия). Показано, что внедрение дополнительной порции магмы может приводить к термодиффузии, наиболее эффективной в окрестности контакта камеры с новой порцией магмы, что, в свою очередь должно привести к перераспределению химических компонентов в этой области и, возможно, аномальным концентрациям полезных компонентов на ранних стадиях внедрения.

DOI: 10.7868/S0002333714010116

ВВЕДЕНИЕ

Исследования расслоенного платиноносного интрузива Луккулайсваара (рис. 1, Олангская группа интрузий, Северная Карелия) указали на важную роль в формировании платинометально-го оруденения дополнительных внедрений новой магмы [Рудашевский и др., 1991; Клюнин и др., 1994; ИеЪоу^ку й а1., 2001; Семенов и др., 2008; ЬаИроу е! а1., 2008]. Очевидно, что эти внедрения повлияли и на строение расслоенной серии интрузива, о чем свидетельствует возврат к более высокотемпературным кумулятивным ассоциациям, содержащим оливин в базитовой части разреза (см. [Семенов и др., 2008]).

В настоящей работе предложено физическое описание такого внедрения, приводящего, в частности, к перераспределению полезных компонент — платиноидов.

ВЛИЯНИЕ ВНЕДРЕНИЯ НОВОЙ ПОРЦИИ

РАСПЛАВА НА ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ КОМПОНЕНТОВ

Сведения об условиях формирования интрузива Луккулайсваара

По данным работы [Берковский и др., 1999], давление (Р0) в источнике магмы, сформировавшей интрузив Луккулайсваара, составляет не менее 10—11 кбар, тогда как давление (Р1) в магматической камере, наполненной первой порцией

магмы из этого источника, соответствует лито-статическому давлению вмещающих пород и равно 2—4 кбар.

Отметим, что значение P0 полученное для исследуемого интрузива в работе [Берковский и др., 1999] определялось по величине стресса во вмещающих породах, индуцированного таким внедрением. Величина стресса оценивалась с помощью количественного анализа соответствующих координатных зависимостей гравитационного поля. Причем полученные в указанной работе оценки давления магмы находятся в соответствии с петрологическими данными по давлению магмообразо-вания, и могут соответствовать условиям магмоге-нерации или давлению в промежуточной камере, откуда эта магма внедрялась в вышележащие породы.

Кроме того, было показано, что средневзвешенный состав интрузива Луккулайсваара соответствует недифференцированной магме [Семенов и др., 2008]. Это позволило определить P-T условия маг-могенерации на основе изучения субликвидусных фазовых соотношений при различных давлениях, что широко используется в экспериментальной петрологии [Fallon, Green, 1987]). Такие расчеты проводились нами по программе COMAGMAT [Арискин, Бармина, 2000]. Полученное значение давления в области магмогенерации, составляет 11.0 кбар, что вполне соответствует данным работы [Берковский и др., 1999]: P0 = 8.3 ± 1.0 кбар, а рас-

Рис. 1. Схема геологического строения расслоенного интрузива Луккулайсваара. Темным крапом объединены наиболее крупные тела микрозернистых пород, образующих контур деформированного лополита. Условные обозначения:

1 — Метавулканиты (2.4 млрд лет); Интрузия Луккулайсваара: 2 — Верхняя краевая группа, сложенная измененными габбро-норитами и норитами; 3 — Закалочная зона; 4 — Зона габбро-норитов-II; 5 — Зона норитов-II; 6 — Зона габбро-но-ритов-I; 7 — Зона норитове-I; 8 — Зона ультраосновных пород; 9 — Нижняя краевая группа, сложенная норитами и бронзи-титами; 10 — Микрозернистые породы: а) габбро-норитового состава, принадлежащие деформированному лополиту; б) норитового состава; 11 — Гранито-гнейсы и мигматиты фундамента (2.6—2.7 млрд лет); 12 — Геологические границы; 13 — Тонкоритмичная расслоенность и границы депрессионных структур ("potholes"); 14 — Разломы; 15 — Профили опробования; 16 — Участки детальных исследований: (1). Угловое несогласие (участок "Чиж"); (2). Тело микрозернистых пород "Надежда" (участок "Надежда"); (3). Тело микрозернистых пород "Лысый Череп" (участок "Лысый Череп"); 17 — Буровые скважины.

хождение (~2.7 кбар) может быть вызвано ограниченными возможностями применимости используемого расчетного метода.

Изотопно-геохимические данные, данные по составу магмы дополнительных внедрений близкие химическому составу магмы "главного" внедрения предполагают близкий источник, а значит и близкие условия внедрения [Семенов, 2012].

Механизм внедрения дополнительной порции магмы

Рассмотрим физический процесс внедрения дополнительной порции магмы в уже сформированную (и заполненную) первой порцией камеру.

При открытии канала между источником и камерой разность давлений (Р0 — Р1) обеспечивает продвижение второй порции магмы к камере. В процессе такого продвижения давление во второй

порции магмы, согласно закону Паскаля, равно давлению в источнике Р0 (за вычетом веса столба магмы над источником, нормированного на единицу площади). При достижении камеры, давление в которой составляет Р1 < Р0, вторая порция магмы воздействует на первую, заполняющую камеру, или на породу, кристаллизовавшуюся из нее. Это воздействие аналогично действию пресса в системе "цилиндр—поршень", где цилиндром является подводящий канал во вмещающих его породах, а поршнем — вторая порция магмы. Скорость продвижения магмы по каналу (%,) определяет характер воздействия такого пресса на объект — первую порцию магмы в камере.

Величина зависит, в свою очередь, как от геометрических (длина, диаметр), механических (упругость, пластичность, коэффициент трения и пр.) и термодинамических (температура и давление вмещающих канал пород, возможность фазо-

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВНЕДРЕНИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПОРЦИЙ МАГМЫ

159

вых переходов в их материале, их теплопроводность и т.п.) параметров канала, включая его стенки, так и от процессов типа диссипации энергии во второй порции магмы, по мере продвижения ее по каналу.

В общем случае V0 Ф 0, и взаимодействие второй порции магмы, представимой вязкой жидкостью, с первой, заполняющей камеру, можно рассматривать как гидравлический удар.

Согласно теории Н.Е. Жуковского [Жуковский, 1949] изменение (увеличение) давления (АР) в жидкости, возникающее при соударении ее с неподвижной мишенью, может быть выражено в виде:

АР = pVoC, (1)

где р — плотность жидкости, ^ — скорость жидкости непосредственно перед ударом, c — скорость распространения ударной волны в жидкости нормально контакту.

При достаточно большой толщине "стенок" канала, т.е. при достаточно малом диаметре канала по сравнению с мощностью вмещающих его пород в перпендикулярном каналу направлении, значение c можно полагать равным скорости звука в жидкости c = a [Картвелишвили, 1979], и выражение (1) приобретает вид.

АР = р^. (2)

При достаточно малой скорости движения магмы по каналу < a) абсолютное значение АР не должно превышать значения разности давлений (Р0 — Р1) — см. выше.

Оценка значения АР в общем случае весьма затруднительна. При достаточно больших значениях скорости V0 (превышающих скорость звука) в среде могут возникать ударные волны с повышенным давлением, что определяет соответствующие значения АР, прямо зависящие от этой, априори неизвестной, скорости (см. уравнения (1), (2)). Однако при малых скоростях, когда справедливо применение контактной теории удара Герца, можно оценить диапазон возможных значений АР. В данном случае АР можно представить в виде:

АР = Р0 — Р1 - (т&к, (3)

где к — глубина залегания источника относительно дна камеры, ) — интегрально усредненный по к удельный вес передающей давление среды (расплава — магмы), г — ее также усредненная плотность, g — ускорение силы тяжести.

В том случае, когда величина Р0 определяется исключительно весом вышележащих над источником пород, значение (Р0 — Р1) может быть представлено в виде:

Ре — Р1 = Р£к, (4)

где Р — интегрально усредненная по к плотность пород, лежащих между источником и камерой. Как следует из (3) и (4), АР можно представить в виде:

АР = (Р„ — Р1)(1 — г/Р). (5)

В рассмотренном случае значение АР линейно зависит от плотности (г) передающей давление среды (магмы), которая может варьировать в широких пределах: от значений, существенно меньших Р, что возможно, например, при вскипании магмы при попадании ее в открывшийся канал, до значений плотности жидкой магмы (гт), что соответствует медленному ламинарному втеканию (вдавливанию) магмы в канал, причем даже в этом самом "неблагоприятном" случае значение гт/Р менее 1 и (1 — г/Р) составляет величину порядка 0.1—0.2.

То есть, согласно (5), оцениваемое данным образом значение АР может варьировать в диапазоне от (Р0 — Р1) ~ 8 кЪаг до (Р0 — Р1)(1 — гт/Р) ~ 1.5 кЪаг:

~ 0.15 кЪаг < АР < ~8 кЪаг. (6)

Уравнение (6), как будет показано ниже, позволяет оценить изменение температуры АТ, вызываемое избыточной нагрузкой АР. Такая оценка из уравнения (3) с учетом (6) и использованием полученных ранее усредненных значений коэффициента объемного термического расширения а и сжимаемости в материала интрузива Луккулайсваара [Зильберштейн и др., 1999]: а = 19 х 10—6 °С—1, в = = 1.4 х 10—6 Ъаг—1, имеет вид (подробнее см. ниже):

~100°С < АТ (=(в/а)|Х|) < ~500°С. (7)

Однако необходимо иметь в виду, что полученные оценки диапазонов значений АР и АТ сделаны в рамках описанных выше предположен

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Геофизика»