Примером тройной системы с перитектикой может служить система Мg₂SiO₄ (форстерит)–СаА1₂Si₂O₈ (анортит)–SiO₂ (тридимит, кристобалит) при атмосферном давлении. Проекции поверхности ликвидуса этой системы показаны на рисунке 7. Поля первичной кристаллизации тех или иных фаз разделены как котектическими, так и перитектическими линиями. Первые обозначены одной стрелкой, а вторые – двумя. Направление стрелок указывает изменение составов расплава при понижении температуры. Особенностью данной системы является то, что состав одной из ликвидусных фаз, а именно шпинели, не может быть представлен как смесь выбранных химических компонентов, помещенных в углах треугольника. Это показывает, что на самом деле система является не тройной, а четверной (МgO–СаО–А1₂O₃–SiO₂). Фазовые соотношения в подобных псевдосистемах можно наглядно показать графически, но строгий геометрический анализ этих соотношений невозможен, и такие системы не подчиняются правилу фаз.

Последовательность кристаллизации в рассматриваемой системе зависит от того, в каком из малых треугольников: Fо–Еn–Аn или Еn–Аn–Сr находится исходный состав расплава. Если расплав относится к первому треугольнику (точкам на рис. 7, б), то первым из расплава выделяется форстерит. По мере кристаллизации форстерита состав расплава изменяется вдоль пунктирной линии А I ₁ которая является продолжением прямой, соединяющей точку А с вершиной форстерита. Когда расплав достигает состава I ₁, он вступает в перитектическую реакцию с ранее выделившимся форстеритом с образованием энстатита. При дальнейшем понижении температуры до 1260 °С расплав достигает точки Р, в которой кроме энстатита появляется анортит. Пропорция между Fо и Еn в точ ке можно определить по правилу рычага, продолжив линию РА до нижней стороны треугольника (точка S_p ). Кристаллизация минеральной ассоциации Fo + En + An из расплава Р смещает валовый состав твердых фаз S_p в сторону А, и когда состав А будет достигнут, вся жидкость окажется израсходованной. Таким образом, в данном случае последовательность кристаллизации такова: Fo → Fo + En → Fo + En + An.

Если исходный расплав находится в треугольнике Еn–An–Сr (точка В на рис. 7, б), то его кристаллизация также начинается с выделения форстерита. В точке I ₂, начинается перитектическая реакция, которая приводит к образованию энстатита. В точке I ₃ весь оливин прореагирует без остатка. Положение этой точки определяется пересечением прямой EnBI ₃ с перитектической линией. После исчезновения форстерита состав расплава уходит с перитектической линии и изменяется вдоль пунктирной прямой I ₃ I ₄ (продолже-

Рис. 7. Проекция поверхности ликвидуса системы CaAl₂Si₂O₈ (анортит)–Mg₂SiO₄ (форстерит)–SiO₂ (минералы кремнезема) при атмосферном давлении а – изотермы поверхности ликвидуса, б – последовательность кристаллизации в системе, по А. Филпоттсу,1990

Пояснения см. в тексте

ние прямой ЕnBI ₃). В это время из расплава выделяется энстатит. В точке I ₄ к нему присоединяется анортит. Кристаллизация заканчивается в эвтектической точке Е, в которой при Т = 1222 °С расплав превращается в смесь кристаллов энстатита, анортита и тридимита (фаза SiO₂, ycтойчивая при низком давлении в интервале температур 870–

1470 °С). Таким образом, общая последовательность кристализации такова: Fo → Fo + En → En → En + An → En +An + Tr. Ранний форстерит полностью расходуется на перитектическую реакцию с остаточным расплавом и не присутствует в поздней ми­неральной ассоциации.

Общие выводы

Рассмотренные примеры показывают, что при эвтектической или котектической кристаллизации магм в изобарических условиях (при постоянном давлении) по мере охлаждения в равновесие с жидкостью приходит все большее количество твердых фаз. Последняя порция расплава имеет эвтектический или котектический состав, и из этого расплава выделяется максимальное число минералов. При частичном плавлении такой расплав появляется первым, а дальнейшее нагревание приводит к переходу в жидкую фазу все большего числа кристаллов до тех пор, пока исходная порода не расплавится полностью.

Равновесная последовательность изобарической эвтектической или котектической кристаллизации минералов А, В, С, D... сводится к ряду: А → А + В → А + В + С → А + В + С + D... Поскольку по мере снижения температуры из расплава выделяется все большее число кристаллических фаз, при изучении магматических пород под микроскопом следует обращать внимание не только на те структурные соотношения, которые свидетельствуют о разновременном образовании минералов, но и на признаки их возможной одновременной кристаллизации, которая является обычным и широко распространенным природным процессом.

Отклонения реально наблюдаемой последовательности выделения минералов от приведенной выше схемы могут быть связаны с разными причинами. Главными из них являются: 1) перитектические реакции между минералом и расплавом; 2) затвердевание в метастабильных условиях, когда те или иные минералы кристаллизуются

вне полей их равновесной устойчивости; 3) кристаллизация при неодинаковом давлении.

На последний фактор следует обратить особое внимание. Часто образование кристаллического агрегата магматической горной породы является результатом полибарической кристаллизации, которая начинается на глубине, а завершается на дневной поверхности или вблизи нее. Снижение давления приводит к смещению фазовых равновесий, что может изменить последовательность выделения минералов. Так, с ростом давления плагиоклаз-клино-пироксеновая котектика обогащается плагиоклазом (рис. 8). Из расплава А на большой глубине первым выделится диопсид, а в области низкого давления – плагиоклаз. Если кристаллизация расплава А начинается на глубине и продолжается в области низкого давления, то минералы будут выделяться в последовательности: Di → Pl → Pl + Di, отличной от той, которая характерна для изоба­рической котектической кристаллизации (Di → Di + Pl).

Рис. 8. Смещение котектики в системе CaMgSi₂O₆ (диопсид)–

CaAl₂Si₂O₈ (анортит)–NaAlSi₃O₈ (альбит) при изменении давления

Пояснения см. в тексте

В системе Q–Or–Ab увеличение давления смещает состав температурного минимума на котектической кривой и состав эвтектик и сторону обогащения альбитом (рис. 9). Поэтому кристаллизация одного и того же расплава может начаться с кварца на большой глубине или с полевого шпата на малой глубине.

Рис. 9. Изменение состава котектических расплавов-минимумов (кресты) иэвтектик

(кружки) в системе SiO₂ (кварц)–KAlSi₃O₈ (opтоклaз)–NaAlSi₃O₈ (альбит)–Н₂O (вода)

как функция давления, по В.К. Лату и др., 1964 г.

ВАРИАЦИОННЫЕ ДИАГРАММЫ

При сравнении групп изверженных пород химические анализы имеют большое значение. Они могут быть пересчитаны по способу Ниггли, по способу вычисления нормативного минерального состава или по какому-нибудь иному способу, отвечающему поставленной цели.

Пользуясь данными химического анализа для построения обыкновенных вариационных диаграмм, мы можем выявить многие характерные особенности той или иной группы пород. На вариационных диаграммах содержания окислов или характери­зующие их числа откладывают по оси ординат; по оси абсцисс откладывают содержание кремнезема (рис. 10).

Рис. 10. Вариационная диаграмма для средних составов

базальта – андезита– дацита – риолита, по Дэли.

Содержание различных окислов нанесено по оси ординат в зависимости от содержания SiO₂

В петрографических провинциях, где присутствуют породы от базальта (или габбро) до риолита или гранита, содержание кремнезема закономерно возрастает. В большинстве батолитов наиболее ранние интрузии содержат небольшое количество крем­незема, тогда как поздние интрузии постепенно обогащаются им. Таким образом, члены провинции располагаются вдоль оси кремнезема во временной последовательности. Петрологи школы Ниггли по оси ординат откладывают не весовые проценты, а величины Ниггли: al, fm , с, alk , а по оси абсцисс – величины si .

На диаграммах такого типа содержание окиси калия увеличивается, а содержание извести, суммарного железа и магнезии убывает почти так же правильно, как изменяется содержание кремнезема. Учитывая этот факт, можно, согласно методу Ларсена, определить положение породы не только по количеству одного кремнезема, но и по сумме 1/3 SiO₂ + K₂O – MgO – CaO - ∑FeO (рис. 11).

Часто строят треугольные вариационные диаграммы. Ларсен рекомендует способ наложения двух треугольников, позволяющий одновременно проследить изменение шести переменных. На одном и том же треугольнике он строит один график для нормативных полевых шпатов (Оr, Аb, Аn), а другой для нормативного кварца, суммы полевых шпатов и суммы железосодержащих минералов.

[В недоcыщенных кремнеземом породах фельдшпатиды пересчитываются на полевой шпат, а степень недосыщенности SiO₂ наносится вне треугольника, как отрицательное количество кварца (рис. 12)].

Рис. 11. Вариационная диаграмма для лав гор Сан-Хуан, Колорадо.

По оси абсцисс отложены 1/3 SiO₂ + K₂O – MgO – CaO - ∑FeO.

Вариационные диаграммы, каков бы ни был способ их построения, иллюстрируя изменения состава от породы к породе в возрастной последовательности, в то же время отражают изменения родоначальной магмы в процессе дифференциации. Сами кривые наводят на мысль о механизме дифференциации как о реакции кристалл↔расплав при участии явлений переноса в газовой фазе, несмесимости в жидком состоянии и т. д.

Рис. 12. Треугольная диаграмма для лав гор Сан-Хуан, Колорадо.

Точки представляют or-ab-an; кружки – кварц (или недостаток SiO₂), полевые шпаты и фемические минералы.

Рассмотрим искусственную систему альбит – анортит – диопсид. Она была названа гапло-базальтовой смесью, так как ее состав настолько близок к базальтовой магме, что его изучение может пролить свет на процесс кристаллизации этой магмы.

На рис.13 построены кривые зависимости состава жидкости от степени ее кристаллизации. На кривых имеется перелом в точке, в которой жидкость встречается с пограничной линией на диаграмме равновесия. Если построить кривые для природной магмы, состоящей не из пяти, а, по крайней мере, из десяти основных окислов, на них, по-видимому, будет несколько переломов, причем каждый перелом должен отвечать выделению новой минеральной фазы. Выделение смешанных кристаллов с постепенно изменяющимся составом выразилось бы в изменении кривизны линий, а не в появлении переломов.

Рис. 13. Вариационная диаграмма, показывающая изменение состава жидкости во время кристаллизации в системе диопсид-альбит-анортит.

Таким же образом можно показать, что с увеличением содержания кремнезема кривые для окиси натрия и калия поднимаются в большинстве серий естественных пород выпуклостью вверх. Кривые для извести и магнезии совпадают и обычно вогнуты. Кривые для дву- и трехвалентного железа понижаются, но они, как и кривые для окиси алюминия, более неправильны; их форма зависит от местных условий, влияющих на состояние данной магмы.

Если бы химические изменения в серии таких пород были обусловлены, скажем, взаимным перемешиванием магм, то вариационные кривые представляли бы прямые линии.