ОТЧЕТЫ по Научно-Исследовательским Работам

Годы       Тема Отчет Комментарии
1999 Тема 2.1.7.
По плану
НИР ГЕОХИ РАН		 1. Совместно с коллегами кафедра петрологии МГУ представлена новая система хранения информации в базе данных ИНФОРЭКС, которая позволила снять ограничения на количество и формат записей экспериментальных данных; начата работа по созданию соответствующих интерфейсов.
2. А.А.Арискиным подготовлена и защищена диссертация на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук по специальности "геохимия"; тема диссертации: Фазовые равновесия и динамика фракционирования базальтовых магм.
3. Разработана методика описания структуры Бураковско-Аганозерского с помощью геохимических параметров, характеризующих распределение в породах редких элементов. На основе этой методики проведена корреляция скважин, в результате которой установлена латеральная геохимическая зональность синхронных горизонтов расслоенной серии массива.
К пункту 1:
В 1999 г. в архив базы данных ИНФОРЭКС введено дополнительно около 400 новых экспериментов, где представлено более 1000 составов продуктов закалочных опытов.

К пункту 3:
Результаты работы суммированы в главе кандидатской диссертации "Геохимическая структура Бураковско-Аганозерского массива".
2000 Тема 2.1.7.
По плану
НИР ГЕОХИ РАН 		1. Опубликована монография "Моделирование фазовых равновесий при кристаллизации базальтовых магм" (М.: Наука, 2000, 363 с., авторы А.А.Арискин и Г.С.Бармина).
2. Главные усилия в отчетном году направлены на исследование вопросов, связанных с оценкой петрогенетической роли и условий кристаллизации роговых обманок в андезитах влк. Безымянный.
(а) В результате изучения взаимных твердофазных включений в отдельных фенокристаллах и их сростках установлено, что амфибол выделялся совместно с плагиоклазом состава An70, который (по данным расчетов и экспериментов) присутствует на ликвидусе исходного для андезитов высоко-Al расплава.
(б) Анализ собственных и литературных данных по химизму роговых обманок из андезитов извержения 1956 г. позволил установить гетеровалентный обмен внутри-кристаллического распределения катионов по эденитовому и чермакитовому механизму. Оценки давления при помощи роговообманковых геобарометров дают диапазон 3-7 кбар.
(в) Предложен подход по созданию системы геотермометров, основанный на калибровке линейных уравнений, которые связывают молекулярные коэффициенты распределения с температурой, давлением и структурно-химическими параметрами расплава (Si/O, mg#, (Na+K)/Al и др.). Полученные зависимости использованы для разработки пробной версии рогово-обманкового геотермобарометра, который дает точность по порядка 20оС.
3. Методом геохимической термометрии получены оценки состава и температуры исходного расплава для пород Бураковско-Аганозёрского расслоенного массива.
К пункту 3:
Для расчетов использованы составы пород, относящихся к нижним частям краевой группы Аганозёрского блока. Установлено, что в отличие от Ol адкумулатов центральных частей массива (Fo87), породы краевой группы наиболее контрастны по составу, т.к. в меньшей степени испытали уплотнение и пере-уравновешивание первичных кумулатов. Это позволило провести расчеты фазовых равновесий (геохимическую термометрию) на выборке более 50 составов, пред-ставляющих породы из 9 скважин. В результате анализа модельных пропорций кристаллизации и данных природных наблюдений выбрано 7 базовых составов, наиболее точно воспроизводящих природ-ные парагенезисы. Рассчитанный на их основе состав исходного расплава близок коматиитовым базальтам Восточной Карелии, имеет температуру ликвидуса около 1300оС и равновесен с оливином Fo85-87.
2002 Тема 2.1.7.
По плану
НИР ГЕОХИ РАН		 1. На основе ЭВМ-программы КОМАГМАТ-3.52 (2000) выполнены расчеты, моделирующие фазовые равновесия и химические характеристики исходной магмы Довыренского расслоенного дунит-троктолит-габбрового плутона. Для вычислений использованы составы эндоконтактовых пород, плагиоперидотитов приподошвенной зоны и средневзвешенный состав интрузива. Моделирование проводилось при термодинамических параметрах, приближенных к реальным условиям затвердевания (P=0.5 кбар, буфер WM) с шагом кристаллизации 1 мол.%. Результаты расчетов указывают на анхиэвтектическую (Ol+Pl±Cpx±Opx) природу довыренской магмы, температура которой в момент внедрения составляла 1180-1190оС, а количество интрателлурических кристаллов не менее 40%. Состав жидкой части этой суспензии отвечал пересыщенному SiO2 (54-55 мас.%) и относительно обогащенному MgO (~8 мас.%) расплаву, который в силу высокой вязкости (~104-105 П) и закристаллизованности системы не мог фракционировать по конвекционно-кумуляционному механизму. Это подтверждается незначительными вариациями состава породообразующих минералов в разрезе расслоенной серии и присутствием неперемещенных ксенолитов апокарбонатных магнезиальных скарнов. В качестве главного механизма формирования расслоенности предполагается уплотнение первичного кристаллического осадка, адкумулятивный рост и инфильтрация остаточной жидкости к кровле с ее частичным захоронением у подошвы магматического резервуара. Отв. исполнители: А.А.Арискин, совместно с Э.Г.Конниковым (ИЭМ РАН) и Е.В.Кисловым (ГИН СО РАН).
2. Впервые систематизированы данные расчетов по моделированию первичных фазовых равновесий для пород, представляющих краевые и нижние зоны маломощных дифференцированных интрузивов (Вавукан, Талнах, Каменистый) и крупных расслоенных комплексов (Партридж Ривер, Скергаард, Киглапейт, Довырен). Результаты этих вычислений позволили оценить диапазон температур и составов магматических расплавов, являющихся исходными для расплавно-кристаллических смесей, из которых формировались наименее дифференцированные породы приконтактовых зон. Одновременно рассчитаны пропорции кристаллов и расплава для исходных магм, поступавших в интрузивную камеру. Эти данные свидетельствуют, что первичные магматические суспензии содержали от нескольких процентов (сибирские траппы), до 15-25% (Талнах, Киглапейт) и даже 50-70% кристаллов (Довырен, Партридж Ривер). Различия степени закристаллизованности мы связываем с охлаждением базальтовой магмы в процессе интрудирования, что подтверждается результатами динамических вычислений, описывающих внедрение неизотермической магмы в воронковидную камеру (Шарапов и др., 1997). Таким образом, традиционные представления о мгновенном внедрении в камеру перегретого расплава являются сильным упрощением реальной ситуации, что ставит вопрос о правомерности схем термической конвекции и дифференциации, допускающих гомогенность исходной магмы. Отв. исполнители: Г.С.Бармина и А.А.Арискин, совместно с Э.Г.Конниковым (ИЭМ РАН) и Н.А.Криволуцкой (ГЕОХИ РАН).
3. Для 40 образцов базальтовых и андезитовых лав вулканов Ключевской и Безымянный определены содержания главных и примесных (Cs, Tl, Ba, Sr, Rb, Th, U, Nb, Ta, Li, Zr, Hf, Cr, Ni, Sc, V, Ga, Y, РЗЭ) элементов. Анализ вариационных диаграмм вида примесь - петрогенный оксид показывает, что практически во всех случаях наблюдаются сублинейные зависимости этих содержаний с перегибами трендов, которые фиксируют появление в кристаллизационной последовательности новых фаз. Наиболее четко устанавливается одновременная кристаллизация плагиоклаза и магнетита в области составов, отвечающих высокоглиноземистым базальтам. Этот вывод будет использован при построении численной модели эволюции магм системы вулканов Ключевской-Безымянный. Отв. исполнители: Р.Р.Альмеев, совместно с А.Ю.Озеровым (ИВ ДВО РАН) и проф. Кимурой (ун-т Шимане, Япония).
4. На основе моделирования расплавно-кристаллических равновесий для пород Краевой группы Бураковско-Аганозёрского расслоенного плутона впервые получены оценки состава и температуры родоначального расплава на стадии интрудирования. По этим данным температуры внедрения варьируют от 1303±18°С (Аганозерский блок) до 1323±26°С (Шалозерский блок) - оценки, которые не выходят за пределы разрешающей способности метода. Различия оценок состава материнского расплава сопоставимы с погрешностью силикатного анализа. Предполагается, что фазовый состав родоначальной магмы отвечал смеси 60-65% материнского расплава и 35-40% интрателлурических вкрапленников оливина состава Fo87. По результатам работы подготовлена статья в журнал "Геохимия". Отв. исполнители: Г.С.Николаев.
2003 Тема 2.1.7.
По плану
НИР ГЕОХИ РАН		 1. Проведен теоретический анализ топологии и направленности фракционирования систем, включающих кристаллизацию в пограничном слое (boundary layer fractionation). На основании этого анализа предложена схема моделирования фракционной кристаллизации с учетом поступления в основной объем магмы остаточных расплавов из высоко закристаллизованной гетерофазовой зоны. Начата разработка соответствующего алгоритма на базе ЭВМ-модели КОМАГМАТ.
Отв. исполнители: А.А.Арискин, К.А.Бычков, Г.С.Бармина.
2. Подготовлена и сдана в журнал "Геохимия" статья, обобщающая результаты моделирования первичных характеристик гетерофазовой смеси, из которой кристаллизовались породы Краевой группы Бураковско-Аганозёрского расслоенного плутона. По этим данным температура внедрения исходной магмы составляла около 1300 С, а состав интрателлурических вкрапленников оливина отвечал Fo87. Обоснован вывод, что состав исходного расплава был близок магнезиальным вулканитам Ветреного пояса.
Отв. исполнители: Г.С.Николаев, А.А.Арискин.
3. Завершены исследования микроэлементного состава ассоциации фенокристаллов, представленной в лавах вулканов Ключевской и Безымянный на Восточной Камчатке. Анализ диаграмм зависимости составов минералов по главным и примесным элементам показывает, что эти соотношения носят сублинейный характер, подчеркивающий общность мантийного источника ключевских базальтов и андезитов вулкана Безымянный. По материалам работы готовится кандидатская диссертация.
Отв. исполнители: Р.Р.Альмеев, Г.С.Бармина, совместно с А.Ю.Озеровым (ИВ ДВО РАН) и проф. Кимурой (ун-т Шимане, Япония).
4. Представлен первый (пробный) вариант главных интерфейсов для WINDOWS-приложений ЭВМ-модели КОМАГМАТ. Начаты работы по тестированию и адаптации этой модели на сайтах Института и геологического факультета МГУ.
Отв. исполнители: К.А.Бычков, А.А.Арискин, совместно с П.Ю.Плечовым (кафедра петрологии МГУ).
2004 Тема 6.10, 6.14
По плану
НИР ГЕОХИ РАН		 1. Развитие базы данных ИНФОРЭКС. За отчетный год массив экспериментальной информации увеличился на 800 новых экспериментов, включая более 1600 составов закалочных стекол и минеральных фаз. Большая часть этих данных претендует на роль "наиболее качественного" базиса калибровок высокобарных моделей плавления и кристаллизации. Это ставит задачу экспертной оценки и выработки критериев отбраковки предположительно "неравновесных" экспериментов.
Отв. исполнители: Г.С.Бармина, Г.С.Николаев.
2. Экспертная оценка данных по равновесию оливин - расплав. Начаты работы по пересмотру результатов "сандвичевых" экспериментов, которые были получены в Тасманийской лаборатории за период 1987-2003 гг. В ходе этой работы систематизированы данные 36опытов, включающих около1000 составов расплава и кристаллических фаз, сосуществующих при давлениях 10-25 кбар. Большая часть данных получена в опытах с высокой долей расплава, что позволяет рассматривать эту выборку парагенезисов как "наиболее равновесную". Полный массив этих данных проанализирован в терминах доля расплава - невязки массбалансовых вычислений для фазовых пропорций, а также зависимостей KD Fe-Mg (Ol-l) от состава и температуры. Это позволило выработать критерии отбраковки опытов, характеризующихся неоднородностью синтезированных фаз. В частности, удалось установить, что даже при использовании методики "базальт - перидотитового сэндвича" большая часть данных при 10 кбар вызывает сомнения в степени равновесности продуктов плавления. Это определенно связано с эффектом окисления термопар при давлениях менее 12 кбар. С другой стороны, практически все эксперименты при 15 кбар дают высокую воспроизводимость при решении обратной задачи, малые невязки массбалансовых вычислений и относительно стабильные значения KD Fe-Mg (Ol-l). Эти признаки свидетельствуют, что данная выборка может быть использована для калибровки барических зависимостей коэффициентов распределения оливин-расплав в диапазоне давлений от 1 атм. до 15 кбар.
Отв. исполнители: А.А.Арискин, Г.С.Бармина, Г.С.Николаев, совместно с Л.В.Данюшевским (Тасманский ун-т, Хобарт, Австралия).
3. Представлен окончательный вариант WINDOWS-версии ЭВМ-модели КОМАГМАТ. Программа доступна на сайте нашей лаборатории и проходит систематическое тестирование в российских и зарубежных организациях.
Отв. исполнители: К.А.Бычков, А.А.Арискин, Р.Р.Альмеев, совместно с П.Ю.Плечовым (кафедра петрологии МГУ).
4. Завершена работа над обзорной статьей, которая была представлена в спецвыпуск журнала "Геохимия" и опубликована в конце года.
Отв. исполнители: А.А.Арискин, Г.С.Бармина