Введение к работе
Актуальность работы определяется отсутствием достаточно полных данных о влиянии состава, температуры, давления летучих компонентов, соотношения кристаллической и жидкой фазы в расплаве на их вязкость, необходимые для построения динамических моделей образования магматических расплавов и их эволюции при движении к поверхности Земли.
Научная новизна работы состоит в получении наиболее полных данных по вязкости расплавов кислого и среднего составов (гранит, андезит) под
давлением различных флюидов (ШО, H2O+HCI, ШО+NaCl, Аг, Нг) и в выявлении общих закономерностей реологии таких магм:
- Разработаны наиболее совершенные в настоящее время аппаратура и
методики измерения вязкости магматических расплавов "in situ" при высоких
температурах (до 1500 С ) и давлениях (до 10 кбар) в присутствии флюида ,е
том числе и сложного состава;
Впервые получены данные по вязкости гранитоидных раплавов при высоких давлениях (до 7 кбар ) и в присутствии флюида сложного состава (ШО+НС1, ШО+NaCl);
- Впервые получены данные по вязкости альбитового и андезитовогс
расплавов под давлением водорода;
- Установлено существенное снижение вязкости "сухих" и водосодер-жащих расплавов гранита и андезита при общем давлении, большем парциального давления флюида в расплаве;
- Показано (на модельной системе ) существенное возрастание вязкостг жидкости в присутствии кристаллической фазы и незначительное изменение от объемной доли пузырей.
Практическая ценность. Полученные экспериментальные данные і следующие из них выводы могут быть использованы в практическое деятельности геологов и вулканологов при расчетах массообменны? процессов и динамики магматизма и вулканизма. Аппаратурно-методическш разработки могут быть использованы в лабораториях заинтересованны? организаций.
Основные защищаемые положения 1.Разработанные при непосредственном участии автора , аппаратура і методики позволяют измерять с высокой точностью вязкость магматически? расплавов "in situ" при высоких давлениях и температурах в присутствш флюидов различного состава и оценивать влияние кристаллической фазы і пузырей на эффективную вязкость модельных гетерогенных жидкостей.
2. В результате проведенных экспериментов впервые получены значени вязкости и энергии активации вязкого течения расплавов пород кислого среднего составов при высоких температурах и давлениях различных п составу флюидов ( ШО; ШО + НС1; ШО + NaCl; Ш; Аг ) в диапазоне Т, Р параметров земной коры.
Показано, что степень влияния компонентов флюида на реологически параметры магматических расплавов в ряду кислые-средние зависит первую очередь от их химической активности, а во вторую - о растворимости компонентов флюида в расплаве.
Для модельных и магматичяеских расплавов, не содержащих элементь переменной валентности (Fe, Ni и др.) эта степень влияния выражаете следующим понижающемся рядом: ОН" , ШО, С1, Нг, Аг; а для магм элементами переменно^ валентности этот ряд будет иным : ОН", Нг, Нг' (физически растворение), О, Аг.
3. Вязкость расплавов кислого и среднего составов значительн уменьшаются с увеличением температуры и давления по экспоненциальном закону. Характерно.что значения производных dn / dT и drj I d уменьшается с ростом основности расплавов. Определяющее влияние н реологические параметры магматических расплавов в ряду кислые-средни оказывает давление (концентрация) НгО.
4. На основе модельных опытов показано,что вязкость субликвидусных (гетерогенных) магматических расплавов будет значительно увеличиваться с ростом концентрации в расплаве кристаллов ( до 45 об. %) и будет слабо зависеть от концентрации пузырей флюидной фазы (до 20 об.%). При концентрации кристаллической фазы S 45 об.% реологическое поведение таких расплавов кардинально изменяется: возникает предел текучести , а ньютоновский режим течения сменяется на бингамовский.
Работа состоит из введения , четырех глав и заключения, изложена на 108 страницах машинописного текста , сопровождаемых 24 рисунками, 6 таблицами и списком литературы из 102 наименований. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ. Основные положения работы докладывались на ежегодных семинарах экспериментаторов ( Москва, 1984, 1985, 1988 ); Всесоюзном симпозиуме "Современная техника и методы экспериментальной минералогии" Черноголовка , 1982 ; ІУВсесоюзном симпозиуме "Кинетика и динамика геохимических процессов" Киев , 1983 ; VI Всесоюзном вулканологическом совщании "Вулканизм и связанные с ними процессы" , Петропавловск-Камчатский , 1985; Первом Советско-Японском симпозиуме по фазовым превращениям при высоких давлениях и температурах , Листвянка на Байкале ,1985 ; XI Всесоюзное совещание по экспериментальной минералогии , Черноголовка , 1986; XI Международной конференции МАРИВД, Киев , 1987; 12 AIRAPT и 27 EHPRG Международной конференции « Высокие давления в науке и технологии», Падеборн , Германия, 1989; XIX EHPRG ежегодном научном совещании, Салоники, Греция, 1991 и др.
Работа выполнена в лаборатории Института экспериментальной минералогии РАН в течение 1980 - 1992 гг. под руководством доктора геолого-минералогических наук Э.С.Персикова, которому автор выражает глубокую признательность за постоянный интерес и помощь в работе. В повседневной работе автору помогал весь коллектив лаборатории. Химические анализы были выполнены в химической лаборатории института (рук. В.И.Тихомирова, аналитики Десятова Т.А., Кошемчук С.К.) . Микрозондовые анализы выполнены при участи Воронова B.C., Ван К.
Всем названным лицам, а также другим сотрудникам Института экспериментальной минералогии РАН, способствующим выполнению данной работы , автор приносит искреннею благодарность.