Кількісні особливості розподілу хімічних елементів в породах

Розподіл хімічних елементів (і фізичних властивостей) в породах відрізняється значною складністю і залежить від різноманітних факторів, більшість яких має імовірнісний характер. Дійсно, розподіл елементів, який спостерігається, має таку залежність (для вивержених порід):

Р_сп=Р_рег+Р_лок+Р_фл+Р_пом,

де Р_рег – регіональна складова, яка обумовлена генезисом, умовами формування, особливостями будови і характером ерозійного зрізу геологічного тіла;

Р_лок – локальна складова, яка обумовлена гібридизмом, післямагматичними процесами;

Р_фл - флуктуації за рахунок структурно-текстурних і інших неоднорідностей породи;

Р_пом – похибки за рахунок підготовки проб і аналізів.

З цих складових перші дві мають закономірний функціональний характер, останні – стохастичну природу і характер.

Звідси видно, що при різних схемах опробування і аналізу проб отримуємо різні характеристики розподілу хімічних елементів, що спостерігаються. Так, наприклад, максимальна оцінка флуктуацій буде спостерігатися при опробуванні об’єкту пробами в одне мінеральне зерно. І навпаки, вона буде зменшуватись при збільшенні розмірів проб. Тому важливе значення при геохімічних дослідженнях має вибір обґрунтованої методики опробування і аналізу об’єкту, який вивчається, а по-друге, врахування особливостей розподілу в них хімічних елементів і їх кількісна оцінка.

Передумовою для цього є кількісний характер геохімічної інформації. Приймаючи до уваги переважно її стохастичну природу, найбільш придатним методом її дослідження слід вважати ймовірнісно–статистичний аналіз.

Відомо, що найбільш повну інформацію при статистичному характері поведінки величин, які вивчаються, дають функції розподілу. Функція імовірнісного розподілу є певною динамічною характеристикою, яка несе в собі ознаки тих умов, в яких відбувався розподіл елемента чи мінералу в породі. Основними законами статистичного розподілу хімічних елементів в породах є нормальний і логарифмічно-нормальний (логнормальний) закони. Так, якщо елемент розсіяний у всіх мінералах у рівних пропорціях, розподіл його слід очікувати приблизно нормальним тобто таким, який відповідає нормальній функції розподілу. Можна вважати, що по відношенню до даних елементів процес кристалізації проходив зрівноважено, тобто хімічні потенціали зберігалися постійними в різних частинах розплаву і протягом всього часу кристалізації породи. У той же час розподіл рідкісних елементів, в основному, відбувається в акцесорних мінералах і функції такого розподілу мають позитивну асиметрію. Асиметричний характер розподілу хімічних елементів має місце і при прояві всякого роду накладених процесів (асиміляція, метасоматичні, гідротермальні прояви). Вони є причиною проявів неврівноважених процесів, які відбиваються на характері розподілу хімічних елементів.

Таким чином, порівняльний розгляд характеру статистичного розподілу хімічних елементів може бути індикатором переважної їх форми знаходження і умов формування порід.

Важливе генетичне значення мають також параметри статистичного розподілу хімічних елементів в породах. Так, дисперсія, стандарт, коефіцієнт варіації характеризують ступінь розсіювання ознаки, яка вивчається, і певною мірою, дозволяють зробити оцінку ступеню однорідності їх розподілу, тобто вони є мірою сталості геохімічного процесу. Асиметрія розподілу елементів може бути мірою відмінності досліджуваного процесу від нормального закону і відображає основні тенденції цього розподілу. Оцінка цього коефіцієнту може побічно характеризувати специфіку основних форм знаходження елементів у породі, особливості їх розподілу в мінералах-носіях і мінералах-концентраторах.

Знак і величина коефіцієнта асиметрії характеризує термодинамічну направленість кристалізації мінералів у магматичному розплаві, міру відхилення системи (розчин-мінерал) від рівноважного стану. Виходячи з цього і враховуючи закони кристалізації розплавів, можливо прогнозувати характер процесу кристалізації. Для цього використовується так званий ефективний коефіцієнт розподілу елементів (К) з використанням коефіцієнта асиметрії (А) і дисперсії (S):

S=(K–I)²; A=-2(K-I)³.

Звідки К= I- .

При К=1 система “тверда-рідка магматичні фази” знаходиться в рівновазі і розподіл елементів-домішок у всіх частинах системи рівномірний (А=0). При К<1 оцінка асиметрії має позитивне значення, елемент концентрується в рідкій фазі, а при К>1 оцінка коефіцієнту асиметрії від’ємна, елементи-домішки розсіюються в твердій фазі. Це дозволяє виконувати побічну оцінку металоносності магматичних утворень: при К>1 підвищується ймовірність появи рудопроявів на ранніх етапах кристалізації, при К<1 – на пізніх етапах (у тому числі з гідротермальним процесом).