Семинар "Геохимия щелочных пород" 

школы "Щелочной магматизм Земли"-2008

Экспериментальное моделирование щелочного метасоматоза в породах контактовой зоны Ловозерского массива

Зарайский Г.П.*, Шаматрина А.М.**, Арзамасцев А.А.**

*ИЭМ РАН, Черноголовка; **Геологический институт КНЦ РАН, Апатиты

Целью работы явилось изучение характера взаимодействия ультращелочных расплавов и связанных с ними высокотемпературных флюидов на породы докембрийского основания. Исследование включало натурные наблюдения на контактах щелочных интрузий, а также экспериментальное моделирование процессов высокотемпературного щелочного метасоматоза. В качестве природного объекта выбрана северо-восточная часть массива, в пределах которой эндоконтактная зона сложена массивными нефелиновыми сиенитами, при приближении к контакту постепенно переходящими в эгирин-амфибол-нефелин-калишпатовые пегматоиды с крупными шлировидными выделениями эвдиалита. Концентраторами микроэлементов в приконтактовых луявритах являются эвдиалит, лопарит, лампрофиллит, монацит и высокостронциевый и редкоземельный F-апатит. Вмещающие массив породы представлены  архейскими амфиболовыми и биотит-амфиболовыми гнейсами. Преобразования пород фундамента связаны преимущественно с воздействием поздних гидротермальных ультращелочных растворов, результатом воздействия которых явились эгирин-микроклин-альбитовые жилы с цирконовой и ильменитовой минерализацией. Изменения гнейсов выразились в замещении первичного минерального парагенезиса новообразованными калиевым полевым шпатом, альбитом, нефелином, эгирином, арфведсонитом и др. Содержания лантаноидов в фенитизи╜рованных породах на порядок выше, чем в неизмененных гнейсах.

В качестве исходных пород для экспериментов были взяты порошки неизмененных луяврита и гнейса из вмещающей толщи, которые набивали в открытые серебряные ампулы dm 5 мм, l √ 50 мм. Обе ампулы помещали рядом в герметичный футерованный золотом автоклавный вкладыш (V= 21 см³) таким образом, чтобы породы в ампулах могли взаимодействовать через раствор 0,3 m NaF + 0,3 m NaCl + 0,03 m NaOH (V=7.4 см³, pH=12.1), заполнявший вкладыш. В растворе непосредственно над ампулами расположили открытый золотой контейнер с шихтой оксидов ZrO₂, HfO₂, Nb₂O₅, Ta₂O₅, Ce₂O₃, Yb₂O₃ (по 20 мг каждого). С целью рассмотрения поведения минералов циркония при щелочном метасоматозе к порошку исходного луяврита были добавлены ZrO₂ - 4.5% и HfO₂ √ 0.5% (химреактивы). Эксперименты  проводили при температуре 600^оС, давлении 1000 бар и длительности 276 часов. Из полученных метасоматических колонок изготовляли полированные шлифы для изучения на электронном микрозонде и отбирали пробы для ICP-MS анализа на малые элементы, анализировали также раствор. На схемах экспериментальных колонок, полученных по луявриту и по гнейсу, цифрами вверху обозначены номера зон, цифрами внизу показано расстояние границ зон от открытого конца ампулы в мм, стрелки показывают направление диффузии в породу компонентов раствора.

Символы минералов: Ab √ альбит, Aeg - эгирин, Amp - амфибол, Cry - криолит, Fl - флюорит, Kfs - калиевый полевой шпат, Kld - келдышит (Na,H)₂ZrSi₂O₇, Mt - магнетит Nei - нейборит NaMgF₃, Pl - плагиоклаз, Sod - содалит, Zrc - циркон. 

Наиболее измененными являются 1-е зоны колонок, непосредственно граничившие с воздействующим раствором. Их минеральные парагенезисы близки к альбит-эгириновым фенитам. Заметим, что в колонке, образованной по гнейсу (модель "экзоконтакта"), минеральный состав и остальных зон отвечает фенитам, причем наблюдается значительное сходство экспериментально полученных и природных минеральных парагенезисов.

Строение экспериментальной колонки по луявриту (модель "эндоконтакта") обнаруживает существенные изменения минеральных парагенезисов по ее разрезу. Так, зоны 3 и 4 колонки можно  сопоставить с мариуполитами, а зону 2 √ с содалитовыми сиенитами или пегматитами. Примечательно поведение Zr-минералов. В зонах 4 и 3 образуется циркон, как это типично для мариуполитов, а в зонах 2 и 1 он сменяется натриевым цирконосиликатом √ келдышитом, являющимся в некой мере аналогом эвдиалита Na₈ZrSi₆O₁₇(OH,Cl)₂, присутствие которого характерно для познемагматических агпаитовых пород Ловозерского массива, образующихся в условиях повышенной натриевой щелочности и высокой концентрации летучих компонентов (H₂O, Cl, F, S). Содалит в зоне 2 развивается по нефелину. Он образует крупные кристаллы, представленные почти чистым фтор-содалитом вблизи границы с зоной 1, и сменяется F-Cl-S-содалитом с приближением к зоне 3. Новообразованный метасоматический альбит не содержит Cа и K. Реликтовый плагиоклаз в колонке по гнейсу отвечает олигоклазу. Амфибол по составу близок к роговой обманке (табл. 1).

Таблица 1. Средний химический состав (мас.%) главных породообразующих минералов экспериментальных колонок щелочного метасоматоза луяврита (1) и гнейса (2) по данным анализа на микрозонде

*Все железо, пересчитанное на Fe₂O₃ эгирине и на FeO в амфиболе. Прочерк √ содержание ниже предела обнаружения на микрозонде.

Изучение распределения редких элементов в разрезах экспериментальных  метасоматических колонок обнаружило разное поведение примесей при взаимодействии щелочного флюида с луявритом и гнейсом: если Zr и Hf устойчиво сохраняются в луяврите ("эндоконтакте"), то Nb, Ta, Yb и Се накапливаются преимущественно в фенитизированном гнейсе. Это подтверждает широкое развитие в ловозерских фенитах пирохлора, лоренценита, циркона, редкоземельного апатита.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проекты 08-05-00835, 06-05-64130) и проекта НШ-3763.2008.5 ╚Ведущие научные школы╩.