Тезисы международной конференции

Рудный потенциал щелочного, кимберлитового

 и карбонатитового магматизма

Abstracts of International conference

Ore potential of alkaline, kimberlite

and carbonatite magmatism

Экспериментальное изучение карбонатизации силикатных расплавов при частичном плавлении перидотита

Костюк А.В., Горбачев Н.С.

Институт экспериментальной минералогии РАН, Черноголовка, Россия

nastya@iem.ac.ru

Ассоциации карбонатов с силикатными стеклами и сульфидами в метасоматизированных мантийных нодулях перидотитового и эклогитового состава указывают на присутствие в верхней мантии щелочно-карбонатно-сульфидных флюидов и их важной роли в мантийном метасоматозе и плавлении метасоматизированной мантии [1-3]. Выяснение физико-химических условий образования несмесимых карбонатных, силикатных и сульфидных расплавов при плавлении перидотитов мантии и распределение основных макро и микроэлементов между сосуществующими силикатными и карбонатными расплавами представляет большой научный интерес и относится к числу актуальных проблем петрологии.

Экспериментальное моделирование силикатно-карбонатно-сульфидной несмесимости мантийных магм проводилось при изучении плавления перидотитов в присутствии карбонатов щелочей. Использование карбонатов щелочей (K, Na)₂CO₃ для изучения силикатно-карбонатного расслоения расплавов обусловлено важной ролью щелочно-карбонатных флюидов в мантийном метасоматозе, а так же тесной пространственной и генетической связью  карбонатитовых пород с щелочными комплексами (например такими как, Okorusu (Намибия), Stjernoy (Норвегия), Phalaborwa (Юж.Африка), Fernando de Noronha Island (Бразилия) и др.).

Фазовые соотношения в системе перидотит – карбонаты щелочей с добавками в качестве акцессорных минералов  апатита, пирротина, ильменита, циркона экспериментально изучены при давлении 3.9 ГПа и температуре 1250ºС. Опыты проводились в ИЭМ РАН на аппарате типа «наковальня с лункой» в ожелезненных платиновых ампулах с использованием закалочной методики. Температура измерялась Pt30Rh/Pt6/Rh термопарой, давление при высоких температурах калибровалось по кривой равновесия кварц - коэсит. Точность определения температуры и давления в опытах оценивается в SYMBOL 177 \f "Symbol" \s 12± 5ºC и SYMBOL 177 \f "Symbol" \s 12± 1 кбар. Длительность эксперимента составляла 6 - 16 часов.

В качестве исходных веществ использовались тонкие порошки шпинелевого перидотита из ксенолитов кимберлитовой трубки Обнаженная [4]. Акцессорные минералы апатит, ильменит, циркон и пирротин добавляли в опыты для выяснения коэффициентов распределения титана, фосфора, циркония и серы между сосуществующими силикатным и карбонатным расплавами. Щелочи задавались карбонатами натрия и калия (K,Na)₂CO₃. Навески исходных веществ брались в соотношении: перидотит(70%) - (K,Na)₂CO₃ (10%) – ильменит (5%) – апатит (5%) – циркон (5%) – сульфид (FeS) (5%).

Продукты экспериментов изучались на цифровом электронном сканирующем микроскопе Tescan VEGA TS 5130MM, оснащенным детекторами вторичных и отраженных электронов на YAG-кристаллах и энергодисперсионным рентгеновским микроанализатором с полупроводниковым Si(Li) детектором INCA Energy 350.

При частичном (до 10 %) плавлении перидотита ликвидусная ассоциация флогопит – клинопироксен – циркон – Х-фаза (не диагностированная, близкая по составу к Ti-Cpx) цементировалась межзерновым силикатным стеклом с включениями карбонатной и сульфидной фазы (рис. 1). Морфология, состав и соотношения стекла, карбоната и сульфидных глобуль указывают на существование в условиях эксперимента несмесимых силикатного, карбонатного и сульфидного расплавов.

Рис. 1. Микрофотография полированного образца после опыта в системе перидотит –  карбонаты щелочей (Т=1250ºС, Р=3.9 ГПа). Образец представлен несмесимыми силикатным (L_Sil) , карбонатным (L_Carb) и сульфидным (L_Sulph) расплавами, сосуществующими с клинопироксеном (Cpx) и флогопитом (Phl).

Состав силикатного расплава отвечал фонолиту, концентрация серы < 0.1мас.%, карбонатный расплав существенно кальциевого состава с примесью щелочных металлов и силикатной компоненты.  Растворимость циркона в силикатном расплаве достигала 0.70 ± 0.23 мас.% ZrO₂, в сосуществующем карбонатном расплаве  1.28 ± 0.31 мас.%.

Отсутствие ильменита и апатита в экспериментальных образцах можно объяснить высокой растворимостью титана и фосфора в сосуществующих фазах. Концентрация TiO₂ в силикатном расплаве составляла 1.2 ± 0.35 мас. %, в карбонатном расплаве 0.42 ± 0.16 мас.%; концентрация Р₂О₅ составляла 9.67 ± 1.90 мас.% в карбонатном расплаве и 2.33 ± 0.31 в силикатном. Концентрация серы в этих расплавах не превышала 0.2 мас.%.

Таким образом, в системе перидотит – карбонаты щелочей силикатно-карбонатно-сульфидное расслоение щелочных силикатных расплавов наблюдалось при Т=1250ºС и Р=3.8 ГПа. Наблюдалось полное растворение ильменита и апатита, силикатный, карбонатный и сульфидный расплавы сосуществуют с цирконом, флогопитом и клинопироксеном. Коэффициенты распределения макро- и микроэлементов  (в т.ч. титана, циркония, фосфора, серы) между сосуществующими силикатным и карбонатным расплавами показали, что основным концентратором Na, Mn, Zr, S, Ca, P является карбонатный расплав, Si, Al, K, Mg, Fe, Ti – силикатный расплав.

Рис. 2. Распределение основных макро и микро элементов между сосуществующими силикатным и карбонатным расплавами.

Полученные данные о коэффициентах распределения макро и микроэлементов (Ti, Zr, S, P и др.) между силикатным и карбонатным расплавами и сосуществующими фазами представляют интерес для построения генетических моделей карбонатных и сульфидных магм и связанных с ними месторождений редких элементов, сульфидных платино-медно-никелевых месторождений.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 12-05-00777-а

Литература:

1. Kogarko L.N., Henderson C.M.B., Pacheco H. Primary Ca-rich carbonatite magma and carbonate-silicate-sulphide liquid immiscibility in the upper mantle. Contrib. Mineral. Petrol. 1995. V.121. P. 267-274.

2. Ionov  D. Trace element composition of mantle-derived carbonates and coexisting phases in peridotite xenoliths from alkali basalts. J. Petrol. 39. 1998. P. 1931-1941.

3. Когаpко Л.Н. Pоль глубинных флюидов в генезисе мантийных гетерогенностей и щелочного магматизма. Геология и геофизика, 2005, т. 46, № 12, С. 1234-1245.

4. Уханов А.В., Рябчиков И.Д., Харькив А.Д. Литосферная мантия Якутской кимберлитовой провинции. Москва. Изд-во «Наука», 1988г.