Тезисы международной конференции

Рудный потенциал щелочного, кимберлитового

 и карбонатитового магматизма

Abstracts of International conference

Ore potential of alkaline, kimberlite

and carbonatite magmatism

Коэффициенты распределения ниобия между минералами группы перовскита и расплавом

Зайцев В.А, Когарко Л.Н.

ГЕОХИ РАН

Кристаллизация минералов группы перовскита во многом определяет содержание редких элементов в дифференцированных разностях щелочных пород. Для редкоземельных элементов это было наглядно проиллюстрировано А.А. Арзамасцевым с соавторами (Арзамасцев и др., 2002). Ниобий- один из важнейших примесных элементов в минералах группы перовскита из щелочных пород, поэтому представляет интерес оценка коэффициентов распределения между минералами группы перовскита и щелочным расплавом.

В частности, для определения коэффициентов распределения между таусониом (SrTiO₃) и высокощелочным распавом использованы анализы состава таусонита и стекла, полученные нами в ходе исследования фазовой диаграммы лампрофиллит-нефелин в диапазоне температур от 800 до 1100 ˚С .

В пересчете на два атома металла таусонит содержит 1,01-1,05 ф.е. Ti, и до 0,05 ф.е. Nb. Между содержаниями Ti и Nb наблюдается отрицательная корреляция. Содержание Sr 0.77-0.87 ф.е., а Na – 0.10-0.15 ф.е. Кроме того, кристаллы содержат 0.1-0.2 ф.е. F. Содержание натрия явно не компенсируется наблюдаемыми концентрациями ниобия, но вполне может быть скомпенсировано за счет вхождения фтора вместо кислорода по схеме: Sr+O -> Na+F. Следовательно, фаза представляет собой твердый раствор SrTiO₃ и NaTiO₂F. С учетом этого состав перовскитовой фазы может быть записан как Sr_1-xNa_x(Ti,Nb)O_3-xF _x.

Избыток натрия, не компенсируемый ниобием был обнаружен А.Р. Шахмуродяном в таусоните из Бурпалинского массива, что интерпретировалось им как нестехиометрия (устное сообщение). Полученные нами экспериментальные данные заставляют по-новому посмотреть на изоморфизм в таусоните.

Вариации соотношения компонентов твердых растворов и зависимость содержания компонентов от температуры показаны на рис. 1.

Определенные по результатам экспериментов коэффициенты распределения ниобия между таусонитом и расплавом колеблются от 1 до 23 (см. рис.2). Интересно, что наблюдается уменьшение коэффициента распределения при увеличении коэффициента агпаитности расплава. Это тем более удивительно, что в качестве главного механизма компенсации вхождения ниобия в структуру перовскита рассматривается замещение двухвалентных катионов на натрий. По-видимому, это связано с фтористостью получаемых в экспериментах перовскитов. Таким образом, можно ожидать, что активность фтора в расплаве должна оказывать на коэффициенты распределения значительно большее влияние, чем щелочность.

Литературные данные по коэффициентам распределения между таусонитом и расплавом отсутствуют, но имеются данные по родственным ему минералам группы перовскита.

Коэффициент распределения между магний-силикатным перовскитом при давлениях около 26 ГПа были получены (Liebske et al., 2005). Приводимые ими значения KD Nb для состава фертильного перидотита 0,6-0,7, для хондритового состава 0,1, а для обогащенного Al перидотота – 1.25. Для Fe – 0.3-0.6. Таура с соавторами (Taura et al., 2001) оценили коэффициенты распределения ряда элементов при давлении 25 ГПа в системе, имитирующий кимберлит 1 группы для кальций-силикатного и магний-силикатного перовскитов определенные ими Kd ниобия составляют 0,52 и 0.46, а железа -0,42 и 2.1 соответственно.

Экспериментальные оценки коэффициентов распределения между CaTiO3-перовскитом и расплавом в системе CaO-TiO2-SiO2, при атмосферном давлении колеблются в диапазоне 0.9-1.9, уменьшаясь с ростом температуры и увеличиваясь с ростом содержания Ca (Corgne, Wood, 2005).

Кеннеди (Kennedy, 1993) с соавторами определили коэффициенты распределения ряда редких элементов между перовскитом и высококальцивым расплавом, моделирующим состав кальций-алюминиевых белых включений в хондрите (CAI). Коэффициент распределения для Nb составил около 3.

Значительно более высокая оценка коэффициента распределения Nb (80) была получена для равновесия лопарит-щелочной расплав Ловозерского массива Л.Н. Когарко (Kogarko et al., 2002) по результатам математического моделирования. Экспериментально эта система была изучена И.В Векслером (1989), который получил значительно более низкие коэффициенты распределения Nb между лопаритом и луявритовым расплавом (6-50).

А.А. Арзамасцевым (Арзамацев и др., 2009) коэффициенты распределения редких элементов между перовскитом и расплавом были оценены по отношению концентраций  в перовските и основной массой из бергалита (щелочного лампрофира), состоящей из мелилита, гаюина, перовскита, апатита, нефелина, магнетита, биотита с небольшим количеством стекла. Для Nb оцененный им коэффициент распределения составляет 12,1. Эта величина близка к среднему геометрическому из экспериментальных данных.

Проведенный обзор показывает, что коэффициент распределения Nb между минералами группы перовскита подчиняются единым закономерностям: в щелочных системах Kd Nb заметно выше, чем в низкощелочных. Определенные по результатам наших экспериментов коэффициенты распределения ниобия между таусонитом и щелочным титаносиликатным расплавом близки к оценкам Векслера для лопарита и к оценке Арзамасцева для перовскита.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 11-05-00221-а.

Литература

Арзамасцев А.А., Беа Б., Арзамасцева Л.В., Монтеро П. Палеозойские процессы плюм-литосферного взаимодействия в северо-восточной части Балтийского щита: редкоземельные элементы в породах и минералах интрузий Кольской провинции как индикаторы эволюции щелочных расплавов// в кн. Глубинный магматизм, магматические источники и проблема плюмов Сб. научн. тр. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2002  cc.54-86

Арзамасцев А.А., Федотов Ж.А., Арзамасцева Л.В. Дайковый магматизм Северо-Востока Балтийского щита.//Наука, СПб, 2009, 383 с.

Векслер И.В. Физико-химические условия образования лопаритовой минерализации.Канд. Дисс., М, 1989.

Corgne, A. Wood, B. Trace element partitioning and substitution mechanisms in calcium perovskites//. Contributions to Mineralogy and Petrology 2005 Vol. 149 № 1: 85-97.

Kogarko L.N., Williams C.T., Wooley A.R. Chemical evolution and petrogenetic implications of loparite in the layered, agpaitic Lovozero complex, kola Peninsula, Russia. // Mineralogy and Petrology 2002, 74, pp. 1-24.

Liebske, C., Corgne, A., Frost, D.J., Rubie, D.C. and Wood, B.J. (2005). Compositional effects on element partitioning between Mg-perovskite and silicate melts. Contributions to Mineralogy and Petrology 149: 113-128.

Taura H., Yurimoto H., Kato T., Sueno S.  Trace element partitioning between silicate perovskites and ultracalcic melt //Physics of the Earth and Planetary Interiors, Vol. 124 (1-2) (2001) pp. 25-32.