Семинар "Геохимия щелочных пород" 

школы "Щелочной магматизм Земли"-2008

Капельное расслоение в щелочных алюмосиликатных системах, содержащих рудные металлы

Сук Н.И.

ИЭМ РАН, Черноголовка

Настоящие экспериментальные исследования были поставлены с целью их приближения к природным условиям развития магматизма и рудообразования, неразрывно связанных с флюидным воздействием на магматические системы, роль которого неоднократно отмечалась разными авторами (Летников и др., 1977; Когарко, 1977; Маракушев и др., 1983).

Чтобы выявить эффект флюидного воздействия на магматические системы, проводились параллельные эксперименты при Т=1200^оС, Р=2 кбар без участия летучих компонентов, под давлением водного флюида (количество которого по отношению к навеске составляло 10 мас.%), а также в присутствии флюида щелочного состава (10% и 27% раствора NaOH или 0.5 мол раствора NaF, количество которого составляло ~17% от массы навески). В этих режимах были исследованы алюмосиликатные щелочные магматические системы, содержащие  Ti, REE (La, Ce, Y), Nb, Sr и Zr. Исходная шихта готовилась из природных минералов (или гелей) альбита и нефелина. Содержание альбита в силикатной части системы составляло 60-62 мас.%. Рудные элементы вводились в систему путем добавления окислов TiO₂, La₂O₃, CeO₂, Y₂O₃ и Nb₂O₅, иногда добавлялись СаО, SrCO₃ или ZrО₂. Набор рудных элементов варьировал, при этом суммарное содержание добавочных окислов в системе менялось от 10 до 25 мас.%. Эксперименты проводились в заваренных платиновых ампулах диаметром 3 мм на установке высокого газового давления продолжительностью 1 сутки с последующей закалкой. Полученные образцы анализировались на микрозонде.

В сухих системах, содержащих Ti, REE (La, Ce, Y), Sr и Nb, наблюдалось образование кристаллов лопарита в силикатной матрице (рис. 1а). В этих же системах под давлением водного флюида были получены принципиально иные результаты, определенные расслоением расплава на две жидкости (Сук, 2007): алюмосиликатную, образующую матрицу, и богатую Ti, REE (La, Ce, Y), Sr и Nb с  примесью  силикатной  составляющей,  образующую  капли  (рис. 1б).  Иногда

                                         а                                                                   б

Рис. 1. Кристаллы лопарита в алюмосиликатной матрице, образовавшиеся без участия летучих компонентов (а), и капельное расслоение в этой же системе  под давлением водного флюида (б) при Т=1200^оС,  Р=2 кбар. Фотографии сделаны в отраженных электронах.

образовывались также кристаллы лопарита или титанониобатов редких земель, что, вероятно, связано с исходной концентрацией и набором вводимых рудных компонентов. Размеры капель варьируют от 1 до 3 мкм, что соизмеримо с зоной возбуждения электронного микрозонда. Поэтому составы мелких капель жидкости корректировались путем вычитания из полученного анализа капель силикатной составляющей (примеси состава захваченной микрозондом алюмосиликатной матрицы) с последующим приведением результатов к 100%. Коррекция проводилась пропорционально содержанию в анализах капель калия, который присутствует только в алюмосиликатном расплаве.

В системах, содержащих щелочной флюид (10% раствор NaOH), получено аналогичное капельное расслоение на силикатную матрицу и капли, обогащенные Ti, REE (La, Ce), Sr и Nb без образования кристаллических фаз, что, вероятно, связано с увеличением растворимости рудных металлов в силикатном расплаве при повышении щелочности. При добавлении 27% раствора NaOH, по-видимому, происходит полное растворение рудных металлов в силикатном расплаве, а при охлаждении наблюдается образование закалочных фаз, содержащих рудные компоненты.

В системах, содержащих Ti, REE (La, Ce), Са и Zr, под давлением водного флюида наряду с кристаллами ZrО₂ (иногда с примесью REE и Ti) присутствовали микрокапли, обогащенные рудными компонентами. Аналогичная микроэмульсия наблюдалась также в системах, содержащих 10% раствор NaOH или 0.5 мол раствор NaF.

Исследованные в настоящей работе в присутствии водного флюида алюмосиликатные щелочные системы, содержащие рудные металлы, относятся к системам, в которых расслаивание, по-видимому, обусловлено несмесимостью фаз, возникающих при разделении катионов-сеткообразователей и катионов-модификаторов (Галахов, Варшал, 1969) в структуре расплава. Содержание в системе оксидов Na, Ca, Sr, REE оказывает положительное влияние на возникновение несмесимости. Флюид (водный или щелочной) в этих системах является фактором разделения расплава на несмешивающиеся фазы, понижая температуру ликвидуса и повышая деполимеризацию расплава.

Полученные данные могут иметь большое значение для понимания генезиса редкоземельно-ниобиевых (лопаритовых) месторождений.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ ╧ 07-05-00217.

Литература

Летников Ф.А., Карпов И.К., Киселев А.И., Шкандрий Б.О. Флюидный режим земной коры и верхней мантии. М.: Наука. 1977. 216 с.

Когарко Л.Н. Проблемы генезиса агпаитовых магм. М.: Наука, 1977. 294 с.

Маракушев А.А., Граменицкий Е.Н., Коротаев М.Ю. Петрологическая модель эндогенного рудообразования // Геология рудных месторождений. 1983. ╧ 1, С. 3-20.

Сук Н.И. Экспериментальное исследование щелочных магматических алюмосиликатных систем в связи с генезисом редкоземельно-ниобиевых лопаритовых месторождений // Доклады АН. 2007. Том 414, ╧ 2, С. 249-252. 

Галахов Ф.Я., Варшал Б.Г. О причинах ликвации в простых силикатных системах // В кн.: ╚Ликвационные явления в стеклах╩. Сб. Л. 1969.