Аномальное поведение Eu при образовании водно-хлоридных флюидов во время подъема и дегазации гранитных магм

Луканин О.А., Дернов-Пегарев В.Ф.

Институт геохимии и аналитической химии им В.И.Вернадского РАН, Москва, Россия

Одна из важных особенностей поведения РЗЭ в процессе декомпрессионной дегазации гранитных расплавов – наличие в спектре РЗЭ образующейся флюидной фазы европиевых аномалий. В спектре РЗЭ обогащенных хлором флюидах, образующихся при высоких давлениях на ранних стадиях дегазации, может проявляться отрицательная аномалия по отношению к спектру РЗЭ расплавной фазы. С понижением давления и уменьшением концентрации Cl во флюиде отрицательная аномалия Eu во флюиде сменяется положительной (рис.1) (Reed et al.2000; Lukanin, Dernov-Pegarev, 2007, 2010).

Рис. 1. Изменение концентрации и спектра РЗЭ в водно-хлоридной флюидной фазе, образующейся в процессе декомпрессионной дегазации гранитного расплава при снижении давления от 3 до 0.7 кбар. Результаты численного моделирования дегазации в закрытых условиях (без удаления флюида из системы) для расплава имеющего исходные содержания 7.6 мас.% Н₂О и 0.25 мас.% Cl, а также типичные для гранитов концентрации РЗЭ (в ppm): 43 La, 83 Ce , 44 Nd, 8.5 Sm, 2 Eu, 7.4 Gd, 1.06 Tb, 1.27 Но, 3.25 Yb, 3.25 Lu. а - спектры РЗЭ во флюиде на разных этапах дегазации (Т~800^оС ) на глубинах, соответствующих давлению (кбар): 1 – 2.68; 2- 2.06; 3- 1.54; 4 – 1.06; 5 - 0.73. Штриховая линия М – спектр РЗЭ в исходном расплаве. Концентрации РЗЭ в расплаве и флюиде нормированы на содержания РЗЭ в хондритах (Anders, Grevesse, 1989). б - Изменение величины европиевой аномалии (Eu/Eu^*)_N во флюидной фазе при дегазации. Сплошная линия – флюидная фаза, штриховая линия – расплав (М). Стрелки показывают разницу значений (Eu/Eu^*)_N в расплаве и флюиде на разных этапах (глубинах) дегазации.

Таким образом, испытывающие дегазацию гранитные расплавы по мере своего движения к поверхности на разных глубинах могут быть источником магматических флюидов с различным содержанием и спектром РЗЭ, существенно отличающимся от спектра РЗЭ расплавной фазы. Взаимодействие этих флюидов с вмещающими породами может существенным образом отразиться на спектре РЗЭ метасоматически измененных, а также жильных пород и минералов, формирующихся в приконтактовой зоне гранитоидных интрузий и субвулканических тел.

Наблюдаемые особенности перераспределения европия между флюидом и расплавом находят свое объяснение в том, что Eu в отличие от остальных РЗЭ при окислительно-восстановительных условиях, характерных для магматического процесса, присутствует в кислых алюмосиликатных расплавах в двух валентных формах Eu³⁺ и Eu²⁺, в то время как для остальных РЗЭ преобладающей формой в расплаве является (РЗЭ)³⁺ (Drake, 1975; Wilke, Behrens, 1999). Из анализа обменных реакций расплав-флюид с участием разновалентных форм европия Eu³⁺ и Eu²⁺ следует, что суммарный коэффициент распределения Eu между флюидом и расплавом D(Eu)^v/m в первом приближении равен (Lukanin, 2008; Lukanin, Dernov-Pegarev, 2010):

D(Eu)^f/m = а₁α [C(Cl)^f]³ + a₂ (1 - α)[C(Cl)^f]²,

где C(Cl)^v концентрация Cl во флюиде, α = Eu³⁺/(Eu³⁺ + Eu²⁺), т.е. доля Eu³⁺ от общего содержания европия в расплаве, а₁, a₂– константы, которые можно приближенно расчитать из эмпирических данных по распределению Eu флюид-расплав (Reed et al., 2000).

Данное уравнение позволяет оценить влияние окислительного состояния европия на величину европиевой аномалии, которая выражается соотношением Eu/Eu^#, где Eu - реальная концентрация европия во флюиде, находящемся в равновесии с расплавом с постоянным соотношением Eu³⁺/(Eu³⁺+Eu²⁺), а Eu- возможная «виртуальная» концентрация европия, которая могла бы быть в том же флюиде при условии, что в расплаве весь европий (как и другие РЗЭ) находится исключительно в трехвалентной форме. Расчеты показывают, что знак и величина Eu аномалии во флюиде существенно зависит от концентрации Cl во флюиде и от соотношения Eu³⁺/Eu²⁺ в расплаве (рис. 2).

Рис. 2. Влияние Eu³⁺/(Eu³⁺+Eu²⁺) на величину и знак европиевой аномалии во флюидах с различной концентрацией Cl (Lukanin, Dernov-Pegarev, 2010). Цифры – значения α = Eu³⁺/(Eu³⁺+Eu²⁺), штриховая линия – траектория по результатам численного моделирования на основании экспериментальных данных.

Аномальное поведение Eu проявляется тем сильней, чем ниже fO₂ и, соответственно, выше доля Eu²⁺ в расплаве. Отметим, что в природных расплавах гранитоидного состава α может варьировать в широких пределах от 0.3-0.5 до 0.8-0.9 (сред.~ 0.7), что при температурах, которые определены для этих расплавов, соответствует вариациям fO₂ от NNO-2 до NNO+3

Работа выполнена при финансовой поддержке Отделения наук о Земле РАН (программа 2- 2010) и РФФИ (грант 08-05-00022).

Литература

Reed M. J., Candela P.A., Piccoli P.M. The distribution of rare earth elements between monzogranitic melt and the aqueous volatile phase in experimental investigations at 800 C and 200 MPa // Contr. Miner. Petrol. 2000 . V.140. P. 251-261.

Lukanin О.А., Dernov-Pegarev V.F. Redistribution of europium and others rare earth elements between melt and water chlorine-bearing fluid during decompression degassing of granite magmas. //Vestnik Otd. Nauk o Zemle RAN. No 1(25)'2007 URL: http://www.scgis.ru/russian/cp1251/h_dgggms/1-2007/informbul-1_2007/term-30e.pdf

Drake M.J. The oxidation state of europium as an indicator of oxygen fugacity // Geochim. Cosmochim. Acta. 1975. V. 39. P. 55-64.

Wilke M. Behrens H. The dependence of the partitioning of iron and europium between plagioclase and hydrous tonalitic melts on oxygen fugacity // Contrib. Mineral. Petrol. 1999. V. 137. P. 102-114.

Lukanin О.А. The reason of abnormal behavior of europium during degassing of granitic magmas. // Vestnik Otd. Nauk o Zemle RAN, No 1(26)'2008. URL: http://www.scgis.ru/russian/cp1251/h_dgggms/1-2008/informbul-1_2008/magm-20e.pdf

Lukanin О.А., Dernov-Pegarev V.F. Distribution rare earth elements between aqueous-chloride fluids and melt in the process of granite magmas degassing caused by pressure decrease // Geochemistry International, No 10, 2010.