2011

Тезисы международной конференции

Рудный потенциал щелочного, кимберлитового

 и карбонатитового магматизма

Abstracts of International conference

Ore potential of alkaline, kimberlite

and carbonatite magmatism

Экспериментальное моделирование минералогенеза щелочных комплексов

Котельников А.Р., Ковальский А.М., Ковальская Т.Н. Сук Н.И.

Институт экспериментальной минералогии РАН, Черноголовка, Россия, tatiana76@iem.ac.ru           

                    Экспериментальное исследование условий минералогенеза щелочных комплексов и приложение полученных результатов к природным объектам является важной задачей, поскольку с такими комплексами связаны гигантские месторождения минерального сырья. Нашим коллективом на протяжении последних лет изучаются твердые растворы щелочных пироксенов, содалитов, термодинамика парагенезиса клинопироксен-биотит, флюидный режим формирования постмагматических ассоциаций. Также проведен синтез многих минералов, типичных для щелочных комплексов: содалиты, уссингит, канкринит, щелочные пироксены, гакманит и др. В данной работе собраны последние результаты исследований.

Исследование ассоциации клинопироксен-биотит. Ассоциация клинопироксена с биотитом - одна из наиболее распространенных в магматических, метасоматических и метаморфических породах, в том числе и в породах повышенной щелочности. Клинопироксен - биотитовый геотермометр, построенный на основе эмпирических данных по составам сосуществующих природных Cpx и Bi был предложен Л.Л. Перчуком. Однако применительно к щелочным породам его трудно использовать вследствие отсутствия данных по термодинамике щелочных пироксенов и влияния щелочных компонентов на распределение магния и железа между пироксеном и биотитом. В качестве стартовых материалов использовали синтетические твердые растворы тройных клинопироксенов (CPx-3) и синтезированные при 650ºС и 1.5 кбар флогопит и аннит. Подход к равновесию осуществялся с двух сторон. Исходные составы минералов и результаты опытов по катионному обмену представлены в табл.1. На основе 10 катионообменных опытов получена изотерма распределения Mg и Fe между CPx-3 и Bi. (Рис.1). Коэффициент распределения Mg между клинопироксеном и биотитом (K_D) описывается следующим уравнением третьего порядка: ln(K_D) = 0.65 + 3.30*x -5.763*x² -1.0911*x³ (±0.40), где x – мольная доля магния в клинопироксене (x=Mg/(Mg+Fe²⁺)). По этому уравнению рассчитаны энергетические параметры несимметричной модели Маргулеса для описания избыточной энергии смешения твердых растворов клинопироксенов (система Aeg – Di – Hed; мольная доля эгирина 0.2±0.04): W1 = -48.5 (16.2) и W2 = 24.1 (2.5) кДж/моль. Ранее было исследовано равновесие СPx-Bi для бинарных твердых растворов клинопироксена (Ковальский и др., 2008, 2009) и показана практически идеальная смесимость в ряду диопсид – геденбергит. Таким образом, можно сделать вывод о повышении неидеальности твердого раствора диопсид – геденбергит при вхождении эгиринового минала. На основе данных Перчука (Перчук, 1970) по природным парагенезисам клинопироксена и биотита для изотермы 750ºС рассчитаны избыточные энергии смешения клинопироксенов (рис.2). При 750ºС и 1.5 кбар в гидротермальных условиях изучено распределение магния и железа между клинопироксеном (тройным твердым раствором системы Di-Hed-Aeg; X_Aeg^CPx=0.2) и биотитом (бинарным твердым раствором Phl –Ann). Показано, что распределение Mg, Fe²⁺ между клинопироксеном и биотитом неидеальное, при малой магнезиальности двухвалентное железо обогащает биотит, при X_Mg^CPx > 0.7 происходит инверсия и Fe²⁺ перераспределяется в CPx. На основании данных по распределению Mg, Fe²⁺ между клинопироксеном и биотитом рассчитаны параметры Маргулеса модели смешения клинопироксена, показано, что величина интегральной избыточной энергии смешения прямо коррелирует с мольной долей третьего минала клинопироксена (эгирина и жадеита).

Таблица 1. Результаты опытов по обмену Mg,Fe  между клинопироксеном (CPx3) и биотитом (ряд Ann – Phl) при 750ºС и давлении 1.5 кбар. K_D=[X_Mg^CPx3*(1-X_Mg^Bi)]/[(1-X_Mg^CPx3)* X_Mg^Bi]

ln(K_D) = 0.65 + 3.30*x -5.763*x² -1.0911*x³ (±0.40)     (1)

Исследование содалит-содержащих ассоциаций. К настоящему времени по данным о составах содалитов и температурах их образования оценена минимальная концентрация солей (NaCl, Na₂SO₄) в минералообразующем флюиде: от 10-20 мас.% NaCl-экв. для двусодалитовых парагенезисов до 1.5-3 мас.% NaCl-экв. для парагенезисов, содержащих нозеан. Также оценена мольная доля серы во флюиде: 0.02 для двусодалитовых парагенезисов и 0.04-0.27 для нозеансодержащих парагенезисов (Сук и др., 2007). В пегматитовом теле возле г. Карнасурт обнаружены два типа содалитов: хлор-содалит и серосодержащий содалит. С помощью спектров ретгеновского поглощения XANES установлено две формы нахождения серы в гакманите из пегматитов г. Карнасурт: S^2- и SO₄^2-. Проведено изучение флюидных включений в гакманите. Рассчитана концентрация NaCl-экв во флюиде.

С помощью полученных данных проведена оценка условий минералогенеза минеральных ассоциаций Ловозерского щелочного массива. Установлено, что содалит-содержащие ассоциации формировались при температуре 450^оС, что кореллируется с данными, приведенными в работе Устинова В.И. с соавторами (Устинов и др., 2006).

Список литературы:

Ковальский А.М., Т.Н. Ковальская, А.Р. Котельников (2008) Калибровка и применение минерального геотермометра на основе изучения равновесия клинопироксен – биотит. Тезисы докладов ежегодного семинара по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии. Москва, ГЕОХИ РАН, 22-23 апреля 2008 г., сс. 36-37.

Ковальский А.М., Т.Н. Ковальская, А.Р. Котельников (2009) Экспериментальное исследование распределения Mg и Fe в системе клинопироксен-биотит, термометрия природных парагенезисов. Тезисы докладов Всероссийской молодежной научной конференции «Минералы: строение, свойства, методы исследования», Миасс, ИМ УрО РАН, с. 38. 

Перчук Л.Л. (1970) Равновесия породообразующих минералов. М., Наука, 392 с.

Сук Н.И., Котельников А.Р., Ковальский А.М. Минеральная термометрия и состав флюидов содалитовых сиенитов Ловозерского щелочного массива. Петрология. 2007. т. 15, № 5, с. 474-492.

Устинов В.И., Гриненко В.А., Котельников А.Р., Сук Н.И., Ковальская Т.Н., Смирнова Е.П. Термометрия содалитсодержащих ассоциаций пород Ловозерского и Тикшеозерского щелочного массива. // Материалы Всероссийского совещания «Геохимия, петрология, минералогия и генезис щелочных пород» 18-23 сентября 2006 г. Миасс. 2006. с.267-272.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 10-05-00870.