2011

Тезисы международной конференции

Рудный потенциал щелочного, кимберлитового

 и карбонатитового магматизма

Abstracts of International conference

Ore potential of alkaline, kimberlite

and carbonatite magmatism

Межфазовое распределение редких элементов в алмазообразующих эклогит-карбонатитовой и перидотит-карбонатитовой системах мантии: эксперимент при 7.0 – 8.5 ГПа

Кузюра А.В.*, Окоемова В.Ю.**, Васильев П.Г.**, Литвин Ю.А.*, Джеффрис Т.***, Уолл Ф.****

* Учреждение Российской Академии Наук Институт Экспериментальной минералогии РАН, Черноголовка, Россия; shushkanova@iem.ac.ru

** Геологический факультет Московского Государственного Университета им. М.В.Ломоносова, Москва, Россия

*** Natural History Museum, Лондон, Великобритания

**** Cornwall Campus of University of Exeter, Корнвол, Великобритания

Методом сканирующей электронной микроскопии и электронного микрозонда (ИЭМ РАН) и при использовании метода LAICPMS (Лондон) были определены особенности распределения редких элементов в парах минерал/расплав и минерал/минерал в эклогит-карбонатитовой и перидотит-карбонатитовой мантийных системах, смоделированных экспериментально. Также проведено сравнение полученных экспериментальных данных с литературными.

Данные о коэффициентах распределения редких элементов между минеральными и расплавными фазами алмазообразующих систем мантии Земли крайне малочисленны.

Исследование распределения редких элементов в алмазообразующих мантийных системах было связано с модельными эклогит-карбонатитовой и перидотит-карбонатитовой системами. В связи с этим была проведена серия опытов на установке типа «наковальня-с-лункой» (ИЭМ РАН) при 7-8.5 ГПа по экспериментальному исследованию равновесного распределения редких элементов типа минерал-расплав и минерал-минерал в системах эклогит-карбонатит и перидотит-карбонатит.  К системам примешивался специально составленная смесь редких элементов (RE), в основном, в виде оксидов: Li, Rb, Cs, Ba, Th, U, Ta, Nb, La, Ce, Pb, Pr, Sr, Nd, Zr, Hf, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Y, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Sc, and Zn. Стартовые соотношения компонентов были [[CPx_40-64Grt_16-40(SiO₂)₂₀]_59.3Carb_39.3]_98.6RE_1.4 для эклогит-карбонатитовой системы и [[Ol_36-60OPx₁₆CPx_12-24Grt_12-24]₃₀Carb₇₀]₉₉RE₁ для перидотит-карбонатитовой системы. СЭМ- и микрорентгеноспектральные исследования выполняли на полированных поверхностях с углеродным напылением в ИЭМ РАН. Содержания редких элементов на тех же образцах определяли методом LА-ICP-MS в минералогическом отделении Музея Естественной Истории в Лондоне. Анализировали однородные участки расплава и изометрические зерна минералов.

В опытах при 7.0 – 8.5 ГПа из расплава кристаллизовались достаточно крупные (до 100 и более мкм) кристаллы граната, клинопироксена, оливина (рис. 1). Чаще всего в закаленных образцах эти кристаллы встречаются окруженными расплавом. Расплав модельных систем эклогит-карбонатит и перидотит-карбонатит закаливался в мелкокристаллический агрегат. Для анализа расплава в этой системе выбирались наиболее мелкозернистые участки, анализ проводился по площадям.

По результатам анализов концентраций редких элементов методом LA-ICP-MS, содержащихся в экспериментальных фазах  рассчитаны коэффициенты (Кр) их межфазового распределения типа гранат-расплав, клинопироксен/расплав и гранат/клинопироксен. На рис. 2 приведена диаграмма, иллюстрирующая распределение редких элементов между гранатом и карбонатно-силикатным расплавом, клинопироксеном и карбонатно-силикатным расплавом, а также гранатом и клинопироксеном для модельной эклогит-карбонатитовой системы.

Главной особенностью полученной картины межфазового распределения редких элементов является заметно контрастное поведение легких (La, Ce, Pr) по отношению к средним и тяжелым (Nd, Zr, Hf, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Y, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) элементам. Если легкие элементы преимущественно распределены в расплавную фазу, то тяжелые – в гранатовую. Другие элементы, включая LILE (Rb, Sr, Ba), Sc, а также Zn, Ta, Pb, Th, и U имеют ясно выраженное сродство к карбонатно-силикатному расплаву. Характер кривой на диаграмме распределения гранат-расплав практически повторяет характер кривой гранат-клинопироксен, что свидетельствует о том, что в распределении редких элементов главными участниками являются гранат и карбонатитовый расплав, клинопироксен играет в этом процессе лишь роль концентратора Zn.

В перидотит-карбонатитовой системе по предварительным данным гранат и клинопироксен также являются основными концентраторами редких элементов.

При сравнении полученных картин распределения с данными других исследователей (Sweeney et al., 1992, 1995; van Westrenen et al, 1999; Walter et al, 2008) обнаруживаются общие черты в контрастном поведении легких и тяжелых REE и других редких элементов при сравнении распределения редких элементов между гранатом и карбонатно-силикатным расплавом модельной эклогит-карбонатитовой системы, с одной стороны, и с гранатом и модельным силикатным расплавом, с другой (van Westernen et al, 1999). Результаты показали, что распределение редких элементов существенно не зависит от состава расплава. Тяжелые РЭ концентрируются в гранате. Алмазообразующие карбонатно-силикатные, карбонатные или силикатные расплавы, равновесные с силикатными минералами, ведут себя аналогично в отношении распределения редких элементов.

Данные о коэффициентах распределения редких элементов между минеральными и расплавными фазами алмазообразующих систем мантии Земли не были известны до настоящей работы. Эти исследования имеют и более общее геохимическое значение, поскольку формирование ростовых сред для основной массы природных алмазов и сингенетически включенных в них минералов являются частью общего процесса магматической эволюции мантийного вещества и сопряжено с ним физико-химически и пространственно.

Работа поддержана грантами РФФИ 10-05-00654, 11-05-0040, грантом Президента РФ № МК- 913.2011.5

Литература:

Sweeney R.J., D.H. Green,  S.H. Sie (1992), Trace and minor element partitioning between garnet and amphibole and carbonatitic melt,  Earth and Planetary Science Letters, V. 114, № 1-2, pp.1-14

Sweeney R.J., V. Prozesky, W. Przybylowich (1995) Selected trace and minor element partitioning between peridotite minerals and carbonatite melts at 18-46 kb pressure, Geochimica et Cosmochimica Acta, V. 59, pp. 3671-3683

Van Westrenen W., J. Blundy, B. Wood (1999) Crystal-chemical controls of trace element partitioning between garnet and anhydrous silicate melt, American Mineralogist, V. 84, pp. 838-847

Walter M.J., G.P. Bulanova, L.S. Armstrong, et al (2008), Primary carbonatite melt from deeply subducted oceanic crust, Nature, V. 454, pp. 622-626.