2011

Тезисы международной конференции

Рудный потенциал щелочного, кимберлитового

 и карбонатитового магматизма

Abstracts of International conference

Ore potential of alkaline, kimberlite

and carbonatite magmatism

Физико-химические условия кристаллизации перовскита

в мелилитсодержащих и безмелилитовых породах

щелочно-ультраосновных-карбонатитовых комплексов

Расс И.Т.*, Плечов П.Ю.**

*Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН, Москва, Россия; rass@igem.ru

**Кафедра петрологии Геологического факультета МГУ, Москва, Россия

Использовав данные по составу и зональности перовскитов и сосуществующих с ним магнетита и апатита из мелилит-содержащих и безмелилитовых пород щелочно-ультраосновных-карбонатитовых комплексов, а также исследовав включения в перовските оливин-мелилитовой породы – кугдита Гулинского комплекса, приводятся сравнительные оценки параметров кристаллизации перовскита из пород – производных примитивных магм различного состава.

Ранее было показано, что силикатные породы щелочно-ультраосновных-карбонатитовых комплексов принадлежат двум дифференцированным сериям в составе единых кольцевых косплексов (Кравченко, Расс, 1985). Мелилитсодержащие породы, достаточно часто в них представленные, и более обычные безмелилитовые породы являются производными мантийных магм с различным соотношением щелочей и кальция (Kravchenko et al., 1992), выплавленных при различных физико-химических условиях. Теоретические и экспериментальные исследования фазовых равновесий в SiO₂-недосыщенных магмах показали возможность существования  существенно кальциевых расплавов при мантийных параметрах (Когарко, Грин, 1998). Нами (Расс, Плечов, 2000) были исследованы расплавные включения в оливине кугдита (оливин-мелилитовая порода) Гулинского комплекса (Маймеча-Котуйская провинция, Полярная Сибирь), и определены концентрации щелочей, кальция и алюминия, резко превышающие таковые в расплавных включениях в оливине сравнимой магнезиальности из меймечита Гулинского же комплекса (Соболев и др., 1991). Состав этих последних предполагался близким составу первичных магм, исходных для всех пород, включая мелилитсодержащие. Последующие исследования расплавных включений в минералах мелилитсодержащих пород щелочно-ультраосновных комплексов Кайзерштуль (Германия), Белая Зима и Крестовский (Россия) и (Соловова и др., 2005; Андреева и др., 2007; Панина и др., 2001) подтвердили существенно более высокое отношение CaO/SiO2 в исходных для мелилитсодержащих пород магмах по сравнению с исходными для безмелилитовых пород.

Различные по составу и, естественно, по геохимии, родоначальные магмы, выплавленные на разных глубинах из по-разному метасоматизированных гетерогенных источников в мантии, определяют различные пути их эволюции и дифференциации в земной коре, приводящие к кристаллизации мелилит-содержащих или безмелилитовых пород. Согласно фазовой диаграмме системы CaO-SiO₂-MgO и диаграмме фазовых равновесий псевдотройной системы титанит-нефелин-диопсид (Veksler, Teptelev, 1990), в том или ином случае кристаллизация минералов происходит в разной последовательности, т.е., возможны более ранняя кристаллизация перовскита или магнетита, перовскита или пироксена, мелилита или пироксена.

Различия концентраций и коэффициентов распределения редких элементов минерал-расплав определяются не только различиями концентраций этих элементов в материнском расплаве и условиями его выплавления в мантии, и последовательностью кристаллизации минералов в процессе дифференциации, но в неменьшей степени условиями их кристаллизации в земной коре [P,T, f(O₂), P(CO₂), a(SiO₂)].

Об этих параметрах можно судить, исследуя составы, зональность и включения в сосуществующих акцессорных минералах, и в первую очередь перовските – сквозного акцессорного минерала как безмелилитовых, так и мелилитсодержащих пород. Экспериментально было показано, что перовскит является второй (следующей после оливина) ликвидусной фазой при кристаллизации расплавленных природных высококальциевых пород, образующийся, наряду с оливином и стеклом, при температуре 1150-1100^о (Rass et al., 1996). Кристаллизация перовскита из расплава определяется равновесием перовскит-титанит (Veksler, Teptelev, 1990), зависимым от a(SiO₂). Определения концентраций Mg и Si в сосуществующих с перовскитом магнетите и апатите, соответственно, из мелилитсодержащих и безмелилитовых пород свидетельствует о том, что кристаллизация мелилитсодержащих пород происходила в условиях меньших глубин, при более низкой активности P(СО₂) и большей f(О₂) (Rass, 2008). Перовскит из мелилитсодержащих пород более железистый, чем перовскит из безмелилитовых, причем, в мелилитсодержащих породах концентрации Fe убывают от центра к периферии кристаллов, в то время как зональность сосуществующего с перовскитом магнетита характеризуется увеличением концентраций Ti (Rass, 2008). Эти закономерности имеют место не только вследствие более ранней кристаллизации перовскита или магнетита (Chakhmouradian, Mitchell, 1997), но также фиксируют большую f(О₂) при кристаллизации перовскита в мелилитсодержащих породах (Canil, Bellis, 2007; Speidel, 1970).

Мы исследовали перовскит из той же породы – Гулинского кугдита, в расплавных включениях в оливине которой ранее был определен состав исходного расплава (Расс, Плечов, 2000). В исследованном перовските выделено три последовательные генерации перовскита. Ранняя генерация  (Prv-I) представлена зернами, с четко выраженной ростовой зональностью. Зональный перовскит сечется перовскитом второй генерации (Prv-II), который в свою очередь обрастает перовскитом третьей генерации (Prv-III). Зональность Prv-I от центра к периферии зерен характеризуется заметным уменьшением концентраций Fe2O3 (от 0.98 до 0.65 мас.%), Nb2O5 (от 0.26 до 0.14 мас.%) и REE (Се2О3 от 0.98 до 0.10 мас.%), что, скорее всего, свидетельствует о его кристаллизации до магнетита и других минералов, когда он был единственным концентратором редких элементов. Prv-II характеризуется тем же составом, что и краевые части Prv-I, а концентрации этих эементов в Prv-III по сравнению с составом Prv-II заметно увеличиваются.

В кристаллах перовскита мы обнаружили твердофазные включения оливина, клинопироксена и флогопита, преимущественно приуроченные к перовскиту второй генерации или к границе Prv-I и Prv-II. Все изученные включения мономинеральны и не могли являться продуктами раскристаллизации расплавных включений. Кроме твердофазных включений в перовските второй генерации нами были встречены полости, в некоторых из которых качественным EDS-анализом были диагностированы амфибол и Na-Ca карбонаты. Возможно, они представляют собой силикатно-солевые включения. Расплавных включений силикатного расплава в 700 изученных зернах перовскита нами не обнаружено.

Приуроченность всех твердофазных включений к генерации перовскита (Prv-II) выдержанного состава позволяет выделить парагенезис Ol-CPx-Phl-Prv, для которого возможно оценить условия кристаллизации. Оливин-клинопироксеновый геотермометр (Loucks et al., 1996) показывает, что равновесие этих фаз с магматическим расплавом возможно при температуре порядка 870-880°С, а давление составляло 0.8-0.9 GPa (по Nimis, 1999). Определение температуры 1230о в расплавных включениях в перовските из пород Крестовской интрузии (Панина и др., 2001), очевидно, относится к раннему перовскиту (первой генерации)

Литература:

Андреева И.А., Коваленко В.И., Никифоров А.В., Кононкова Н.Н. Состав магм, условия образования и генезис карбонатсодержащих ийолитов и карбонатитов щелочного карбонатитового комплекса Белая Зима, Восточный Саян // Петрология 2007. №6. С. 594-619

Когарко Л.Н., Грин Д.Х. Фазовые равновесия при плавлении мелилитового нефелинита под давлением до 60 кбар // ДАН. 1998. Т. 359. № 4. С. 522-524.

Кравченко С.М., Расс И.Т. Щелочно-ультраосновная формация – парагенезис двух комагматических серий // Докл. АН СССР. 1985. Т. 283.№4. С.111-116.

Расс И.Т., Плечов П.Ю. Включения расплавов в оливинах оливин-мелилитовой породы, массив Гули, северо-запад Сибирской платформы // ДАН. 2000. Т.375. № 3. С. 389-392.

Панина Л.И., Сазонов А.М., Усольцева Л.М. Мелилитовые и монтичеллитсодержащие породы Крестовской интрузии (север Сибирской платформы) и их генезис // Геология и геофизика. 2001. Т. 42. № 9. С. 1314-1332

Соболев А.В., Каменецкий В.С., Кононкова Н.Н. Новые данные по петрологии Сибирских меймечитов // Геохимия, 1991. №8. С.1084-1095

Соловова И.П., Гирнис А.В., Расс И.Т., Кононкова Н.Н., Келлер Й. Состав и эволюция высококальциевых флюидонасыщенных расплавов. Включения в минералах оливинового мелилитита (Мальберг, Рейнский грабен) // Геохимия. 2005. №9. С. 928-946

Canil D., Bellis A.J. Ferric iron in CaTiO3 perovskite as an oxygen barometer for kimberlite magmas II: Applications // J. Petrol. 2007. Vol. 48 N. 2. PP. 231-252

Chakhmouradian A.R., Mitchell R.H. Compositional variation of perovskite-group minerals from the carbonatite complexes of the Kola alkaline province, Russia // Can. Mineral. 1997. V. 35. PP. 1293-1310

Kravchenko S.M., Rass I.T., Ryabchikov I.D., Dikov Yu.P. Ca-content increasing in mantle alkaline-ultramafic melts by increasing of melting depths // 29th IGC Kyoto Japan. 1992. Abstracts. Vol. 2 of 3. P. 654.

Loucks R.R. A precise olivine-augite Mg-Fe-exchange geothermometer. // Contrib Mineral Petrol. 1996 V. 125. PP. 140-150

Nimis P. Clinopyroxene geobarometry of magmatic rocks. Part 2. Structural geobarometers for basic to acid, tholeiitic and mildly alkaline magmatic systems // Contrib Mineral Petrol. 1999. Vol. 135. PP. 62-72

Rass I.T. Melilite-bearing and melilite-free rock series in carbonatite complexes: derivatives from separate primitive melts // Can. Mineral. 2008. Vol. 46. PP. 951-969

Rass I.T., Girnis A.V., Laputina I.P. Crystallizationof kimberlite and turjaite at a pressure 7 kbar // Experiment in geosciences. 1996. V. 5. № 1. P. 41-42

Speidel D.H. Effect of magnesium on the iron-titanium oxides // Am. J. Sci. 1970. Vol.268. PP. 341-353

Veksler I.V., Teptelev M.P. Condititions for crystallization and concentration of perovskite-type minerals in alkaline magmas // Lithos. 1990. Vol. 26. P. 177-189.