ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2007, том 414, № 2, с. 249-252
= ГЕОХИМИЯ =
УДК 553.062:553.465.553.494
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЩЕЛОЧНЫХ МАГМАТИЧЕСКИХ АЛЮМОСИЛИКАТНЫХ СИСТЕМ В СВЯЗИ С ГЕНЕЗИСОМ РЕДКОЗЕМЕЛЬНО-НИОБИЕВЫХ ЛОПАРИТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ © 2007 г. Н. И. Сук
Представлено академиком A.A. Маракушевым 27.06.2006 г. Поступило 12.07.2006 г.
Изучение механизма формирования щелочных интрузивов и связанных с ними месторождений имеет большое теоретическое и прикладное значение. Со щелочными магматическими комплексами связаны крупные месторождения редких и радиоактивных элементов (Sr, REE, Ti, Nb, Zr, Th, U и др.). Одним из наиболее продуктивных в этом отношении является Ловозерский щелочной массив на Кольском полуострове, к которому приурочено лопаритовое и эвдиалитовое орудене-ние. Лопаритовые месторождения, приуроченные к уртитовому горизонту этого массива, и были выбраны в качестве природного объекта, моделированию которого посвящено настоящее исследование. Эти месторождения имеют длительную историю изучения, в том числе и экспериментального [3, 9].
Экспериментальные исследования фазовых равновесий в системе лопарит-нефелин [3] и плавления в системе луяврит-лопарит [9], проводимые без участия летучих компонентов, выявили широкие поля кристаллизации лопарита в аг-паитовом расплаве. Условия настоящих экспериментальных исследований были приближены к природным условиям развития магматизма и ру-дообразования, неразрывно связанных с флюидным воздействием на магматические системы, роль которого неоднократно отмечалась разными авторами [8, 10, 11].
Для выявления эффекта флюидного воздействия на магматические системы проводили параллельные эксперименты при T = 1200°С, P = = 2 кбар без участия летучих компонентов и под давлением водного флюида (количество которого по отношению к навеске составляло 10 мас. %). В этих двух режимах исследованы алюмосили-
катные щелочные магматические системы, содержащие Ti, REE (La, Ce, Y), Sr и Nb. Исходную шихту готовили из природных минералов (или гелей) альбита и нефелина. Содержание альбита в силикатной части системы составляло 60-62 мас. %. Рудные элементы вводили в систему путем добавления оксидов TiO2, La2O3, CeO2, Y2O3 и Nb2O5, иногда добавляли СаО и SrCO3. Набор рудных элементов был непостоянным, при этом суммарное содержание добавочных оксидов в системе менялось от 10 до 25 мас. %. Эксперименты проводили в заваренных платиновых ампулах диаметром 3 мм на установке высокого газового давления продолжительностью 1 сут с последующей закалкой. Полученные образцы анализировали на цифровом электронном сканирующем микроскопе CamScan MV2300 (VEGA TS 5130MM), оснащенном YAG детекторами вторичных и отраженных электронов и энергодисперсионным рентгеновским микроанализатором с полупроводниковым Si(Li) детектором Link INCA Energy. Расчеты результатов рентгеноспектрального микроанализа выполняли с помощью программы INCA Energy 200 с последующим пересчетом получаемых результатов с помощью пакета программ, разработанного в ИЭМ РАН.
В алюмосиликатных системах, содержащих в качестве добавки только TiO2 (10 и 20 мас. % по отношению к навеске), в присутствии водного флюида наблюдали кристаллы рутила в силикатном стекле. Содержание TiO2 в силикатном стекле при этом варьировало от 3.9 до 4.9 мас. %. В сухих системах, содержащих Ti, REE (La, Ce, Y), Sr и Nb, обнаружено образование кристаллов лопарита в силикатной матрице (рис. 1а).
В этих же системах под давлением водного флюида получены принципиально иные результаты, обусловленные расслоением расплава на две жидкости [13]: алюмосиликатную, образующую матрицу, и богатую Ti, REE (La, Ce, Y), Sr и Nb, образующую капли (рис. 16), по составу приближающуюся к твердым растворам миналов ло-
Институт экспериментальной минералогии Российской Академии наук, Черноголовка Московской обл.
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°С, Р = 2 кбар. Фотографии сделаны в отраженных электронах.
паритовой группы минералов с примесью силикатной составляющей (табл. 1, рис. 2). Образовывались также кристаллы лопарита или титанониобатов редких земель, что, вероятно, связано с исходной концентрацией и набором вводимых рудных компонентов. Размеры капель изменяются от 1 до 3 мкм, что соизмеримо с зоной возбуждения электронного микрозонда. Поэтому составы мелких капель жидкости корректировали путем вычитания из полученного анализа капель силикатной составляю-
ТЮ2 + №>20.
2^5
Si02 + А1203 25
2^3
50
75 REE + СаО + + Sr0
Рис. 2. Результаты экспериментального расслаивания расплавов на две фазы при Т = 1200°С и Р = 2 кбар под давлением водного флюида (мас. %). Коннодами соединены составы сосуществующих фаз. 1 - системы с ниобием; 2 - системы без ниобия; 3 - системы с ниобием, стронцием, иттрием; 4 - составы лопаритов Ло-возерского массива [1]; 5 - составы уртитов [3]; 6 - составы луявритов [3] Ловозерского массива.
щей (примеси состава захваченной микрозондом алюмосиликатной матрицы) с последующим приведением результатов к 100%. Коррекцию проводили пропорционально содержанию в анализах капель калия, который присутствует только в алюмосиликатном расплаве. В табл. 1 приведены представительные анализы составов расслоенных фаз. Результаты экспериментального расслаивания расплавов на две фазы при Т = 1200°С и Р = 2 кбар под давлением водного флюида представлены на рис. 2, на который для сравнения нанесены также средние составы уртитов и луявритов из различных пачек пород дифференцированного комплекса Ловозерского щелочного массива [5] и средние составы лопаритов из уртитов, мали-ньитов и луявритов [2]. Диаграмма показывает близость составов природных объектов и полученных экспериментальных фаз, образовавшихся в результате развития в расплавах жидкостной несмесимости, причем исключительно под давлением водного флюида.
Жидкостная несмесимость получена ранее многими исследователями в различных системах, как в силикатно-солевых (силикатно-фосфатных, сили-катно-фторидных, силикатно-карбонатных, сили-катно-хлоридных и т.д.), так и в системах, не содержащих солевых компонентов. Возможность существования двух жидких фаз в искусственных силикатных системах Са0-БЮ2, Mg0-Si02 и Fe0-БЮ2 (без солевых компонентов) впервые экспериментально показана Грейгом [14] и без флюидного воздействия. Однако состав таких систем был далек от состава природных пород, поэтому эти результаты не могли быть применены к объяснению генезиса природных объектов. К тому же температуры, при которых происходила ликвация, были чрезмерно высоки (около 1700°С). Позднее Реддером [12] обнаружено существова-
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
251
Таблица 1. Составы расслоенных фаз в алюмосиликатных системах, содержащих рудные металлы, при Т = 1200°С и Р = 2 кбар в присутствии водного флюида (мас. %)
Оксид Л-31 Л-33 Л-40 Л-41 Л-42
L1 L2 L1 L2 L1 L2 L1 L2 L1 L2
3102 49.16 10.28 50.42 9.63 52.24 4.85 46.79 8 .54 47.75 5.89
ТЮ2 4.24 41.71 4.40 34.41 5.04 33.66 6.28 50.53 4.05 38.11
А1203 18.56 3.44 20.05 3.14 21.08 4.45 18.96 5.84 19.43 1.59
№20 9.72 3.92 7.55 3.57 9.74 3.82 8.62 5.79 7.94 1.25
К2О 1.97 - 1.88 - 2.08 - 1.76 1.83 -
СаО 1.03 4.96 1.11 5.66 - - 1.55 6.64 1.39 7.00
БгО 1.21 7.60 4.98 - - - - -
КЬ^ 1.09 12.38 1.87 16.74 1.19 15.87 - 1.40 18.84
La20з - 4.09 6.35 1.03 16.88 0.84 10.71 0.50 14.11
Се20з - 5.85 9.39 1.25 20.47 0.81 11.95 0.46 13.21
Y20з - 5.77 6.13 - - - - -
Сумма 86.98 100 87.28 100 93.65 100 85.61 100 84.75 100
Оксид Л-43 Л-49 Л-50 Л-51
L1 L2 L1 L2 L1 L2 L1 L2
3102 54.87 8.73 51.15 3.77 52.81 7.99 53.13 7.85
Т102 4.85 45.84 3.06 40.08 3.94 34.79 3.51 36.33
А120з 21.73 7.04 21.09 2.20 21.29 7.42 21.41 6.20
№20 10.74 6.99 8.42 2.88 9.17 7.47 10.74 2.11
К20 2.11 - 2.00 - 1.94 - 2.03 -
Са0 - 0.94 1.29 8.44 0.18 1.01 - 0.78
Бг0 - - - - - - - -
КЬ^ - - 0.93 19.22 0.77 12.54 0.69 14.71
La203 - 13.87 0.26 12.66 0.32 13.45 0.26 13.58
Се20з Y20з - 16.59 0.21 10.75 0.35 15.33 0.36 18.44
Сумма 94.30 100 88.41 100 90.77 100 92.13 100
Примечание. L1 - алюмосиликатный расплав (матрица), L2 - расплав, обогащенный рудными металлами (капли). Составы капель приведены к 100 %.
ние области стабильной несмесимости в системе К20^е0-А1203-3Ю2, распадавшейся на две не-смешивающиеся жидкости - одну, богатую железом, другую, богатую кремнеземом. Д.П. Григорьевым и Е.В. Искюль [6] получено расщепление на две несмешивающиеся жидкости в системе SiO2-MgO-CaO-Al2O3 при температурах, близких к температуре природных магм (1200-1250°С). При этом отмечена активная роль в этом процессе фтора, который способствовал расширению области несмесимости по сравнению с сухими системами. Авторы отмечали также роль бора и воды в качестве компонентов, способствующих несмесимости расплавов. Причиной возникновения несмесимости в простых силикатных системах
считается образование катионом-модификатором самостоятельных катион-кислородных группировок, отличающихся от кремнекислородных (сеткообразующих) [4, 1]. Распределение катио-нов-сеткообразователей и катионов-модификаторов в структуре расплава приводит к дифференциации между полимеризованными и деполи-меризованными участками расплава и затем к распаду жидкости на две фазы. По роли в структуре силикатного расплава все элементы могут быть разделены на три группы [7]: 1) катионы-сеткообразователи (31, Р, Т14+); 2) катионы-модификаторы (К, Са, Fe2+, Mg и др.); 3) катионы, способные играть роль как модификаторов, так и сеткообразователей (А13+, Fe3+, Сг3+, Т13+). Добав-
ление к ликвирующим силикатным расплавам оксида, содержащего более слабый катион, препятствует несмесимости [1]. Так, добавление Na20 и К20 в систему SiO2-CaO понижает темпе
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.