научная статья по теме КАМАФУГИТОВЫЕ РАСПЛАВЫ КАК ПРОДУКТЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПЕРИДОТИТА С ХЛОРИДНО-КАРБОНАТНЫМИ ЖИДКОСТЯМИ ПРИ ДАВЛЕНИЯХ 1–7 ГПА Математика

Текст научной статьи на тему «КАМАФУГИТОВЫЕ РАСПЛАВЫ КАК ПРОДУКТЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПЕРИДОТИТА С ХЛОРИДНО-КАРБОНАТНЫМИ ЖИДКОСТЯМИ ПРИ ДАВЛЕНИЯХ 1–7 ГПА»

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2011, том 440, № 1, с. 111-115

= ГЕОХИМИЯ =

УДК 550.89

КАМАФУГИТОВЫЕ РАСПЛАВЫ КАК ПРОДУКТЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПЕРИДОТИТА С ХЛОРИДНО-КАРБОНАТНЫМИ ЖИДКОСТЯМИ

ПРИ ДАВЛЕНИЯХ 1-7 ГПа © 2011 г. О. Г. Сафонов

Представлено академиком Л.Н. Когарко 14.03.2011 г. Получено 24.03.2011 г.

Камафугиты — группа пород, объединяющая катунгиты (оливин-мелилитовые лейцититы), мафуриты (оливиновые мелакальсилититы) и угандиты (клинопироксен-оливиновые мелалей-цититы) — представляют собой продукты кристаллизации ультракалиевых недосыщенных 8Ю2 (31—44 мас. %) С02-содержащих магм. Их проявления характерны для континентальных рифтов (Восточная Африка, Бразилия, Германия) или зон суб-дукции/коллизии (Италия, Китай). Согласно наиболее распространенной модели [1—4], камафугитовые расплавы рассматривают как продукты плавления гетерогенного перидотитового субстрата, пронизанного флогопит-пироксен-карбонатными жилами. Образование этих жил связано с поступлением в мантию богатых калием С02-содержащих флюидов на разных уровнях глубинности, вплоть до глубин, соответствующих 6—7 ГПа.

Тесная и повсеместная ассоциация камафугитов с карбонатитами (см., например, [5]) и данные по флюидным/расплавным включениям в минералах этих пород [6—8] указывают на то, что в процессе эволюции камафугитовые расплавы сопровождались карбонатитовыми жидкостями, обогащенными соединениями Б, С1, 8, Р. Все эти компоненты способны создавать условия для полистадийной жидкостной несмесимости и отделения от камафу-гитовых магм разнообразных солевых расплавов, рассолов или флюидов по мере их подъема к поверхности [8]. Ведущей роли фторидных компонентов в образовании и эволюции таких магм посвящено большое количество теоретических и экспериментальных работ [2, 9—12], в которых показано сильное влияние фтора на фазовые соотношения в ультракалиевых системах. Однако фториды в концентрациях, характерных для камафугитов, при мантийных давлениях не способны вызвать несмесимость ни в силикатных, ни, тем более, в карбонат-но-силикатных расплавах [13].

Институт экспериментальной минералогии Российской Академии наук, Черноголовка Московской обл.

Влияние хлоридов на процессы образования ультракалиевых расплавов рассматривается лишь вскользь, что обусловлено данными о низком содержании хлора как в самих камафугитах (менее 1 мас. %), так и в присутствующих в этих породах слюдах [2, 9, 12]. Однако некоторые исследователи предполагают важную роль хлора в таких процессах, указывая на его возможную активную потерю или разбавление в расплавах при длительной эволюции ультракалиевых магм [9, 14]. При этом хлориды являются, пожалуй, единственными компонентами, способными вызывать жидкостную несмесимость в карбонатно-силикатных расплавах даже при давлениях 4—7 ГПа и концентрациях менее 5 мас. % [15]. В системах, содержащих KCl, равновесие несмесимых карбонатно-си-ликатных расплавов с хлоридно-карбонатными жидкостями способствует резкому обогащению первых калием [15], что приводит к образованию жидкостей, по своим характеристикам напоминающих камафугитовые расплавы.

С целью продемонстрировать роль жидкостной несмесимости в генерации и эволюции расплавов, подобных камафугитовым, в перидотито-вом источнике при различных давлениях были проведены эксперименты по взаимодействию модельного гранатового лерцолита с расплавом CaCO3 + Na2CO3 + KCl при давлениях 7, 2 и 1 ГПа. В качестве силикатной части стартового материала для экспериментов использовали смесь синтетического форстерита (Mg2SiO4), геля состава энста-тита (MgSiO3), пиропового (Mg3Al2Si3O12) стекла и синтетического диопсида (CaMgSi2O6) в массовом соотношении 63 : 30 : 5 : 2 (средний состав гранатового лерцолита). К силикатной части добавляли 20 мас. % смеси, состоящей из Na2CO3 (25 мас. %), CaCO3 (25 мас. %) и KCl (50 мас. %). Выбор такого состава карбонатно-хлоридной составляющей обусловлен данными об определяющей роли карбонатных компонентов (особенно CaCO3) и K2O в источнике камафугитовых магм [1, 4]. В результате валовая концентрация Cl в стартовой смеси составила 4.8 мас. %.

Опыты при 7 ГПа проводили на установке "наковальня с лункой" НЛ-13Т c тороидальным

ii2

САФОНОВ

уплотнением ячеек из литографского камня, оснащенных графитовыми нагревателями и вставками из прессованной смеси MgO : BN = 3 : 1 в качестве среды, передающей давление. Давление в опытах задавали с точностью ±0.2 ГПа по калибровке на основе стандартных переходов в Bi, Ba и PbSe. Температуру контролировали с точностью ±20°С по кривой зависимости температуры от мощности тока нагрева, построенной по показаниям термопары Pt70Rh30/Pt94Rh6. Эксперименты при 1 и 2 ГПа проводили на установке цилиндр-поршень с использованием тальковых ячеек диаметром 1/2 дюйма, оснащенных графитовыми нагревателями и вставками из мягкой керамики в качестве среды, передающей давление. Давление в ячейках при повышенных температурах калибровали на основе равновесий: брусит = периклаз + + H2O и альбит = жадеит + кварц. Температуру контролировали с точностью ±1°С c помощью термопары W95Re5/W80Re20. В экспериментах на установках обоих типов использовали сферические или трубчатые платиновые ампулы с толщиной стенки 0.2 мм. Полученные продукты изучали на электронном микроскопе CamScan MV2300 (VEGA TS 5130MM) с энергодисперсионным микроанализатором INCA-Energy-250.

При давлении 7 ГПа и температурах ниже

*

1460°C хлоридно-карбонатный расплав (LCC) сосуществует с Fo, пироп-гроссуляровым Grt и силикатом (K,Na)2Ca4Mg2Si4O15 (далее KNCM), который ранее не был известен в экспериментах при высоких давлениях. Этот силикат является продуктом взаимодействия энстатитовой и диопси-довой составляющих исходного перидотита с Ca-Na-карбонатными компонентами LCC: En + + {2/3CaCO3 + 1/6Na2CO3} = 1/6KNCM + + 1/3Fo + {5/6CO2} и Di + {CaCO3 + 1/2Na2CO3} = = 1/2KNCM + {3/2CO2}. (Здесь и далее по тексту в фигурных скобках показаны компоненты расплава.) K-Na-обмен с хлоридной составляющей LCC обусловливает присутствие в этой фазе до 3 мас. % K2O. Реакции силикатов с LCC ведут к образованию CO2, который, вероятно, остается растворенным в карбонатно-хлоридном расплаве. Однако при повышении температуры он снова вступает в реакцию с KNCM : KNCM + CO2 = = Mrw + Cpx + Na2CO3, формируя ассоциацию Fo + Mrw + Cpx с LCC. При 1460°С этот процесс сопровождается исчезновением граната и появлением карбонат-нормативного силикатного расплава LS, содержащего ~32 мас. % SiO2, до 28 мас. % K2O + Na2O и 3.5 мас. % Cl (табл. 1,

Индексы минералов и фаз: Ak — акерманит, Ca—Ts — Са-молекула Чермака, Cpx — клинопироксен, Di — диоп-сид, En — энстатит, Fo — форстерит, Geh — геленит, Grt — гранат, Mel — мелилит, Mrw — мервинит, Mtc — монтичел-лит, Kls — кальсилит, Prp — пироп, Ls — силикатный расплав, Lcs — карбонатно-силикатный расплав, Lcc — хло-ридно-карбонатный расплав.

опыт 1/1817), несмесимого с LCC. Исчезновение Cpx и Mrw с повышением температуры обусловливает увеличение в LS концентраций MgO, CaO и обеднение его CO2, Cl и щелочами. При 1560°C в силикатном расплаве, сосуществующем с Fo и несмесимым LCC (табл. 1, опыт 1/1818, рис. 1а), отсутствует нормативный карбонат. Однако он остается ларнит-норматив-ным и пересыщенным щелочами (табл. 1; 33— 34 мас. % SiO2, 24-25 мас. % K2O + Na2O).

Близкая последовательность фазовых соотношений наблюдается и при 2 ГПа. Так, при 1150°С стабилен гомогенный карбонатно-хлоридный расплав с Fo и Mrw (при меньших температурах наряду с Mrw стабилен Mtc). Это обусловлено реакцией пироксеновой составляющей исходного перидотита с Ca-карбонатным компонентом LCC: 3En + {3CaCO3} = Mrw + Fo + {3CO2}, сопровождающейся образованием флюида CO2 и обеднением расплава Са-карбонатного компонента относительно Na2CO3 (табл. 1, опыт PER2-5). Однако с повышением температуры реакция Mrw + + {2CO2} = Cpx + {2CaCO3} опять же ведет к образованию клинопироксена. В низкотемпературной зоне экспериментального образца PER2-1 (табл. 1) выявлена ассоциация Fo + Cpx + Kls + LCC, сформировавшаяся за счет взаимодействия эн-статитовой и пироповой составляющих исходного перидотита с LCC: Prp + 2En + {2KCl + Na2CO3 + + 1/3CaCO3} = 2Kls + 7/3Fo + 1/3Di + {2NaCl + + 4/3CO2}. В температурном интервале 1200-1300°C возникает ларнит- и карбонат-нормативный силикатный расплав, содержащий до 39 мас. % SiO2 при сумме K2O + Na2O до 21 мас. % (табл. 1, опыты PER2-1 и PER2-2). Концентрация Cl в этом расплаве в среднем составляет 1.5 мас. %, что заметно ниже его концентрации в расплавах при 7 ГПа. Поры в стекле, образовавшемся при закалке этого расплава (рис. 1б), указывают на то, что одновременно с частичным плавлением в системе продолжаются карбонатно-силикатные реакции, сопровождающиеся отделением CO2.

Ассоциация, сосуществующая с LCC, при 1 ГПа и 1050°C включает Mel, Mtc и Fo (табл. 1). Mel и Mtc опять-таки образуются за счет взаимодействия энстатитовой и пироповой составляющих исходного перидотита с LCC: Prp + 3En + {5CaCO3} = Ak + + Geh + Mtc + 2Fo + {5CO2}. Присутствие в мели-лите 2 мас. % Na2O и до 0.4 мас. % K2O свидетельствует об участии Na2CO3 и KCl в этой реакции. При 1100°C ассоциация Mel + Mtc реагирует с CO2-насыщенным хлоридно-карбонатным расплавом, в результате чего образуется обогащенный Са-молекулой Чермака клинопироксен: Ak + Geh + 3Mtc + {4CO2} = 2Di + Ca-Ts + Fo + + {4CaCO3}. Этот процесс сопровождается разделением гомогенного расплава на два. Один из них (LCS) содержит 28 мас. % SiO2 и до 28 мас. % CaO при сумме Na2O + K2O менее 5 мас. % и концен-

КАМАФУГИТОВЫЕ РАСПЛАВЫ

113

трации Cl ~2.7 мас. % (табл. 1, опыт PER1-2). Низкие концентрации щелочей и хлора в этом расплаве обусловлены тем, что он равновесен с хло-ридно-карбонатным расплавом, который, в свою очередь, также обогащен CaCO3 (табл. 1, рис. 1в). Очевидно, что образование этих расплавов при 1 ГПа связано с несмесимостью силикатных компонентов и с хлоридными, и с карбонатными компонентами, что характерно для карбонатно-силикатных систем при давлениях менее 2 ГПа. При 1200°С оба расплава теряют CO2. Силикатный расплав становится ларнит-нормативным, а ег

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.

Показать целиком