УДК 552.13
УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ СУЛЬФИДОВ В МЕТАСОМАТИЗИРОВАННОЙ МАНТИИ ВОСТОЧНОЙ АНТАРКТИКИ © 2015 г. И. П. Соловова*, Л. Н. Когарко**, А. А. Аверин***
*Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН Старомонетный пер., 35, Москва, 109017, Россия; e-mail: solovova@igem.ru **Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН
ул. Косыгина, 19, Москва, 119991, Россия ***Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН Ленинский пр-т, 31, Москва, 119071, Россия Поступила в редакцию 16.05.2015 г.
Получена после доработки 29.06.2015 г.
Гранат-шпинелевые лерцолиты Антарктики и перидотиты Монголии характеризуются высокой флюидонасыщенностью, которая подтверждена присутствием в минералах флюидных включений. Поступление агрессивных флюидных потоков приводило к интенсивному метасоматическому преобразованию мантийного субстрата. Согласно криометрическим и Raman-спектроскопическим данным, полученным при изучении ксенолитов Антарктики, флюид имел сложный состав, отвечающий смеси СО2, N2, H2S и H2O. Его плотность достигала 1.23 г/см3. Одновременно с флюидными включениями минералы перидотитов захватывали многочисленные сульфидные включения, локализирующиеся в виде кластеров. Состав включений отвечает Ni-обогащенным сульфидному расплаву и моносульфидному твердому раствору. Коэффициент распределения между ними Ni (DNi mss/расплав) варьирует в пределах 0.99—3.23, что отвечает температуре сосуществования частично декрепитированных двухфазных сульфидных ассоциаций во включениях в пределах 920— 1060°C. Для уточнения исходных Р-Т параметров, при которых происходило формирование современного облика перидотитов Антарктики, результаты исследования рассмотрены в свете экспериментально установленных: 1 — поля стабильности двухфазной ассоциации mss + сульфидный расплав, 2 — линии солидуса перидотит + 0.9С02 + 0.1Н20, 3 — изохор флюида состава 0.8С02 + 0.2N2. Полученные значения температуры и давления близки к 1270—1280°C и ~2.2 ГПа и находятся вблизи границы перехода Sp-Gar. Температура существования сульфидного расплава при давлении 2.2 ГПа должна приближаться к 1300°C, отвечая пограничной области присутствия углерода в виде флюида СО2 и карбоната (карбонатного расплава).
DOI: 10.7868/S0869590315060059
ВВЕДЕНИЕ
Мантийные ксенолиты, выносимые на поверхность кимберлитами и щелочными вулканитами основного и ультраосновного состава, являются важным источником информации о процессах, происходивших в глубоких горизонтах Земли. Их изучение свидетельствует о присутствии в мантии фазы свободного флюида, а находки сульфидов, основных концентратов переходных и драгоценных металлов, таких как Ni, Cu, Pt, Pd и Au, предполагают высокие концентрации S (Lorand, 1990). Многими исследователями мантия рассматривается как основной источник вещества магматических сульфидных месторождений. Предполагается, что широкие вариации химического и минерального состава магматических сульфидных месторождений являются следствием либо фракционной кристаллизации исходных сульфидных расплавов (Naldrett et al., 1997), либо выщелачивания с их последующим переотложением при участии флюидов (Farrow, Watkinson, 1992). Следует
отметить, что на основании определения изотопного состава 8 была предложена гипотеза, согласно которой мантийные магмы являлись не только источником 8, но могли играть "транспортирующую роль по отношению к сульфидам" (Криво-луцкая, 2014).
Изучение микровключений в минералах термо-барогеохимическим методом проливает свет на природу и состав флюидной фазы в мантии, позволяет проследить эволюцию летучих компонентов и первичных сульфидов в зависимости от изменения физико-химических параметров. Исследование включений доказало возможность сосуществования в мантии несмесимых высокоподвижных сред полярного состава — сульфидного, силикатного и флюидного (Коваленко и др., 1986).
В подавляющем большинстве работ по изучению флюидных включений в минералах мантийных ксенолитов было установлено, что главную роль в их составе играет СО2. Согласно (Рябчиков, 1985), на типы соединений и их соотноше-
ния в системе С—Н—О влияет окислительно-восстановительный режим среды: в случае высокого редокс-потенциала преобладают СО2 и Н2О, в восстановительных условиях мантийный флюид должен быть представлен углеводородами, в основном СН4, сопровождающимся появлением графита, и с повышением давления — алмаза. Отметим, что включения, содержащие в заметном количестве Н2О, редки, что объясняется ее высокой растворимостью в парциальных выплавках силикатного расплава и кристаллизацией водосо-держащих минералов (слюды, амфибола и др.).
Основным объектом нашего исследования служили гранат-шпинелевые лерцолиты Восточной Антарктики, подвергшиеся активному карбонатному метасоматозу. Нами получены доказательства присутствия в верхней мантии флюидов многокомпонентного состава (СО2, №2, Н^ и Н2О), которые сосуществовали с сульфидной жидкостью и силикатной магмой.
Несмотря на многочисленные исследования, вопрос о форме нахождения сульфидного вещества на больших глубинах до сих пор вызывает интерес исследователей. Его отнесение к сульфидному расплаву или моносульфидному твердому раствору (гада) обычно основывается на экспериментально установленных фазовых равновесиях и определенных по ним коэффициентов распределения между ними элементов платиновой группы, а также, в последнее время, 8е и Те (Вгепап, 2015). Наиболее популярным критерием того или иного состояния сульфидного вещества являлась каплевидная форма включений и образование ореолов "разбрызгивания" вещества вокруг них (так называемую частичную декрепитацию) как косвенное доказательство их изначально жидкого состояния. Наши данные в сочетании с имеющимися экспериментальными работами фактически впервые подтвердили это предположение.
Для сравнения в работе также приводится характеристика флюидных и флюидно-сульфидно-силикатных включений в минералах мантийной гранат-пироксеновой друзы и пузыристых мега-кристаллов клинопироксена (проявление Шава-рын-Царам, Монголия).
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Для исследования включений в минералах использовались двусторонне-полированные пластины толщиной до 0.3 мм. Флюидные включения изучались оптически и на криокамере Linkam-THMSG 600, охлаждающейся жидким азотом (до — 180°С). Калибровка камеры проверялась по эталонным искусственным включениям с углекислотой и солевыми растворами определенной концентрации. Скоростной и темпе-
ратурный режимы проведения криометрических опытов обеспечивались электронной программой.
Анализы химического состава твердых фаз выполнялись на электронно-зондовом микроанализаторе ДХА-8100 фирмы JEOL (аналитик И.Г. Грибоедова, ИГЕМ РАН). Анализ осуществлялся при ускоряющем напряжении 15 и 20 кВ, токе 20 и 30 нА, диаметре пучка электронов 1, 2 и 5 мкм. В качестве стандартов использованы аттестованные природные минералы и стекла: Si, А1, Бе, М§, Са - Ш№М 111240/2 (базальтовое стекло VG-2); На — жадеит, К — ортоклаз, Мп — родонит, Т — ТЮ2, Zr — ZrO2, Б — М§Б2, С1 — ванадинит. Си, Бе, S — CuFeS2, № — №. Составы сульфидных включений также определялись на сканирующем электронном микроскопе JSM-5610LV (Япония) (аналитик Л.О. Магазина, ИГЕМ РАН). Электронный микроскоп оснащен энергодисперсионным аналитическим спектрометром JED-2300 (Япония). Анализы проводились с локальностью до 1 мкм при ускоряющем напряжении 25 кВ, угол отбора излучения 45°. Для среднего номера элемента предел его обнаружения составляет ~0.1%.
Яатап-спекгры фаз и включений получены на спектрометре SENTERRA "Вгикег" (Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумки-на, ИФХЭ РАН). Параметры регистрации: длина волны лазерного излучения (к) 532 нм, мощность 2—10 мВт в зависимости объекта исследования, разрешение ~3 см—1, объектив — 20—50х. Время накопления спектров составляло 500 с.
КРАТКОЕ ПЕТРОГРАФИЧЕСКОЕ
И МИНЕРАЛОГИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ КСЕНОЛИТА
Диатремно-дайковые тела, содержащие ксенолиты, изучены в пределах Оазиса Джетти, в восточной зоне рифтовой системы Бивер, горы Принс-Чарльз (Восточная Антарктика). Они представлены щелочно-ультраосновными породами, включающими щелочные оливин-пирок-сеновые пикриты, нефелин-мелилит-пироксено-вые пикриты, оливиновые меланефелиниты и лампрофиры (Михальский и др., 1998). Возраст тел, датированный К-Аг методом, составляет 113—150 млн лет (Лайба и др., 1987). По уточненным данным (Беляцкий, Андронников, 2009) он варьирует в пределах 105—129 млн лет. Щелочные пикриты содержат до 39 мас. % SiO2, 19.5 мас. % М§О и 3.4 мас. % суммарных щелочей при №а2О/К2О = 0.87 и концентрации А12О3 до 6 мас. %. Высокие потери при прокаливании, до 11%, определяются присутствием заметного количества вторичных высоководных минералов (Михальский и др., 1998).
Мантийные ксенолиты представлены гранат-шпинелевыми и шпинелевыми лерцолитами, ду-нитами, гарцбургитами и верлитами (Апёгошко^
Mikhalsky, 1997) и занимают до 30% объема пород (Foley et al., 2006). Около 90% ксенолитов из Южного тела относятся к гранат-шпинелевой разновидности. Для изучения нами были выбраны два образца крупнокристаллических деформированных гранат-шпинелевых лерцолитов размером до 50 см. Они характеризуются высокой концентрацией MgO (до 42 мас. %), отношением Fe3+/Fe2+ = 0.32 и относительно высокими потерями при прокаливании (4.4% при стандартном отклонении в 2.2) (Беляцкий, Андронников, 2009).
Главными породообразующими минералами ксенолитов являются оливин, ортопироксен, клинопироксен, шпинель и гранат, составы которых детально описаны в работе (Foley et al., 2006). Морфология фаз демонстрирует сложные взаимоотношения, свидетельствующие о глубокой метасоматической проработке перидотита и длительной истории формирования его современного облика. Были выделены четыре стадии преобразований перидотитового мантийного субстрата, сопровождающиеся периодическим изменением Р-Т параметров. Многостадийность эволюции подтверждается петрографическими наблюдениями. Наряду с чистыми идиоморфными зернами оливина и ортопироксена встречаются деформированные, оптически мутные и тре
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.