ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2015, том 462, № 6, с. 696-700
= ГЕОХИМИЯ
УДК 552:11
УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ФЛОГОПИТА ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ
КАРБОНАТИТОВЫХ РАСПЛАВОВ С ПЕРИДОТИТАМИ СУБКРАТОННОЙ ЛИТОСФЕРЫ
© 2015 г. А. Г. Сокол, А. Н. Крук, Д. А. Чеботарев, Ю. Н. Пальянов, академик РАН Н. В. Соболев
Поступило 25.11.2014 г.
Б01: 10.7868/80869565215180218
Генерация части кимберлитовых магм реализуется как процесс частичного плавления перидотитов, в котором, как минимум, на начальном этапе фугитивность С02, Н20 контролируется карбонатами и водосодержащими фазами (флогопитом, амфиболом) [1]. В метасоматизирован-ных частях мантии амфибол и слюда — стабильные и наиболее распространенные водосодержа-щие фазы [2]. Их генезис, как правило, связывают с воздействием на мантийные перидотиты водо-содержащих флюидов.
Геохимические данные свидетельствуют о том, что собственно стадии генерации кимберлитовой магмы предшествовало внедрение в протолит карбонатитовых расплавов [3]. Согласно данным исследования микровключений в алмазах, состав таких расплавов варьировался от ультращелочного карбонатного до силикатно-карбонатного [4]. При этом находки включений флогопита в алмазе совместно с минералами ультраосновного и экло-гитового типов парагенезиса [5] ясно свидетельствуют о том, что флогопит был стабилен в алма-зообразующей среде.
Экспериментальные данные не дают однозначного ответа на вопрос о том, стабилен ли флогопит в перидотитах субкратонной литосферы в присутствии карбонатитовых расплавов. В [6] показано, что в системе, моделирующей кимберлит II группы, флогопит нестабилен при давлении более 4 ГПа за счет реакции 2РЫ + Ы§С02 ^
^ 20рх + 01 + ОН + К2С03 (Ь) + 2Н20 (Ь). С другой стороны, исследование системы флогопит—магнезит при 4—8 ГПа показало, что ассоци-
Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской Академии наук, Новосибирск
Новосибирский государственный университет E-mail: sokola@igm.nsc.ru
ации, содержащие флогопит и магнезит, могут быть стабильны при термальном режиме субконтинентальной литосферы до примерно 6 ГПа [7].
В нашей работе выполнено экспериментальное исследование условий кристаллизации флогопита при взаимодействии богатого K водосо-держащего карбонатного расплава (предполагаемый метасоматический агент) с минеральной ассоциацией, моделирующей мантийные лерцо-литы и гарцбургиты. Эксперименты выполнены при 5.5 ГПа и 1200°C, т.е. условиях, характерных для низов субкратонной литосферы. Длительность экспериментов 150 ч обеспечивала образование в экспериментах равновесных ассоциаций. Полученные данные позволили оценить условия стабильности/генерации флогопита при взаимодействии перидотита и водосодержащего карбона-титового расплава и установить состав расплава, равновесного с флогопитсодержащими ассоциациями в условиях субкратонной литосферы.
В качестве ультращелочного карбонатитового агента, который потенциально может формироваться в зонах субдукции, использовали состав расплава, образующегося за счет плавления кар-бонатизированного пелита при 8 ГПа, 1100°С (далее по тексту GS) [8]. Как модель астеносферных карбонатных расплавов использовали состав расплава, образующегося за счет плавления богатого K карбонатизированного гарцбургита при 10 ГПа, 1400°С (B10), а также при 6 ГПа, 1400°С (B6) [9]. В качестве гранатового лерцолита использовали состав HZ86 [10] (далее по тексту LC), а в качестве гранатового гарцбургита — состав HC (без добавления K2CO3) [9]. В контрольном эксперименте при 5.5 ГПа, 1200°С состав LC обеспечил образование лерцолита, содержащего, мас. %: Ol 52, Opx 19, Cpx 13, Grt 16, а состав НС — гарцбургита, содержащего, мас. %: Ol 57, Opx 30, Grt 13. H2O вводили в количестве 2.9 мас. %. Образцы готовили послойно (сэндвич-метод), матрица (LC или HC) — карбонатит (30 мас. %) — матрица (LC или
УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ФЛОГОПИТА 697
Таблица 1. Составы исходных лерцолита (ЬС), гарцбургита (НС), карбонатитов (08, В6, В10) и валовые составы сэндвичей
Образец Т1О2 А12О3 СГ2О3 ЬеО МпО №О МБО СаО №2О К2О Сумма*
ЬС 45.9 0.18 4.07 0.47 7.55 0.11 0.35 37.8 3.2 0.33 - 100.00
НС 46.3 0.01 2.68 1.08 7.00 0.11 0.18 41.8 0.9 0.02 - 100.00
08 0.6 0.02 0.73 - 3.97 - - 4.8 15.7 0.18 31.3 57.26
В10 16.0 0.19 0.30 0.11 18.31 0.34 0.08 22.2 8.3 0.47 5.8 72.12
В6 8.0 0.27 0.46 - 7.42 0.23 0.05 23.3 13.3 0.8 10.04 63.84
ЬС + В10 35.0 0.18 2.71 0.34 11.41 0.19 0.25 32.1 5.0 0.38 2.09 89.78
ЬС + В6 32.2 0.21 2.76 0.30 7.49 0.15 0.24 32.5 6.8 0.5 3.61 86.80
ЬС + 08 29.5 0.12 2.86 0.30 6.25 0.07 0.22 25.9 7.7 0.28 11.27 84.43
НС + 08 28.0 0.01 1.87 0.65 5.63 0.06 0.11 26.8 6.2 0.08 11.27 80.64
РЫ + 08 27.3 0.16 7.56 0.01 5.70 0 0.02 16.4 5.2 0.49 16.78 79.70
* Примечание. Без учета СО2.
НС). Составы исследованных систем приведены в табл. 1. В специальном тестовом эксперименте перидотитовую матрицу в сэндвиче заменили на природный флогопит, мас. %: 8Ю2 40.7, А12О3 11.0, FeO 6.6, М§О 22.3, Ш2О 0.6, F 0.5, К2О 9.5. Образцы размещали в платиновые ампулы, содержащие внутри графитовые контейнеры. Р1-ампулы герметично заваривали дуговой сваркой. Образцы после экспериментов просушивали, пропитывали эпоксидной смолой и затем готовили к исследованию с использованием сканирующего микроскопа (Те8еап MYRA 3 ЬМи) и микрозондов (Сашееа СашеЪах, Jeo1 ЖА-8100) с применением стандартных методик.
Эксперименты проведены на многопуансон-ном аппарате БАРС. Точность контроля давления, температуры при параметрах исследования составляла ±0.1 ГПа, ±20°С соответственно.
Фазовый и химический составы полученных образцов приведены в табл. 2. Синтезированные в исследованных системах расплавы при закалке со скоростями 150—200 град/с превращались в агрегат дендритных кристаллов карбонатов и силикатов. Количество расплава в образцах изменялось от примерно 20 до 46 мас. %. Реконструированные на основе данных микрозондового анализа и массбаланса составы фаз (табл. 2) свидетельствуют о том, что в экспериментах были получены во-досодержащие карбонатно-силикатные расплавы (К2О 1.5—12 мас. %). Как видно на рис. 1а, Са# расплавов близок или несколько ниже значений, характерных для карбонатно-силикатных расплавов, полученных при плавлении "сухих" карбона-тизированных перидотитов. При этом они оказываются заметно богаче 8Ю2 (8—14 мас. %), чем сухие расплавы (рис. 1б). Синтезированные в равновесии с лерцолитом и гарцбургитом водосодержа-щие расплавы содержат больше Са и меньше
8Ю2, чем расплавы, полученные при плавлении обогащенного К пиролита в присутствии СО2, Н2О [11].
Флогопит как продукт реакции перидотита с водосодержащим карбонатитом синтезирован в двух образцах (рис. 2). Причем в одном из них флогопит образовался в равновесии с водосодержащим карбонатно-силикатным расплавом и лерцолитовой ассоциацией (О1+Орх+Срх+Ог1), а в другом — с верлитовой (О1+Срх). В обоих случаях исходный карбонатит был представлен наиболее богатой К разновидностью (08, К2О 31 мас. %) (табл. 1). Характерно, что при взаимодействии лерцолита с водосодержащими карбонатитами с концентрацией К2О 6—10 мас. % образование флогопита не зафиксировано. В этих случаях процесс приводил к формированию ассоциации О1+Орх±Срх+0г1 в равновесии с карбонатно-си-ликатным расплавом. Необходимо отметить, что по данным микрозондового исследования составы расплавов, равновесных с флогопитсодержа-щими и бесфлогопитовыми ассоциациями, незначительно различаются; в последних содержится меньше К2О и чуть больше СаО. С другой стороны, весовое отношение М§О/СаО во всех полученных расплавах варьируется в узких пределах 1.1—1.3. При этом ни в одном из проведенных экспериментов не удалось получить равновесные ассоциации с флогопитом и магнезитом.
В специальном тестовом эксперименте флогопит при 5.5 ГПа, 1200°С был приведен в равновесие с "сухим" карбонатитом (08). В результате реакции частичного разложения флогопита образовались гранат и богатый К карбонатно-сили-катный расплав. Его состав по концентрации 8Ю2 близок к составу расплавов, возникших при взаимодействии перидотитов и карбонатитов, но в нем содержится больше К и он заметно обогащен
Таблица 2. Фазовый и химический составы полученных образцов
Фаза ^02 ТЮ2 Л1203 Сг203 Fe0 Мп0 N10 МБ0 Са0 №20 К20 Сумма МБ# Са#
№ 1057-1, ЬС + В6 + Н20
01 [4]* 41.1(1) - - - 9.2(4) 0.13(1) 0.6(7) 49(1) 0.2(2) - - 100.1 90 -
ал [6] 41.9(2) 0.33(9) 21.2(8) 1.5(6) 9.1(4) 0.45(5) - 19.5(6) 5.2(2) - - 99.2 69 13
0рх [2] 58.0(1) 0.05(1) 0.48(8) 0.14(3) 6.1(6) 0.17(2) 0.2(1) 34.2(8) 1(0) 0.08(4) - 100.4 89 -
Срх [3] 55.1(2) 0.05(3) 0.84(4) 0.31(5) 3.2(1) 0.14(1) 0.1(1) 18.6(4) 20.5(4) 0.64(5) 0.07(1) 99.5 53 42
М88 [7] - - - - 4.9(4) 0.17(2) 0.13(4) 40.8(7) 1.5(2) - - 47.5 91 -
Щ [7] 7(2) 0.5(2) 0.8(4) 0.05(2) 5.3(5) 0.2(5) 0.02(1) 15(4) 13(2) 1.0(1) 5(1) 48.1 56 33
№ 1057-2, ЬС + В10 + Н20
01 [5] 40.0(2) - - - 10.6(2) 0.16(3) 0.5(4) 48.6(4) - - - 99.8 89 -
ал [7] 41.8(3) 0.6(3) 20.1(8) 1.6(9) 10(1) 0.4(1) 0.04(2) 19(1) 5.4(5) - - 99.5 66 14
0рх [8] 57.1(8) 0.03(1) 0.5(1) 0.2(2) 7.1(2) 0.2(2) 0.14(4) 33(2) 1(6) 0.07(4) - 99.8 88 -
М88 [8] - - - - 6(1) 0.22(2) 0.12(4) 40(1) 1.6(3) - - 48.0 90 -
Щ [8] 9(4) 0.6(2) 0.8(4) 0.08(4) 5.4(9) 0.3(3) 0.02(1) 20(2) 16(3) 0.21(6) 1.5(5) 54.0 59 33
№ 1104-1, ЬС + В10 + Н20
01 [8] 40.1(5) - - - 9.4(2) 0.21(3) 0.3(1) 50.7(2) 0.1(0) - - 100.8 91 -
ал [11] 41.2(2) 0.34(5) 21.1(1) 1.8(8) 10(2) 0.59(5) - 19(1) 5.2(4) - - 99.5 90 13
0рх [6] 55.7(6) - 0.64(4) 0.14(3) 5.7(7) 0.23(1) 0.07(2) 34.5(9) 1.1(3) 0.11(3) - 98.2 68 -
Срх [7] 54.1(3) 0.05(2) 1.23(3) 0.47(9) 4(1) 0.23(4) 0.06(2) 20(1) 17(2) 0.84(4) 0.12(2) 98.7 57 36
Щ [6] 9(2) 0.3(1) 1.3(1) 0.02(1) 3.9(4) 0.27(3) - 15(2) 13(1) 1.5(3) 8(1) 52.2 55 36
№ 1104-2, ЬС + GS + Н20
01 [2] 40.3(4) - - - 7.3(4) 0.08(3) 0.3(2) 52(1) 0.10(1) - - 100.1 93 -
ал [5] 42(0) 0.1(1) 20.9(3) 0.9(2) 10(2) 0.3(1) - 19(1) 6.9(3) - - 100.1 65 17
0рх [4] 56.6(4) - 0.87(4) 0.4(1) 2.7(5) 0.1(1) - 36.8(3) 1.2(1) 0.07(2) 0.07(3) 98.8 94 -
РЫ [6] 42.1(7) 0.1(1) 11.4(3) 0.47(6) 1.7(0) 0.02(1) - 26.4(3) 0.1(1) -
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.