УДК 548.4
CИЛИКАТНО-ЖЕЛЕЗИСТЫЕ ФЛЮИДНЫЕ СРЕДЫ В РИОЛИТОВОЙ МАГМЕ: ДАННЫЕ ИЗУЧЕНИЯ РИОЛИТОВ НИЛГИНСКОЙ ДЕПРЕССИИ В ЦЕНТРАЛЬНОЙ МОНГОЛИИ
© 2014 г. И. С. Перетяжко*, Е. А. Савина*, Н. С. Карманов**, Л. А. Павлова*
* Институт геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН ул. Фаворского, 1а, Иркутск, 664033, Россия; e-mail: pgmigor@igc.irk.ru ** Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН просп. Академика Коптюга, 3, Новосибирск, 630090, Россия Поступила в редакцию 14.06.2013 г.
Получена после доработки 18.10.2013 г.
В риолитах (К1) Нилгинской депрессии (Центральная Монголия) обнаружены реликты силикатно-железистых флюидных сред. Они содержатся в кавернах матрикса пород и во включениях из вкрапленников кварца и санидина. Изучен минеральный состав риолитов и агрегатов силикатно-желези-стых фаз. Расчетные условия кристаллизации ильменита и магнетита в матриксе: 593—700°С при летучести кислорода Alg/0 NNO от —2.29 до 1.68. Средние составы риолитов и остаточных стекол в рас-
плавных включениях (РВ) имеют значение индекса А/CNK 1.03—1.05. Составы стекол РВ образуют тренд от агпаитовых до плюмазитовых разностей (величины A/NK и A/CNK изменяются 0.8—0.9 до 1.1—1.2). По расчетным оценкам риолитовый расплав стекловался при температуре 640—750°С. Включения с силикатно-железистыми фазами по данным катодолюминесцентного изучения находятся в ранних и промежуточных зонах роста кристаллов кварца и санидина обособленно либо совместно с РВ. Во включениях обнаружены следующие агрегаты: рыхлое вещество, состоящее из кремнезема с небольшой примесью Al, Na, K, Cl; силикатно-железистые с большими вариациями содержаний Fe и Si; существенно железистые; слюдистые и слюдисто-силикатно-железистые. Наиболее часто среди агрегатов встречаются разности переменного состава (мас. %): 30—60 SiO2, 10—25 Al2O3, 10—30 FeO, до 3 TiO2, 1.5—4 MgO, до 3 CaO, до 3 Na2O, до 3 K2O, до 4 P2O5. В агрегатах, по-видимому, содержится до 10—15 мас. % H2O. В некоторых включениях встречаются крупные обособления сиде-рофиллита, богатого F (3—10 мас. %) и Cl (0.1—3.3 мас. %).
Эволюция состава риолитового расплава от магматического очага до стеклования при излиянии привела к снижению в нем концентрации фтора. Максимальное содержание F (1—1.8 мас. %) свойственно стеклам РВ, а минимальное (0.05—0.1 мас. %) — стекловатому матриксу и пробам риолитов. Дегазация расплава сопровождалась выделением обогащенного фтором флюида, содержащего до 1.3 мас. % F (по коэффициенту распределения fluid/meltDF) или 0.2—0.8 моль/дм3 HF (по составам слюд в матриксе и во включениях). В риолитовой магме существовали обособления силикатно-железистых флюидных сред. При формировании покрова риолитов такие среды находились в жидком состоянии. Захваченные в РВ силикатно-железистые среды не могли быть истинными флюидами либо силикатными расплавами. По-видимому, такие среды образовались в процессе флюидно-магматического взаимодействия и преобразования флюидных фаз разной плотности (паровых и жидких истинных растворов), существовавших в обогащенном F расплаве. Высокие концентрации F, Cl и повышенная щелочность флюидов способствовали обогащению их кремнеземом и другими элементами, что могло привести к образованию гидросиликатных жидкостей. Предполагается, что в дисперсионном (коллоидном) состоянии такие жидкости (гели) экстрагировали Fe и многие элементы-примеси (P, Ti, Mg, Ca, РЗЭ, As, Nb, Th, V) из окружающей их риолитовой магмы.
DOI: 10.7868/S0869590314030042
ВВЕДЕНИЕ
Магматические процессы часто сопровождаются явлениями жидкостной несмесимости. В определенных Р-Т-Х условиях первично-гомогенные силикатные расплавы при ликвации разделяются на контрастные по составу жидкости или расплавы. На природных объектах и в экспериментальных системах, например, изучалась си-ликатно-железистая ликвация в расплавах основного и среднего состава (Яоеёёег, 1978; РЫ1роШ,
1982; Bogaerts, Schmidt, 2006; Veksler et al., 2007; Jakobsen et al., 2011; Lester, 2012). При магматической дегазации также существуют совместно не-смесимые среды — расплав и пузыри свободной флюидной фазы. Магматический флюид в зависимости от плотности является гомогенным жидким или паровым (газовым) раствором. Дегазация расплава в P-T условиях жидко-паровой несмесимости магматического флюида проходит с образование пузырей жидких и паровых раство-
ров разного состава и плотности. Флюид в пузырях при взаимодействии с расплавом и кристаллическими фазами может обогащаться растворимыми компонентами.
Представлены результаты детального изучения реликтов силикатно-железистых жидких сред во включениях минералов и среди матрикса риолитов Нилгинской депрессии в Центральной Монголии. Из анализа данных по агрегатам сили-катно-железистых фаз с Fe-Ti оксидами в матрик-се пород следует, что эти среды находились в жидком состоянии при излиянии расплава на земную поверхность и после его стеклования при формировании покрова риолитов. Обсуждаются возможные причины образования и физическая природа магматических силикатно--железистых флюидных сред переменного состава. Появление таких сред в риолитовом расплаве при температурах магматической кристаллизации 700—900°С не согласуется с экспериментальными данными по P-T условиям существования области силикатно-железистой жидкостной несмесимости в силикатных расплавах. Высокие концентрации F, Cl и повышенная щелочность магматических флюидов (паровых и жидких истинных растворов), выделившихся в процессе дегазации риолитового расплава, способствовали обогащению их кремнеземом и другими элементами. Предполагается, что в риолитовой магме при быстром изменении P-T условий такие флюиды переходили в гидросиликатные вязкие жидкости или гели за счет последовательной агрегации и гелирования растворенных в них силикатных компонентов. В дисперсионном (коллоидном) состоянии такие жидкости экстрагировали Fe и многие элементы-примеси (P, Ti, Mg, Ca, РЗЭ, As, Nb, Th, V) из окружающей их риолитовой магмы.
МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ
Концентрации петрогенных элементов в пробах риолитов определены методами мокрой химии (ИГХ СО РАН, г. Иркутск, аналитик Погуди-на Г.А.). На масс-спектрометрах VG PlasmaQuard PQ 2+ и Element II (Байкальский аналитический ЦКП ИНЦ СО РАН, г. Иркутск) измерены концентрации элементов-примесей. При химической подготовке проб для ICP-MS анализа применяли методики открытого кислотного разложения (аналитики Таусон Л.С., Смирнова Е.В.).
Изучение минералов в породах, кристаллических фаз и стекол во включениях выполнено на аналитическом комплексе JXA8200 (JEOL Ltd) в режимах электронного микроскопа и микроанализатора (ИГХ СО РАН, г. Иркутск). Химический состав определяли методом электронно-зондово-го рентгеноспектрального микроанализа (РСМА) с использованием волновых спектрометров с кристаллами-анализаторами PETJ, TAPH, LiFJ, PETH, LiFH. Измерения проводили при ускоря-
ющем напряжении 20 кВ, токе зонда 5, 10 и 20 нА в течение 10 и 20 с. Разные условия измерений применяли в связи с неустойчивостью некоторых фаз под действием зонда. Измеренные интенсивности пересчитывали в концентрации ZAF-мето-дом. Образцы риолитов и включений в минералах изучали также методами сканирующей электронной микроскопии и энерго-дисперсионной спектрометрии (СЭМ-ЭДС) на микроскопе MIRA-3 LMU (TESCAN Ltd) с системой микроанализа INCAEnergy 450 (Oxford Instruments Analytical Ltd) в ИГМ СО РАН, г. Новосибирск.
Составы остаточных и переплавленных стекол
1
во вскрытых расплавных включениях (РВ) изучали микрозондовыми методами. При РСМА анализах в разных режимах стекла РВ теряли около 50 отн. % Na и до 20 отн. % K. Увеличение диаметра зонда до 20 мкм уменьшало потерю щелочных элементов. Размеры большинства РВ не позволили выполнить анализы стекол зондом 20 мкм и более. Поэтому в работе используются составы стекол РВ, полученные методом СЭМ-ЭДС (ускоряющее напряжение 20 кВ, ток зонда 0.8 нА, набора спектра 15 с). Стекла анализировали в режиме сканирования прямоугольных участков площадью более 10 мкм2. При таких режимах съемки не наблюдалась потеря щелочных элементов из стекол. Метод СЭМ-ЭДС при указанных условиях анализа имеет предел обнаружения фтора ~0.5 мас. %. Поэтому фтор в стеклах определяли методом РСМА с пределом обнаружения ~0.1—0.2 мас. %.
Катодолюминесцентное изучение зональности вкрапленников минералов проведено на электронном сканирующем микроскопе LEO 1430VP (LEO Electron Microscopy Ltd) с детектором CENTAURUS при энергии пучка 20 кэВ (ИГМ СО РАН, г. Новосибирск, аналитик Хлыстов М.В.).
Термометрические свойства включений в кварце и санидине изучали в термокамерах Linkam-TS1500 и Linkam-TS1400XY (ИГХ СО РАН, г. Иркутск). Для получения в РВ переплавленных стекол из остаточных стекол и кристаллических фаз делали нагревы с изотермическими выдержками 3—8 часов при температурах от 700 до 1100°С. Длительные прогревы и быстрое охлаждение РВ проводили в термокамере ТК-1500 (производитель — ИГМ СО РАН, г. Новосибирск). Термокамеры калибровали по температурам плавления K2Cr2O7, NaCl и Au (ошибка определения температуры в интервале 700— 1000°C составляет ±5°С и ±5-8°С выше 1000°С). Первичные и прогретые после опытов включения вскрывали для изучения их содержимого методами РСМА и СЭМ-ЭДС.
1 Далее по тексту: расплавные включения — РВ.
Расчет кристаллохимических формул минералов из риолитов и включений выполнен в программном комплексе CRYSTAL (Перетяжко, 1996).
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ, ОПИСАНИЕ ПОРОД
Эффузивные породы Нилгинской депрессии в Центральной Монголии относятся к дзунбаин-ской свите раннего мела (К!). Их датировка определяется возрастом залегающих согласно ниже и выше песчано-алевролито-глинистых и глинисто-сланцевых пород, в которых обнаружены остатки фауны (Браташ, Новикова, 1953). По данным бурения мощность эффузивной пачки с редкими прослоями темно-серых глин и песчаников составляет около 600 метров. Среди эффузивов преобладают базальты и андезито-базальты. Менее развиты риолиты, трахириолиты, трахиты, трахи-андезиты и осадочно-пирокластические породы. Риолиты и трахириолиты более характерны для северо-восточной части Н
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.