ПЕТРОЛОГИЯ, 2008, том 16, № 4, с. 401-420
УДК 552.11:548.4
ОБРАЗОВАНИЕ КАРБОНАТИТОВОГО РАСПЛАВА В ХОДЕ ЭВОЛЮЦИИ УЛЬТРАКАЛИЕВОЙ БАЗИТОВОЙ МАГМЫ
© 2008 г. И. П. Соловова*, А. В. Гирнис*, И. Д. Рябчиков*, Н. Н. Коненкова**
* Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН 119017 Москва, Старомонетный пер., 35, Россия; e-mail: girnis@igem.ru ** Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН 119991 Москва, ул. Косыгина, 19, Россия Поступила в редакцию 4.04.2007 г.
Получена после доработки 2.10.2007 г.
Вкрапленники клинопироксена из фергусита трубки взрыва Дункельдыкского калиевого щелочного комплекса Юго-Восточного Памира (Таджикистан), а также из рассекающих его карбонатных прожилков содержат сингенетичные карбонатные, силикатные и комбинированные разновидности рас-плавных включений. Гомогенизация силикатной и карбонатной частей включений, с полным растворением в каждой из них дочерних кристаллических фаз и флюида, происходит одновременно при температуре 1150-1180°С. Оценка давления по флюидным включениям и минеральным геобарометрам составляет 0.5-0.7 ГПа. Выявленные особенности поведения включений при нагревании и их геохимические характеристики хорошо согласуются с ликвационным механизмом образования карбонатных расплавов. Отделение карбонатитовой магмы сочетается с сохранением в расплавах летучих компонентов (H2O, CO2, F, Cl, S), что приводит к кристаллизации высоководных минералов и карбонатов и свидетельствует об отсутствии интенсивной дегазации в процессе подъема магмы к поверхности. Силикатные расплавы обогащены щелочами (до 4 мас. % Na2O и 12 мас. % К2О), Н2О, F, Cl, а также редкоземельными элементами (до 1000 ppm), LREE, Ва, Th, U, Li, B, Be. Характерной чертой геохимии исследованных расплавов являются резкие минимумы Nb, Ta и Ti на диаграмме содержаний несовместимых элементов, что роднит их с особым типом ультракалиевых магм - лампроитами средиземноморского типа. Предполагается связь подобных магм с субдукционными процессами, в первую очередь с транспортом компонентов флюидами из погружающейся океанической коры в вышележащие горизонты мантийного клина, являющиеся источником ультракалиевых магм.
Основные и ультраосновные магматические породы с высоким содержанием калия и отношением K2O/Na2O > 1 обычно входят в состав сложных комплексов, формирующихся на активных окраинах континентов (Индонезия), в постколлизионных обстановках (Юго-Восточная Испания) и внутриконтинентальных рифтах (Восточно-Африканский рифт) (Nelson, 1992). Подобные щелочные комплексы иногда включают карбонатито-вые тела. Гипотезы образования магматических карбонатитов и их связи с щелочными породами можно свести к трем основным механизмам. (1) Выплавление карбонатитовых и силикатных расплавов из единого глубинного источника. Возможность мантийного происхождения карбонатных магм обосновывается находками ксенолитов карбонатсодержащих перидотитов (Kogarko et al., 1995, 2001; Ionov, 1998; Moine et al., 2004; Delpech et al., 2004) и экспериментами по плавлению карбо-натизированных лерцолитов (Wallace, Green, 1988; Falloon, Green, 1990; Thibault et al., 1992). (2) Образование кальцитовых карбонатитов в результате кристаллизационной дифференциации богатых CO2 силикатных расплавов (Wyllie, Lee, 1999; Lee,
Wyllie, 1998). (3) Ликвация богатых CO2 щелочных магм с образованием карбонатитовых расплавов в коровых условиях. Такая возможность подтверждается экспериментальными данными (Koster van Groos et al., l966; Freestone et al., 1980; Kjarsgaard et al., 1989; Kjarsgaard, 1998; Lee, Wyllie, 1998; Сук, 2001) и находками магматических карбонатных обособлений в щелочных силикатных породах (Rankin, Le Bas, 1974; Kjarsgaard, Hamilton, 1989). Один из перспективных путей выяснения генезиса конкретных карбонатитовых комплексов - изучение расплавных и флюидных включений в минералах. Этим методом было доказано существование в природе солевых высокотемпературных расплавов различного состава - карбонатных, сульфатных, фосфатных и их смесей (Rankin, Le Bas, 1974; Наумов и др., 1988; Соловова и др., 1992; Андреева и др., 1995, 2001; Solovova et al., 2005; Panina, 2005).
В связи с этой проблемой представляет интерес Дункельдыкский К-щелочной комплекс Юго-Восточного Памира (Таджикистан) (Дмитриев, 1976; Шарыгин и др., 1994; Файзиев и др., 2000), первичные магмы которого формировались на глубине не менее 100 км (Лутков и др., 2003; Hack-
er et al., 2005). Изучение включений в минералах пород комплекса (Соловова и др., 1992, 1993, 1996) выявило важную роль CO2 и Н20 в эволюции расплавов. Наряду с силикатными были обнаружены карбонатные расплавы, сменяющиеся по мере эволюции комплекса карбонатно-фос-фатными, карбонатно-фосфатно-сульфатными и сульфатно-фторидно-хлоридными жидкостями с высоким содержанием воды. В настоящей работе на основании новых данных доказывается равновесное сосуществование силикатного и карбонатного расплавов при магматических температурах и рассматриваются особенности их составов в отношении петрогенных и редких элементов.
КРАТКАЯ ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДУНКЕЛЬДЫКСКОГО КОМПЛЕКСА
Комплекс щелочных базальтоидов Юго-Восточного Памира находится на территории Таджикистана, на границе с Китаем, и располагается между Рушано-Пшартским (с севера) и Гунт-Аличурским (с запада) глубинными разломами, возникшими в палеозое и реактивированными в неогене. Комплекс включает субвулканический массив, трубки взрыва и два дайковых пояса. Девять трубок взрыва расположены на расстоянии до 1 км друг от друга, протягиваются с северо-запада на юго-восток, заходя на территорию Китая, и представляют собой небольшие, до 300 м диаметром, практически вертикальные изометрич-ные тела. Детальное описание структурных особенностей и вещественного состава пород приведены в работе Э. Дмитриева (1976). Породы комплекса (фергуситы и лейцитовые фергуситы, тингауиты, пироксеновые и псевдолейцитовые сиениты, сиенит-порфиры, бороланиты, граноси-енит-порфиры) характеризуются высокими концентрациями щелочей и преобладанием калия над натрием. В пределах изученного региона присутствуют дайки карбонатитов мощностью до 20 м и протяженностью до нескольких сот метров, а также гидротермальные жилы и зоны флюоритизации, карбонатизации, баритизации, с редкоземельным и полиметаллическим орудене-нием. Абсолютный возраст высококалиевых пород, определенный K-Ar методом, находится в интервале 26-10 млн. лет (Дмитриев, 1976).
МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ МИНЕРАЛОВ И ВКЛЮЧЕНИЙ
В основу работы положено исследование разнообразных микровключений в минералах - кристаллических, расплавных и флюидных (газово-жидких). Наибольший интерес представляют собой первичные включения, захватываемые кристаллом во время роста и по составу отвечающие
минералообразующим средам (Реддер, 1987). Остывание основного объема расплава включений приводит к кристаллизации дочерних фаз. Во время высокотемпературных опытов происходит их плавление, а при достижении условий захвата включений - полная (исчезновение фазовых границ в пределах вакуолей) или частичная (в расплаве остается газовая фаза) гомогенизация.
Изучение включений осуществляли в полированных пластинах толщиной до 0.3 мм. После предварительной идентификации включений под оптическим микроскопом проводили эксперименты в нагревательной микрокамере Ыпкаш ТБ 1500. Первоначально для определения температурного интервала фазовых изменений во включениях задавали высокую скорость нагревания - 25-40°С. В повторных экспериментах она не превышала 10°С. Для проведения длительных опытов при заданной температуре и обеспечения быстрой закалки вещества включений была использована небольшая муфельная печь. С целью предотвращения окисления Бе-содержащих фаз применяли графитовые контейнеры. При работе в муфеле выдержка препаратов при фиксированной температуре не превышала 10-15 мин.
Нагревательные установки калибровали по температурам плавления золота (1063°С) и КаС1 (800°С). Изучение флюидных включений проводили в криокамере Ыпкаш-ТНМ80-600, охлаждающейся жидким азотом и калиброванной по эталонным искусственным включениям с углекислотой и водными растворами КаС1 определенной концентрации. В зависимости от поставленной задачи скорость охлаждения и нагревания изменяли в пределах 0.5-100°С/мин, выдержку - до 10-15 мин.
Составы минералов и стекол изучали с помощью электронно-зондовых рентгеноспектраль-ных микроанализаторов Сашеса МБ-46 и Саше-Ъах-МюгоЪеаш в ГЕОХИ РАН. Условия анализа: ускоряющее напряжение 15 кВ при токе 30 нА, время набора импульсов от 10 с и более. Минералы анализировали при развертке зонда 5 х 5 и 2 х 2 мкм, стекло включений - 5 х 5 и 12 х 12 мкм. Для уменьшения потерь анализ щелочей проводили в первую очередь. В качестве эталонов использованы аттестованные международные стандарты природных минералов и стекол (1агозеуюИ е! а1., 1979).
Определение концентраций редких и рассеянных элементов проводили методом вторичной масс-спектрометрии на приборе "Сашеса 1М8-4Г' в Институте микроэлектроники и информатики РАН, Ярославль (аналитик С.Г. Симакин). Пучок ионов О2-, ускоренных до энергии 10 кВ, фокусировался на поверхности образца площадью до 20 мкм. Интенсивность тока составляла 3-6 нА. Размер анализируемой области задавался поле-
вой диафрагмой. Измерение включало 5 циклов накопления, результаты которых впоследствии использовали для расчетов истинных концентраций элементов. Более детально методика обсуждается в работе (Соболев, 1996).
СОСТАВ КЛИНОПИРОКСЕНА
Изученный фергусит представляет собой плотную, низкопористую породу темно-зеленого цвета с вкрапленниками клинопироксена и лейцита в мелкокристаллической основной массе. В породе отчетливо выделяются более светлые жи-лообразные и шлировые участки размером до 3 мм, содержащие неравномерно распределенные вкрапленники клинопироксена, флогопита (размером до 500-700 мкм) и апатита (до 100— 200 мкм), погруженные в карбонатную матрицу (рис. 1). Вкрапленники клинопироксена породы и карбонатных прожилков содержат разнообразные включения.
Клинопироксен породы
Вкрапленники кл
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.