Горбачев Н.С., Костюк Н.В., Некрасов А.И.
Метасоматоз, плавление верхней мантии и генезис щелочных магм (экспериментальные исследования)


Н.С.  Горбачев, А.В. Костюк, А.Н. Некрасов
Институт экспериментальной минералогии РАН, Черноголовка, gor@iem.ac.ru
 
Мантийный метасоматоз привлекает все большее внимание в качестве процесса, приводящего к эффективному обогащению несовместимыми элементами мантийных резервуаров, стимулирующего плавление и формирование щелочных магм, карбонатитов, кимберлитов. Исходя из минерального и химического состава метасоматически изменных ксенолитов мантийных пород в кимберлитах и щелочных базальтах, включений в алмазах важная роль в мантийном метасоматозе принадлежит сульфидсодержащим щелочно-силикатно-карбонатным флюидорасплавам [1]. В настоящей работе приводятся результаты экспериментального изучения взаимодействия щелочно-карбонатно-сульфидного флюидорасплавов с эклогитом и перидотитом при P = 4.0 ГПА, T = 1400ºС.
Опыты проводили в аппарате типа цилиндр-поршень в ИЭМ РАН с использованием закалочной многоампульной методики с перидотитовой ампулой [2]. Температура измерялась Pt30Rh/Pt6/Rh термопарой, давление при высоких температурах калибровалось по кривой равновесия кварц – коэсит. Точность определения температуры и давления в опытах оценивается в ± 5оC и ± 1 кбар [3]. Длительность эксперимента составляла 6-8 часов. Продукты экспериментов изучали на электронном сканирующем микроскопе CamScan MV2300 c YAG детектором вторичных и отраженных электронов и энергодисперсионным рентгеновским микроанализатором с полупроводниковым Si(Li) детектором Link INCA Energy.
Продукты экспериментов состояли из орто и клинопироксенов (Opx, Cpx), флогопита (Flog), хромита (Cht), сульфида Fe-Ni-Cucостава (MSS), силикатного стекла (Gl) и карбонатной (Ka) фазы (табл.1, рис.1).
Для Opx, Cht и Flog характерна изометричная форма, Cpxобразуют изометричные или удлиненные агрегаты. Силикатные стекла, карбонатные и сульфидные фазы (закаленнные силикатные, карбонатные и сульфидные расплавы) локализованы в межзерновом пространстве. Силикатные стекла (расплавы) обогащены Na, Al, Si, обеднены Mg, Fe. Их состав сходен с составами силикатных стекол из образцов метасоматизированной литосферной океанической манти [1]. Карбонаты образуют тонкие срастания (возможно структуры распада) с силикатами. Карбонаты (карбонатный расплав) в значительной степени обогащен Na (до 40 мас.% Na2O), Mg (до 18 мас.% MgO), содержит SiO2 (до 22 мас. %), Al2O3 (до 8 мас.%). Возможно, высокие содержания SiO2 и Al2O3 связаны с примесью (сростками) силикатной фазы. По составу выделяется два типа Cpx: CpxI, с высоким содержанием Caи Al, низкими Mg, Na, K; CpxII, обедненный Ca, с высоким содержанием Na, K, Mg. Обращают внимание очень высокие концентрации калия (до 1.5 мас.% K2O в Cрx), высокая растворимость серы в карбонатном расплаве (до 5 мас.% SO3), отсутствие оливина.
Характер наблюдаемой в экспериментах минеральной ассоциации, особенности ее состава и состава расплавов свидетельствуют об эффективности щелочно-карбонатно-сульфидных флюидорасплавов в метасоматическом преобразовании верхней мантии и важной роли этих процессов в генезисе щелочных магм.
 
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, проекты 06-05-895, проект ОНЗ РАН т.7-I.1.
 
Литература
1. Когарко Л.Н. Роль глубинных флюидов в генезисе мантийных гетерогенностей и щелочного
 магматизма // Геология и геофизика. 2005. Т. 46. № 12. с. 1234-1245.
2. Горбачев Н.С. Флюидно-магматическое взаимодействие в сульфидно-силикатных системах.
 М.: Наука, 1989.126 с.
3. Литвин Ю.А. Физико-химические исследования плавления глубинного вещества Земли. М.: Наука, 1991. 310 с. 
 
                                                                                                                                         Таблица 1
Представительные составы сосуществующих фаз (в пересчете на 100 мас.%)
 
Компонент
Opx
Flog
Cht
Cpx I
Cpx II
Gl
Ka*
SiO2
53.98
45.31
0.54
50.01
51.45
64.70
21.99
TiO2
0.46
0.88
0.70
0.21
0.40
0.59
─
Al2O3
6.18
13.28
15.45
10.48
7.36
20.72
8.11
FeO
3.08
1.73
5.87
3.84
4.38
0.51
4.54
Cr2O3
1.39
2.18
58.41
0.69
0.71
0.23
─
MgO
31.34
26.60
19.03
21.20
15.72
0.07
12.39
CaO
3.06
0.09
─
9.53
19.40
1.03
2.65
Na2O
0.51
1.57
─
2.53
0.58
10.90
41.47
K2O
─
8.36
─
1.51
─
1.25
3.65
Примечание: *Ка ─ +5.2 мас.% SO3
 
 
Подпись к рисунку:
 
Рис. 1. Фотография экспериментального образца в отраженных электронах.