788

Панина Л.И., Моторина И.В.

Институт геологии и минералогии СО РАН, Новосибирск, panina@uiggm.nsc.ru

 

Анализ результатов изучения расплавных включений в минералах, полученных нами, а также опубликованных другими исследователями, показал, что кристаллизация щелочных и субщелочных пород разного типа щелочности, агпаитности, разной формационной принадлежности, пространственно и генетически связанных с глубинным щелочно-ультраосновным карбонатитовым, щелочно-базальтоидным, лампроитовым, камафугитовым и кимберлитовым магматизмом, обязательно осуществляется в присутствии углекислоты, щелочей, галоидов, серы и фосфора. Эти летучие компоненты на разных стадиях генерации и кристаллизации материнских магм при различных РТ-параметрах и разной фугитивности кислорода либо растворяются в силикатных расплавах, либо пространственно обособляются от них в виде несмесимых карбонатно-солевых фракций. Последние, в свою очередь, могут также ликвировать на более простые составляющие. Этот вывод сделан на основании обнаружения в минералах разных щелочных и субщелочных пород сингенетичных включений силикатных, силикатно-карбонатных, карбонатно-солевых и солевых расплавов, а также в результате непосредственного наблюдения проявления двухфазовой карбонатно-силикатной и многофазовой силикатно-карбонатно-солевой несмесимостей в процессе гомогенизации включений.

Наиболее информативные данные были получены при изучении включений в минералах пород щелочно-ультраосновных карбонатитовых интрузий, особенно в Крестовской интрузии (на Маймеча-Котуе). Здесь в мелилите, монтичеллите и перовските мелилитовых и монтичеллитовых пород нами были обнаружены сингенетичные первичные силикатные, силикатно-карбонатные, карбонатно-солевые и солевые включения. С их помощью был зафиксирован момент отделения от материнской щелочно-ультрабазитовой магмы богатых F, Cl, P, S и щелочами карбонатных расплавов, близких по составу к щелочным карбонатитовым лавам вулкана Олдоиньо Ленгаи, и впервые были охарактеризованы все этапы эволюции карбонатно-солевых расплавов от исходных щелочных до остаточных существенно Са карбонатных жидкостей. Так, в силикатно-солевых включениях при 1230-1250^оС отмечалось силикатно-карбонатная жидкостная несмесимость. Она выразилась в обособлении в щелочно-ультрабазитовом расплаве карбонатно-солевых глобул, химический состав которых был гиперщелочным, карбонатным, обогащен P, S, Cl, Sr и Baи содержал (мас.%): 14-24 СаО, 17-22 щелочей, от 2 до 3-5 SiO₂, FeO, MgO, P₂O₅, SO₃ и 0,2-0,3 SrO, BaO, Cl. Процесс несмесимости сопровождался перераспределением компонентов между сосуществующими фазами: силикатный расплав обогащался Si, Al и становился близок к меланонефелинитам, а также обеднялся Са и щелочами, которые уходили в карбонатитовую жидкость. В силикатно-солевых включениях, содержащихся в перовските II, наряду с силикатно-карбонатной несмесимостью, при 1200-1190^оС дополнительно проявилась карбонатно-солевая ликвация, которая вызвала разделение карбонатно-солевых глобул на несмесимые фазы более простого карбонатного и солевого состава. С процессами пространственного разобщения несмесимых карбонатных и солевых фракций связывается присутствие в мелилите и монтичеллите первичных включений щелочно-сульфатных, щелочно-фосфатных, щелочно-хлоридных и существенно Са карбонатных расплавов, которые встречаются в одних и тех же зонах роста минералов-хозяев, что говорит об их сингенетичности и одновременности захвата. Процесс ликвационного разделения карбонатно-солевых и солевых расплавов продолжался до 800-840^оС. Существенно Са карбонатные расплавы появились на заключительных этапах эволюции и представляли собой наиболее отсепарированную фракцию исходного карбонатитового расплава, отделившуюся на раннем высокотемпературном этапе от материнской силикатной магмы в результате проявления несмесимости.

На Гулинском плутоне карбонатные и карбонатно-солевые включения были обнаружены в перовските и кальциртите кальцитовых карбонатитов [3], а также в андрадите доломитовых карбонатитов, апатите магнетит-апатитовых пород и пироксене ийолитов (наши данные). Подавляющее большинство включений было обогащено щелочами (от 5 до 24 мас.%, с существенным преобладанием Nа над К) и лишь в единичных случаях стерильно от них и представлено Са и Sr-Caкарбонатами. В составе большинства включений отмечались также значительные количества Sr, Ba, а также P, SO₃ и Cl. Захват этих расплавов осуществлялся при 830-890^оС.

В щелочно-ультрамафитовом комплексе Гардинер (В.Гренландия) в перовските и мелилите мелилитолитов были обнаружены [5] сингенетичные силикатные включения мелилититового состава, а также Са-карбонатные низкощелочные и Na-карбонатные включения расплавов, по составу близкие к щелочным лавам Олдоиньо Ленгаи. Их гомогенизация осуществлялась при 1060^оС, 1060-1030^оС и 1030-900^оС, соответственно. Считается, что Са-карбонатные расплавы являются производными мелилитовой магмы, а Na-карбонатные продуцированы дегазированным суперкритическим высокотемпературным флюидом.

При формировании щелочно-ультраосновной карбонатитовой интрузии Альнё в Швеции [4] карбонатно-силикатная несмесимость проявилась при температуре выше 1175^оС и Р = 6 кбар. В отделившемся Mg-содержащем карбонатном расплаве присутствовали заметные количества щелочей, Cl и Н₂О. При 1150^оС и 5 кбар флюидная фаза распалась на две несмесимые фазы – обогащенную NaCl и воднокарбонатную.

В апатите фоскоритов и клинопироксене пироксенитов карбонатитового комплекса Палаборо (Африка) И.П. Солововой обнаружены карбонатно-солевые включения, в составе которых отмечены кальцит, щелочные сульфаты, флюорит и портландит, а также до 7 мас.% SiO₂ и 11,2 мас.% Р₂О₅. Их гомогенизация осуществлялась при 870^оС и Р = 4-4.5 кбар.

Для щелочно-базальтоидных систем также чрезвычайно характерно обогащение щелочами, СО₂, S, F, Cl, P и проявление двухфазовой и многофазовой силикатно-карбонатно-солевой несмесимостей. По данным И.П. Солововой начальная силикатно-карбонатная несмесимость расплавов при формировании щелочно-базальтоидных трубок В. Памира проявилась на высокотемпературном этапе: по крайней мере при 1150-1100^оС и 4 кбар уже сосуществовали пространственно разобщенные силикатные и карбонатные (до 5 мас.% щелочей) расплавы.

В щелочно-базальтовом карбонатитовом комплексе Мушугай-Худук (Монголия) исходная щелочно-базальтовая магма, согласно И.А. Андреевой, В.С. Самойлову и В.Б. Наумову, была аналогично обогащена Cl, F, S, P, CO₂, Ba и Sr. При температурах, несколько превышающих 1200^оС, от силикатной магмы отделилась богатая щелочами фосфатно-сульфатная жидкость, а при 1200^оС проявилась силикатно-фосфатно-карбонатная несмесимость с образованием силикатно-фосфатных и фосфатно-карбонатных расплавов. Сепарация солевых расплавов на более простые фракции продолжалась вплоть до 660-550^оС с обособлением фторидно-сульфатных и хлоридно-сульфатных жидкостей.

Довольно тождественная картина прослеживается и при формировании щелочно-базитового карбонатитового комплекса З. Забайкалья, породы которого кристаллизовались опять-таки в условиях высоких концентраций рассматриваемых летучих компонентов, Ва, Sr и при высокой фугитивности кислорода. На одной из ранних высокотемпературных стадий родоначальная магма ликвировала на силикатную и щелочно-карбонатно-сульфатную фракции. При понижении температуры последняя дополнительно расщепилась на две несмесимые фазы, одна из которых была обогащена Р, F, щелочами, а другая – щелочными сульфатами (О.В. Кобылкина, В.П. Дорошкевич ).

На Сыннырском ультракалиевом (миаскитовом) массиве силикатно-карбонатная несмесимость (по нашим данным) проявилась также при высоких температурах: при 1150^оС в магматической камере уже присутствовали и находились в равновесии силикатные и щелочные карбонатно-сульфатные расплавы. В последних при 1050-1020^оС отмечались явления карбонатно-солевой несмесимости с обособлением щелочно-сульфатной и Са-карбонатной фракций. При еще более низких температурах отмечалось разделение щелочно-сульфатных расплавов на высококалиевые и высоконатриевые фазы.

Лампроитовые магмы по результатам изучения расплавных включений также содержат высокие концентрации S, F, Cl, CO₂, P, и также проявляют несмесимость. Так, при формировании лампроитовых даек Маломурунского массива силикатно-карбонатная несмесимость была нами зафиксирована при 1280-1260^оС. Обособившийся щелочной сульфатно-карбонатный расплав при понижении давления и температуры (начиная от 1200 и до 850-800^оС) становился неоднородным и распадался на несмесимые фазы щелочно-сульфатного и Са-карбонатного состава.

Во флогопите и апатите лампроитов Лейцит-Хиллс (США) В.В. Шарыгиным обнаружены силикатно-карбонатные расплавные включения, содержащие в составе кальсилит, барит, кальцит и некоторые другие не определенные кристаллические фазы.

В лампроитах р. Молбо в апатите нами зафиксированы первичные щелочные сульфатно-карбонатные включения, сингенетичные силикатным включениям, которые несомненно являются продуктами проявления карбонатно-силикатной жидкостной несмесимости.

В кокитах Вьетнама в клинопироксенах нами отмечены малощелочные, обогащенные фосфором, Са-карбонатные включения, содержащие (мас.%): до 7-10 SiO₂, 2-4 Al₂O₃, 1.5-3 MgO, 1.6-2 K₂O, 1-1.5 P₂O₅.

В камафугитовой формации явления несмесимости были зафиксированы в силикатно-солевых включениях, присутствующих в оливине мелилититов вулкана Пиан ди Челли (Италия). Эти расплавы, по-видимому, появились на одной из высокотемпературных (>1300^оС) стадий кристаллизации примитивной высокоСа субщелочной магмы. Они были заметно обогащены щелочами, Р, S, Cl, CO₂. В их составе отмечалось (мас.%): 18-22 SiO₂, 2-4 Al₂O₃, 3-5 FeO, 1,6-5 MgO, 14.5-32 CaO, 0.4-1.1 Na₂O, 1.3-1.8 K₂O, 0.2-1.1 SO₃, 0.1-0.2 Cl, 0.2-1.1 P₂O₅. В процессе повторяющихся явлений несмесимости из карбонатно-солевого расплава обособились солевые фракции и на стадии образования пегматоидных мелилитолитов при 1240^оС была зафиксирована существенно Са-карбонатная жидкость.

В камафугитовой провинции Восточно-Африканского рифта силикатно-карбонатная несмесимость была зафиксирована также во включениях, законсервированных в нефелине щелочных пород вулкана Кварахи при 860-900^оС (данные Б.П. Романчева) и вулканов Содиман и Масоник при 770-820^оС (данные Т.Ю. Базаровой).

В кимберлитах явления несмесимости пока не были зафиксированы. Однако в последние годы в оливине кимберлитовой трубки Удачная-Восточная были обнаружены [1] вторичные карбонатно-солевые включения щелочно-хлоридного, щелочно-сульфатного, щелочно-фосфатного, щелочно-карбонатного составов. Они, вероятнее всего, представляют собой несмесимые фракции карбонатно-солевого расплава, явления несмесимости которого произошли много позже кристаллизации оливина.

Таким образом, полученные данные прежде всего свидетельствуют о том, что СО₂, щелочи, F, Cl, S, P имеют мантийное происхождение. По-видимому, они были распределены в мантии неравномерно и преимущественно скапливались в местах глубинных разломов и разрывов, которые появлялись при активизации мантии и развитии внутриплитных плюмов. В этих областях флюиды начинали взаимодействовать с мантийным материалом, осуществляя его метасоматическую переработку. При высоком давлении они могли играть существенную роль в зарождении и эволюции разнообразных щелочных глубинных магм. Их концентрация и количественные соотношения друг с другом, несомненно, влияли на степень плавления мантийного вещества и оказывали также существенное воздействие на состав выплавляемых первичных магм (наряду с составом мантийного субстрата и глубиной его расположения). Накопление летучих компонентов в примитивных расплавах способствовало образованию магморазрывных трещин, пульсационному отделению и продвижению расплавов от мантийных источников к верхним горизонтам. Когда высоконагретые (выше 1200^оС) обогащенные СО₂, Cl, F, S, P и щелочами глубинные расплавы попадали в разрывные трещины, то из-за резко упавшего давления в них происходили явления жидкостной силикатно-карбонатной несмесимости. Несмесимые силикатные и карбонатные фракции при этом либо пространственно обособлялись друг от друга, либо находились в равновесии. Равновесие между сосуществующими силикатными и карбонатно-солевыми фракциями нередко нарушалось и приводило к дополнительному проявлению несмесимости в карбонатно-солевом расплаве, которое вызывало его разделение на несмесимые фазы разного состава (рис.).

Теоретически этот процесс можно объяснить с позиции правила полярности. Считается [2], что в ионных жидкостях (а карбонатитовые расплавы ими являются) равновесия обменных реакций сдвинуты в сторону сочетания сильных кислотных анионов с наиболее сильными катионами. Неоднородности и расслоение появляются тогда, когда взаимодействие одних пар значительно превосходят другие. В обогащенных флюидами карбонатитовых расплавов катионы представлены преимущественно щелочами и Са, а анионы – Cl, SO₃, PO₄, CO₃ (приведены в порядке уменьшения их основных и кислотных свойств). Присутствие в расплаве более сильных кислотных оснований, чем СО₃, позволяет щелочам (как более сильным основаниям) устанавливать в первую очередь связи именно с ними, создавая неоднородности и расширяя области несмесимости при замене более слабого кислотного аниона на более сильный. Поскольку карбонаты Са представляют собой наиболее низкую энергетическую пару, ими в благоприятных условиях завершается расщепление карбонатитового расплава.

Явления карбонатно-солевой несмесимости могут протекать в значительном температурном диапазоне – от 1200^оС и выше до 800-600^оС. В природных щелочных макросистемах многофазовая силикатно-карбонатно-солевая жидкостная несмесимость обычно проявляется в процессе медленного остывания и длительной эволюции глубинных щелочных базит-ультрабазитовых расплавов в земной коре. Она может привести к образованию разных типов интрузивных карбонатитов: широко распространенных кальцитовых и редко встречаемых обогащенных S, P, галоидами (например, в Зап. Забайкалье, Мушугай-Худуке в Монголии, Маунтин-Пассе в Калифорнии, Томторе в В. Сибири). Часто пространственно обособившиеся карбонатно-солевые расплавы взаимодействуют с ранее образованными минералами, способствуя развитию субсолидусных фазовых превращений и протеканию процессов автометасоматического замещения.

 

 

Литература

1. Головин А.В., Шарыгин В.В. и др. Вторичные включения расплава в оливине неизмененных кимберлитов трубки Удачная-Восточная, Якутия // ДАН. 2003. Т. 388. № 3. С. 369-372.

2. Когарко Л.Н. Принцип полярности химической связи и его петрологическое значение // Проблемы петрологии земной коры и верхней мантии. Новосибирск: Наука, 1978. С.222-228.

3. Kogarko L.N., Plant D.A., Henderson C.M.B. and Kjarsgaard B.A. Na-rich carbonate inclusions in perovskite and calzirtite from the Guli intrusive Ca-carbonatite, polar Siberia / Contrib Mineral Petrol. 1991. V.109. P.124-129.

4. Morogan V., Lindblom S. Volatiles associated with the alkaline-carbonatite magmatism at Alno: a study of fluid and solid inclusions in minerals from the Langazsholmen ring complex // Contrib Mineral Petrol. 1995. V.122. P.262-274.

5. Nielsen N.F.D., Solovova I.P., Veksler I.V. Parental melts of melilitolite and origin of alkaline carbonatite: evidence from crystallized melt inclusions. Gardiner complex // Contrib Mineral Petrol. 1997. V.126. P.331-344.

 

Рис. Многофазовая силикатно-карбонатно-солевая несмесимосмть расплавов.