Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Мантийные магмы и флюиды по результатам изучения включений в минералах

ВАК РФ 25.00.04, Петрология, вулканология

Автореферат диссертации по теме "Мантийные магмы и флюиды по результатам изучения включений в минералах"

Направахрукописи

СОЛОВОВА Ирина Петровна

МАНТИЙНЫЕ МАГМЫ И ФЛЮИДЫ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ИЗУЧЕНИЯ ВКЛЮЧЕНИЙ В МИНЕРАЛАХ

Специальность 25.00.04 - Петрология, вулканология

АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук

Москва 2005

Работа выполнена в Институте геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии Российской Академии Наук (ИГЕМ РАН)

Официальные оппоненты:

Доктор физико-математических наук, профессор Ю.С. Геншафт

Доктор геолого-минералогических наук О.А. Луканин

Доктор химических наук Ю.А. Литвин

Ведущая организация

Институт минералогии и петрографии Сибирского Отделения РАН

Защита состоится _££ дае€р<ЫА 2005 г. & ЩгалсЁ

на заседании Диссертационного Совета Д 002.122.01 при Институте геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии Российской Академии Наук (ИГЕМ РАН)

Адрес: 119017, Москва, Старомонетный пер., 35

С диссертацией можно ознакомиться в Отделении геологической литературы БЕН РАН по адресу: Москва, Старомонетный пер., 35

Автореферат разослан ^ января 2005 года

Ученый секретарь Диссертационного Совета Кандидат геол.-мин. Наук

В.А.Первов

Введение

Актуальность работы

Проблеме составов и режима выплавления мантийных магм и особенностей их источника посвящена обширная литература. Важное место в этих исследованиях занимает экспериментальное моделирование природных систем. Геохимические характеристики глубинных магм, количество и состав летучих компонентов в них, и многие другие петрологические параметры связаны с состоянием и глубиной залегания мантийного субстрата, степенью его плавления, участием плюмов в процессах плавления. Значительный прогресс в понимании этих проблем был достигнут в последние годы, но разрыв между наблюдениями природных объектов и реконструктивными моделями остается существенным. В свете этого метод экспериментальной термобарогеохимии, положенный в основу данной работы, органично дополняет геохимические и петрологические методы исследования вещества Земли, значительно расширяя их возможности. Включения в минералах являются «природными» экспериментальными контейнерами, позволяющими фиксировать происходящие в них процессы. Преимущества метода связаны с тем, что небольшие порции магм или флюидов, законсервированные внутри кристаллов, не подвергаются вторичным процессам и удалению летучих компонентов, влияющим на валовый состав породы. Благодаря применению данного метода появилась возможность отслеживать исходное физическое и химическое состояние расплавов и тренды их эволюции.

Важность летучих компонентов в процессах плавления вещества не вызывает сомнения. Работами многих исследователей показано, что основная доля флюида приходится на воду и углекислоту, а остальные газы (N2, СНЦ, COS, CO, SO2 и др.) содержатся в количестве первых долей процента. На основании статистической обработки данных по исследованию включений В.Б. Наумов продемонстрировал, что кристаллизация большинства ультраосновных и основных пород протекает в условиях насыщения СО2, образующей самостоятельную фазу. При этом основное количество воды растворено в расплаве. Помимо воды и углекислоты, важную роль при выплавлении магм играют такие компоненты, как Cl, F, Р, которые концентрируются в верхней мантии во флогопите и апатите (Smith et.al., 1981). В процессе дифференциации и взаимодействия с коровыми породами может повышаться значение и других флюидных компонентов, особенно воды.

Целью работы является количественная оценка флюидного режима верхней мантии и определение роли флюидов при образовании и эволюции мантийных магм. Поставленные задачи включают решение вопроса о составе мантийных флюидов и их поведения в процессе изменения ТР-условий; оценка составов мантийных магм, в том числе в отношении летучих и редких элементов, условий их образования и эволюции; определение механизмов и физико-химических параметров возникновения силикатно-карбонатной (солевой) жидкостной и флюидной несмесимости, а также ее места в процессе формирования сложных щелочных комплексов.

В основе работы лежат результаты исследований автора, полученные в течение 25 лет. Работа проводилась в ИГЕМ РАН, на высокотемпературных установках (микромуфели, нагревательных микрокамерах различных конструкций (до 600 и 1500°С), с визуальным контролем и без, в воздушной атмосфере и в инертных газах, на высокобарных установках типа «газовая бомба» и «поршень-цилиндр», в криокамерах, охлаждаемых жидким азотом до -190°С. Образцы для исследования были предоставлены Рябчиковым И.Д., Когарко Л.!!., Бабанским А.Д. Коваленко В.И., Ионовым ДА, Соболевым Н.В., Богатиковым О.А., Кононовой В.А., Махоткиным И.Л., Педерсеном A. (Pedersen), Ларсен Л. (Larsen), Нильсеном Т. (Nielsen), Келлером Й.

(Keller), Pace И.Т., Дмитриевым Э.А., Волынцом О.Н., Нтафлосом Т. (Ntaflos). Оливиновый меланефелинит вулк. Вультуре был отобран автором в период полевой работы в рамках международного совещания «Eurocarb». Аналитические работы выполнялись на электронном микрозонде Cameca MS-46 в ИГЕМ РАН (аналитики Муравицкая Г.Н. и Цепин А.И.) и ГЕОХИ РАН (аналитики Кононкова Н.Н., Гужова А.В.), JEOL (Киль, Германия, в институте вулканологии и петрологии, в Институт петрологии Венского Университета; в Университете г. Копенгаген, Дания); на ионном микрозонде Cameca IMS 4f (г. Ярославль, Институт микроэлектроники РАН и университет Аризоны, США). Содержания С и N2 в стеклах включений определялись методом ОЖЕ-спектроскопии в Институте сверхтвердых материалов академии наук, г. Киев. Отдельные определения состава флюидов выполнялись на установке рамановской спектроскопии в Венском Университете.

Научная новизна работы состоит в развитии методики исследований, получении принципиально новых данных по конкретным объектам и выявлении новых закономерностей в развитии магматических систем. 1. Разработаны методики и впервые проведены исследования включений на высокобарных установках типа «поршень-цилиндр» и «газовая бомба». 2. Для определения содержаний Н2О, редких и рассеянных элементов в стеклах включений впервые применен ионный микрозонд. 3. Впервые в мантийных перидотитах найдены и изучены сложные углекислотно-сульфидно-щелочно-силикатные включения. Оценен состав этого комбинированного флюида-расплава. 4. Впервые на количественном уровне изучены высокотемпературные сложные карбонат-сульфат-фосфат-содержащие силикатные расплавы (включения). Продемонстрирован ликвационный механизм отделения кальциокарбонатитового расплава на примере К-базальтоидов восточного Памира. 5. Выявлен новый механизм образования натрокарбонатитов за счет расслоения (кипения) магматического флюида на фоне снижения температуры и давления (на примере комплекса Гардинер, Гренландия). 6. В составе фаз Са-карбонатитов найден минерал портландит (Са(ОН)2), предсказанный на основании экспериментов П. Уайли (щелочные комплексы вост. Памира и Палаборы, ЮАР). 7. Во флюидной фазе магнезиальных базальтов о. Диско установлены сильно восстановленные газы вплоть до углеводородов, что связано с низкой летучестью кислорода, приводящей к образованию металлической фазы. 8. Впервые обнаружены и изучены солевые обособления в силикатных магмах (стеклах породы и включений), образующиеся за счет распада NaCI+bO флюида (гавайит-пантеллеритовая серия о. Пантеллерия). Предложен механизм «осушения» магм с одновременным накоплением CI.

Практическое значение. Представленный в работе комплексный методический подход позволяет решать фундаментальные петрологические и геохимические проблемы. Проведенные исследования в сочетании с литературными обобщениями могут быть использованы в дальнейшем специалистами в области геохимии и петрологии магматических процессов при интерпретации результатов изучения природных объектов.

Апробация работы. Результаты исследования изложены в 118 научных статьях и тезисах докладов. Основные результаты докладывались на научных конференциях и симпозиумах, включая Международные Геологические Конгрессы 1984-2004 гг., Международные совещания по исследованию включений в минералах (2000 г, Гренобль, Франция; 2001 г, Порту, Португалия; 2003 г., Будапешт, Венгрия); 2-е Всероссийское Петрографическое совещание (2000); Международную конференцию «Коматииты, нориты, бониниты и базальты» (1999 г., Портсмут, Англия); совещания по международному проекту "Eurocarb" (Италия, Канарские острова); ежегодные семинары «Геохимия магматических пород» в период с 1983 по 2002 год, Всесоюзные совещания по термобарогеохимии и геохимии

рудообразующих растворов» в период с 1980 по 2003 годы и др.

Структура работы. Диссертация объемом 335 страниц состоит из 177 страниц текста, введения, 7 глав; содержит 79 таблиц, 83 рисунка и список литературы из 198 наименований.

Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность И.Д. Рябчикову, а также В.И. Коваленко за сотрудничество, поддержку, интерес к проведенной работе и научные консультации. Выполнению работы способствовало тесное сотрудничество с моими друзьями и коллегами В.Б.Наумовым, А.Д.Бабанским, И.А.Андреевой, М.В.Гирнис и А.А.Борисовым. Автор признателен ОАЛуканину, ЮАЛитвину, Ю.С.Геншафту, В.Ю.Прокофьеву, А М.Курчавову, А.И.Гирнису и А.Д. Бабанскому за взятый на себя труд прочтения работы и конструктивные замечания. Мой низкий поклон и благодарность Н.Н.Кононковой за длительное сотрудничество, виртуозность в работе и терпение. Автор также благодарен сотрудникам шлифовальной лаборатории ИГЕМ РАН Р.Худорожковой и Л.Долининой за качественное изготовление пластин каменного материала - основу проведенной работы.

Общие сведения о микровключениях в минералах

Информация об условиях образования и эволюции кристаллизующейся системы может быть «считана» с кристаллических, расплавных и флюидных включений. Два последних типа включений представляют микропорции минералообразующей среды, захваченные растущим кристаллом и, таким образом, изолированной от основной кристаллизующейся системы. При нагревании или охлаждении включений исследователь фиксирует фазовые превращения внутри вакуолей при определенных температурах. Флюидные включения могут быть моно-или полифазными, содержать жидкость, газ и кристаллические фазы. Жидкость чаще всего представлена НгО, СОг или метаном (СН4), но для магматических пород ультраосновного или основного состава наиболее характерна углекислота (СОг). По температуре частичной гомогенизации определяются плотность флюида и, затем, давление в момент герметизации включения. На этом этапе важным является значение температуры захвата. В случае сингенетичности флюидных и расплавных включений она соответствует температуре гомогенизации последних.

Даже незначительное присутствие в углекислотных (и других газов) флюидных включениях Н2О приводит к кристаллизации газгидратов при отрицательных температурах. Точное определение температур их плавления позволяет рассчитывать состав газовых смесей.

Наблюдения за изменением агрегатного состояния кристаллических фаз в расплавных включениях в процессе нагревания позволяют установить последовательность кристаллизации фаз из конкретного расплава. Исчезновение всех фазовых границ называется температурой полной гомогенизации и часто принимается за условия кристаллизации минерала-хозяина.

Отнесение включений к классу первичных или поздних разновидностей носит характер некоторого субъективизма, несмотря на описанный в литературе набор признаков (Реддер, 1987). Нет точного решения проблемы и по полному соответствию температур гомогенизации включений и кристаллизации минералов. В этом случае неопределенность связана с присутствием летучих компонентов и их влиянием на полную гомогенизацию, а также возможность кристаллизации минерала из гетерогенной среды, что приводит к захвату так называемых комбинированных включений. "

Составы всех твердых фаз расплавных включений {дочерних минералов, кристаллизующихся из захваченного расплава при охлаждении, и остаточного стекла) изучаются с помощью специальной аппаратуры, например, электронного и

ионного микрозондов. Полученные анализы используются для моделирования процессов кристаллизации расплавов. Сопоставление результатов изучения включений с экспериментальными данными по модельным и природным системам приводит нас к решению вопроса об источнике мантийных магм. Этому способствует определение концентраций редких и летучих элементов в стеклах включений.

Существует ряд проблем, связанных с интерпретацией расплавных включений. В первую очередь к ним относится соответствие содержимого включений кристаллизующимся расплавам. Существенные изменения составов могут происходить после герметизации включений за счет твердофазных реакций. Например, Fe-Mg диффузия между оливином-хозяином и дочерним оливином во включениях может приводить к завышению концентрации МдО и дисбалансу остальных компонентов в расплавах включений (Danyushevsky et al., 1999). В то же время наши данные по базальтам вулкана Мауна Кеа (Соловова и др.,2002) и результаты изучения включений в оливинах меймечитов (Рябчиков и др.,2002) показали, что такая реакция протекает далеко не всегда, а ее влияние может быть учтено по трендам «обратной кристаллизации». Изучение включений в других минералах, например, клинопироксене, плагиоклазе, апатите показало, что для них влияние таких процессов не существенно.

Другая проблема связана с потерей из расплава воды (водорода) и, как следствие, перегревание включений во время опытов, что также приводит к изменению составов расплавов. В этом случае в вакуолях возможно появление окислов железа (Соловова, 1987; Massare et.al., 2002). Изменение содержаний летучих компонентов в длительных экспериментах при высоких температурах сводится к минимуму при выдержках не более 15 минут. Кроме того, такая проблема более актуальна при изучении расплавных включений в минералах пород, обогащенных водой, например, бонинитах.

Большой интерес представляют собой ликвационные явления во флюидах и в расплавах. Расслоение флюидов может приводить к образованию рассолов с концентрацией соли до 70-80%. Вид включений, образовавшихся при таком распаде очень характерен - в одной ростовой зоне минерала находятся сингенетичные газовые, рассол-расплавные и комбинированные включения с близкими температурами гомогенизации. Подобное явление было нами изучено в пантеллеритах о. Пантеллерия, где быстрое удаление из системы водяного пэра приводило к осушению расплавов на позднемагматической стадии и фиксации CI в виде глобул NaCt в силикатном стекле (Соловова и др., 1991). Такие флюиды способны переносить заметное количество рудных компонентов (Каменецкий, Наумов, 2004).

В силикатных расплавах включений и в стеклах основной массы многими исследователями изучены явления несмесимости с образованием двух контрастных по составу расплавов. Обычно один из них обогащен FeO, MgO, ТЮг и Р2О5, второй -ЭЮг, AI2O3 и щелочами. Концентрации Р2О5 в таких ликватах могут быть очень высоки, например для пикритов Гренландии нами было определено 18 мас.%. Значительно меньше сведений имеется по несмесимости силикатных и солевых жидкостей. В последние годы, в основном благодаря исследованиям русских ученых (Панина, Андреева, Соловова), изучены карбонатные, фосфатные, сульфатные расплавы и их смеси, находящиеся в равновесии с силикатными расплавами. Вопрос о механизме их возникновения особенно актуален в связи с гипотезой образования карбонатитов за счет расслоения первичной силикатной магмы. На данный момент имеются единичные доказательства такого расслоения, однако обобщения, видимо, следует делать весьма осторожно.

Перидотиты верхней мантии

Мантийные нодули являются источником информации о составе и состоянии глубинных зон Земли. Минералы мантийных перидотитов часто содержат дискретные сульфидные и флюидные углекислотные включения. Определяемые по СОг-флюидам давления обычно характеризуют промежуточный этап транспортировки ксенолитов к поверхности Земли. Рассмотрение вопроса о составах мантийных магм и флюидов было начато с изучения включений в минералах ксенолитов. В рамках данной работы были изучены микровключения в ксенолитах двух щелочных комплексов - Драйзер Вайхер (Германия) и Шаварын-Царам (Монголия).

Шпинелевый лерцолит, Драйзер Вайхер, Германия

Среди мантийных нодулей распространены шпинелевые перидотиты двух групп - включающие водосодержащие минералы (амфибол, реже слюду) и не содержащие их. Нами изучены ксенолиты второго типа (Stosch & Seek, 1980), но оказалось, что основные минералы содержат кристаллические резорбированные зерна амфибола и слюды. С ними ассоциируют включения оливина, ортопироксена, шпинели, а также СОг-флюидные включения. Близость магнезиальности кристаллических включений оливина, клино- и ортопироксена (0.9-0.91) позволяет предположить, что они являются реликтами равновесной минеральной ассоциации. Высокие концентрации К2О во флогопите и амфиболе и обогащенность минералов ВаО свидетельствуют об их формировании в обогащенных горизонтах верхней мантии. Расчетные температуры образования кристаллических включений клинопироксенов и ортопироксенов по двупироксеновому геотермометру (Wells, 1977; Saxena, 1986) близки к 1170 и 1000оС, соответственно. Давления сосуществования амфибола и флогопита изученного состава отвечают 20-25 кбар.

Первичные флюидные включения в оливине и ортопироксене частично или полностью разгерметизированы. В некоторых из них наблюдаются мелкие кристаллики карбоната. Температуры плавления вещества включений (от -56.6 до -57.7°С) отвечают СОг с примесями иного газа (присутствие 2.5 мол.% СО снижает температуру плавления на 1°С; Bergman et.al., 1984). Плотность СОг -1.09-1.14 г/см3 (45 замеров). Наибольший интерес представляют флюидные включения со значительно более высокой плотностью СОг. При охлаждении они остаются без изменения до температуры -70°С, когда начинается медленный рост твердой фазы вплоть до полного затвердевания жидкости без появления газовой фазы. Плавление происходило от -58.4 до -57.7°С. Оценка минимальной плотности флюида включений основывалась на разнице в плотностях жидкой и твердой СОг в тройной точке (1.18 и 1.51 г/см3, соответственно), что приводит к плотности флюида во включениях в 1.43 г/см3. Присутствие высокоплотных флюидных включений СОг в различных минералах мантийных нодулей отмечалось и ранее многими исследователями. Но наша оценка является максимальной. Флюидное давления при температуре в 1050°С при плотности СО21.43 г/см3 близко к 21 кбар.

В минералах лерцолита часто встречаются комбинированные включения типа кристалл+флюид. В одном из оливинов найдены и изучены 6 необычных микровключений. На поверхности кристаллических включений ортопироксена и клинопироксена, имеющих размеры до 150 микрон, нарастали микрокристаллы клинопироксена размером до 10 мкм. В зонах сочленения кристаллических включений и растущих новообразованных кристаллов находится высокоплотная углекислота. Морфология включений свидетельствует, что новообразованный пироксен рос именно из этого флюида. Его состав, по-видимому, носил сложный характер. Т. Андерсен и др. (Andersen et. al., 1984) установил в СОг-флюидах

мантийных ксенолитов примеси CI, Не, N2, Аг, НгЭ, COS, и SO2 Авторами высказано предположение, что первоначально летучие компоненты включений включали ~90% СОг и ~10% НгО, что согласуется наблюдаемыми явлениями в лерцолите Драйзер Вайхер

Обнаруженный минерализованный Флюид может быть связан с проявлением в Эйфеле последней (4-ой) стадии сверхскоростного плюма в районе Центрального Европейского Кайнозойского вулканизма (CECV) (Larsen, Yuen, 1997, Wedepohi, Baumann, 1999)

Породообразующие минералы лерцолита часто окружены небольшими участками стекла Наибольший интерес представляют внутренние зоны ксенолитов, не затронутые реакционными процессами с вмещающими их щелочными магмами Стекла отличаются очень неоднородным составом Среди проанализированных зон встречены высокомагнезиальные (до 14 мас% МдО) щелочные (до 11 мас%) участки, содержащие до 18 мас% СаО Высокое СаО/АЬОз отношение в расплавах (до 1 2-1 4), свидетельствует о возможности их генерации в мантии при давлениях гранатовой фации

Мантийные ксенолиты из щелочных базальтов вулкана Шаварын-Царам, Монголия

Среди обломков щелочных базальтоидов Шаварын-Царам (Хангайское нагорье) найдены обломки пузыристых мегакристов клинопироксена и гранат-пироксеновая друза (Kovalenko et al, 1987) Друза имеет зональное строение среднезернистый шпинелевый лерцолит переходит на расстоянии ~ 1 5 см в средне-мелкозернистый вебстерит, на котором расположена друза кристаллов клинопироксена и более мелких округлых кристаллов граната Между кристаллами и их сростками всегда сохраняются многочисленные пустоты Образцы пузыристых мегакристаллов клинопироксена содержат многочисленные пустоты, занимающие до трети объема образца Участки вокруг пустот состоят из зерен клинопироксена, агрегатов мелкозернистых фаз и стекла

Флюидные, сульфидные и силикатные с флюидом, силикатно-сульфидно-флюидные включения изучены в клинопироксене мегакристалла и друзы Плотность СОг-флюидных, частично декрепитированчых, включений достигает 1 07 г/см3 и соответствует давлению в 81 кбар при температуре 1100°С, оцененной по геотермометру П Уэллса (1977)

Сульфидные включения округлой и трубчатой формы скомбинированы с флюидными Их состав отвечает пирротину (до 2 5-3 5 мае % Ni) и халькопириту Наиболее сложные первичные включения состоят из силикатного, сульфидного и флюидного компонентов Силикатная часть состоит из клинопироксена высококалиевого основного стекла и шпинели Часто все три составляющие распределены равномерно по всему объему включения и характеризуются типичной ликвационной структурой (рис 1)

Рис 1 Сульфидно-силикатно-углекислотное включение Сульфид - ярко-белый, силикат - серого цвета, темные поры на месте потерянной СОг

Центральную часть более крупных (до 100 микрон) включений занимает «пузырь» углекислоты, окруженный смесью силикатного и сульфидного материала Со стороны клинопироксена-хозяина кайма часто имеет вид

отрицательных кристаллов. Количество стекла в них достигает 50%. Часто кристаллы пироксена имеют вид микродрузы, растущей в сторону флюидного пузырька. Стекло содержит до 50% S1O2,10% МдО, 11 % щелочей и 15% СаО.

При оценке состава микровключений, исходя из расчета СОг (плотность -1.18 г/см3), сульфида (средняя плотность - 4.5 г/см3) и силиката (средняя плотность - 3.3 г/см3) получена следующая характеристика: плотность 3.2 г/см , концентрации СОг, силикатов и сульфида равны соответственно 5.5, 66.5 и 28 мас.%. Валовой состав содержимого макропор отвечает 70 об.% СОг и 30 об.% силикатно-сульфидного вещества или 46 и 54 мас.%, соответственно. Следовательно, имеются весьма широкие вариации валового состава включений - от 5.5 до 46 мас.% СОг.

Соотношения сульфидного, силикатного и флюидного компонентов, валовой состав включений с минимальным содержанием СОг отвечает: БЮг - 35.1, ТЮг - 0.9, Сг20з - 0.05, А120з - 4.4, FeO - 3.6, МпО - 0.05, МдО - 9.2, СаО -114, Na20 - 0.9, К20 - 0.9 (36.5 мас.%) + Fe -15.8, Ni - 0.6, Си - 0.8, Со - 0.1, S -10.07 (28.0 мас.%) + С02 -5.5 мас.%.

Нагревание до 1200сС при 1 атм. приводило к перекристаллизации силикатных агрегатов и образованию крупных идиоморфных кристаллов клинопироксена. Начиная с 1170°С происходило небольшое уменьшение объема сульфида. Выше 1200°С включения разгерметизировались.

Наличие друзы свидетельствует о том, что в верхней мантии в условиях высоких давлений и температур возникают полости, в которых кристаллизация минералов происходит при участии флюида с образованием пегматоидных кристаллов пироксенов, фаната и, возможно, слюды. Наши исследования свидетельствуют о возможности образования мегакристаллов не путем кристаллизации из базальтового расплава при высоких давлениях, а в результате кристаллизации при активном участии флюидов.

В прилегающих к таким полостям зонах лерцолитов происходит метасоматическое преобразование с изменением соотношений и составов минералов: исчезают шпинель и оливин, появляется титанистый флогопит. Все минералы обогащаются железом и титаном, резко возрастает роль КгО. Можно предполагать, что флюид, из которого кристаллизовались минералы друзы при мантийных условиях, привносил калий, титан и барий.

Полученные результаты изучения включений в минералах друзы и в пузыристых мегакристаллах дают возможность оценить состояние такого флюида. Предполагая идентичность их содержимого минералообразующим средам, можно предположить, что мегакристаллы и минералы друзы образовались при участии эмульсии, состоящей из высокоплотной СОг с каплями сульфидного и силикатного вещества. Наличие всех переходов от флюидных к силикатно-сульфидным включениям демонстрирует неоднородность флюидной эмульсии. Утверждать, что силикатно-сульфидная жидкость в какой-то момент эволюции системы была гомогенной, нет оснований. К моменту консервации включений в мантийных минералах существовали две жидкости - сульфидная и силикатная, о чем свидетельствует наличие чисто сульфидных включений.

Пикриты и высокомагнезиальные базальты

Петрографические, геохимические, изотопные характеристики пикритов и высокомагнезиальных базальтов позволяют рассматривать их, как наименее дифференцированные производные мантийных источников. Об этом свидетельствует присутствие вкрапленников высокомагнезиальных оливинов (до Fo

88-89), высокие концентрации MgO, содержания и взаимоотношения редких и рассеянных элементов.

Пикриты и базальты западной Гренландии (о. Диско и п-ов Нуссуак)

Третичная вулканическая провинция западной Гренландии характеризуется развитием пикритовых вулканитов и высокомагнезиальных базальтов. Наиболее ранние породы установлены на острове Диско и полуострове Нуссуак. Для большинства из них не отмечается каких-либо реакционных взаимодействий с коровыми породами. Однако на о. Диско встречены вулканиты, в формировании которых прослеживается участие корового материала. Часть из них сильно восстановлена вплоть до появления металлического железа.

Из трех изученных образцов пород п-ва Нуссуак два (332771 и 136943) представляют собой стекло с погруженными в него кристаллами оливина. Основная масса обр. 400450 в значительной мере закристаллизована. Многочисленные микрокристаллы оливинов отвечают Fo 85-86.

Характерной особенностью высокомагнезиальных базальтов о. Диско (древние дайки обр. 138235 и 138236, и молодая дайка обр. 176669) является присутствие сульфидов и металлического железа. Обр. 176669 содержит более 50% стекла, оливин, единичные кристаллы плагиоклаза (Ал 74.6). Стекло содержит большое количество низкоплотных газовых пузырей. Пикриты обр. 138235 и 138236 имеет порфировую структуру. Вкрапленники представлены оливином, плагиоклазом, рудной фазой и, в меньшем количестве, клинопироксеном.

Вкрапленники оливинов стекловатых пород обр. 332771, 136943 и 176669 идиоморфны, их состав отвечает Fo 78.9-89 при концентрации СаО 0.19 - 0.31 мас.%. Оливины в породах п-ва Нуссуак представлены Fo 85-89 при содержании СаО 0.28 -0.43 мас.%. Ксенокристаллы оливинов характеризуются высокой магнезиальностью (Fo 92.3-90.2) и концентрацией СаО до 0.54 мас.%

Оливины содержат расплавные, флюидные и кристаллические включения, а также их комбинации (Nielsen et.al., 2000). Многие расплавные включения содержат сульфид. В породах о. Диско сульфиды (до 9% Ni и 0.2% Со) присутствуют в виде поликристаллических образований в стекле основной массы и в оливинах.

В опыте с длительной выдержкой (2.5 часа) препарата из обр. 332771 (п-ов Нуссуак) при 700°С в газовых обособлениях расплавных включений появилась четко выраженная каемка жидкой веды. Температура гомогенизации флюида в газ отвечает 340 - 360°С, а температура плавления льда при замораживании близка к 0°С. Полученные данные свидетельствуют о наличии в расплавах растворенной воды. Подсчет объемов низко- и высокоплотной фаз во флюиде показал, что коэффициент заполнения близок к 0,2 - 0,3 (плотность раствора). При 700°С давление близко к 700 -1000 бар.

Особенностью обр. 176659 является наличие низкоплотных флюидных образований в стекле основной массы. Значительно реже они наблюдаются и в стекле породы обр. 136943 и 332771. При комнатной температуре на стенках пузырей видны дендритовидные или гексагональные прозрачные фазы. Подобные флюидные включения, а также комбинированные с расплавом, наблюдаются также в оливинах.

В стекле породы обр. 176669 было изучено 18 газовых пузырей размером не менее 80 мкм (Соловова и др., 1999; Solovova etal., 2002). При охлаждении до -100 -107°С на стенках вакуолей мгновенно кристаллизовались фазы, перекристаллизовавшиеся при повышении температуры. Многократное охлаждение и нагревание препаратов позволяло выращивать несколько идиоморфных кристаллов (фаза А в таблице 1), обраставших тонкокристаллическим веществом

при снижении температуры до -94.5 -97.7°С. Начало его плавления фиксировалось при -82.6 -73°С и было интерпретировано как температура солидуса системы. Полное плавление происходило при -31.5 -26.7°С. При +7.5 - +9°С (в одном случае при +20°С) наблюдалось плавление кристаллов газгидрата. При комнатной температуре в этих газовых пузырях зафиксирована фаза жидкой воды.

Общий объем кристаллов гексагонального облика, стабильных при комнатной температуре (на стенках одного из газовых пузырей наблюдалось 32 кристалла размером 2-8 мкм) равен ~0.01%. Температура полного плавления кристаллов отвечает 80 2°С.

Проведенное исследование однозначно свидетельствуют о многокомпонентном и сложном составе флюидов в обр. 176669. В первую очередь отметим, что при комнатной температуре вакуоли содержат три фазы -газ+жидкость+твердое при резком преобладании газовой составляющей. Образование газгидратов требует присутствия воды и характерно не только для двуокиси углерода, но также для многих углеводородов, азота и сероводорода (Smelik et. al., 1979). О некоторой неоднородности составов захваченных флюидов свидетельствует плавление газгидратов в изученных включениях как при относительно низких температурах (+7.5-9°С), так и при более высоких (20°С). Об этом же говорит интервал температуры солидуса -82.6 -73°С.

Таблица 1. Температуры фазовых переходов (Т°С) в газовых вакуолях из

стекол основной массы породы обр. 176669 (о. Диско)

появление полное начало начало полное

дендритов замерзание плавления плавления плавление плавление

нафталина вещества (солидус) фазы А фазы А газгидрата

2 -100 -104 -82.6 -34.4 -29.9 7.8

4 - -105 -75 - -30 9

5 - -103 -74 - -30 20

7 -89 -104 -74 - -29.8 7.5

8 - -133 - -36.6 - -

9 - -100 -73 -30.3 -26.7 7.7

14 - -110 -75.1 -30 -29.2 -

15 -70 -110 -75.1 -32.2 -26 -

Поведение включений при их охлаждении и нагревании (табл. 1) позволили сделать вывод, что флюид представлен в основном углеводородами. В ряде работ по изучению высокобарных магматических углеводородных включений были определены нафталин и его гомологи. Температура плавления нафталина СюНв (+80.2°С) хорошо согласуется с температурой плавления фазы гексагонального облика в изученных включениях (+80°С).

Согласно экспериментальным исследованиям системы С-Н-О, при температурах ниже 570°С должен преобладать метан ( углеводороды) (French, 1966). Нами было установлено, что герметизация включений в стекле породы происходила не ниже 750°С, а в оливинах при 1170-1200°С. Ранее углеводородсодержащие первичные включения в магматических минералах щелочных пород (700-1180°С) были описаны Л.Н. Когарко (1986). Для пикробазальтов западной Гренландии подобных исследований ранее не проводилось. Плотности углеводородого флюида в вакуолях чрезвычайно низки ( 0.01 г/см3). При температуре затвердевания остаточного стекла (750-800°С) давления не превышали первые десятки бар. Однако кристаллизация оливинов при

1200°С начиналась, по-видимому, при более высоких давлениях, поскольку часть вещества флюида могла теряться при дегазации в процессе подъема магмы. Присутствие сульфидов и металлического железа подтверждает резко восстановительный характер летучих. Для расплавов, находящихся в равновесии с металлическим железом при температуре 1177°С. logfos = -13.95 (Арискин и др.. 1992). В интервале температур 200-500°С во флюиде системы доминируют Нг и СЬЦ. Метан является единственной углеводородной фазой, которая может находиться в магмах при высоких температурах. Образование обнаруженных во включениях органических соединений происходило на постмагматических стадиях, в ходе процессов в закрытой системе.

Роль летучих компонентов при формировании пикритов п-ова Нуссуак невелика. Концентрация предельного насыщения базальтовых расплавов водой при 700°С и давлении 500 бар отвечает 1.5 мас.%, а при 1270°С и 4-5 кбарах - до 6 мас.% (Papale, 1997). Присутствие в стеклах включений воды связано, по-видимому, с процессами контаминации, что подтверждается геохимией редкоземельных элементов (Pedersen, 1985).

Пикробазальты п-ва Нуссуак и о. Диско имеют высокие и близкие температуры гомогенизации расплавных включений: 1160°С-1270°С для обр. 332771, 1210-1290°С в обр. 138235, и до 1290-1390°С для обр. 138236. В ксеногенном оливине Fo 90.290 8 они достигают 1390-1410°С. Базальты острова Диско (обр. 176669 и 400450), судя по температурам гомогенизации, более низкотемпературные (до 1170 - 1210°С).

Пикробазальты формировались из низкокремнистых высокомагнезиальных расплавов (МдО до 15 мас.%), близких по составу для всех изученных образцов, за исключением пород о. Диско (рис. 2). Последние характеризуются сравнительно низкими содержаниями МдО (9-4 8%) и СаО (11.5-9%), и высокими концентрациями SiO2 (48.8-54.6 мас.%) и К2О (до 0.97 мас.%.

FeO ' Л*

• №гО д

' СгО . ' - 4 >» : , ,о Л Г»«* :

ю МдО

14

10

МдО

14

Рис. 2. Ковариации петрогенных элементов в зависимости от содержания МдО в стеклах расплавных включений в оливинах п-ова Нуссуак и о. Диско(черные квадраты и белые кружки). Составы базальтов дайки о. Диско показаны

треугольниками и серым полем.

0.6

0.2

Таким образом, пикробазальты п-ова Нуссуак и наиболее ранние породы о Диско отражают близкие процессы эволюции наименее

дифференцированных мантийных магм, в то время как высокомагнезиальные базальты молодой дайки о.Диско (обр. 176669) отличаются от них по составу расплава и летучих компонентов. Выплавления пикробазальтовых магм происходило при давлениях 2440 кбар и температурах не ниже 1500°С ^^п, Pedersen, 2000; Гирнис, 2003) Формирование пород осложнялось процессами ассимиляции. При формировании пикритов западной Гренландии роль летучих компонентов была невелика. Проявление

12

уникальных, сильно восстановленных флюидов о. Диско обусловлено ассимиляцией осадочных пород с высоким содержанием углистого вещества. Высокомагнезиальные щелочные базальты вулкана Мауна Кеа, Гавайские острова

Более 85% объема Гавайских вулканов приходится на толеитовые базальты щитовой стадии (Frey et al., 1991). К остальным 5% пород, образовавшимся главным образом на постщитовой стадии, относятся щелочные базальты, гавайиты, муджериты, анкарамиты, пикриты и пикробазальты. Многочисленные работы свидетельствуют о сложной природе формирования магм при участии мантийного плюма, литосферы, корового материала и, возможно, метасоматических процессов. Большой интерес представляют вулканиты не толейитового состава, поскольку они могут нести информацию о локальных особенностях магматической системы. Первичные магмы Гавайских вулканов генерировались на больших глубинах, в условиях стабильности граната.

Нами был изучен образец щелочного высокомагнезиального базальта вулкана Мауна Кеа, содержащий вкрапленники оливина, клинопироксена и плагиоклаза, погруженные в закристаллизованную основную массу. Последняя состоит из одноименных минералов и, дополнительно, Ti-магнетита и ильменита. Выделяются два типа вкрапленников оливина. Их составы близки (от Fo 88.5 до Fo 75.3), концентрация СаО от 0.28 до 0.40 мас.%. Оливины 1 и 2 групп различаются морфологически: во вторую группу включены более мелкие округлые кристаллы, легко отделяющиеся от основной массы. Микролиты основной массы отвечают Fo 56-62, концентрация СаО достигает 0.98 мас.%. Изучены ксенокристаллы клинопироксена, окруженные темной реакционной каймой. Светлоокрашенные ядра содержат около 51 мол.% энстатитового минала, богаты Na2O и заполнены многочисленными комбинированными включениями расплава и зерен ортопироксена. Вкрапленники плагиоклаза An 81-85 (битовнит) образуют тесные срастания с клинопироксеном. Микролиты основной массы отвечают An 63. Рудные минералы - шпинель, ильменит и Ti-магнетит. Шпинели обогащены ТЮг (до 2.5 мас.%), что характерно для гавайских вулканитов в целом. Дочерние фазы расплавных включений в клинопироксенах также содержат высокие концентрации титана и железа. Концентрация МдО в ильмените не превышает 2.5 мас.%.

В расплавных включениях из оливинов присутствует сульфид, содержащий 19.7 мас.% Ni. В опытах при высоких температурах сульфид в виде несмесимой жидкости сохраняется во включениях. Это предполагает его присутствие в кристаллизующейся первичной магме.

Все вкрапленники породы содержат кристаллические, расплавные и флюидные включения. К кристаллическим отнесены ортопироксен (mg=0.87, СаО до 2.2 мас.%), плагиоклаз, шпинель и единичные кристаллы апатита.

Многочисленные первичные расплавные включения в оливине, клинопироксене и плагиоклазе закристаллизованы. В оливинах дочерние кристаллы представлены оливином, клинопироксеном и рудной фазой. Расчеты и эксперимент показали, что количество выделившегося дочернего оливина на стенках вакуолей составляет не более 11 мас.%. В клинопироксенах расплавные включения содержат стекло, газ и дочерние фазы, среди которых клинопироксен, занимает до 40 об.%.

Содержимое СОгфлюидных включений в оливинах с частичной потерей вещества замерзает и, затем, плавится при температурах -100 и -57°С (оливин 1), -70°С и от -58.2 до -58.7°С (оливин 2). Более низкие температуры плавления кристаллической СОг включений в оливине 2 говорят о присутствии существенных примесей. В трех частично декрепитированных газовых флюидных включениях в

оливине 2 удалось определить размер монокристаллов углекислоты, выращенных при низкой температуре. Эта фаза занимала до 3.8 об.%. При плотности кристалла СОг 1.51 г/см3 плотность вещества во включении близка к 0.05 г/см3, что при 1250°С (температуре кристаллизации оливина) отвечает давлению около 150 бар. Такие включения сохраняют герметичность даже в процессе их нагревания до 1250°С. Столь низкое давление характеризует заключительные этапы эволюции. В оливине 2 было найдено одно двухфазное флюидное включение (жидкость + газ), плотность которого оказалась близка к 0.66 г/см3, что при 1250°С отвечает давлению около 4 кбар. В клинопироксене плотность СОг включений равна 0.73 г/см3 (5 кбар при 1250°С).

Включения гомогенизируются при 1310-1350°С (оливин 1) и 1200-1270°С (оливин 2). Во вкрапленниках клинопироксена гомогенизация включений наступает при 1190-1270°С. В ксенокристаллах клинопироксена гомогенизация включений не была достигнута при нагревании до 1160°С. Температура гомогенизации в плагиоклазах отвечает 1200-1260°С. Для получения составов захваченных расплавов использовался пересчет концентраций компонентов методом «обратного пошагового фракционирования» оливина.

На диаграмме №2О+К2О^Ю2 ваповый состав породы и расплавы включений находятся вблизи границы толеийтовых и щелочных базальтов. Из расплава с 44-45% SiO2 происходит котектическая кристаллизация оливина и клинопироксена, к которым при 47% БЮг присоединяется плагиоклаз. Концентрация МдО в расплавах варьирует в пределах 13-6 мас.%. Расплавы включений из оливина 2 переходят из поля щелочных базальтов в область толеийтовых пород. Все изученные расплавы характеризуются высоким отношением Тi02/Na20 (до 2.8), значительно превышающим величину 0.56, оцененную для примитивной мантии (McDonough et al., 1995).

Таблица 2. Рассчитанные составы первичных магм, мае. %

Оксид 1 2 3 1 2 3 4

БЮг 44.16 45.52 43.72 43.37 44.47 42.79 43.91

ТЮ2 2.40 1.69 1.83 1.99 1.40 1.43 1.52

А120з 10.34 10.79 7.06 8.57 8.92 5.51 5.83

РеО 13.13 13.26 18.00 13.74 13.86 17.71 16.76

МпО 0.17 0.06 0.21 0.16 0.05 0.20 0.19

МдО 16.22 16.37 22.23 20.83 21.02 26.83 25.41

СаО 12.05 9.68 5.59 10.03 8.04 4.38 5.20

Ыа20 1.22 1.75 0.65 1.01 1.44 0.50 0.52

К20 0.09 0.42 0.12 0.08 0.35 0.10 0.10

Рг05 0.00 0.24 0.37 0.05 0.20 0.29 0.30

Сумма 99.79 | 99.78 99.78 99.82 99.76 99.75 99.74

Ликвидусный оливин ХМд = 0.88 ХМд = 0.90

Примечание: Составы рассчитаны путем пошагового добавления оливина к анализам гомогенизированных стекол включений. Исходные составы: (1) - оливин 1, 2 и 3 - оливин 2, 4 - то же, что и 3, но с учетом фракционирования клинопироксена.

Концентрации редких и рассеянных элементов отвечают типичным щелочным базальтам Гавайских вулканитов. На фоне общей картины резко выделяется распределение элементов для стекол расплавного включения в ксенокристалле клинопироксена. Он обогащен Ва и обеднен всеми редкими элементами, а также Zr и ^ Для Ей наблюдается четко выраженный максимум.

Оцененные при изучении расплавных включений составы первичных магм (табл. 2) легли в основу высокобарных экспериментальных исследований (Гирнис и др., 2003). В результате были оценены условия генерации и составы магм с высокими отношениями Ti/Na, характерные для большинства гавайских вулканитов, что позволило построить модель генезиса толеийтового и щелочного магматизма вулкана Мауна Кеа. Эксперименты показали, что первичные расплавы Мауна Кеа были насыщены гранатом при давлениях выше 30 кбар. Показано, что рестит при выплавлении гавайских магм должен содержать около 60 мас% оливина, 5-7% ортопироксена, 20-25% клинопироксена и 10-12% фаната. При таких условиях отношение TO2/Na2O примерно равно значению в источнике (0.4-0.6) при любых степенях плавления. При 50 кбар отношение оно может возрасти до 0.7 при степени плавления 15% и до 1.3 при очень низких степенях плавления. Более высокие отношения (1.4-1.5) возможны при больших давлениях.

Присутствие во вкрапленниках включений СОг (при 1240°С и 4-5 кбар) дает концентрацию углекислоты в кристаллизующемся расплаве около 0.7 мас.% (Papale, 1997). Корреляционная зависимость летучих компонентов (здесь СОг) от концентрации P2Os соответствует 1.6 мас.% двуокиси углерода (Dixon, 1997) в составе рассчитанных первичных расплавов. Между концентрациями углекислоты, Th (1 ppm) и Nb (20 ppm) в примитивных магмах наблюдается прямая зависимость, что свидетельствует об отсутствии карбонатных фаз в источнике (Рябчиков И.Д., 2003).

Изотопные и геохимические данные свидетельствуют о близких составах источников толеийтовых и щелочных расплавов Мауна Кеа (Kennedy et al.,1991). Толеийтовые и щелочные расплавы характеризуются высокими и примерно равными отношениями TiO2/Na20, что свидетельствуют о высоких давлениях (>50 кбар) генерации обоих типов магм. Высокобарные эксперименты показали, что при этом в равновесии с мантийной ассоциацией могли находиться только недосыщенные кремнеземом щелочные магмы, при взаимодействии с обедненным гарцбургитсвым материалом в литосфере трансформирующиеся в толеийтовые расплавы. При этом содержания несовместимых редких компонентов и изотопные метки наследуются от глубинных источников.

Таким образом, экспериментальное исследование и анализ данных по расплавным включениям позволил построить модель образования магм вулкана Мауна Кеа. Плавление могло начинаться на глубинах 200-400 км, но основной объем расплава отделялся от мантийного рестита на меньших глубинах, при давлении около 50 кбар. По составу он отвечал первичным магмам щелочной серии и содержал до 20 мас.% МдО при низких концентрациях кремнезема. Высокие давления генерации магмы нашли отражение в ряде отношений элементов (LREE/HREE, TO2/Na2O). При подъеме через литосферу происходило взаимодействие с обедненными оливин-ортопироксеновыми породами, приведшее к смещению состава в толеийтовую область при сохранении отношений некогерентных элементов. Такая модель позволяет объяснить образование всего спектра пород из единого источника, сходного с оценками примитивной или слабо деплетированной мантии.

Ультращелочные и карбонатитовые магматические породы

Экспериментальные, минералогические, петрологические, изотопные данные дают основание считать, что зарождение щелочных магм происходит на больших глубинах, в условиях верхней мантии. Геохимической особенностью щелочных пород является высокая концентрация летучих, редких и рассеянных элементов, что связывается с метасоматозом плавящегося субстрата. Большой вклад в изучение

щелочных пород внесен русскими учеными (например, сборник «Магматические горные породы», том 2, ред. Кононова В А, 1984; Kogarko, 1995).

Рассматриваемая группа пород слагает сложные карбонатит-содержащих комплексы, к которым приурочены крупнейшие редкоземельные, апатитовые, слюдяные и сульфидные месторождения. Многие годы магматическое происхождение карбонатитов вызывало сомнение. Одним из аргументов являлась необходимость высоких температур для плавления карбонатов. Экспериментальные работы (Wyllie, 1960 и др.) показали, что некоторые соединения оказывают флюсующее действие в модельных карбонатитовых системах. Среди них соединений не последнее место отводится портландиту. Однако в реально существующих карбонатитовых парагенезисах он до сих пор не был обнаружен.

Изучение включений в минералах карбонатитов показало, что обычно это микропорции водных и/или газовых (СОг, СШ) флюидов, содержащие разнообразные дочерние фазы. Температуры не превышают 470°С, расчетное давление достигает 8 кбар (Ting etal, 1994). Б. Бюн и др. (Buhn et.al., 2002) определили состав водного флюида (мас.%): Na20 - 21.1, К20 - 8.0; СаО - 5.5; FeO -3.2; F - 3.0; CI -10.8; (далее з ррш) общ. REE - 3; Ва - 32.754, Sr - 11.484; Zr -137; Y -462; Th - 444; и - 15.6; Pb - 1260; (Na+K)/Ca=5.7, Cl/F=3.6. Встречаются редкие расплавные включения, свидетельствующие о магматической природе пород.

Экспериментально было показано, что при определенных условиях возможно расслоение (ликвация) однородного силикатного расплава с обособлением карбонатных жидкостей (Koster van Groos, Wyllie, 1966, 1973; Freestone, Hamilton, 1980; Kjarsgaard, Hamilton, 1989). В. Минариком (Minarik, 1998) был сделан вывод, что карбонатные расплавы не способны полностью отделяться от силикатных в системе жидкость - кристалл. По мнению автора, это явление лежит в основе тесной ассоциации щелочных пород и карбонатитов.

Рассматривается также модель образования карбонатитов в процессе кристаллизационной дифференциации СОг-содержащей силикатной магмы (Watkinson, Wyllie, 1971). Большое количество исследователей придерживается мнения, что выплавление карбонатитовых магм происходило на мантийных уровнях. Подтверждением этому служат экспериментальные работы (например, Moore & Wood, 1998) и находки карбонатов в ассоциации с силикатными стеклами в мантийных нодулях (Frezzotti et.al., 1994; lonov et.al., 1996; Kogarko eta!., 1995). Причины появления или отсутствия карбонатитовых проявлений в составе щелочных комплексов, несмотря на интенсивное исследование, до сих пор не ясны.

Мы изучили включения в минералах безкарбонатитовых щелочных пород -оливинового мелилитита Мальберга (Германия), оливиновых меланефелинитах вулканов Чукотки, а также карбонатит-содержащих комплексов вул. Вультуре (Италия), К-базальтоидах Верхнедункельдыкского массива восточного Памира (Таджикистан), оливинового мелилитолита комплекса Гардинер (Гренландия) и карбонатитах Палаборы (ЮАР). Кроме того, проведены отдельные определения по включениям в апатите из района карбонатитового комплекса Мушугай-Худук (Монголия) и минералах комплекса Ока (Канада).

Оливиновый мелилитит, Мальберг, Рейнский грабен, Германия

Изученный оливиновый мелилитит (образец XKR 37 ОМ) содержит вкрапленники оливина и клинопироксена, погруженные в мелкокристаллическую основную массу. Среди фаз матрицы определены оливин, клинопироксен, мелилит, нефелин, флогопит, перовскит и Ti-магнетит. Составы вкрапленников и микролитов оливина основной массы отвечают Fo89-81. Для оливинов характерна корреляция между его магнезиальностью (Mg/(Mg + Fe) и концентрациями СаО (0.18-1.1 мае. %),

МпО и N¡0 (0.32 - 0.05 мас.%). В породе присутствуют также ксенокристаллы оливина (до Ро 81) с обратной зональностью и низким СаО (0.1-0.2 мае. %). Зональные вкрапленники клинопироксенов имеют тд от 0.83 до 0.68, обогащены АЬОз, РеО и ТЮ2 (до 5.6 мас.%).

В основной массе породы присутствуют участки овальной или неправильной формы размером до 5 мм (миаролы), заполненные радиально-лучистыми или тонкозернистыми агрегатами вайракита, лавсонита и томсонита. Среди этих агрегатов располагаются идиоморфные кристаллы клинопироксена, флогопита (до 17 мас.% ВаО), нефелина, мелилита, перовскита, "Л-магнетита и апатита. Кристаллы клинопироксена иногда образуют микродрузы.

Во вкрапленниках оливина присутствуют многочисленные кристаллические, расплавные, флюидные и комбинированные включения (Соловова и др., 2000, в печати). Среди кристаллических включений изучены клинопироксены (тд до 0.87), окруженные пленкой стекла, в котором часто наблюдаются газовые пузырьки. Кроме того, присутствует шпинель, содержащая до 25 мас.% СггОз и 30 мас.% АЬОз.

Частично декрепитированные первичные флюидные включения размером до 50 мкм сосуществуют с расплавными. Они двухфазны, жидкая углекислота фиксируется также в мельчайших обособлениях, образующих вокруг них ореолы потери вещества. Некоторые первичные флюидные включения содержат кристаллы, идентифицированные методом рамановской спектроскопии как керсутит.

Таблица 3. Результаты криометрического изучения флюидных включений в оливинах

п1 Т плав.СОг, °С Тгом.СОг.оС с», г/смЗ Траспл.,°С2 Р, кбар

Первичные частично декрепитированные флюидные включения

3 5 от -57 до -57.8 от-56.9 до-58.1 от 18.8 до 24 от 29.6 до 30.3 от 0.73 до 0.79 от 0.56 до 0.61 1220 1220 3.8-5.0 2.8-3.1

Вторичные частично декрепитированные флюидные включения

7 2 7 от-56.7 до-57.4 от -56.9 до - 57.6 от-56.6 до-59.4 от 30.5 до 30.8 от 28.0 до 28.8 от 0.49 до 0.53 от 0.29 до 0.40 1130 1130 2.2-2.4 1.0-1.5

Вторичные флюидные включения в ксенокристаллах оливина

1 8 -58.8 от -58.3 до -59.2 - 0.01 1100 20 барЗ

Флюид первичных частично декрепитированных расплавных включений

3 -59.1 - -

Примечание. 1 - количество изученных включений,

2 - температура плавления фаз сингенетичных расплавных включений,

3 -объем монокристалла СОг во включении при Т< -56.6оС не превышает 1 %.

В процессе кристаллизации, сопровождающейся интенсивной дегазацией, отделяющиеся от магмы порции флюида образовывали обильные вторичные включения размером до 90 мкм. Включения двух- или трехфазны, помимо жидкой и газообразной СОг, в некоторых вакуолях присутствуют кристаллы. Температура плавления СОг флюидных включений колеблется от -56.6 до -59.5°С.

Плотность включений составляет 0.73 - 0.50 г/см3 (табл. 3). Для включений, гомогенизирующихся в газовую фазу, определено 0.40 - 0.01 г/см . Плотность газа, равная 0.01 г/см3, была оценена, исходя из объемов и плотностей флюидного включения и выращенного в нем монокристалла углекислоты. При соответствующих температурах гомогенизации сингенетичных расплавных включений давление в различные моменты эволюции магмы менялись от 5 кбар до 20 бар. Однако реальное давление было выше, поскольку все включения в оливинах несут следы

потери флюида. Углекислота была также обнаружена в газовых обособлениях первичных расплавных включений, большинство которых частично декрепитировано и окружено ореолом, состоящим из мелких флюидно-расллавных включений.

В расплавных включениях ассоциация дочерних фаз включает Fe-монтичеллит, оливин, клинопироксен, флогопит, нефелин, апатит, шпинель и Ti-магнетит, причем клинопироксен и флогопит содержат до 5.0 и 8.4 мас.% Т1О2, соответственно. В более поздних первичных включениях, в краевых зонах оливина, дочерние монтичеллит и оливин исчезают, возрастает роль апатита, а в первично-вторичных и вторичных - нефелина.

Оливины содержат многочисленные, в различной степени изолированные, заливы основной массы, появление которых связано либо с проникновением по трещинам, либо с заполнением образующихся после удаления крупных флюидных обособлений пустоты поздних порций расплавов. Минеральный парагенезис включает клинопироксен, нефелин, мелилит, Ва-флогопит, Ti-магнетит и шпинель.

Полная гомогенизация достигалась только в мелких включениях в краевых зонах оливина. В большинстве случаев опыты прекращались при достижении температур плавления всех дочерних фаз включений. Замеренные температуры частичной гомогенизации колеблются в интервале 1130-1220°С.

Составы стекол в оливинах Fo 88-83 пересчитывались на равновесие с оливином-хозяином при давлении 5 кбар (давление по результатам изучения флюидов). Расплавы характеризуются низкими содержаниями SiO2 (35-44 мас.%), повышенными А12Оз (до 20.8 мас.%), Р2О5 (до 1.75 мас.%), ВаО (до 0.75, среднее 0.40 мас.%), SrO (до 0.38, среднее 0.23 мас.%) и чрезвычайно высокими СаО (до 18.5 мас.%) и суммой щелочей (до 14 мас.%) при преобладании Na2O над К2О. Магма обогащена F (до 0.54 мас.%) и практически не содержит CI. Расплав, из которого формировались миароловые обособления, содержит (мас.%) 65.8 SC>2, 1.2 Т1О2,12.8 AI2O3, 3.2 FeO, 3.2 MgO, 5.3 СаО, 2.2 Na2O 4.3 и К2О, сумма 98.

Расплавы обогащены REE (до 683 ррт), имеют высокое отношение La/Yb (до 90) и характеризуются повышенными концентрациями Ва, Nb, Rb, Th, U, Та и низкими Zr, Hf и Y.

Изучение расплавных и флюидных включений свидетельствуют о значительной роли углекислоты в генезисе и эволюции магмы, что согласуется с моделями выплавления оливиновых мелилититов при высоких давлениях СО2 (Brey, Green, 1975). Максимальная плотность СОг во флюидных включениях (0.73 г/см3) предполагает флюидное давление более 5 кбар при 1220°С. Дополнительные сведения о давлении при кристаллизации минералов были получены методом минералогической барометрии. Используя барометр (Nimis, Ulmer, 1998) для составов кристаллических включений клинопироксенов, были рассчитаны давления до 8 кбар. При таких параметрах в расплавах растворяется до 4 мас.% СО2 (Brey, Green, 1976).

Распределение флюидных включений во вкрапленниках выявляет эволюцию давления кристаллизации. На первой стадии ранний оливин кристаллизуется в флюидонасыщенных условиях из гетерогенной (расплав + флюид) магмы при давлениях выше 5 кбар и температурах £ 122(fC. Затем следует этап кристаллизации оливина (в основном каймы) в интервале давлений от 5 до 3 кбар при температурах 1160 - 1130оС, сопровождающийся интенсивной дегазацией. Дальнейшее снижение температуры и давления фиксируется в виде первично -вторичных и вторичных расплавных, расплавно - флюидных и флюидных включений, захваченных оливинами при 1130 - 1110оС и 2.2 - 1.0 кбар. В этих условиях возникновение крупных обособлений свободного флюида, его удаление и последующее заполнение вакуолей поздним расплавом приводит к образованию миароловых агрегатов. Этот этап заканчивается при давлении менее 0.5 кбар.

Нам не удалось обнаружить признаков присутствия воды во флюидной фазе включений Согласно данным ионного зонда, в стеклах включений в оливинах определены сотые доли процента Н2О (до 0.08%). Однако в первичном флюидном включении с помощью рамановской спектроскопии установлено присутствие кристалла водосодержашего минерала - керсутита. Кристаллизация поздних вкрапленников флогопита и нахождение высоководных минералов (лавсонит, томсонит) в миароловых обособлениях свидетельствуют об ее присутствии (или поступлении) в значительно эволюционированных расплавах.

Составы наименее дифференцированных расплавов из включений в оливине Fo 88-87 характеризуются высокими концентрациями МдО (до 9.2 мас.%), FeO (до 10 8 мас.%), ТЮ2 (4 мас.%), СаО до (17.8 мас.%) и низкими содержаниями SiO2 и щелочей. Первичный расплав характеризуется высокими концентрациями BaO, SrO и Р2О5. Таким образом, можно говорить о возможности образования в мантии ультраосновных высокощелочных магм с повышенными содержаниями СаО и обогащенными углекислотой и несовместимыми элементами.

Оливиновые меланефелиниты Чукотского полуострова Развитый на северо-востоке России, на Чукотском полуострове в районе рек Мелитвеем и Энмелен, позднекайнозойский щелочно-базитовый вулканизм представлен в основном оливиновыми и лейцит-содержащими оливиновыми меланефелинитами. Возраст вулканитов определен как 6 млн. лет (Akinin and Apt 1994).

Изученные пористые оливиновые нефелиниты (7 образцов) содержат вкрапленники оливина (Fo 86-76, 0.29-0.50 мас.% СаО), погруженные в основную массу, состоящую из оливина (Fo 76 - 78), клинопироксена (тд = 0.74 - 0.59), плагиоклаза, щелочных полевых шпатов, нефелина, F-апатитов, Ti - магнетита и ильменита. Ксенокристаллы оливинов отвечают Fo 90 с концентрацией СаО до 0.06 мас.%. Клинопироксены крайне редки, при магнезиальности 0.80 концентрации Na2O и А12Оз достигают 1% и 1.3%,

Во вкрапленниках оливина присутствуют расплавные, флюидные и единичные твердые включения. Среди кристаллических преобладает шпинель (до 18% ТЮг и 25% Сг2О3).

Рис. 3. СОг-флюидное включение в оливине с жидкой и газообразной углекислотой (слева).

Расплавное включение в оливине, флюид которого содержит жидкую и газообразную СО2 (справа).

Важной особенностью изучаемых щелочных вулканитов является их необычайно высокая насыщенность углекислотными флюидными включениями. Как первичные (рис. 3, слева), так и вторичные вакуоли одно- или двухфазны (жидкость + газ) и всегда частично декрепитированы. Изучены включения размером не более 5 микрон, содержащих только жидкость и несколько оптически прозрачных кристаллических фаз. Плавление полученных при охлаждении СО2 кристаллов происходило при

19

температуре -56.6 + -58°С. Наличие углекислоты подтверждено рамановской спектроскопией. Плотность включений колеблется в пределах 0.3 - 0.93 г/см3, что при температуре 1200-1230°С отвечает давлению 3-8 кбар.

Присутствие частично декрепитированных расплавных включений, флюид которых содержит две фазы - жидкую и газообразную СО2 (рис. 3, справа), говорит об их комбинированной природе. Плотность углекислоты в них равна 0.65 г/см3, что отвечает давлению около 3 кбар. Вода, концентрация которой определена с помощью ионного микрозонда (до 0.22 мас.%), полностью растворена в расплаве и во флюиде включений отсутствует.

Расплавные включения в оливине закристаллизованы и содержат дочерние оливин (на стенках вакуолей), клинопироксен, нефелин, слюду и магнетит. Полная гомогенизация расплава во включениях не достигалась, высокотемпературные опыты заканчивались после плавления дочерних фаз. В целом, плавление фаз включений начиналось при 1100°С, а заканчивалось при 1180-1230°С (Solovova etal., 2003; в печати).

Составы расплавов включений отвечают низкокремнистым (37.5 - 40.5 мас.% SiO2), CI-F-содержащим высокощелочным магмам, обогащенным ТЮг, Р2О5, ВаО и SrO. Содержание СаО в наименее дифференцированных и высокомагнезиальных (и железистых) расплавах достигает 11 мас%. Расплавы обр. Gyd-2 заметно богаче S1O2 (43.7-45.1 мас.%), но деплетированы в отношении FeO и ТЮ2. Концентрации остальных компонентов близки. Максимальные концентрации SrO определены в обр. N-7 и N-2 (около 0.4 мас.%). Высокие содержания S в расплаве согласуются с присутствием капель сульфида во включениях в обр. N-2 и N-7 - именно в этих образцах ее концентрация достигает максимальных значений, до 0.27 мас.%.

Рисунок 4 иллюстрирует вариации химизма расплавов включений. Наименее дифференцированные расплавы содержат высокие концентрации МдО и FeO (до 10 мас% и 15 мас.%, соответственно), сумма щелочей - до 7.5 мас.%. Для всех этапов кристаллизации установлено преобладание Na над К. В наиболее дифференцированных расплавах вулканитов отчетливо проявляется тенденция накопления А12Оз, ТЮ2, СаО и Na2O. Исходная концентрация ТЮ2 близка к 4 мас.%. Расплавы характеризуются высокими содержаниями S, F, CI и Р2О5. Исходные магмы обогащены REE (до 430 ррт), отношение La/Yb - до 74. Отмечены повышенные концентрации Ва, Nb, Rb, U, Та, Sr и низкие Zr, Hf и Y.

Изученные расплавы включений из оливинов различных образцов сходны во многих отношениях. Они сильно недосыщены кремнеземом и обогащены щелочами, ТЮг и другими элементами. Высокое давление, насыщенность летучими компонентами, обогащенность редкими и рассеянными элементами, высокие концентрации МдО и FeO указывают на внутриплитный механизм, связанный с активностью мантийного плюма. Существуют некоторые различия в составах первичных расплавов. Наиболее примечательны обогащенность SiO2 при более низких концентрациях FeO и небольших вариациях по AI2O3, ТЮ2, Na2O и других компонентов для образца Gyd-2. Эти расплавы по составу близки к полученным расчетным путем Акининым (1994) для примитивных мантийных расплавов лейцит-содержащих меланефелинитов Энмеленских вулканов.

Af\ -TU

36

18 16

14 12

15 13 11

+ FeO ¿p ;д Г Пл

- А,2°3 : V.. □

СаО ■ □ ♦ д д л N3,0

♦ 1

□ 2 + 3

Л 5 • 6

3579 3579 MgO

Рис. 4. Концентрации петрогенных оксидов в расплавах как функция МдО. Серое поле отвечает составам расплавов для обр. Gyd-2. 1-обр. N-2, 2- обр. N-3, 3-обр. N-4,4- обр. N-6, 5- обр. N-7,6- обр. Gyd-2.

Все первичные расплавы характеризуются высокими концентрациями СОг, CI, F, Sr, Ba и РгОг- Поэтому есть основания для предположения единого источника вещества для изученных вулканитов, включая высококремнистые породы типа Gyd-2. В этом случае установленные различия должны контролироваться условиями выплавления. Они могут отражать участие в процессах выплавления различных зон мантийного плюма, например, более горячих центральных его частей в случае пониженных концентраций БЮг и более холодных периферийных участков, давая расплавы, подобные расплавам включений в оливинах Gyd-2.

Обилие первичных флюидных включений СОг высокой плотности, частично декрепитированных включений, плотность которых отвечает промежуточным давлениям (особенно много включений, плотность которых соответствует ~3 кбар), низкоплотные включения в зонах трещин в кристаллах оливина, высокая пористость вулканитов - все свидетельствует об интенсивной дегазации насыщенных летучими магм на протяжении всей их кристаллизации. Аналогом подобного насыщения наземных щелочных лав могут служить так называемые "popping rock" подводных излияний (Pineau et.al., 1976; Javoy etal., 1991; Dixon, 1997; Moreira et.al., 1998). Вода и углекислота в них сосредоточена в стекле основной массы, что позволило проанализировать их концентрации. Расчеты валовых содержаний СОг и НгО (Dixon,

1997) близки к 5.4 и 1.9%, соответственно, при отношении СО2/НгО=2.8. При этом в фазу пара уходило и затем терялось до 98% углекислоты и 48% НгО. Заметим, что оценка концентрации углекислоты в мантийных магмах практически совпадает с рассчитанной нами для СОгСиликатно-сульфидных включений в уникальной мантийной друзе (Коваленко и др., 1986; Kovalenko et. al., 1987) и равной 5.5 мас.%. Ситуация, описанная для этих пород, напоминает наблюдаемые явления в вулканитах Чукотки. Однако полная закристаллизованность основной массы наземных меланефелинитов приводила к еще большим потерям летучих.

Минимальное давление, определенное по флюидным включениям и отвечающее условиям кристаллизации на ликвидусе, отвечает 8 кбарам. Концентрация углекислоты в магмах при таком давлении достигает 2.5 мас.% (Papale, 1997). Изобилие первичных флюидных включений указывает на отделение СОг и гетерогенное состояние магмы еще до начала кристаллизации оливина. Поскольку включения частично теряли вещество при декомпрессии, давление на ликвидусе было выше 8 кбар. В этом случае в исходной магме было растворено до 6 мас% СО2 (Вгеу, 1976).

Низкие концентрации Н2О в стеклах расплавных включений (0.03-0.22 мас.%) могут отражать как истинное состояние системы, так и частичную ее потерю в процессе проведения высокотемпературных экспериментов (Massare, 2001) или в период кристаллизации магмы в природе. Среди минералов ксенолитов щелочных вулканитов Чукотки отсутствуют амфибол и флогопит, что позволяет рассматривать выплавляющие магмы как относительно сухие. Расчеты показали, что в примитивных магмах концентрации воды варьируют от 100 рргл для образцов N-2, 3 и 4 до 1400 ррт для обр. Gyd-2.

Оливиновый меланефелинит вулк. Вультуре, Италия

Стратовулкан Вультуре расположен на восточной границе Романской магматической провинции, Италия. Согласно Де Фино (De Fino, 1986), генезис первичных мантийных расплавов вулкана Вультуре связан с зонами субдукции, а повышенные концентрации Na и S связаны с водными флюидами из осадочных пород. Д. Каваретта и Д. Ломбарди (Cavarretta and Lombardi, 1990) предположили изначально высокое содержание летучих компонентов в первичных магмах базанитов, выплавляющихся в зонах субдукции. Возраст вулканической активности магматического комплекса - от 0.8 до 0.42 млн. лет (De Fino et. al., 1986) Пирокластика, лавовые потоки и дайки представлены базанитами, тефритами, фоядитами, нефелинитами и фонолитами. Кроме того, присутствуют мелилит- и гаюин - содержащие вулканические породы. Наряду с силикатными породами, в районе Монтичио Лейк открыты и изучены карбонатиты, появление которых интерпретировано как продукт высокотемпературной кристаллизации карбонатного ультрамафического расплава. Вопрос о существовании магматических карбонатитовых расплавов в Романской Провинции до сих пор остро дискутируется. А.Печерилло (Peccerillo, 2004) полагает, что появление карбонат-содержащей пирокластики в районе проявления ультракалиевых камафугитов и Lc-тефритов связано с контаминацией магм вмещающими карбонатами.

Изученный оливиновый меланефелинит вулкана Вультуре (Solovova etal., 2003) содержит вкрапленники оливина и клинопироксена, погруженные в основную массу, состоящую из клинопироксена, щелочного полевого шпата (калиевый полевой шпат + анортоклаз), гаюина, нефелина, апатита, рудных фаз, амфибола и флогопита. Вкрапленники оливина отвечают Fo 83-91.5, концентрация СаО достигает 0.48%. В породе присутствуют также ксенокристаллы оливинов Fo 92-93 (0.2-0.35% СаО)

Основываясь на химических составах и морфологии, было выделено 3 генерации клинопироксена. Клинопироксен 1 (Срх-1) образует равномерно окрашенные светло-желтые или бесцветные зерна. Клинопироксен 2 (Срх-2) характеризуется резко выраженным плеохроизмом от темно-зеленого до желтого. Некоторые зерна сильно резорбированы Их характерной особенностью является высокая насыщенность различного рода микровключениями (кристаллическими апатита, гаюина, титаномагнетита, а также расплавными). Кристаллы окружены каймой бесцветного клинопироксена, отнесенного к 3-ей генерации (Срх-3).

На вариационных диаграммах составы Срх-1 и 3 образуют компактную группу с высоким содержанием МдО и низкими FeO, AI2O3, №гО and MnO. Для Срх-2 характерны низкие концентрации МдО и высокие FeO, А12Оз, Na2O, и МпО. Высокая магнезиальность Срх-3 может объясняться интенсивной кристаллизацией рудных минералов в основной массе породы.

Вариации концентраций редких элементов в Срх-1, 2 и 3 (рис. 5) демонстрируют единые тенденции. Для всех клинопироксенов характерно обогащение REE - в сумме до 1040 рргп. Отношение Ce/Yb достигает 43.3-64.8. Для Срх-2 определены заметно более высокие концентрации всех несовместимых элементов по сравнению с Срх-1 (рис. 6). Это обогащение наиболее значительно для Nb (в 25-35 раз).

шпинели с СггОз до 46 мас.%. В оливине обнаружены единичные кристаллические включения пиропового граната, {And 32 Gros 28 Ру 40). Он отличается по составу от титанистого граната (меланит или шорломит), описанного для пород вулканического комплекса Монтичио Лейк. Срх-2 содержит зерна свежего гаюина, апатита и магнетита, единичные зерна Ba-Ce-F-флогопита и амфибола.

В оливине и Срх-1 присутствуют единичные частично декрепитированы флюидные включения. Судя по температуре плавления, вещество включений близко к чистой углекислоте, а температура гомогенизации (29°С) отвечает плотности 0.63 г/см3, что при 1150 - 1100°С соответствует давлению в 3 - 3.2 кбар. В Срх-2 первичное включение СО2 имеет плотность 0.33 г/см3, давление при температуре 1180°С отвечают 2.7 кбар.

Первичные расплавные включения в оливинах и клинопироксенах полностью закристаллизованы и содержат дочерние клинопироксен, щелочной полевой шпат; амфибол, флогопит и ортоклаз. Щелочные полевые шпаты всегда содержат SrO и ВаО, причем концентрация SrO превышает ВаО.

Полная гомогенизация расплавных включений не достигалась. Приводимые температуры отвечают плавлению всех дочерних фаз. В некоторых включениях в оливинах при 1200°С присутствовал сульфид железа (для породы в целом характерна сульфатная сера). Температуры частичной гомогенизации включений составляют 1180 - 1240°С для оливина и Срх-1 и 1160 - 1200°С для Срх-2.

Расплавы включений в оливинах и Срх-1 характеризуются низкими содержаниями SiO2 (40 - 44 мас.%), высокими МдО (10 мас.%), А12Оз (до 21 мас.%) и СаО (до 17 мас.%). Сумма щелочей достигает 11 мас.% при близких значениях Na2O и К2О. Концентрация ТЮ2 в расплаве не превышает 1.5 мас.%. Расплавы были обогащены F (до 0.6%), S (до 0.43%) и CI (до 0.55%). Определены высокие содержания Ва, Sr, Th, U, Rb, Nb при резком преобладании легких редкоземельных элементов над тяжелыми (La/Yb достигает 177).

Составы стекол гретых включений в Срх-2 богаче SiO2 (45-50 мас.%) по сравнению с включениями из оливинов и беднее СаО и К2О. Можно предположить, что такой расплав отвечает наиболее эволюционированным порциям магмы.

В призмах апатитов, включенных в Срх-2, часто наблюдаются трубчатые первичные расплавные включения. Одно из них размером 5x20 мкм содержало стекло и дочерние фанат (Aim 6 And 53 Gros 15 Ру 25) и клинопироксен. Валового состав этого включения следующий (мас.%): 45 SiO2,15 АЬОз, 10 FeO, 6-7 MgO, 16 СаО, <4 Na2O + КгО и Na2O > К2О. Такой состав типичен для тефритов данного региона.

Кристаллы апатита в матрице или внутри Срх-1 содержат первичные силикатно-карбонатные расплавные включения размером до 70 мкм. Пропорции силикатно-карбонатного материала варьируют, часто между ними наблюдается четкая граница, в некоторых случаях в виде мениска. В силикатной части определены дочерние клинопироксен, флогопит и остаточное стекло. На границе апатит-хозяин - включение существует зона дочернего апатита, обогащенная SrO, S и CI.

Кальцит включений обогащен FeO (до 7 мае. %) и SrO (до 0.2 мас.%). Среди дочерних фаз первичных силикатно-карбонатных включений в апатите диагностирован магнезит с незначительной примесью FeO и СаО, доломит и анкерит. Такое разнообразие карбонатов отражает длительную эволюцию карбонатной системы при изменении Р-Т условий.

Оливин и клинопироксен содержат расплавные включения, достигающие 200 мкм. Составы фаз и морфология этих включений резко отличается от «нормальных» расплавных включений.

Механизмом, ответственным за их образование, могут быть как явления растворения минерала-хозяина, так и заполнение трещин поздним расплавом. В любом случае находящееся во включениях вещество вторично по отношению к вкрапленникам.

Ассоциация дочерних фаз включает кпинопироксен, занимающий не менее 40 об.% вакуолей, F-апатит, амфибол, F-флогопит, Na-K полевой шпат, ортоклаз, нефелин и титаномагнетит. Главной особенностью псевдовключений является присутствие дочерних Ba-Sr цеолитов (до 3.5 мас% ВаО, 5.2 мас.% SrO и 1.1 мас.% СегОз), и карбонатов. Содержание МдО в клинопироксене значительно ниже, чем в Срх-1, концентрации FeO, АЬОз, TiO2 и Na2O заметно выше. Апатит, кпинопироксен и щелочной полевой шпат содержат SrO. В апатите определено до 0.52% СегОз и 0.19% La'Os, а во флогопите до 3.3% ВаО. В амфиболе и ортоклазе присутствуют ВаО и SrO.

Особенности составов минеральных фаз оливинового меланефелинита и включений отражают сложную историю кристаллизации. Ранними минералами являются оливин и Срх-1. Высокая магнезиальность оливина (тд до 0.92) предполагает, что магма была слабо дифференцирована и ее состав близок к мантийным выплавкам. Высокое содержание СаО в ранних оливинах свидетельствует о высоком содержании кальция в первичных расплавах. Расплавы включений характеризуются отношением СаО/А12Оз, близким к 1.

По данным ионно-зондовых определений, расплав содержит 0.26 мас.% воды. При 3-3.5 кбарах и 1240°С расплав был насыщен в отношении углекислоты, поскольку в минералах присутствуют включения СОг. При указанных параметрах предел насыщения углекислотой близок к 1 мас.% (Вгеу, 1976; Papale, 1997).

Кристаллизация Срх-2 происходила из магмы близкого состава, но более дифференцированной. Этот этап (~1160°С, -2.5 кбар) маркируется появлением крупных силикатных включений, в которых присутствуют дочерние карбонаты, а также цеолиты, свидетельствующие о высоких концентрациях НгО и СОг. Помимо цеолитов, включения дополнительно содержат флогопит и амфибол. Содержание НгО в валовом составе псевдовключений превышает 1 мас.%. Содержание Се, который является геохимическим аналогом НгО в расплавах (Рябчиков, 2003), в стеклах включений из оливинов достигает 340 ррт, а из Срх-2 - 217 ррт. ЭТИ значения значительно превышают концентрацию Се при его экстракции из примитивной мантии (1 мас.% НгО отвечает 60 ррт Се). Таким образом, на промежуточном высокотемпературном этапе в магматическую камеру поступали порции расплава, обогащенного летучими и некогерентными компонентами. Возможно, этот расплав также способствовал сипикатно -карбонатной несмесимости, проявленной в первичных силикатно-карбонатных включениях в апатите.

Верхнее-Дункельдыкский щелочной комплекс, восточный Памир

Мезо-кайнозойский магматизм региона представлен основными породами, диоритами и кварцевыми диоритами, сиенитами, граносиенитами и биотитовыми гранитами, которые пересекаются калиевыми щелочными породами. Абсолютный возраст высококалиевых пород определен калий-аргоновым методом как 10-26 млн. лет (Дмитриев, 1976). Высококалиевые породы восточного Памира слагают трубки взрыва, дайки (объединенные в южный и северный дайковые пояса) и Верхнедункельдыкский субвулканический массив. Микровключения изучены в минералах сиенит-порфира, фергусита, фергусит-порфира, тингуаита, боролонита и карбонатита из различных частей комплекса. Мы изучили включения в кристаллах клинопироксена, лейцита, биотита, санидина, апатита, серена, фаната и флюорита (табл. 4).

Лейцит. Расплавные включения в свежих участках лейцита (обр. 91а, 1В, 27а) расположены по зонам роста. При 850°С и 1 атм полная резорбция дочерних фаз наблюдается при 1080-1100°С, а объем газового пузырька достигает 50%. Увеличение температуры не приводит к его уменьшению, что отмечалось и ранее при изучении включений (Базарова. 1983). Поэтому дальнейшее изучение включений проводилось при давлениях 3.9-6.0 кбар и температурах 1000-1350°С. Во всех опытах включения были гомогенны в отношении газовой фазы, но при температурах выше 1100°С отмечено появление капель сульфида железа, занимающих до 1 об.% вакуоли (атомное отношение Fe/S = 1.15). При этом сосуществующее стекло содержит 0.75 мас.% S (1150°С, 6 кбар).

Сфен и калиевый полевой шпат содержат первичные силикатные расплавные включения по зонам роста и состоят из стекла, дочерних фаз и газа объемом 3-4%. Гомогенизация, в зависимости от положения включения в кристаллах сфена, происходила при 1050°С (край зерна) и 1160оС (центр зерна). В единичных случаях она достигает 1200°С. Условия гомогенизации включений в КПШ близки к 1050°С при 3 кбар и выдержке в течение 2 часов. Исключение составляет обр. 1В. Для него определена более низкая температура гомогенизации - 960-985оС при 1 атм

В биотите и фанате включения также состоят из стекла, газового пузырька и дочерних минералов. Часть включений в биотите содержит силикатное вещество, которое гомогенизируется при 985-990оС. Дополнительно в биотите и гранате обнаружены включения, поведение которых при нагревании характерно для солевых расплавов - быстрое плавление дочерних фаз и невозможность получить стекло при закаливании. Дочерние фазы характеризуются высокими тонами интерференции, присущей солевым кристаллам, например, карбонатам, сульфатам. Флюид включений в фанате содержат жидкую НгО. При температуре 1000°С происходит массовая разгерметизация вакуолей. Сохранившиеся включения при 1010°С не гомогенизируются.

Включения в клинопироксенах. Обычно расплавные включения в минералах содержат стекло, газ и дочерние кристаллы. В обр. 87ж (карбонатит жильный) среди них определены карбонат и портландит. Наиболее детально изучен Lc-фергусит (обр. 27 и 27а), содержащий карбонатные прожилки. Включения в клинопироксенах и породы, и прожилка содержат силикатный (С) и карбонатный (К) закристаллизованные расплавы,

Расплавные включения в клинопироксене фергусита Силикатные. В клинопироксене фергусита закристаллизованные С-включения, названные (С-1), гомогенизируются в интервале 1020 - 1180°С.

Солевые (карбонатитовые). В ядрах Срх фергусита присутствуют также солевые закристаллизованные включения (К1), сингенетичные силикатным (С1). Значительную часть объема вакуолей занимает Sr-Ba-содержащий кальцит (0.82 мас.% SrO, 0.6 мас.% ВаО) Помимо кальцита, в них диагностированы клинопироксен, апатит, лейцит, биотит, калиевый полевой шпат, титаномагнетит (7.8 мае. % ТЮг), Са-Ва-, и Sr-Ca-K-цеолиты (ср. сумма оксидов 85 мас.%), фресноит (высокобариевый титанистый силикат), сульфиды, K-Na-фельшпатоид (группа содалита?), характеризующийся низкими суммами оксидов (до 91.7 мас.%) и заметными концентрациями CI (0.37 мас.%). Начало плавления вещества карбонатных включений отмечается при 500°С.

Таблица 4. Результаты термометрического изучения включений

Q. «•8 Порода Минерал, тип включения Тгом при Р опыта, °С

Трубки взрыва

91а Фергусит-порфир Срх (сил) 1050 (ед). 1160-1180,1 атм

Ар (сил) >1050,3 кбар

Ар (сол) >955 (200)*, 1 атм

91Д Срх-Ба - сиенит- Срх (сил) 1135-1200,1 атм

порфир Ба (сил) 1050, 3 кбар

27а ^-фергусит- Срх прожилка (сил) 980-1110(550), 1 атм

порфир (карб) >980 (500), 1 атм

Срх породы (карб) >1000(500), 1 атм

Срх (сил) 1025 -1180,3 кбар

1_с(сил) 1110, 3.9 кбар

ЕК (сил) 985,1 атм

Ар (сол) >935 (200), 1 атм

Южный дайковый пояс

276а Тингуаит Срх (сил) 1150-1180(680)1 атм

1В Тингуаит Sph (сил) 1200 (865), 1 атм

Срх осн. массы (сил) 960,1 атм

Sa (сил) 960 - 985(460), 1 атм

Ар (сил) 1100-1180 (750), 1 атм

Ар (сол) <1000 (195), 1 атм

Субвулканическнй массив

97 Ьс-сиенит-порфир 8а (сил) 1050.3 кбар

85 Фергусит Срх (сил) 1130-<1200 (700), 1 атм

Эа (сил) 1050,3 кбар

Ар (сил) >1050,3 кбар

85г Бороланит Срх (сил) <1050,3 кбар

87ж Карбонатит Срх (сил-сол) 1000,1 атм

жильный Эг (сил-сол) >1010,1 атм

Флюорит (сол)

первичные 570 - 740,1 атм

первично-вторичные 420-540,1 атм

вторичные 200 - 370,1 атм

вторичные 200 - 370,1 атм

Примечание, сил - силикатные включения, карб - карбонатные включения сол - солевые включения; Ар - апатит, Срх - клинопироксен, 1_с - лейцит, вг - гранат, ва - санидин, врИ - сфен, В! - биотит. В скобках - начало плавления дочерних фаз.

При 980-1000°С многие из них теряют герметичность, а в немногочисленных сохранившихся присутствуют расплав и резорбированные дочерние фазы.

Расплавные включения в клинопироксене карбонатного прожилка Существенно силикатный расплав. В клинопироксенах прожилков обнаружены сингенетичные силикатные (С2) и карбонатные (К2) включения. Силикатные содержат до 5 об.% дочернего кальцита, Ва-К полевой шпат (6.8 мас.% ВаО, 9.9 мае. %КгО), эгирин, кальсилит, Sr-K-Ca-цеолиты (2.2 мас.% вгО, 7.5 мас.% КгО, 5.8 мас.% СаО), биотит и рудные фазы. Температуры гомогенизации включений колеблются в пределах 980-1110оС, причем плавление дочерних фаз отмечается

уже при 550оС. Некоторые включения при температурах выше 980-ЮООоС теряют герметичность.

Карбонатитовый расплав. Вкрапленники Срх прожилков погружены в капьцитовую (БгО до 1.91 мас.%, ВаО до 0.15 мас.%) основную массу (до 80%). Помимо пироксена, в ней проанализированы згирин. Ва-содержащий щелочной полевой шпат (2.1 мас.% ВаО), Ба-вг-апатит, Са-ринкит, Ва-скаполит, вг-содержащий фосфат (до 8 Мас.%вгО), микросоммит, Ва- и вг-содержащие цеолиты (средняя сумма компонентов в анализе 82.3 мас.%) и рудные фазы, среди которых определен К-Са-сульфид - джерфишерит и титаномагнетит (до 11 мас.% ТЮ2.

Карбонатитовые включения (К2) содержат дочерние кальцит (до 1.35 мас.% вгО, 0.11 мас.% ВаО и 0.17 мас.% РеО), нефелин, эгирин, амфибол, кальсилит, титаномагнетит (10.5 мас.% ТЮ2) и разнообразные цеолиты, как в виде идиоморфных кристаллов, так и в срастании с кальсилитом. Составы цеолитов сильно варьируют. Среди идиоморфных кристаллов этого минерала проанализированы разности, богатые СаО (до 13 мас.%), ВаО (до 4.68 мас.%) или К2О (до 10.5 мас.%). Для цеолитов в срастании с кальсилитом (имеют вид эвтектических прорастаний) характерно высокое содержание РеО (до 3.9 мас.%), МдО (ДО 3.5 мас.%), СаО (до 10.5 мас.%) и вгО (до 3.7 мас.%). Низкая сумма компонентов, вплоть до 71 мас.% указывает на высокие концентрации воды.

Начало плавления вещества включений (К2) отмечалось при температуре около 500оС (так же, как для включений С2). При 750°С в расплаве содержалось несколько обособлений газовой фазы и не более 20 об.% кристаллов. За 2 часа при 980оС включения не гомогенизировались. В опытах при 1 атм получить гомогенные солевые включения не удалось, поскольку дальнейшее нагревание приводило к вскрытию включений.

Флюиды в расплавах

Все вкрапленники содержат единичные низкоплотные флюидные включения со следами разгерметизации. При охлаждении до -85оС вещество включений замерзало, и его плавление отмечалось при -56.6оС, что свидетельствует о присутствии углекислоты во флюидах. Анализ газовой фазы индивидуальных расплавных включений в лейците и клинопироксене («Магматогенная кристаллизация по данным изучения включений расплавов», 1975) показал преобладание СО2 над остальными газами (71-97% СО2, Н2 до 14%, азот и редкие газы в пределах 0.3 - 4.8%).

Во флюиде трех расплавных включениях из Срх после их выдержке при 580-720оС появлялась кайма Н2О, занимающая до 30 об.% флюидного пузырька. В некоторых (С2) включениях она присутствует при комнатной температуре и при охлаждении замерзает при -35оС. Температура плавления льда близка к ОоС. Температура гомогенизации такого флюида в жидкость отвечает ЗОбоС. Исходя из Р-У-Т свойств чистой воды, в момент начала плавления дочерних фаз (солидуса системы) во включениях (ЭООоС) флюидное давление могло достигать 5.7 кбар.

Между дочерними кристаллами кальцита во включениях (К2) были также обнаружены двухфазные (жидкость-газ) флюидные обособления. Их гомогенизация в жидкость происходит при 156-160°С, а полное замерзание при -28°С. Неопределенность состава водного раствора не позволяет точно оценить его плотность. Концентрация НгО в расплаве включений, рассчитанная по объемным соотношениям фаз (цеолиты и другие водосодержащие минералы), составляет 2.4 мас.%.

Включения в апатите

Р-апатит встречается в виде кристаллов до 5 мм, в качестве кристаллических включений в различных породообразующих минералах, в основной массе породы. Все изученные апатиты обогащены 1.а2Оз, Се2Оз, вгО. Силикатные

включения в мелкоигольчатом апатите из клинопироксенов гомогенизируются при температуре до 1180оС и 1 атм. В апатитах поздней стадии кристаллизации различных пород присутствуют более сложные включения, расположенные по зонам роста.

Силикатные включения мелкозакристаллизованы, флюидная фаза часто не видна При 1050оС и 3 кбар включения в апатите обр. 87 гомогенизировались, в обр. 85 - содержали газовый пузырек, занимающий не более 1-2 об.%, а в обр. 91а -рудную фазу и несколько обособлений флюида. Таким образом, наиболее высокотемпературные апатиты принадлежат фергусит-порфиру (обр. 91а). Солевые включения. В крупных кристаллах апатита встречены солевые полифазные включения размером до 300 мкм, содержащие дочерние апатит, фториды, сульфаты, хлориды и рудную фазу. Начало плавления вещества отвечает 200-360°С, а при охлаждении с более высоких температур (600-9б0°С) вещество быстро кристаллизовалось (типичное поведение солей). Нагревание солевых включений при 1 атм в ряде случаев приводило к их разгерметизации. В опытах при 1000 и 1050°С и давлении 4 и 3.9 кбар вакуоли оставались герметичными Комбинированные силикзтно-солееые включения. Исследование комбинированных силикатно-солевых включений с помощью электронного микрозонда показало обогащение различных участков Р, С1, в, Ыа, К, Ва, вг, La, Се. Участки кристаллизации силикатов характеризуются высокими концентрациями в1, А1, Ыа, К, Са. Среди рудных фаз определены титаномагнетит и рутил (?). Дочерние фазы - биотит, амфибол, фосфат кальция, содержащий 3 мае. % Р, 1.9 мас.% вг, 0.62 мас.% La, 1.1 мас.% Се, калиевый полевой шпат (Ап 11 АЬ 55 0г 34) и бейделлит - высокоглиноземистый минерал из группы монтмориллонита. Этот минерал стабилен в щелочной среде при температуре менее 480оС и его образование связано, вероятно, с низкотемпературными изменениями дочернего щелочного полевого шпата во включениях под влиянием накапливающейся во включениях воды. Плавление солевого вещества в таких включениях при 1 атм начиналось при 195оС, а заканчивалось при 620оС. В опыте при ЮООоС и 4 кбар одно из крупных включений (300 мкм) оказалось разделенным на две практически равные части -солевую и силикатную Солевой расплав был мелкозакристаллизован, а силикатная часть содержала стекло и единичные кристаллы. Разделение включений на дее контрастные по составу части свидетельствуют о том, что в условиях проведения опытов во включении находились две несмешивающиесяжидкости.

Включения во флюорите

Флюорит (обр 87ж) флюорит-клинопироксен-гранатового прожилка содержит включения трех типов: (1) первичные солевые расплавные, (2) первично-вторичные высококонцентрированные, (3) вторичные со слабоминерализованными растворами. Кроме того, зерна флюорита содержат твердые включения кальцита, бассанита, портландита, иногда в сочетании с клинопироксеном и кварцем.

Среди первичных солевых включений выделено три разновидности. Дочерние фазы в (1) занимают 90-95 об.%, флюидная фаза-3~об.%, количество жидкой воды составляет 1-2 об.%. Включения многофазны, большую часть объема вакуоли занимает бассанит (СаЭСчхО.б НгО), связывающий не менее 3 мас.% воды. Кроме бассанита, определены портландит, галит (содержащий до 0.2 мас.% К), до 3 об.% карбоната и 1 об.% рудной фазы. Гомогенизация включений наблюдается при 680-740°С. При этом газовая фаза исчезает всегда раньше полного растворения дочерних кристаллов.

Доля дочерних кристаллов в (2) типе включений ниже - 80-85 об.%. Фазовый состав аналогичен включениям (1), объем галита возрастает. Температура гомогенизации 570-680°С.

Поведение бассанит-содержащих включений характеризуется некоторыми особенностями при нагревании. При относительно невысокой температуре, (порядка 250°С), происходит растворение газового пузырька включения. Повышение температуры приводит к повторному обособлению газовой фазы, исчезающей вновь при 410°С. Полное плавление кристаллических фаз и гомогенизация наблюдаются при 740°С. Подобное явление зафиксировано во многих включениях и объясняется потерей воды сульфатом Са при нагревании.

Во включениях (3) объем флюида превышает 50%. Среди дочерних кристаллов диагностированы галит и сильвин, бассанит встречается в небольшом количестве. Растворение кристаллов KCI происходило при 60-70°С, гомогенизация включений - при 300-420°С. Во включениях, не содержащих кристаллических фаз, гомогенизация наблюдается при 220°С и ниже.

Для некоторых включений во флюорите были проведены повторные определения, показавшие изменения температур растворения газа. Например, при первом измерении температуры исчезновения газовой фазы и гомогенизации (плавления фаз) составляли 172 и 350°С, при повторном - 294 и 352°С соответственно. Подобное явление для включений во флюоритах отмечалось Э. Реддером (1987) и связано с растяжением включений при нагревании под действием высокого флюидного давления. На основании температур растворения соли и газа в этих включениях установлено, что они образовались при давлении не менее 2 кбар.

Составы расплавных включений

Составы расплавных включений (Соловова и др., 1986, 1992, 1993, 1996) характеризуются низкими содержаниями МдО и FeO, низким отношением MgO/FeO и высокими концентрациями СаО и щелочей, причем КгО преобладает над NaaO (мас.%): SiCh-46-59, ТЮ2 0.5-1.6, Al203 1—18, FeO 1.5-11, MgO 1-3, СаО 3-11, Na20 28, КгО 5-13, ВаО 0.2-2.8, SrO 0.1-0.7, CI 0.4-0.76, S 0.1-0.3. Установлено, что клинопироксены прожилка и породы содержат сосуществующие карбонатные и силикатные расплавные включения, являющиеся следствием высокотемпературного карбонатно-силикатного расслоения щелочного расплава. Единственные вкрапленники в силикатной части обр. 27а - клинопироксен и лейцит, в карбонатных шлирах - клинопироксен. В поведении некоторых элементов, в первую очередь щелочей и бария, существенную роль играло отделение карбонатного расплава. Для исследования этого эффекта были использованы парные диаграммы Пирса. Они показали, что изменение составов расплавов описывается в первую очередь кристаллизацией клинопироксена и лейцита. В этом случае вариации концентраций некоторых компонентов определяются перераспределением К и Са между образующимися расплавами. Расчеты показали, что в процессе эволюции калий должен поступать из карбонатного расплава в силикатный. Для Na, Ba и Са тенденция противоположная, т.е. наблюдается их перераспределение из силикатного расплава в карбонатный.

Оценка состава карбонатной жидкости по одному разрезу включения на поверхности полированной пластины приведена в таблице 5. Так как распределение дочерних кристаллических фаз в объеме включений неравномерно, повторная оценка соотношения фаз по пяти разрезам включений с шагом на глубину 10 мкм дала более точные результаты. Карбонатный расплав, захваченный включениями, оказывается существенно кальцитовым с заметной долей натрия. Обращает на себя внимание довольно высокое содержание кремния. По большинству компонентов этот состав близок к составу карбонатитов Форт Портал (von Knorring, Dubois, 1961), отличаясь более высокими содержаниями Ва и низкими Fe и Мд.

Таблица 5. Сравнение составов карбонатитовой магмы,

полученной различными способами расчета

Si02 ТЮ2 А120з FeO MgO CaO BaO SrO Na20 КгО C02 H20 F s

1 20.2 0.5 7.7 2.0 0.1 33.8 2.3 1.3 0.5 3.5 25.5 2.5 0.0 0.0

2 16.1 06 34 55 02 37.2 09 03 29 20 29 3 15 00 00

3 13.8 1.9 3.2 12.3 8.7 35.4 0.2 0.0 1.0 02 11.3 3.8 0.3 0.4

Примечание. 1 - расчет по 1 разрезу включения, 2 - расчет по 5 разрезам одного включения, 3 - карбонатитовая магма Форт-Портал (von Knorring, Dubois, 1961). Средняя плотность карбонатитового расплава 2.86 г/см3.

Обнаружение карбонатных и силикатных расплавных включений в одних и тех же зонах клинопироксена при температурах до 1180°С, а также их комбинированных разностей, в которых сосуществование двух расплавов можно непосредственно наблюдать в ходе термометрических опытов, определенно свидетельствует о том, что кристаллизация клинопироксена происходила в условиях карбонатио-силикатной жидкостной несмесимости. Начало ликвации совпадает с самыми ранними зафиксированными стадиями кристаллизации расплавов. Пространственное разделение силикатного и карбонатного расплавов проявилось и на макроуровне, в образовании карбонатитовых тел в пределах Верхнедункельдыкского массива (Файзиев, Искандеров, 1992). Разделившиеся карбонатная и силикатная фазы продолжали находиться в химическом равновесии. Кристаллизация лейцита приводит к снижению содержания калия в силикатном расплаве и к дальнейшему перераспределению калия из карбонатной жидкости в силикатную. Одновременно наблюдается перераспределение в карбонатный расплав натрия и бария, которые накапливаются в ходе кристаллизации силикатных минералов.

Эволюция карбонатного расплава при дальнейшей консолидации комплекса фиксируется более поздними солевыми и флюидными включениями. Помимо силикатных минералов, первым из этого расплава кристаллизуется кальцит. Это приводит к накоплению в остаточном расплаве щелочей, а также серы, фосфора и воды. На ранних этапах CI и F концентрируются в основном в силикатной жидкости, но при снижении температуры эти элементы в большей степени перераспределяются в карбонатную жидкость. В результате расплав из существенно карбонатного становится карбонатно-солевым и впоследствии чисто солевым хлоридно-фторидным с очень небольшой примесью карбонатного материала. Этот процесс фиксируется в силикатно-солевых включениях в позднем апатите. Заключительные стадии эволюции солевого расплава связаны с осаждением флюорита и сульфата, кальция (бассанита) и находят отражение в ранних включениях во флюорите. Напомним, что в силикатных и высокотемпературных карбонатитовых расплавах определены высокие концентрации НгО в момент их кристаллизации (до 2 и 2.4 мас.%, соответственно), а также углекислота, количество которой по (Papale, 1997) оценивается в 1 мас.%.

Таким образом, изучение магматических включений в минералах памирских калиевых базальтоидов позволило установить факт карбонатно-силикатной жидкостной несмесимости расплавов при температурах 1100 -1 150°С и давлении до 5.7 кбар, определить составы образовавшихся при этом силикатного и карбонатного расплавов, проследить эволюцию этих расплавов во времени, вплоть до образования низкотемпературных солевых расплавов-рассолов.

Мелилитолиты карбонатит-содержащего щелочного комплекса Гардинер, Гренландия

В состав кольцевой комплекса Гардинер входят дуниты (оливин+хромит), оливиниты (оливин+магнетит), пироксениты, мелилитолиты (плутонические богатые мелилитом породы) и йолиты. Породы даек представлены лампрофирами. ларнит-нормативными меланефелинитами, нефелинитами и фонолитами. Характерно присутствие карбонатитов. Комплекс имеет диаметр около 5 км и датируется в 50 млн. лет. Изотопные данные (Sr, Nd, С и О) предполагают единый обогащенный источник, связанный с Исландским плюмом, и незначительную роль коровой контаминации (Nielsen etal., 1993).

Нами изучены образцы из мелилитолитовой кольцевой дайки в центральной части комплекса (Nielsen, 1980). Клинопироксен-содержащие и безпироксеновые мелилитолиты содержат вкрапленники идиоморфного мелилита (до 60%), леровскита, апатита и флогопита. Перовскит и мелилит мелилитолитов нижней части безпироксеновых мелилитолитов наполнены различными микровключениями.

В перовските и мелилите мелилитолита (обр. GGU 303824) выделено несколько типов расплэвных включений. К первому типу отнесены закристаллизованные существенно силикатные и силикатно-карбонатные включения с дочерними клинопироксеном, монтичеллитом, мелилитом, флогопитом, перовскитом, магнетитом, гидрогроссуляром, цеболитом, нефелином, Са-Мд гидросиликатами, лектолитом, апатитом, кальцитом и шортитом. Ко второму типу отнесены существенно карбонатные включения в краевых частях кристаллов мелилита. Включения третьего типа характеризуются комбинацией расплавных и флюидных разностей в невыдержанных соотношениях, от чисто флюидных до расплавных. Они классифицированы как типичный продукт кипения флюида при снижении давления с образованием двух несмесимых, низко- и высокоплотных, фаз.

Зерна перовскита, содержащие включения первого типа, помещались в запаянные платиновые ампулы и нагревались до 1050оС и 1100°С. Гомогенизация расплавов при этих условиях не достигалась, включения содержали недоплавленные дочерних нефелин, канкринит, волластонит, мелилит и диопсид. Однако наиболее мелкие включения содержали стекло и газ.

Плавление вещества включений первого типа в мелилитах начиналось при 400-450°С. При дальнейшем нагревании большинство вакуолей вскрывалось. Однако некоторые сохранившиеся включения гомогенизировались при температурах, близких к 1070-1100°С.

Фазы включений второго типа в мелилите начинали плавились в интервале 400 - 885°С. Максимальная температура гомогенизации (1030 - 10б0°С) отмечается для включений в центральных зонах вкрапленников. При резком охлаждении многие включения мгновенно закристаллизовывались, образуя тонкозернистые агрегаты (признак солевого расплава).

Включения третьего типа в мелилите. Плавление вещества расплавных включений, ассоциирующих с низкоплотными флюидными, начинается при очень низкой температуре - 200-240°С. При 530°С наблюдается интенсивное растворение дочерних фаз. Для включений в центральных зонах оно заканчивается при 1030°С, в краевых участках кристаллов - при 900°С. В сингенетичных флюидных включениях газ замерзает при -100°С и плавится при -5б.7± 0.3°С, что отвечает чистой СОг.

Составы гомогенизированных стекол включений первого типа в мелилите и перовските отвечают низкокремнистым высокощелочным (Na+K)/AI>1) мелилититовым расплавам с высокими концентрациями СаО, TiO2, Р2О5 Na2O (табл. 6). Низкие суммы анализов (до 90%) могут свидетельствовать о присутствии летучих компонентов.

Таблица 6. Химические составы гомогенизированных включений в мелилите перовските, мас.%_

&02 ТЮ2 А1203 РеО МпО МаО СаО №гО КгО р2о5 ВаО БЮ Сумма

Включения (1^ в мелилите

1 37.9 5.4 9.2 9.7 0.3 5.6 16.1 3.1 1.4 2.4 0.4 0.2 91.6

2 38.4 5.4 9.6 7.7 0.3 2.7 16.2 3.1 1.5 2.4 0.6 1.1 89.0

3 34.7 5.2 8.7 11.1 0.2 7.1 17.9 5.4 2.0 2.1 0.3 0.6 95.3

4 35.3 4.7 8.6 8.8 0.3 4.1 21.0 6.5 1.1 2.7 0.1 0.6 93.9

5 34.4 5.7 7.5 8.9 0.2 4.3 22.0 5.8 1.0 2.7 0.1 0.6 93.1

6 36.1 4.3 9.7 8.9 0.2 4.3 17.6 4.0 1.8 1.9 0.3 0.7 89.7

7 34.8 5.0 7.6 7.0 0.1 4.7 21.5 5.6 1.3 2.2 0.4 0.7 90.7

8 33.6 4.8 8.1 9.4 0.2 7.6 20.5 4.7 2.4 2.7 0.4 0.5 94.8

9 36.0 4.7 7.9 9.1 0.4 5.0 20.0 5.2 1.2 3.0 0.2 0.6 93.3

10 36.0 4.9 10.0 9.7 0.3 5.7 18.8 5.4 1.9 2.2 0.4 0.6 95.9

11 35.2 4.9 9.5 9.4 0.3 4.2 17.4 4.8 1.5 1.8 0.3 0.6 89.8

12 35.7 5.0 8.8 9.1 0.3 5.0 19.0 4.9 1.6 2.4 0.3 0.7 92.5

Включения (1) в перовските

13 35.8 4.3 8.9 8.4 0.3 4.1 14.8 4.5 2.7 3.3 0.7 0.5 88.2

14 36.2 3.4 6.7 8.1 0.1 6.5 20.6 5.6 2.0 2.6 0.7 0.3 92.9

15 36.5 3.8 7.6 8.1 0.3 5.1 18.8 5.2 1.8 3.6 0.6 0.4 91.7

16 36.1 4.1 6.8 10.9 0.3 3.3 17.8 4.6 1.9 3.1 0.7 0.1 89.8

17 37.2 3.9 9.0 8.8 0.3 5.1 16.6 4.4 1.9 2.9 0.7 0.4 91.1

18 36.7 4.2 8.9 8.3 0.2 5.0 15.7 4.0 2.2 3.0 0.7 0.5 89.3

19 36.6 3.9 8.4 8.6 0.3 4.8 17.1 4.9 2.2 3.0 0.7 0.4 90.7

20 38.0 3.3 11.4 7.6 0.2 4.1 15.1 6.2 3.2 2.3 0.6 0.4 92.3

Составы включений второго и третьего типа (табл. 7) резко контрастируют по количеству СаО и щелочей. Высокотемпературные карбонатные включения второго типа содержат до 48 мас.% СаО при Ыа20+КгО до 13 мас.%. В низкотемпературных включениях третьего типа, образовавшихся за счет распада флюида, количество Ыа20+КгО доходит до 26 мас.%, что выше концентрации СаО (до 22 мас.%). Концентрации КгО и РгО5 во включениях второго типа выше по сравнению с включениями третьего типа в 2.7 и 2.5 раза, соответственно. В обоих типах включений отношение Ыа20/К20»1 (до 10 для включений типа 2 и до 53 для включений типа 3).

В трех анализах включений третьего типа наблюдаются высокие концентрации ВаО (до 29 мас.%) и/или вгО (до 5 мас.%). Скорей всего это связано с присутствием в вакуолях крупных дочерних фаз стронциокарбоната и барита. Включения первого типа в перовските и мелилите изначально содержали карбонатную фазу - шортит №2Са2(СОз)з]. Однако составы включений силикатные, резко недосыщенные кремнекислотой (БЮг < 38 мас.%). Для мелилита отмечается более широкий интервал кристаллизации, в который попадают и включения в перовските. Клинопироксен и флогопит плавятся во включениях последними (за исключением мелилита). В процессе кристаллизационной дифференциации составы магм должны перемещаться в направлении волластонит-нефелинового парагенезиса или мелилит - фельшпатоидных обогащенных карбонатами расплавов типа бергалитов, что следует из ассоциации дочерних фаз включений. В комплексе Гардинер бергалиты обнаруживаются в виде даек в верхней части кольцевой дайки.

Из двух установленных типов карбонатных включений высококальциевый расплав второго типа более высокотемпературный по сравнению с включениями третьего

Таблица 7. Валовый состав солевых включений (2) и (3) групп, мас.%_

ЭЮг РеО МдО СаО Ыа?0 К?0 РгО* ВаО БгО Сумма Л/а/К

Включения (2)

1 0.30 0.01 0.36 48.37 8.46 1.43 2.38 0.01 0.31 61.63 5.92

2 0.01 1.06 0.14 39.92 11.56 1.14 1.81 0.01 0.29 55.94 10.14

3 0.36 0.13 1.37 42.13 8.61 1.27 1.89 0.01 0.36 56.13 6.78

4 0.18 0.32 1.08 47.66 7.33 1.35 1.94 001 0.36 60.23 5.43

5 0.43 0.67 1.23 44.85 7.67 1.31 2.01 0.01 0.38 58.56 5.85

6 0.26 0.32 0.84 44.59 8.73 1.30 2.01 0.01 0.34 58.40 6.72

Включения (3)

7 0.25 0.27 0.41 17.43 26.03 0.49 0.60 0.01 0.01 45.50 53.12

8 0.22 0.27 0.65 17.48 25.48 0.49 0.71 0.08 0.22 45.60 52.00

9 0.32 4.08 0.77 18.35 17.45 0.43 1.40 0.13 0.28 43.21 40.58

10 0.28 0.49 0.85 21.99 32.00 0.52 0.76 0.22 5.05 62.16 61.54

11 0.64 0.35 0.59 19.80 27.29 0.55 0.76 29.16 2.32 81.46 49.62

12 3.07 0.87 1.07 21.80 37.58 0.52 0.80 27.97 2.35 96.03 72.27

13 0.30 0.33 0.45 17.51 35.99 0.39 0.82 26.75 0.01 82.55 92.28

14 000 0.99 0.49 25.29 24 68 0.68 0.00 0.92 1.44 54.49 36.29

Примечание. Анализ 14 - состав магмы Олдоньи Ленгаи 2 - ТЮ2 - 0.24%, 11,12 - AI2O3 - 0.16 и 0.43%

типа, хотя начало плавления дочерних фаз в них (солидус) близки. Расположение включений типа 2 в краевых зонах мелилита, понижение температуры кристаллизации по отношению к включениям первого типа, наследование геохимических особенностей (карбонатная специфика, присутствие СОг) позволяют предположить отделение карбонатных расплавов от силикатной магмы.

Механизм образования натрокарбонатитового расплава. Снижение температуры и давления, приводит к дальнейшей эволюции системы и отделению флюида, который экстрагирует щелочные элементы. Экспериментальными исследованиями солевых систем (наиболее изученная система NaCI - H2O) установлен распад флюида в условиях падения давления на низкоплотную (газ) и высокоминерализованную составляющие. Чем ниже Р-Т параметры распада, тем полярней составы, и возникающая плотная фаза представляет собой практически расплав. Это явление и наблюдается в изучаемом объекте. Пространственная сопряженность (сингенетичность) солевых и флюидных включений, выдержанность размеров вакуолей и образование многочисленных комбинированных разностей, с широкими вариациями отношений флюид - твердое вещество также подтверждают их образование за счет процессов кипения флюида. Сочетание изначальной обогащенности расплавов карбонатами, СОг и высокая щелочность расплавов привели к возникновению магматических натрокарбонатитов на поздней стадии эволюции магм. Составы таких расплавов близки к Na-карбонатитами Олдоньи Ленгаи. Вполне возможно, предложенный сценарий образования микровключений осуществлялся в природе, дав уникальное лавовое озеро в Танзании.

Говоря об уникальности натрокарбонатитового магматизма Олдоньи Ленгаи, Даусон и др. (Dawson et. al., 1995) подчеркивали, что силикатные магмы комплекса типичны для многих щелочных провинций. Однако подобные карбонатные расплавы больше нигде не встречаются. Возможность образования Na-карбонатитов в

процессе ликвации попытались подтвердить Къясгаард и др. (Kjarsgaard et.al., 1995). В результате действительно были получены натрокарбонатитовые расплавы, однако силикатная жидкость характеризовалась высоким содержанием SiO2 (до 48%).

Таким образом, для объяснения генезиса магм щелочных карбонатитов ликвация оказалась лишь первым этапом На втором этапе кипение флюида, являющегося концентратором щелочей, приводит к обособлению плотных натрокарбонатитовых расплавов.

Фоскориты карбонатит-содержащего щелочного комплекса Палабора, ЮАР

Щелочно-карбонатитовый комплекс Палабора (северовосточный Трансвааль, ЮАР) является уникальным объектом, содержащим огромные запасы апатитовых руд, вермикулита, урана и меди. Возраст комплекса составляет 20122047 млн. лет. (Erickson, 1989). Комплекс внедрен в архейские граниты, гнейсы, кварциты, гранулиты, амфиболиты и тальковые и серпентиновые сланцы. Он представляет собой сложный кольцевой массив. Около 70% комплекса сложено клинопироксенитами. В центральной части, наряду с карбонатными породами, присутствуют фоскориты. Их средний модальный состав включает 25% апатита, 18% карбоната, 35% магнетита и 22% серпентина, оливина и слюды. Единственной работой, посвященной термогеохимическому (включения в диопсиде и ортоклазе) изучению условий образования медь-содержащих фельшпатоидных пироксенитов Палаборы, является сообщение Элдоуса (Aldous, 1986). Мы изучали монокристаллы апатита размером до 1 см из фоскоритов южного ядра комплекса. Апатит содержит многочисленные включения - солевые расплавные, кристаллические, низкоплотные флюидные и газово-жидкие водные. Дополнительно исследованы включения в клинопироксенах пироксенитов кольцевого обрамления.

Кристаллические включения. Обильные моно- и полифазные включения в кристаллах апатита размером до 10 мм представлены разнообразными минералами. Среди них наиболее обилен кальцит разнообразной морфологии, часто ассоциирующий с флюидом. Во флюидных включениях этого типа также наблюдаются мельчайшие зерна кальцита. Характерно невыдержанное соотношение газ/раствор. Подобные включения располагаются вдали от поздних трещин в апатите и образовались, по-видимому, за счет вторичного прогрева первичных включений и увеличения внутреннего давления. При нагревании до 630°С на поверхности зерен кальцита появляются двухфазные обособления размером менее микрона, укрупняющиеся при нагревании до 860°С. При 990°С наблюдалось массовое вскрытие включений. Таким образом, интенсивные изменения характеризуются температурным интервалом 630-860°С.

Клинопироксен присутствует как в виде крупных игольчатых кристаллов в апатите, так в составе полифазных твердых включений совместно с амфиболом, флогопитом, рутилом и сфеном. Единичные кристаллы портландита (показатели светопреломления, определенные на сколе агрегата в иммерсионных жидкостях, равны /7О=1.576 и ле=1.543 и отвечают табличным данным) имеют вид бесцветных очень тонких базальных гексагональных пластинок или округлых обособлений. В большинстве случаев они ассоциируют с газовым пузырьком. Аналогичные формы выделения портландита из расплава описаны Уайли и Татлом при экспериментальном изучении системы СаО-Н2О-СО2 (Wyllie & Turtle, 1994). Широко распространены твердые включения кальцита с вростками портландита. При нагревании первые признаки изменения портландита наблюдались при 700°С. При 800°С вокруг кристаллов портландита возникали каймы расплава с газовым пузырьком. Сам кристалл при этом в значительной мере резорбировался. При этом гексагональные контуры вакуолей и их размеры полностью сохранялись.

Нагревание до 326°С привело к росту нового гексагонального кристалла на поверхности резорбированного, а размер газовой фазы уменьшился.

Цеолиты образуют оптически изотропные небольшие шаровидные включения в апатите. Всего изучено 30 включений цеолитов. При 520-585°С цеолиты резорбировались. Присутствие в вакуолях жидкости подтверждалось движением газового пузырька (наблюдения при 800 и 1100°С). Барит встречается крайне редко и только в составе крупных включений.

Солевые расплавные включения. В клинопироксенах пироксенитов присутствуют два типа полифазных первичных солевых расплавных включений (Nielsen etal., 1995, 1997). В первом типе включений оптически изотропные и анизотропные дочерние фазы занимают 80-85 об.%, во втором— до 95 об.%. Межзерновое пространство во включениях первого типа занято водным раствором и небольшим (до 5-7 об.%) газовым обособлением. Межзерновой раствор замерзал при охлаждении до -64°С и начинал плавиться при -37.5°С (ионный состав раствора Na+, К*, Mg2*, Fe и СГ), что было принято нами за температуру эвтектики. При температуре -14°С (17.8 мас.% экв. NaCI в растворе) включения приобретали первоначальный вид - кристаллы+рэствор+газ. Температура гомогенизация газового пузырька в жидкость отвечает 450-480°С (плотность раствора 0.68-0.59 г/см3). Повышение температуры до 700-730°С приводило к подплавлению дочерних фаз и, в дальнейшем, разгерметизации включений. Учитывая полученные данные по водным растворам в этих включениях, давление в момент обособления флюида составляло 1.8-2 кбар. Среди изученных первичных включений в диопсидах Guide Mine, Палабора (Aldous, 1986) ближе всего к описываемым нами включениям с общей температурой гомогенизации 980-1000°С. Минеральный парагенезис дочерних фаз во включениях состоит из диопсида, ортоклаза, апатита, кальцита, а также КНСОз, KCI и NaCI.

Плавление дочерних фаз во включениях 2 типа отмечалось при 260°С. При 425°С количество резорбированных дочерних фаз достигало 50-60 об.%, а при 800°С сосуществовали расплав и газовый пузырек небольшого объема. Температура полной гомогенизации включений оценена как 850-870°С.

Обнаружены единичные включения солевых расплавов в апатитах фоскоритов. Среди дочерних фаз диагностированы кальцит, апатит, флогопит, клинопироксен и флюорит. Газовая фаза находилась в межзерновом пространстве. Характеристика минералов. Флогопит характеризуются высокой магнезиальностью и низким содержанием AfeCb и ТЮг. Дефицит АЬОз (содержание до 0.8 мас.%) компенсируется трехвалентным железом в тетраэдрических позициях. Низкие концентрации ТЮг во флогопитах (не более 0.78 мас.%) согласуются с их равновесностью с кзрбонатитовой магмой (Le Bas, Strlvastrava, 1989), а высокие концентрации К2О связаны с явлениями выщелачивания (только на востоке, в районе Kruger National Park (Heinrich, 1970).

Магнезиальность клинопироксенов коррелирует с формой кристаллических включений. Максимальная магнезиальность характеризует игольчатые и призматические кристаллы клинопироксенов в апатитах, а также дочерний клинопироксен расплавного солевого включения в апатите и клинопироксен из пироксенитов (тд = 0.93-0.90). Для клинопироксенов из агрегатов второй и третьей групп (кальцит+фазы) величины тд частично перекрываются и снижаются вплоть до 0.63.

Цеолиты относятся к высококалиевым разностям. Содержание НгО, судя по дефициту суммы анализов, равно 11-14 мас.%. Близкие по составу цеолиты определены нами в карбонатитовых включениях из клинопироксенов щелочных базальтоидов Восточного Памира, а также Къярсгаардом и Петерсоном в

карбонатитовой глобуле в фонолитах вулкана Шомболе, Танзания {Kjarsgaard & Peterson, 1991).

Дочерние фазы солевых включений представлены кальцитом (55 об.%), апатитом (25 об.%), флогопитом (10 об.%), флюоритом (5 об.%) и клинопироксеном (5 об.%). Состав солевого расплава был рассчитан с учетом соотношения фаз вп включении и их плотностей (мас.%): SiO2 7.3, FeO 0.7, MgO 3.2, AI2O31. 1, CaO 48.8, Na2O 0.1, КгО 0.8. ВаО 0.1, SrO 0.4, F 3.4, Р2О511.5. Высокие содержания Р2О5 и F коррелируют с присутствием F- и Р-содержащих дочерних фаз (апатита, флюорита и флогопита). В то же время низкая глиноземистость расплава хорошо согласуется с низким содержанием АЬОз в большинстве проанализированных флогопитов. Плотность карбонатитового расплава составляет 2.94 г/см3.

Среди фаз в комбинированных флюидно-солевых включениях определены портландит и кальцит. Отдельные участки включений характеризуются высокими содержаниями ВаО (до 2.47 мас.%), SrO (до 0.54%), Р2О5 (до 5.86%), F (до 0.35%) и Се2Оз. Обогащенность системы ВаО нашло отражение в кристаллизации барита (в составе сложных кристаллических агрегатов).

Поздние газово-жидкие включения в краевых зонах апатита при комнатной температуре содержат жидкость и газ, а также кристаллы галита (NaCI). Они характеризуют эволюцию флюидов после формирования фоскоритов. По температурам эвтектики (-54, -36 и -25°С), плавления льда (концентрация растворов в пределах 4 до 27 мас.% экв. NaCI) и полной гомогенизации (от 225 до 410°С) выделено три типа хлоридных растворов, со сменой катионной части в ряду Са2+ - Мд2+ - Na+ (Борисенко, 1977). Давление, оцененное по включениям, варьирует от 180 бар до 1.45 кбар.

Реакционные изменения твердых включений кальцита ниже 750°С нельзя объяснить присутствием небольших количеств воды на поверхности (Ting et. at., 1994), поскольку поле кальцит + жидкость + пар в системе СаСОз - Н2О расположено выше 750°С при 1 кбар (Wyllie, Tuttle, 1959). Нахождение портландита в виде твердых включений в апатите и в качестве дочерней фазы солевого компонента в составе сложного включения флюид-солевой расплав, а также высокое содержание СаО (до 65 мас.%) в составе некоторых кальцитов позволяют предположить, что на самом деле во многих случаях мы имеем дело с мелкозернистыми вростками портландита в кальците. Максимальные концентрации СаО в таких срастаниях близки к эвтектическим в системе СаСО3-Са(ОН)2 [44СаСО3 - 56Са(ОН)2 (Wyllie & Tuttle, 1960)]. В системе СаО-СО2-Н2О эвтектика флюид-кальцит-портландит имеет состав 65СаО-19СО2-16Н2О при 675°С и 1 кбар.

Присутствие солевых расплавных включений свидетельствуют об участии магматических расплавов в формировании карбонатитов комплекса. Для солевого расплава в клинопироксене пироксенитов температура и давления близки к 850-870°С и 1.8-2 кбар. Солевой расплав из включений в апатите характеризуется очень высоким содержанием фосфора (11.5 мас.%). Очень близкие концентрации (12.5 мас.%) были получены при экспериментальном изучении карбонатитовых расплавов в равновесии с апатитом Рябчиковым и др. (Ryabchikov et. al., 1993). Образование апатита фоскоритов, согласно нашим исследованиям, происходило при 720-750°С и давлении порядка 1.8 кбар и ниже.

Интрузивные карбонатиты, в отличие от карбонатитовых лав, преимущественно состоят из карбонатов с резким преобладанием кальцита. Высокие температуры плавления и неустойчивость расплавов этих карбонатов при умеренных (коровых) давлениях не позволяет допустить существование магм, в точности отвечающих составам кальциокарбонатитов. Поэтому обычно

предполагается присутствие в системе добавочных компонентов, снижающих температуры кристаллизации. Главными флюсирующими компонентами являются карбонаты щелочей. Их участие в формировании интрузивных кальциокабонатитов можно считать доказанным после обнаружения ньеререита [№2Са(СОз)г] во включениях в перовските и цирконолите из карбонатитовых месторождений вост. Сибири (Kogarko et. al., 1991). Подобные высокощелочные карбонаты в микровключениях в минералах карбонатитов Палаборы обнаружены нами не были.

Температуры плавления в системах на основе СаСОз могут снижаться за счет присутствия иных добавочных компонентов. Экспериментально продемонстрировано снижение температур плавления в системе СаО-СОг-НгО (Wyllie, Turtle, 1960). Отсутствие портландита в минеральных ассоциациях карбонатитов ставило под сомнение приложимость системы СаО-СОг-НгО к объяснению образования низкотемпературных карбонатитовых расплавов. При изучении включений портландит был обнаружен в карбонатитах Палаборы и в карбонатитовых жилах восточного Памира. Вполне вероятно, что он распространен достаточно широко в карбонатитах, но пропускался при минералогических исследованиях вследствие мелкозерности его выделений. Наряду с портландитом, важная роль НгО в карбонатитовых магмах доказывается также обнаружением кристаллических микровключений цеолитов. Установленные высокие содержания фосфатов и фторидов в карбонатитовых магмах Палаборы свидетельствуют о том, что эти компоненты также могут играть важную роль в снижении температур плавления и расширении полей устойчивости карбонатитовых расплавов.

СравнительнаяхарактеристикащелочныхпородМальберга, вулк. Чукотки

и Вультуре

Высокощелочные ультраосновные породы вулканических комплексов Мальберга и Чукотки имеют близкие геохимические характеристики (табл. 8), а также условия кристаллизации магм и флюидного режима.

Таблица 8. Составы первичных магм в равновесии с Fo 92, мас.%

Мальберг Чукотка Вультуре

Si02 40.70 40.77 39.91 39.95 40.40 39.98 39.95 40.93 41.82 39.34

ТЮ2 2.50 1.93 2.77 2.40 3.41 3.92 2.38 1.33 1.13 2.82

А1203 13.88 9.59 8.14 7.84 11.62 12.08 7.77 14.35 15.05 10.26

FeO 8.05 12.30 13.82 14.34 10.93 10.23 14.36 8.16 7.39 12.30

MgO 12.56 22.38 23.54 23.82 17.06 15.19 23.99 13.36 12.38 19.82

CaO 12.10 10.42 6.88 6.92 9.66 10.46 6.86 12.28 14.58 9.00

Na20 6.99 1.84 2.91 3.22 4.64 5.36 3.19 4.72 3.78 3.23

КгО 2.72 0.42 1.71 1.33 2.17 2.30 1.31 4.22 3.48 2.98

Рг05 н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. н.о.

BaO 0.27 0.16 0.11 0.10 0.10 0.19 0.10 0.30 0.24 0.09

SrO 0.22 0.18 0.20 0.08 0.01 0.29 0.08 0.37 0.14 0.16

Са0/А1203 0.87 1.09 0.84 0.88 0.83 0.87 0.88 0.86 0.97 0.88

А120з/ТЮ2 5.56 4.98 2.94 3.27 3.41 3.08 3.27 10.79 13.34 3.64

Вулканиты характеризуются насыщением углекислотой, сочетающимся с ее катастрофической потерей в результате декомпрессии уже на больших глубинах, при давлениях не менее 5-8 кбар. На рис. 7 приведены сравнительные характеристики по основным петрогенным, редким и рассеянным элементам в стеклах включений из

оливинов. На эти же диаграммы нанесены данные по составам расплавов оливиновых меланефелинитов вулк. Вультуре.

Вулканиты представляют собой высококальциевые щелочные породы, с обогащением LREE (La/Yb до 90, сумма REE до 450 ррт для Мальберга, La/Yb до 74, сумма REE до 430 ррт для Чукотки, La/Yb до 177, сумма REE до 730 ррт для Вультуре). Исходные расплавы Мальберга более всего обогащены Ва и Nb (в меньшей степени Rb, Sr, Та, Th), расплавы вулк. Вультуре - Ва, U, Th (в меньшей степени Nb, Rb, Sr, Та). Магмы оливинового меланефелинита Чукотки характеризуются более низкими содержаниями несовместимых элементов, в

Рис. 7. Сравнительная геохимическая характеристика по петрогенным, редким и рассеянным элементам в первичных магмах щелочных пород Мальберга (белое поле), Чукотки (темное поле) и Вультуре (средне-серое поле), равновесных с мантийным оливином Fo 92 при 30 кбарах

Вариации

отношений Zr/Nb и Ce/Y (Hardarson, Fitton, 1991) свидетельствуют о том, что выплавление первичных магм контролируется

присутствием граната в мантийном рестите,

Гранатовая фация рестита также подтверждается

соотношениями CaO/AfeCh -А12Оз/ТЮ2 (Walter, 1998). Их парные корреляции позволяют также оценить степень частичного плавления субстрата для магм Мальберга и Вультуре менее 10%, в то время как для магм Чукотки она значительно ниже и составляет первые проценты (Walter, 1998). РТ-параметры выплавления магм Мальберга близки к 1580°С и 4.2 GPa, Чукотки - 1480-1520°С и 3.2 GPa, Вультуре - 1420-1470°С и 2-2.9 GPa. Для вулканитов Вультуре, где присутствуют лишь единичные флюидные включения СОг, расчеты РТ параметров по модели (Гирнис, 2003) хорошо согласуются с экспериментальными данными Вальтера (Walter, 1998).

Калиевые щелочные комплексы вост. Памира и вулк. Вультуре

Щелочные породы восточного Памира и вулкана Вультуре, в отличие от вулканитов Чукотки и Мальберга, представляют собой высококалиевые вулканиты,

39

особенности, Th, Та и Zr.

сопровождающиеся проявлениями карбонатитов. Несмотря на присутствие в расплавах углекислоты, ее интенсивного отделения, как в породах Мальберга и Чукотки, не происходило. В магмах К-базальтоидов Памира уже на ранних стадиях установлена заметная роль воды. В результате жидкостной несмесимости на высокотемпературном этапе М200°С и ~5 кбар) образуются два расплава -силикатный и существенно карбонатный. Аналогичные расплавы зафиксированы и в породах вул. Вультуре, но при более низких Р-Т параметрах. Карбонатные расплавы высококальциевые, с повышенным содержанием Р2О5, BaO, SrO. В обоих случаях присутствие СОг, НгО, Cl, S, F определяют геохимическую спецификацию наблюдающихся жидкостей.

Важная роль воды подтверждается присутствием среди минералов включений в породах Памира и Вультуре разнообразных цеолитов. Установлено, что более ранние кристаллы цеолитов обогащены Са и Ва, при снижении температуры сменяющиеся K-Sr фазами. Таким образом, кристаллизация богатых ВаО фаз характерна для высокотемпературных процессов (SrO накапливается в расплаве).

Карбонат- и цеолитсодержащих включений в минералах породы вулк. Вультуре появляются на промежуточной магматической стадии, отражая поступление более дифференцированной магмы. Длительная эволюция магм, динамичное перераспределение компонентов между силикатным и карбонатным расплавами при снижении температуры и давления, также как выступающая на первый план роль воды на поздне- и постмагматической стадии приводят к появлению среди фаз включений портландита (подобно карбонатитам Палаборы) и низкотемпературных, существенно сульфатно-фторидных расплавов - рассолов.

Мелилитолиты щелочного комплекса Гардинер

Мелилитолиты Гардинера характеризуются минимальными температурами и давлениями - 1060°С и первые сотни бар. Установлено, что на стадии относительно высоких температур (1060-1030°С) от силикатного расплава отделялась Са-карбонатная жидкость. При снижении температуры (1030-970°С) и давления растворимость флюида в расплаве снижается и он образует собственную фазу. Согласно коэффициентам распределения, в него перераспределяются щелочи, в первую очередь Na. Дальнейшее снижение РТ-параметров приводит к распаду (кипению) флюида с обособлением расплава-рассола, обогащенного Na, и низкоплотного газа. Образовавшийся в результате Na-карбонатитовый расплав содержал до 26 мас.% №гО и по составу приближался к натрокарбонатитовым лавам Олдоньи Ленгаи, Танзания. Для осуществления подобного механизма необходимо присутствие воды. Оно подтверждается наличием в качестве дочерних фаз во включениях различных водосодержащих минералов, например, пектолита, флогопита, канкринита. Экспериментальные исследования (Keppler, 2003) показали, что в карбонатитовых расплавах в интервале давления 0.3 - 0.5 кбар может растворяться от 2 до 6 мас.% Н2О. Однако расслоение флюида с образованием существенно водного низкоплотного газа и его удаление из магматической системы при дегазации могли привести к полной потери Н2О. Этот сценарий аналогичен установленному нами обогащению пантеллеритового расплава хлором (в виде глобул NaCI) в результате распада NaCI-НгО флюидов при относительно низких концентрациях НгО в валовом составе породы (Коваленко и др., 1989; Соловова и ДР- 1991).

Таким образом, на основании изучения включений в минералах предложен механизм образования уникального натрокарбонатитового расплава в результате

двухстадийного процесса: 1) расслоение типа силикатный расплав -кальциокарбонатитовый расплав и 2) отделение флюида и его распад по схеме обогащенный карбонатитовый расплав (рассол) - газ (низкоплотный водный пар).

Положение силикатных и карбонатных составов Мальберга и Гардинера на диаграмме ($Юг+А 1гОз) - (CaO+MgO) - (Na2O+K2O)

Известно, что, несмотря на близость составов расплавов и условий их кристаллизации, для некоторых пород установлены карбонатные проявления, для других - нет. Например, при близких петрографических и геохимических характеристиках пород Гардинера (карбонатит-содержащий комплекс) и Мальберга (безкарбонатитовый) между ними обнаруживаются и важные различия. По сравнению с расплавами Гардинера магма Мальберга характеризуется несколько более высокими концентрациями А120з И 8Ю2.

На тройной диаграмме 8Ю2+А1203+ТЮ2 - СаО+МдО+РеО - №20+К20 составы расплавов включений из минералов Мальберга и Гардинера попадают в поле силикатной жидкости (рис. 8). Однако пути их дифференциации, определяемые фракционированием оливина (Мальберг) и мелилита (Гардинер), различны. Расплавы Гардинера достигают границы жидкостной несмесимости, что согласуется с отделением от них карбонатитов на поздних стадиях эволюции Изменение составов расплавов Мальберга, которые изначально богаче АЬОз (и S1O2), определяется кристаллизацией оливина. Кроме того, более высокие концентрации А12О3 и Na2O расширяют поле стабильности нефелина В результате путь эволюции

Рис. 8. Положение составов расплавов включений в минералах оливинового мелилитита Мальберга (кружки) и

мелилитолита Гардинера (черные квадраты) на тройной диаграмме. Пунктирными линиями показаны пути их фракционирования.

расплава проходит параллельно границе сосуществования двух жидкостей В этом случае даже наиболее дифференцированные расплавы будут находиться вне поля несмесимости.

Таким образом, незначительные различия в составах расплавов оказывают решающее влияние на поведение летучих компонентов. В случае Гардинера образование сначала кальциокарбонатитов, а затем Na-карбонатитовых расплавов связывает значительные порции СО2 и кристаллизация эволюционированных расплавов происходит в субвулканических условиях. Накопление углекислоты в

расплавах Мальберга приводит к чрезвычайно быстрой дегазации и эксплозивному извержению.

Фоскориты карбонатитового комплекса Палабора, ЮАР

Обнаруженный среди дочерних фаз включений портландит (также, как в базальтоидах Памира) подтвердил экспериментальные данные по карбонатитовым системам (\МуШе, Ти\Ме, 1994). Присутствие солевых расплавных включений является связующим звеном между фоскоритами и ранними силикатными породами - пироксенитами, где также обнаружены силикатно-солевые водосодержащие первичные включения. Кроме того, в апатитах установлено присутствие другого водосодержащего минерала - цеолита.

Таким образом, даже и при умеренных концентрациях щелочей в карбонатитовых магмах кальциокарбонатиты могут кристаллизоваться из расплавов при относительно низких давлениях и температурах в результате стабилизации карбонатитовых магм в присутствии таких дополнительных компонентов, как

и водных алюмосиликатов.

Генезис и эволюция первичных магм и флюидов лампроитов

Лампроиты представляют собой высокомагнезиальные, обогащенные калием, магматические породы и по ряду геохимических характеристик (низкие концентрации Са, А1 при высоких значениях агпаитности, К/Ыа-отношения, Т1 и некоторых несовместимых элементов) выделены в особую группу. На основании присутствия алмазов они рассматриваются как продукт щелочного магматизма наиболее глубоких мантийных уровней. Геохимические характеристики пород предполагают мантийный источник (флогопит-содержащие гарцбургиты), обогащенный несовместимыми элементами. Е.Мидлмоуст и Дж.Флетчер (1988) предположили, что такой гарцбургит мог содержать карбонат и был предварительно метасоматизирован флюидами. Важную роль в эволюции первичных лампроитовых магм играют летучие компоненты (СОг, НгО, Р, С1, N2). Несмотря на присутствие углекислоты, для лампроитов не характерны карбонатные фазы. Для детального изучения условий образования, составов исходных магм и роли летучих компонентов были выбраны (Соловова и др., 1989; во!оуоуа е!а!., 1989): 1) лампроиты поля Эллендейл на северо-западе Австралии (21-22 млн. лет); 2) лампроиты областей Мурсия и Альмерия в юго-восточной Испании (8.6-6 млн. лет); 3) лампроиты Центрального Алдана (в пределах Верхне-Якокутской впадины, Ломамский шток и Мурунский массив) датированные на основании К-Аг метода (Махоткин и др., 1989) 147-120 млн. лет; 4) лампроиты США, штат Арканзас, диатрема Прери Крик, ранее относимые к кимберлитам (106 млн. лет).

Лампроиты Австралии

В лампроитах Австралии включения изучались в основном в оливине. Выделено два типа вкрапленников оливинов - крупные 01-1 (более 1мм) и относительно мелкие 01-2 (менее 1мм). Их составы близки и укладываются в интервал Р093-87, различаясь по концентрации СаО: в 01-2 она выше по сравнению с 01-1 (0.5 мас.% и до 0.08 мас.%, соответственно). В качестве кристаллических включений в 01-2 присутствуют шпинель (до 56.5 мас.% СггОз), резорбированные зерна Р091 с 0.42 мас.% N¡0 и ортопироксена {тд = 0.90). Большинство зерен ортопироксена окружено тонкой оболочкой стекла, содержащего флюидную фазу.

Первичные, частично декрепитированные, СОг-флюидные включения с температурой плавления до -б/'С, гомогенизировались в жидкость при 18 - 23°С (плотность флюида - 0.74 - 0.80 г/см3). Плотность единичных включений достигает 0.88

г/см (А.Соболев, персональное сообщение). Флюид в расплаве вокруг кристаллических включений ортопироксена имеет температуру плавления заметно ниже, чем для чистой СОг (-58.3°С), что свидетельствует о более сложном его составе. Температура гомогенизации (26-14°С) отвечает плотности 0.70-0.85 г/см3 и давлению до 6 кбар при 1200°С. При таких параметрах пяслпявы содержат растворенную углекислоту в количестве от 2.2 (Papale, 1997) до 5 мас.% (Brey and Green, 1976). Качественное исследование состава расплава вокруг включения Орх методом ОЖЕ-спектроскопии выявило присутствие на энергетическом спектре пика азота. Это дало основание предположить, что именно азот во флюиде ответствен за понижение температуры его плавления. Оценка максимального содержания азота в углекислотных включениях по данным системы N2-CO2 (Guilhaumou, 1982) близка к 20 мол.%.

Во флюидной фазе первично-вторичных расплавных включений во флогопите при нагревании до 700°С и выдержке до 2 часов с последующим резким охлаждением обособилась фаза жидкой Н2О. Таким образом, среди летучих компонентов в магмах лампроитов Австралии установлены как углекислота, так и вода.

Среди дочерних фаз расплавных включений определены кальсилит, пикроильменит, апатит, перовскит, флогопит, К-рихтерит и флюорит. Лампроитовые магмы кристаллизовались в широком интервале температур - от 880°С (начало резорбции фаз включений) до 1210°С (гомогенизация). Гомогенизация расплавных включений в апатитах отвечает 1070 - 1090°С. Составы расплавов включений в оливинах приведены в табл. 9, они характеризуются высокими отношениями КгО/ЫагО (до 4.4) и СаО/АлОз (до 1.36). Большую роль в расплавах играет F (до 1.4 мас.%), СО2, N2 и Н2О.

Таблица 9 .Представительные анализы расплавов гретых включений в минералах лампроитов, мае. %__

Алдан Австралия Испания Арканзас

Si02 42.33 37.79 53.99 64.71* 59.37" 42.10

тю2 1.28 5.90 1.71 0.81 0.38 5.29

А1гОз 9.40 7.59 13.34 17.81 15.05 4.66

FeO 7.17 7.45 4.99 1.10 3.01 7.84

MgO 8.45 9.13 9.55 0.20 7.18 9.00

BaO 0.00 2.58 0.36 н.о. н.о. 1.92

CaO 18.67 10.35 2.27 2.51 8.60 4.68

Zr02 н.о. но. 0.15 н.о. н.о. 0.45

K20 8.92 11.78 10.54 4.55 0.06 14.04

Na20 2.41 1.81 0.53 0.26 6.57 3.96

CI 0.20 н.о. 0.24 н.о. 0,02 0.32

P205 0.00 5.41 н.о. н.о. н.о. 4.24

F 0.00 н.о. 0.49 0.26 0.11 н.о.

Сумма 98.83 99.79 98.16 | 92.21 100.35 98.50

хозяин Fosi.i FOgil FOgi 4 Кальцит Срх Ol

Примечание. * - включение в кальците не нагревалось. ** - расплавное включение в

ксеногенном клинопироксене.

Лампроиты Испании

Миоценовая магматическая провинция юго-восточной Испании характеризуется шошонитовой и лампроитовой сериями пород. Предполагается, что генезис лампроитовых магм связан с плавлением обогащенного мантийного источника, содержащего флогопит и ортопироксен. Для лампроитового проявления Вера в провинции Альмерия (Vera) допускается, что на одном из этапов эволюции

лампроитовои магмы могло происходить ее смешение с магмами шошонитовой серии (Venturelli et.al., 1984).

Большинство изученных лампроитов содержит вкрапленники оливина, флогопита, клинопироксена, апатита, погруженные в стекловатую основную массу. В некоторых случаях в основной массе отмечается магматический карбонат. Магнезиапьность оливина варьирует в пределах 0.87 - 0.92, концентрация СаО не превышает 0.06 мас.%. Вкрапленники F-флогопита с тд до 0.90 содержат до 8 мас.% ТЮг- Клинопироксен имеет магнезиальность до 0.89. Кристаллические включения шпинели в оливинах содержат до 62 мас.% Сг2О3.

Первичные флюидные включения в оливинах редки и частично разгерметизированы. Температура плавления вещества (-56.6 + -57.4°С) отвечает СОг с небольшой примесью иных газов. Внутри вскрытых вакуолей флюидных включений и флюидных обособлений расплавных включений были обнаружены кубические и призматические кристаллы солей, занимающие до 14 об.% вакуолей. Качественное определение составов показывает их обогащение Мд и F. По-видимому, летучие компоненты (Н20, СО2) минерализованных флюидов терялись при разгерметизации, а кристаллы растворенных галогенидов кристаллизовались внутри вакуолей. Наблюдаемое явление напоминает характерные поверхности сколов каменного материала при изучении включений методом электронной микроскопии.

Обнаруженные в оливине Fos4 и кальците веритов (обр. 020) первичные силикатные расплавные включения содержали двухфазный флюид (Н2О, жидкость + газ). Установлено, что для системы KCI - КНСОз - H2O температура эвтектики наиболее близка (-10 ± 3°С) к измеренной величине во флюиде включения (от -13 до -7°С). Согласно расчетам по методике В.Б.Наумова (1982), концентрация Н2О в расплаве включений в оливине составляет 6.3 - 4.4, в кальците - 8.5 мас.% (табл. 10). Столь широкие пределы оценки состава флюида для оливина связан с неопределенностью в определении концентрации раствора во флюиде (18 - 35 мас.%) из-за его малых размеров. Несмотря на это, четко фиксируется тенденция к накоплению Н2О в расплаве в ходе его эволюции.

Таблица 10. Расчет концентрации воды в расплаве включений

в оливине и кальците лампроита (Vera. Rio Nufies. обр. 020)_

Параметры

Оливин- хозяин Кальцит- хозяин

Тэвт. во флюиде, ± 1 С Тгом флюида Т пл. льда во флюиде С раствора во флюиде, мас.% р флюида, г/см

Р/Т для флюида, бар/°С (Наумов, 1962) Р флюида на 750°С То- же на 600°С

V флюида, об.%

V дочерних фаз в расплаве включений, об.%

V стекла во включениях, об.% р дочерних фаз (ср.), г/см3

р стекла включения, г/см3

Сн2о в стекле включения (в мас.%) по

данным электронного зонда

То-же по экспериментальным данным

Снго в исходном расплаве, мас.%_

-4.6 160-164

18-35 1.02 11 6.5

12.5

52.2

35.3 2.9 2.5

6

6.3 - 4 4

от-13 до-7

190 от-1.4 до-1.7 3.5-4.2 0.92 12.2

5

9.4 30.2 60.2 2.7

8

8.5

Примечание. Р - плотность флюида, СН2О - концентрация флюида, воды.

Многие первичные расплавные включения претерпевали частичную разгерметизацию с потерей вещества. Среди дочерних фаз в них диагностированы клинопироксен, флогопит, санидин, F-апатит. Их составы типичны для лампроитовых минералов. Так, флогопиты характеризуются высокими концентрациями ТЮг (до 7.7 мас.%). КгО (до 11.2 мас.%) и F (до 1.1 мас.%) при тд = 0.87 - 0.90, а в полевые шпаты входит до 0.43 мас.% ВаО. Опыты по гомогенизации расплавных включений проводились в оливине, апатите, флогопите, клинопироксене, санидине (табл. 11). Температуры гомогенизации включений в оливинах составляют 1250 - 1055°С (последнее - для включений в краевых зонах). В опытах, проведенных при давлениях до 15 кбар, температуры гомогенизации включений в оливинах с 1240°С снижались до 1170°С.

Таким образом, кристаллизация лампроитовых магм, начинаясь при температурах порядка 1170 - 1250°С и заканчивалась значительно ниже 1000°С, т.е. интервал их кристаллизации мог достигать 270°С.

Характерными особенностями расплавов включений в оливинах являются высокие концентрации КгО - от 10.5 до 13.5 мас%, Р2О5 - до 3.5 мас.%, F - до 0.90 мас.%,

Таблица 11. Результаты термометрического изучения

расплавных включений в минералах лампроитов Испании

Номер образца ТоС том. Номер образца ТоС гом.

клинопироксен апатит

обр. 070 1220-1240 обр. 041 >1160

обр. 034 1240 обр. 069 1040-1120

обр. 059 825 флогопит

обр. 069 925-1040 обр. 041

обр. 070 1100 обр. 069 1040-1145

оливин санидин

обр. 059 1055 (краевая зона) обр. 059 945-955

обр. 065 >1250 обр. 069 1040

обр. 069 >1195 обр. 070 1060-1100

обр. 070 1230 кварц

обр. 077 1215-1240 обр. 020 1040

С! - до 0.36 мас.%. В то же время высокое содержание глинозема (до 14.5 мас.%) обуславливает низкую агпаитность расплавов - от 1.39 до 0.90. Состав расплава в кристаллическом включении клинопироксена из оливина контрастирует с лампроитовыми составами и характеризуется высокими концентрациями СаО (8.6 мас.%), №гО (6.57 мас.%) и крайне низким содержанием КгО (0.06 мас.%). Обнаружение подобных расплавов можио связать с явлениями смешения (Venture!!! et.al., 1984). Силикатный состав стекла во включении из кальцита верита подтверждает кристаллизацию карбоната на позднемагматическим этапе эволюции лампроитовой магмы, обогащенной СО2 и НгО.

Высококалиевые породы Алдана Центральный Алдан - один из наиболее крупных районов магматической активности алданского щита (Кононова, Махоткин, 1991). К-Ar возраст изученных пород Ломамского массива - 124-119 млн. лет., лампроитовых силлов Верхнеякокутской впадины - 142-147 млн. лет. Изученные щелочные ультраосновные породы представлены оливин-диопсид-флогопитовыми разностями, геохимические особенности которых позволяют уверенно относить их к лампроитам. Минералогия изученных пород детально изучена И.Л. Махоткиным (Махоткин и др., 1998,Лампроиты, 1991).

Ломамский массив. Наиболее детально изучены включения во вкрапленниках оливина и клинопироксена. Среди кристаллических включений присутствуют оливин (в клинопироксене), клинопироксен (в оливине), флогопит, апатит, лейцит, санидин, хромит. Их составы характеризуются геохимическими особенностями, присущими фазам высококалиевых пород. Например, санидин содержит до 2.64 мас.% ВаО, что согласуется с повышенными его концентрациями в исходных расплавах. В оливине и клинопироксене присутствуют включения Р-флогопита, часто в комбинации с флюидом и со следами резорбции. Для кристаллических включений Ар также характерны повышенные концентрации Р и Ва (до 3.32 мас.% Р и 0.96 мас.% ВаО).

Первичные расплавные включения в оливинах и клинопироксенах редки. Они полностью закристаллизованы. Часто первичные расплавные включения встречаются в апатитах, заключенных в оливины и пироксены. Опыты по нагреванию расплавных включений в оливинах, клинопироксенах и апатитах показали, что они гомогенизируются при температуре от 1070°С (обр. 126) до 1230°С.

В оливине присутствуют единичные первичные включения углекислоты. Температура гомогенизации в жидкость составляет 28°С, что отвечает плотности СОг 0.65 г/см3. Следовательно, при температуре кристаллизации минерала-хозяина в интервале 1150 - 1200°С давление было близко к 4 кбар.

Силлы Верхне-Якокутской впадины Центрального Алдана. Включения в оливинах пород встречаются редко, они слишком мелки (до 5 мкм) для изучения термобарогеохимическим методом. Лишь единичные из них достигали 25 мкм. Плавление в них происходит при 935°С-1245°С. Поведение расплавных включений в клинопироксенах аналогично описанному в оливинах. Гомогенизировать все эти включения при давлении в 1 атм не удалось. В обр. 479/85 полное плавление дочерних фаз включений в оливине происходило при 1145 - 1185°С. Дальнейшее нагревание, вплоть до 1260°С, не приводило к уменьшению размеров газовой фазы. В связи с этим были проведены опыты на установке цилиндр - поршень при Р =11 кбар и Т= 1230 и 1250°С с изобарической закалкой. Некоторые включения в оливинах после опытов содержали мелкие кристаллы соли. Иногда все силикатное стекло было пронизано мельчайшими обособлениями солевой фазы с флюидом. Эти наблюдения согласуются с высокими содержаниями С1 в гомогенных стеклах (до 0.4 мас.%). Помимо описанных, в оливинах после опытов при 1230°С обнаружено несколько мелких гомогенных включений. Таким образом, температуры гомогенизации расплавных включений в оливинах изученных силлов находятся в пределах 1190-1230°С.

Расплавы включений в минералах Ломамского массива характеризуются довольно высокими концентрациями ЗЮг (48-57 мас.%), МдО, ВаО (до 2.6), Р20в (до 3.8), Р (до 0.4), С1 (до 1.15) и очень высокими щелочами (до 14 мас.%) с значением КгО/ЫагО до 6. Отношение А!2Оз/(К2О+Мз2О) достигает 2. По сравнению с ними расплавы силлов Верхне-Якокутской впадины характеризуются резко повышенными концентрациями СаО (до 18.7 по сравнению с 6.6 мас.%), более низким кремнеземом (42 - 49 мас.%), высокими и равными концентрациями МдО (до 11 мас.%) с заметно меньшими концентрациями Р2О5, ВаО, Р и С1 (табл. 9).

Лампроиты США, штат Арканзас, Прерии Крик

Гипабиссальные оливиновые лампроиты Прери Крик входят в состав диатремы, ассоциируют с вулканическими брекчиями и туфами и представлены породами, основным вкрапленником которых является оливин Р090-92 с концентрацией СаО 0.19-0.37 мас.%. Основная масса породы состоит из

клинопироксена, флогопита, магнетита, амфибола и небольшого количества стекла. В незначительных количествах присутствуют перовскит и апатит.

Первичные расплавные включения в оливине содержат дочерние клинопироксен, флогопит, рихтерит, апатит, перовскит, сфен, кальсилит. Состав дочернего кальсилита характеризуется очень высокими концентрациями МдО. Ранее, на основании близости отношения калий/сумма катионов к 1/3, а также экспериментальных данных, Э. Реддер (1951, 1952) предположил возможность замещения 2AI = Mg + Si в структуре кальсилита и образования их высокомагнезиальных аналогов. Стехиометрия изученных кальсилитов прекрасно согласуется с этой гипотезой. Дочерние "кальсилиты" содержат от 40 до 90 мол.% Mg-минала. Обнаруженные в оливинах ильмениты содержат до 15.4 мас.% МдО, что соответствует примерно 50% гейкилитового минала. По составу эти ильмениты близки к кимберлитовым. Ранее в лампроитах Прери-Крик ильменит не был отмечен.

Опыты, проведенные при атмосферном давлении, показали, что расплавные включения в оливинах в различных образцах имеют температуры гомогенизации до 1100°С. Эксперименты при давлении до 7 кбар приводили к ее снижению (для обр. 85423) до 1050°С.

Единичные первичные флюидные включения (температурой частичной гомогенизации в жидкость 21.0-21.5°С) имеют плотность СОг - 0.73 г/см3, что отвечает давлению 4 кбар при 1050°С.

Стекла гомогенизированных (гретых) включений отвечают ультращелочным магнезиальным расплавам. Отношение КгО/ЫагО достигает 3.5 при концентрации КгО до 15 мас.%. Характерно повышенное содержание Д Zr, Ва, а также F, □ и Р. Концентрации Р2О5 достигают 4 -5 мас.%.

Ксенолит в составе гипабиссальных лампроитов Прери Крик

В одном из образцов лампроитов Прери-Крик (обр. 85426) обнаружен микроксенолит (1см), имеющий крупнокристаллическое строение и содержащий диопсид, оливин и амфибол (К-рихтерит). Все минералы содержат кристаллические включения оливина Fo 91.1, лейцита, предположительно цеолита и шпинели (табл. 12), а также первичные расплавные и флюидные включения.

Первичные расплавные включения в диопсиде необычайно богаты КгО (до 22 мас.% в негретом включении). Температура гомогенизации включений отвечает 900-915°С. Присутствие первичных расплавных включений в клинопироксенах ксенолита свидетельствует о кристаллизации их из расплава, а наличие единичных низкоплотных флюидных обособлений - о низкобарных, приповерхностных условиях.

Таблица 12. Химический состав кристаллического включения в Срх и стекол

в ксенолите, лампроит Прери Крик, мас.%

БЮ2 ТЮ2 А120з РеО МдО СаО ВаО К20 Ыа20 Р205 С1 Сумма

1 57.62 0.06 19.50 1.59 1.60 0.48 0.38 2.18 0.87 0.43 0.00 84.71

2 52.46 2.61 4.20 8.49 7.09 4.23 1.67 17.81 4.79 0.70 0.00 104.05

3 57.66 1.01 3.96 4.54 8.56 2.19 0.86 13.94 3.65 н.о. 0.17 96.54

4 50.43 0.37 7.38 5.77 8.44 2.21 0.06 22.64 1.35 н.о. 0.00 98.65

5 44.25 5.36 5.18 8.72 8.18 4.82 1.78 13.52 3.69 2.16 0.33 97.99

Примечание. 1 - включение алюмосиликата цеолита?) в Срх; (2 - 5) -химические составы стекол включений в Срх ксенолита. (2) -Т - 915°С, S - 0.11 мас.%, (3) при Т - 900оС, (4) при 20оС, 5 -стекло включения в оливине породы рядом с ксенолитом, Т - 1050оС.

Экспериментальное изучение модельного расплава лампроитов Для определения ликвидусной ассоциации исходных лампроитовых расплавов были проведены опыты по кристаллизации высококалиевых расплавов при высоких давлениях на установке цилиндр - поршень. В качестве исходного материала использовался расчетный состав первичного расплава лампроитов Прери-Крик (БЮ2 43.06, ТЮ2 4.3, А1203 4.4, РеО 7.85, МдО 17.42, ВаО 1.42, СаО 3.72, Иа20 2.31, К20 9.52, 2г02 021, С1 0.24, Р205 2.37). Опыты проводились в интервале температур 1400-1050°С и давлений 4.5-21.2 кбар, закалка осуществлялась изобарически. Летучие компоненты (вода или щавелевая кислота) добавлялись в количестве 5 мас.%. При низких давлениях в опытах с щавелевой кислотой в стекле наблюдались пузыри двухфазного (жидкость + газ) СО2. Этот флюид гомогенизировался при 23-24°С в жидкость, что отвечает плотности углекислоты 0.72-0.74 г/см3 и при температуре 1200°С соответствует давлению 4.5-4.8 кбар. Полученные продукты изучались оптически и анализировались с помощью электронного м икрозонда.

Результаты изучения лампроитов Изучение флюидных включений и флюидов в расплавных включениях однозначно доказало, что выплавляющиеся из мантийного субстрата магмы лампроитового состава изначально были обогащены летучими компонентами (СОг, НгО, Р, С!, Р). Хотя вещество флюидных включений представлено в основном углекислотой, для пород Австралии впервые установлены значительные, до 20 «юл.% содержания глубинного N2 во флюиде. Более того, азот и углерод также впервые определены и в сосуществующих расплавах (стекле включений). Н2О в значительно мере растворена в расплавах, однако она наблюдалась и во флюидах включений. Для лампроитов Испании впервые установлена значительная минерализация флюида, причем солевой компонент представлен нетипичными для гидротермальных сред элементами - Мд и Р.

Основной объем лампроитового расплава кристаллизовался при низких давлениях - от первых сот бар до первых кбар. В то же время получены свидетельства кристаллизации части оливина (ликвидусный минерал) уже при давлениях порядка 6 кбар

Проведенные высокобарные эксперименты показали, что близликвидусная минеральная ассоциация в присутствии НгО и СОг представлена оливином, ортопироксеном и флогопитом. Составы экспериментальных и природных расплавов &>ти пересчитаны на нормативные компоненты 01, Орх, Срх, Кв. Расплавы, равновесные с флогопитом, клинопироксеном и оливином (или ортопироксеном), в проекции 0!-0рх-Кв (рис. 9А) располагаются вдоль одной линии, независимо от давления, состава расплава в отношении ряда компонентов и от содержания воды в расплаве при концентрациях НгО > 3-4 мас.%.

Рассчитанные составы первичных лампроитовых расплавов включений проектируются на диаграмме 0!-0рх-Кв близко к линии насыщения флогопитом. Сопоставление составов экспериментального и природного материала показало, что состав первичного расплава лампроитов близок к нашим оценкам. Из всего этого следует вывод, что выплавление лампроитовых расплавов происходило в равновесии с флогопитсодержащим реститом.

В системе 0!-0рх-Срх на проекции поверхности насыщения флогопитом из вершины Кв (рис. 9Б) большая часть рассчитанных состав попадает в поле • ристаллизации 01 (Орх+РЫ), достаточно далеко от линии насыщения Епинслирсксснсм. Только лампроиты Испании располагаются вблизи этой линии, и для них можно предположить в качестве рестита флогопитсодержащий лерцолит или верлит. Для лампроитов Австралии, Арканзаса и Алдана получаем в качестве

48

рестита флогопитсодержащий гарцбургит. Резкие различия в химизме испанских и остальных изученных лампроитов определяются, таким образом, в первую очередь фазовым составом кристаллического рестита.

А

9' +Срх

Б

01

+Phl

лампроитовых расплавов в системе Oi-Opx-Ks (А) и 01-Орх-Срх (Б). I - линия насыщения флогопитом, И -линия насыщения Срх.

Рис. 9. Составы

II Породы: 1 - Испания, 2 -США (Прерии Крик), 3 -Австралия, 4 - Алдан.

1 П 4

В зоне генерации

первичные расплавы изученных лампроитов должны находиться в равновесии с оливином тд = 0.93. Это обстоятельство позволяет предположить химически близкие источники для всех расплавов. В таком случае разницу в химизме расплавов можно приписать различным условиям магмообразования. Повышение давления расширяет поле кристаллизации ортопироксена и приводит к снижению содержаний SC"2 в расплавах. Исходя из этого, самые бедные кремнеземом лампроиты Арканзаса можно считать наиболее, а Испанские наименее глубинными. Австралийские и Алданские лампроиты оказываются промежуточными по давлению.

Таким образом, все вариации химизма исследованных лампроитов могут быть результатом плавления химически однотипной мантии на разных глубинах. Основной причиной изменения состава расплава является смена остаточной ассоциации: OI+Cpx+Phl±Opx (Испания), OI+PJil+Opx (Алдан, Австралия), 01+Орх +Phl+Gr (Арканзас).

Защищаемые положения. Изучение минералогии и геохимии пород и включений в минералах мантийных нодулей, пикритов и высокомагнезиальных базальтов, щелочных ультрабазитов, лампроитов и карбонатитов позволило сформулировать следующие защищаемые положения.

1. Получены прямые свидетельства присутствия в мантии минерализованного углекислотного флюида при давлении свыше 20 кбар. Впервые на природных объектах (в виде включений в минералах) установлено существование в верхней мантии сложных углекислотно-сульфидно-силикатных эмульсий и количественно охарактеризованы их предельные составы. Соотношение СОг, силикатов, включая стекло, и сульфида близки к 1/11/5 при минимальной концентрации углекислоты 5.5 мас.%. В силикатных расплавах концентрация МдО достигает 12.5 мас.%, отношение K/Na колеблется от 1 до 2 при сумме щелочей до 10 мас.%.

2. Установлено, что высокомагнезиальные (пикритовые) расплавы при температурах ликвидуса порядка 1250°С и давлениях более 5 кбар при незначительной роли воды насыщены в отношении СОг (до 1 мас.%). Исходная магма, отделяющаяся от мантийного рестита при давлениях 24-50 кбар и

температурах выше 1500°С, содержала до 2.5 мас.% СО2и 20 мас.% МдО при низких концентрациях кремнезема.

Эволюция С-О-Н флюида, находящегося в равновесии с сульфидом и металлическим железом, с понижением температуры может приводить к образованию углеводородов.

3. Показано, что кристаллизующиеся при температурах более 1250оС и давлениях выше 8 кбар ультраосновные высокощелочные расплавы насыщены СОг (до 2.5 мас.%) при содержаниях НгО до 0.25 мас.%. Геохимические особенности низкокремнистых исходных магм - обогащение несовместимыми и легкими редкими элементами (вг, Ва, ЫЬ, ТИ, и и др., ЬЯБЕ/ИЯЕЕ до 180), высокие концентрации МдО (ДО 24 мас.%) обусловлены малыми степенями плавления (1-5%) гранат-содержащего мантийного перидотита при давлениях 27-50 кбар и температурах до 1520°С.

4. Установлено, что наименее дифференцированные породы карбонатит-содержащих щелочных комплексов формируются в интервале 1240-1150°С и 3-5 кбарах. В этих условиях материнские расплавы содержат до 5 мас.% СОг и 2.5 мас.% НгО, а также обогащены Р, С1, в, Р205. Ликвационное расслоение таких расплавов на высокотемпературной стадии (выше 1150°С) приводит к появлению магматических кальциокарбонатитов. При дальнейшем снижении Р-Т параметров происходит перераспределением летучих (НгО, С1, Р, в) и несовместимых компонентов между силикатным и солевым расплавом. На позднемагматической стадии концентрация НгО в силикатных расплавах достигает 8.5 мас.%, а из карбонатитовых кристаллизуются высоководные минералы (цеолиты, бассанит, портландит). В тоже время формирование К-Ыа-карбонатитов типа Олдоньи Ленгаи может быть связано с распадом (кипением) отделяющихся на позднемагматической стадии (менее 1050°С и 1 кбар) минерализованных флюидов.

5. Установлено, что лампроитовые магмы на ликвидусе обогащены Н2О (до 6 мас.%) и СОг (2.2-5.0 мас.%). Флюидный компонент в кристаллизующейся системе, наряду с углекислотой, содержит до 20 мол.% N2. Обнаруженные вариации составов летучих и выплавляющихся магм (БЮг - от 55 до 41 мас.%, МдО от 9 до 21 мас.%, отношение КгО/№гО от 3.5 до 21) связаны с минеральной ассоциацией флогопитизированной мантии.

СПИСОК АВТОРСКИХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Бабанский А.Д., Соловова И.П., Рябчиков И.Д., Богатиков О А, 1980. Исходные магмы щелочноземельных серий по данным изучения расплавных включений. Докл.АН СССР, т. 253, №4,946-947.

2. Соловова И.П., Лапин В.В., Дмитриев Ю.И., 1980. Изучение расплавных включений в минералах базитов Филиппинского моря. Геохимия, 3,458-463.

3. Рябчиков И.Д., Соловова И.П., Бабанский АД, 1981. Изучение расплавных включений в искусственных кристаллах. Геохимия, 12.

4. Бабанский А.Д., Соловова И.П., Рябчиков И.Д., Богатиков О.А., 1982. Происхождение известково-щелочных пород М.Семячика по данным комплексного физико-химического исследования. Тихоокеанская геология. № 1,70-84.

5. Соловова И.П., Рябчиков И.Д., Коваленко В.И., Наумов В.Б., 1982. Включения высокоплотной СО2 в мантийных лерцолитах. Докл. АН СССР, т. 263, № 1,179-182.

6. Наумов В.Б., Клоккъятги Р., Коваленко В.И., Соловова И.П., Малов В.В., 1983. Состав биотита, калиевого полнвого шпата и равновесного с ними расплава по данным изучения включений в кварце онгориолита. Докл. АН СССР. Т. 270, N 6,1450 -1452.

7. Рябчиков И.Д., Орлова Г.П., Коваленко В.И., Чопоров Д.Я., Соловова И.П., Муразицкая Г.Н., 1383. Зксперименталтьное изучение взаимодействия флюида со шпинелевым лерцолитом при высоких температурах и давлениях. Изв. АН СССР, сер. Геол., № 2,38-47.

8. Наумов В.Б., Коваленко В.И., Клоккъятти Р., Соловова И.П., 1984. Параметры кристаллизации и составы фаз расплавных включений в кварце онгориолитов. Геохимия,« 4,451 -464.

9. Рябчиков И.Д., Соловова И.П., Дмитриев Ю.И., Муравицкая Г.Н., 1984. Вода в родоначальной магме океанских ферробазальтов. Геохимия, 2, 209-216.

10. Рябчиков И.Д., Соловова И.П., Бабанский А.Д., Борсук А.М., 1985. Происхождение и условия дифференциации сильно восстановленных андезитовых магм. Изв. АН СССР, сер. Геол., № 10,18-27.

11. Соловова И.П., Коваленко В.И., Наумов В.Б., Рябчиков И.Д., Ионов ДА, Цепин А.И.,

1985. Углекислотно-сульфидно-силикатные включения в клинопироксенах мантийных ксенолитов. Докл. АН СССР, т. 285, № 1

12. Boriani A., Kovalenko V.I., Naumov V.B., Solovova I.P., 1986. New data on Pantelleria magmatic rock origin based on melt inclusions. Italian Soc. Miner. & Petrol., Sem. "Role of fluids in petrogenesis", Siena, 28.

13. Коваленко В.И., Соловова И.П., Наумов В.Б., Рябчиков И.Д., Ионов ДА, Цепин АИ.,

1986. Мантийное минералообразование с участием углекислотно-сульфидно-силикатного флюида. Геохимия, № 3,289-303.

14. Рябчиков И Д, Соловова И.П., Богатиков ОА, 1986. Азот в лзмпроитовых магмах. Докл. АН СССР, т. 288, № 4,976

15. Соловова И.П., Бабанский АД , Рябчиков ИД , 1986. Микроликвационная гетерогенность в расплавных включениях и мезостазисе андезита. Докл. АН СССР, т. 288, «5,1209-1211.

16. Kovalenko V.I., Solovova I.P., Naumov V.B., Ryabchikov I.D., lonov DA, BogatikovOA,

1987. Fluidized CCb-sulphide-silicate media as a course of mantle metasomatism and formation of megacrysts evidence from a composite xenolith and megacrysts from Central Mongolia. Physics of the Earth and Planatary Interiors, 45,280-293.

17. Соловова И.П., Наумов В.Б., Коваленко В.И., Рябчиков И.Д., Кононкова Н.Н., 1987. Магматический флюорит и условия его кристаллизации из пантеллеритового расплава. Докл. АН СССР, т.297, № 6,1449-1452.

18. Наумов В.Б., Соловова И.П., Коваленко В.И., Рябчиков ИД, 1987. Состав и концентрация флюидной фазы и содержание воды в пантеллеритовых и онгонитовых расплавах по данным изученеия включений в минералах. Докл. АН СССР, т. 295, № 2, 456"59.

19. Наумов В. Б., Соловова И. П., Коваленко В. И., Малов В. С, Турков В. С, Самойлов В. С, 1988. Первые данные о природных фссфатко-сульфатных расплавах. Докл. АН СССР, т. 300, N3,672-675.

20. Наумов В.Б., Прокофьев В.Ю., Соловова И.П., Коваленкер ВА, Кононкова Н.Н., 1988. Концентрация Ад и TI в высокотемпературных растворах по данным изучения флюидных включений. Докл. АН СССР, т. 301, № 4,966-968.

21. Наумов В.Б., Соловова И.П., Коваленко В.И., Гужова А.В., 1989. Условия кристаллизации и особенности состава фаз расплавных включений в анортоклазе агпаитовых трахитов о.Пантеллерия (Италия). Геохимия, № 2, 207-215.

22. Соловова И.П., Когарко Л.Н., Рябчиков ИД, Наумов В.Б., Гирнис А.В., Кононкова Н.Н., Вентурелли Г., 1988. Высококалиевые магмы Испании и признаки глубинности их формирования. Докл. АН СССР, т. 303, № 1,182.

23. Соловова И.П., Наумов В.Б., Рябчиков ИД, Гирнис А.В., Бабанский АД, Коваленко В.И., 1988. Глубинные флюиды поданным термобарогеохимии. Сб. «Термобарогеохимические исследования процессов минералообразования», посвящ. 70-летию Ю.А.Долгова, Новосибирск, «Наука», 16-37.

24. Guzhova F., Naumov V., Solovova I., 1989. Electron probe microanalysis of melt inclusions (glass) in minerals. Abs. 10th Yugoslav conf. On general and applied spectroscopy, Ohrid, p. XII.

25. Kovalenko V.I., Hervig R.L., Naumov V.B., Solovova I.P., 1989. Fluid in melts from Pantelleria Island. Abs. Conf. V.M.Goldschmidt,

26. Борсук A.M., Рябчиков ИД, Соловова И.П., Бабанский А.Д., 1989.0 происхождении гранитоидов латитовых серий. «Кристаллическая кора в пространстве и времени», М.»Наука», Сб. Тр.Межд. Геол.Конгр., США, 244-249.

27. ГирнисА.В., Соловова И.П., 1989. Петрогенетическая информативность расплавных микровключений в минералах глубинных пород. Геохимия, № 1,20-28.

28. Коваленко В.И., Хервиг Р.Л., Наумов В.Б., Соловова И.П., Шеридан М.Ф., 1989. Применение ионного микрозонда при анализе редких элементов и воды в пантеллеритах о.Пантеллерия (Италия). Геохимия, № 9,1307-1320.

29. Соловова И.П., Гирнис А.В., Когарко Л.Н., Рябчиков И.Д., Наумов В.Б., Гужова А.В., 1989. Геохимические особенности лампроитов Прайер Крик по данным изучения микровключений в оливинах. Геохимия, № 10.

30. Naumov V.B., Solovova IP., Kovalenker VA, 1990. A study of silicate and chloride inclusions in quarz of acid volcanic rocks. Abs. 3th PACROFI, Toronto.

31. Naumov V.B., Solovova I.P., Kovalenker VA, Rusinov V.L., 1990. Liquation in acid magmas: evidence from melt inclusions in quarz phenocrysts in ignimbrites. Abs. Conf. XI ECROFI, Italy.

32. Solovova I.P., Girnis A.V., Naumov V.B., Guzhova A.V., 1990. Immiscible salt and silicate melts data from microinclusions in minerals of alkali basalts.. Abs. Conf. XI ECROFI, Italy.

33. Solovova I.P., Girnis A.V., Ryabchikov I.D., Kogarko L.N., 1990. Thermodynamic conditions and compositions of initial lamproitic magmas. Abs. Int. Volcan. Congress, FRG, Mainz.

34. Solovova I.P., Naumov V.B., Gimis A.V., Kovatenko V.I., Guzhova A.V., 1990. High-temperature fluid heterogeneity: evidence from microinclusions in Panteiieria volcanics. Abs. Conf. XI ECROFI, Italy.

35. Solovova I.P., Naumov V.B., Kovalenko V.I., Guzhova A.V., Kononkova N.N., 1990. Investigation of magmatic inclusions in minerals of Panteiieria volcanic rocks (Italy). Abs. 3th PACROFI, Toronto.

36. Наумов В.Б., Соловова И.П., Коваленкер B.A., Русинов В.Л., Кононкова Н.Н., 1990. Условия кристаллизации и составы силикатных и солевых расплавов вулкане-плутонического комплекса при ангренского района (Средняя Азия). Докл. АН СССР, т. 312, №5,, 1227-1230.

37. Наумов В.Б., Соловова И.П., Коваленко В.И., Гужова А.В., 1990. Кристаллизация топаза, альбита, калиевого полевого шпата, слюды и колумбита из онгонитового расплава. Геохимия, № 8,1200-1205.

38. Соловова И.П., Наумов В.Б., Коваленко В.И., Гирнис А.В., Гужова А.В., Зек Г.А., 1990. История формирования шпинелевого лерцолита (Драйзер Вайхер, ФРГ) по данным изучения микровключений. Геохимия, № 10.

39. Соловова И.П., Наумов В.Б., Коваленко В.И., Гирнис А.В., Кононкова Н.Н., 1990. Условия кристаллизации и состав магм гавайитов о.Пантеллерия (Италия) по данным изучения включений в минералах. Геохимия, № 11,1574-1581.

40. Naumov V.B., Kovalenker VA, Rusinov V.L, Solovova I.P., Kamen M., 1991. High density fluid inclusions of magmatic water in phenocrysts from rhyolite of the Stiavnica stratovolcano (ctntral Slovakia). Geologica Carpatica, v. 43, N 2,85-89.

41. Гирнис А.В., Соловова И.П., Коваленко В.И., Наумов В.Б., 1991. Информативность составов расплавных микровключений в минералах - проверка на примере гавайитов о.Пантеллерия. Геохимия, № 8,1075-1083.

42. Гирнис А.В., Соловова И.П., Рябчиков И.Д., Гужова А.В., 1991. Условия генерации первичных магм лампроитов Прери Крик: результаты экспериментов при высоком давлении. Геохимия, № 9,1317-1326.

43. Рябчиков И.Д., Соловова И.П., Гирнис А.В., Танеев ИИ., Когарко Л.Н., Наумов В.Б., 1991. Условия генерации и кристаллизации высококалиевых магм. В кн.: Лампроиты, М., Наука, 218-262.

44. Солоеова И.П., Гирнис А.В., Наумов Б.Б., Коваленко В.И., Гужова А.В., 1991. Механизм дегазации кислых магм - образование двух флюидных фаз при кристаллизации пантеллеритов о. Пантеллерия. Докл. АН СССР, т. 320, № 4, 982-985.

45. Solovova I., Girnis A., Ryabchikov I., 1992. Fluid regime of highly potassic mafic-ultramafic magmas. Abs. 29th Inter. Geol. Congr., 209.

46. Соловова И.П., Гирнис А.В., Гужова А.В., Наумов В.Б., 1992. Магматические солевые включения в минералах щелочных базальтов Восточного Памира. Геохимия, № 1,6877.

47. Соловова И.П., Гирнис А.В., Наумов В.Б., Русинов В.Л., Коваленкер В.А., Рябчиков И.Д., 1992. Первая находка высокоплотного существенно водного флюида в минералах андезита. Докл. АН СССР, т.324, № 4,861 -865.

48. Соловова И.П., Гирнис А.В., Рябчиков И.Д., Дмитриев Ю.И., 1992. Водные флюиды магматических пород Филиппинского моря по включениям в минералах. Геохимия, 1992, №11,1464-1472.

49. Naumov V.B., Solovova I.P., KovalenkerVA, Rusinov V.L., 1993. Immiscibility in acid magmas: evidence from melt inclusions in quarz phenocrysts of ignimbrites. Eur.J.Miner., v. 5,937-941.

50. Соловова И.П., Гирнис А.В., Гужова А.В., 1993. Карбонатные расплавы в щелочных базальтоидах Восточного Памира. Геохимия, № 3,383-394.

51. Соловова И.П., Фаузи X., Бабанский А.Д., Рябчиков И.Д., 1993. Об источнике рудообрззующих растворов флюоритозого месторождения Хомрзт-Акарем, Египет (по данным изучения включений). Докл. АН СССР, т. 330, № 6, 754-756.

52. Соловова И.П., Бабанский АД, Фаузи X., Рябчиков И.Д., 1994. Состав включений в минералах и условия кристаллизации редкометиальных гранитов Хомрат-Акарем (Египет). Геохимия, № 7,956-967.

53. Nielsen Т., Solovova I., Veksler I., 1995. Natrocarbonatites from melilitolites. Abs. EUG VII, 1.

54. Рябчиков И.Д., Соловова И.П., Фаузи X., Бабанский А.Д., 1996. Мобилизация и фиксация фтора на магматической и постмагматической стадиях становления редкометальных гранитов (на примере месторождения Хомрат-Акарем, Египет). 1996. Геохимия, № 5,391-395.

55. Соловова И.П., Гирнис А.В., Рябчиков ИД, 1996. Включения карбонатных и силикатных расплавов в минералах щелочных базальтоидов Восточного Памира. Петрология, т. 4, № 4, 339-363.

56. Фаузи X., Соловова И.П., Бабанский А.Д., Рябчиков ИД, 1996. Условия формирования жильных флюоритов месторождения Хомрат-Акарем, Египет. Геохимия, № 1,36-41.

57. Nielsen Т., Solovova I., Veksler I., 1997. Parental melts of melilitolite and origin of alkaline carbonatites: evidence from crystallised melt inclusions, Gardiner complex. Contr. Min. Petrol., v. 126, 331-344.

58. Соловова И.П., Гирнис А.В., Кононкова Н.Н., Коваленкер В.А., Русинов В.А., 1997. Состав и особенности происхождения включений в минералах андезитов центральной Словакии. Петрология, т. 5, № 6,636-651.

59. Наумов В.Б., Соловова И.П., Коваленкер В.А., Русинов В.Л., Кононкова Н.Н., Сандомирская С, 1998 Ликвация в кислых магмах по данным изучения включений в кварце игнимбритов. Геохимия.

60. Соловова И.П., Рябчиков ИД, Когарко Л.Н., Кононкова Н.Н., 1998. Изучение включнний в минералах карбонатитового комплекса Палабора (Ю. Африка). Геохимия, № 5,435-447.

61. Solovova I.P., Ryabchikov I.D, Girnis A.V., Nielsen Т., Ntaflos Т., Larsen L, Pedersen A., 1999. Ultramafic melts of continental flood basalts: evidence from inclusions in minerals of picrites from west Grttnland and the Putorana Plateau. Abs. Conf. "Komatiites, norites, boninites and basalts", Univ. Portsmoth, 79-81.

62. Рябчиков ИД, И.П. Соловова, Т. Нтафлос, А. Бюхль, 1999. Субщелочные базальты плато Путорана (восточная Сибирь) - условия магмаобразования и потенциальная температура мантийного плюма, Докл. РАН, 369,1,107-110.

63. Рябчиков ИД, Соловова И.П., НтафлосТ., Бюхль А., Тихоненков П., 1999. Субщелочные пикробазальты плато Путорана (Восточная Сибирь) - условия магмообразования и потенциальная температура мантийного плюма. Докл. РАН, т. 369, №1,1182-1185.

64. Соловова И.П., Гирнис А.В., Рябчиков И .Д., Когарко Л.Н., 1999. Механизмы генерации и значения Т и Р при образовании карбонатитовых магм (на примере карбонатитовых комплексов Палабора, Гардинер, вост. Памир; по результатам изучения включений в минералах). Сб. «Карбонатиты Кольского полуострова», Санкт-Петербург, СПбГУ, 109-110.

65. Nielsen Т., Solovova I., Veksler I., 2000. Natrocarbonatites from melilitolites. Abs. EUG XI.

66. Solovova I.P., Girnis A.V., Rass IT., Keller J., Kononkova N.N., 2003. Diffeernt styles of evolution of COrrich alkaline magmas: the role of melt composition in carbonate-silicate liquid immiscibility. Periodico di Mineralogia, 72,87-93.

67. Бабанский А.Д., Соловова И.П., Рябчиков И.Д., Богатиков ОА, 1982. Происхождение известково-щелочных пород М. Семячика по данным их комплексного физико-химического исследования. Тихоокеанская геология, № 1,70-84.

68. Коваленко В.И., Наумов В.Б., Соловова И.П., 1992. Поведение хлора при дифференциации и извержении магматических расплавов о. Пантеллерия. Геохимия , № 12,1467-1471.

69. Nielsen Т., TurkovV., Brooks C.K., Kogarko L.N., Krigman L.D., Ryabchikov I.D., Sokolov V.V., Solovova I.P., Veksler I., 2000. Crystallised melt inclusions in Greenland basalts. Abs. EUG XI.

70. Ryabchikov I.D., I.P. Solovova, T. Ntaflos, A. Bflchl and P.I. Tikhonenkov, 2001. Subalkaline picrobasalts and plateau basalts from Putorana plateau (Siberian CFB province). II. Melt inclusion chemistry, composition of "primary" magmas and P-T regime at the base of superplume. Геохимия, 39,5,484-497.

71. Ryabchikov, T. Ntaflos, I.P. Solovova, A. BQchl, 2001. Subalkaline picrobasalts and plateau basalts from Putorana plateau (Siberian CFB province). I. Mineral compositions and geochemistry of major and trace elements. Геохимия, 39,5,467-483.

72. Solovova I.P., Ryabchikov I.D., Gimis A.V., Pedersen A., Hansteen Т., 2002. Reduced magmatic fluids in basalt from the island of Disko, central West Greenland. Chem. Geol., v. 183,365-371.

73. Рябчиков И. Д., Соловова И.П., Когарко Л.Н., Брай Г.П., НтафлосТ., Симакин, С.Г., 2002. Термодинамические параметры генерации меймечитов и щелочных пикритов Маймеча-Котуйской провинции (по данным изучения расплавных микровключений). Геохимия, 40, №11,1139-1150.

74. Соловова И.П., А.В. Гирнис, И.Д. Рябчиков; Н.Н. Кононкова, 2002. Расплавы постщитовой стадии вулкана Мауна Кеа (Гавайские острова): результаты изучения включений в минералах высокомагнезиального базальта. Геохимия, 40 (12), 1271 -1287.

75. Solovova I. Р, Th. Ntaflos, Andrei Girnis, Natalya N. Kononkova, V. Akinin, Magmatic History of Cenozoic Alkaline Basaltoids from the Eastern Bering Sea Province (Chukchi Peninsula, Russia). Chem. Geol.(Сдано в печать).

76. Solovova I.P., Girnis A.V., Keller J., Rass IT., 2003. Fine tuning of carbonate-silicate liquid immiscibility: CO2-rich alkaline complexes with and without carbonatites. Mineralogica-Petrographica, Abs. Ser., 2,194-195.

77. Solovova I.P., Ntaflos Th., Girnis A.V., Akinin V.V., 2003. Intense degassing of the alkaline magmas of the Chukchi Peninsula. Acta Mineralogica-Petrographica, Abs. Ser., 2,196-197.

78. Solovova I.P., Girnis A.V., Kononkova N.N., 2003. Melt inclusion evidence for silicate-carbonate liquid immiscibility in olivine melilitite of Mt. Vulture (Southern Italy). 4th Eurocarb Workshop Abs. Canary Islands, Spain, 45-47.

Заказ № 69. Тираж 120 экз, РИЦВИМС.2005г.

25.00

Содержание диссертации, доктора геолого-минералогических наук, Соловова, Ирина Петровна

1. Введение

2. Особенности поведения включений в минералах и методы их изучения

1.Терминология, используемая при изучении включений в минералах.

2. Общие сведения о включениях в минералах

2.1 Кристаллические включения

2.2 Расплавные и флюидные включения

3. Последовательность работы с включениями

3.1. Расплавные включения

3.2. Флюиды включений

4. Методы изучения включений

4.1. Аппаратура, используемая при проведении термометрических опытов

4.2. Методы вещественного изучения включений

5. Некоторые особенности поведения расплавных включений

5.1. Стекло включений

5.2. Несмесимость

5.3. Соответствие содержимого расплавных включений минералообразующему расплаву

5.4. Химическая неоднородность природных стекол включений

5.5. Проблема определения щелочей в стеклах включений

5.6. Дочерние фазы на стенках вакуолей расплавных включений

3. Перидотиты верхней мантии

I. Шпинелевый лерцолит (Драйзер Вайхер, Германия)

II. Мантийные ксенолиты щелочнобазальтового вулкана Шаварын- Царам

Монголия)

4. Пикриты и высокомагнезиальные базальты

I. Пикриты западной Гренландии (остров Диско и п-ов Нуссуак)

II. Щелочные базальты вулкана Мауна Кеа, Гавайские острова

5. Ультращелочные и карбонатитовые магматические породы

I. Оливиновые мелилититы Мальберга, Рейнский грабен, Германия

II. Оливиновые нефелиниты п-ова Чукотка

III. Оливиновый меланефелинит щелочного комплекса Монтичио

Лейк, вулкан Вультуре, Италия

IV. Верхне-Дункельдыкский К-щелочной комплекс, вост. Памир

V. Мелилитолиты карбонатит-содержащего комплекса Гардинер, Гренландия

VI. Фоскориты карбонатит-содержащего щелочного комплекса

Палабора, ЮАР

VII. Основные результаты изучения включений в минералах щелочных пород и карбонатитов

6. Генезис и эволюция первичных магм и флюидов лампроитов

I. Лампроиты западной Австралии

II. Лампроиты Испании

III. Лампроиты Алдана, Россия 283 IV-Лампроиты США, штат Арканзас, Прери Крик

V.Экcпepимeнтaльнoe изучение модельного расплава лампроитового состава

VI. Обсуждение результатов изучения включений в лампроитах

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Мантийные магмы и флюиды по результатам изучения включений в минералах"

Актуальность работы. Метод термобарогеохимии органично дополняет традиционные петрологические, геохимические и экспериментальные исследования вещества Земли, значительно расширяя их возможности. Можно сказать, что включения в минералах являются «природными» экспериментальными контейнерами; позволяющими визуально фиксировать происходящие в них процессы в условиях «закрытой системы». Небольшие порции магм или флюидов, законсервированные внутри кристаллов, не подвергаются вторичным процессам; или удалению летучих компонентов, что может в значительной степени изменить валовый состав породы. Благодаря применению данного метода для магматических; пород появилась возможность отслеживать как исходное физическое и химическое состояние магм, так и тренды их эволюции. Так, если на ранних этапах заметную роль играет углекислота, то в процессе дифференциации и взаимодействия с коровыми породами может повышаться значение и других флюидных компонентов. В качестве примера можно привести проведенное изучение включений в пантеллеритах гавайит-пантеллеритовой серии о. Пантеллерия. Было установлено, что традиционно считавшиеся относительно сухими, «мокрые» магмы активно теряли НгО в процессе дегазации. При этом во включениях ее концентрация в среднем составила 4 мас.%, локально достигая 12 мас.%.

В основе работы лежат результаты исследований автора, полученные в течение 25 лет. Работа проводилась в ИГЕМ РАН, на высокотемпературных установках (микромуфели, нагревательных микрокамерах различных конструкций (до 600 и 1500°С), с видеонаблюдением и без, в атмосфере воздуха и в инертной атмосфере, на высокобарных установках типа «газовая бомба» и «поршень-цилиндр», в охлаждающих криокамерах, позволяющих достигать

190°С. Образцы для исследования были предоставлены Рябчиковым И.Д. (фоскориты комплекса Палабора, Южная Африка; высокомагнезиальные щелочные базальты Мауна Кеа, Гавайи; лампроиты Арканзаса, США), Когарко Л.Н. и Рябчиковым И.Д. (меймечиты комплекса Гули, Сибирь), Рябчиковым И.Д. и Бабанским А.Д. (пикриты и базальты плато Путорана, Сибирь), Коваленко В.И. и Ионовым Д.А. (мантийные перидотиты Драйзер Вайхер, Германия и Шаварын-Царам, Монголия), Коваленко В.И. (гавайит-пантеллериты о. Пантеллерия, Италии), Когарко Л.Н. (лампроиты Испании), Соболевым Н.В и Богатиковым О.А. (лампроиты Австралии), Кононовой В.А. и Махоткиным И.Л. (лампроиты Алдана, Сибирь), Педерсен А. и Ларсен Л. (высокомагнезиальные базальты Гренландии), Нельсен Т. (мелилитолиты комплекса Гардинер, Гренландия), Келлером Й. и Расс И.Т. (оливиновый мелилитолит Мальберга, Германия), Дмитриевым Э.А. и Волынцом О.Н. (щелочные базальтоиды восточного Памира), Нтафлосом Т. (оливиновые меланефелиниты Чукотки, Сибирь). Оливиный меланефелинит вулк. Вультуре был отобран автором в период полевой работы в рамках международного совещания «ЕигосагЬ». Аналитические работы выполнялись на электронном микрозонде Comeca MS-46 в ИГЕМ РАН (Муравицкая Г.Н. и Цепин А.И.) и ГЕОХИ РАН им. Вернадского (Кононкова Н.Н., Гужова А.В.), GEOL (г. Киль, Германия, в институте Vulkanologie und Petrologie, в г. Вена, Университ, Институт петрологии; в г. Копенгаген, Университет, Danish Lithosphere Centre); на ионном микрозонде Comeca Microbeam (г. Ярославль, Институт микроэлектроники РАН и в университет Аризоны, США). Отдельные определения состава флюидов выполнялись на установке RAMAN-спектроскопии, г. Вена, Университет.

Новизна работы. 1. Впервые в мантийных перидотитах изучены сложные углекислотно-сульфидно-щелочно-силикатные включения. Оценены пределы валового состава подобного флюида-расплава. Получены прямые доказательства присутствия в верхней мантии минерализованного флюида в виде включений в минералах при давлениях выше 20 кбар.

2. Впервые количественно изучены высокотемпературные сложные карбонат-сульфат-фосфат-содержащие силикатные расплавы (включения) и показан тренд эволюции двух расплавов - силикатного и карбонатитового. Доказана возможность образования карбонатитового расплава за счет высокотемпературного отделения (жидкостной ликвации) от силикатной магмы (на примере К-базальтоидов восточного Памира).

3. Впервые проведены исследования включений на высокобарных установках типа «поршень-цилиндр» и «газовая бомба».

4. Во флюидной фазе магнезиальных базальтов о. Диско установлены сильно восстановленные газы вплоть до углеводородов, что согласуется с присутствием в породе металлической фазы.

5. Для определения содержаний Н20, редких и рассеянных элементов в стеклах включений впервые применен ионный микрозонд Comeca IMS3f (лаборатория департамента химии Аризонского университет).

6. Предложен механизм образования натрокарбонатитов типа Олданьи Ленгаи за счет расслоения (кипения) магматического флюида на фоне снижения температуры и давления (на примере комплекса Гардинер, Гренландия).

7. В составе фаз карбонатитов впервые найден минерал портландит (Са(ОН)г), предсказанный экспериментальными работами П.Вайли (P. Wyllie) (для К-базальтоидов вост. Памира и фоскоритов Палаборы, ЮАР).

8. Впервые обнаружены и изучены солевые высокоплотные обособления в силикатных магмах (стеклах породы и включений), образующиеся за счет распада NaCI (с примесми иных солей) - Н20 флюида (гавайит-пантеллеритовая серия о. Пантеллерия). Предложен механизм «осушения» магм с одновременным накоплением CI.

Апробация работы. Результаты исследования изложены в 119 научных статьях и тезисах докладов, а также в отчетах по проектам РФФИ. Основные результаты докладывались на научных конференциях и симпозиумах, в числе которых International Conference on Melt Inclusions, Grenoble, Франция, 2000; International Conference "Komatiites, Norites, Boninites & Basalts", Portsmouth, Англия, 1999; XVI European Current Research on fluid Inclusions (ECROFI) - r. Порту (Португалия, 2001); XVII European Current Research on fluid Inclusions (ECROFI)- г. Будапешт (Венгрия, 2003); Международные Геологические Конгрессы, 2-е Всероссийское Петрографическое совещание (Сыктывкар, 2000); ежегодные семинары «Геохимия магматических пород» в период с 1983 по 2002 год, Всесоюзные совещания по термобарогеохимии и геохимии рудообразующих растворов» в период с 1980 по 2003 годы и др.

Защищаемые положения. Изучение включений в минералах мантийных нодулей, пикритов и высокомагнезиальных базальтов, щелочных ультрабазитов, лампроитов и карбонатитов позволило сформулировать следующие защищаемые положения.

1. Получены прямые свидетельства присутствия в мантии минерализованного углекислотного флюида при давлении свыше 20 кбар. Впервые на природных объектах (в виде включений в минералах) установлено существование в верхней мантии сложных углекислотно-сульфидно-силикатных эмульсий и количественно охарактеризованы их предельные составы. Соотношение СОг, силикатов, включая стекло, и сульфида близки к 1/11/5 при минимальной концентрации! углекислоты; 5.5: мас.%. В силикатных; расплавах концентрация ;МдО достигает 12.5 мас.%, отношение K/Na колеблется от 1 до 2 при сумме щелочей до 10 мас.%.

2. Установлено, что высокомагнезиальные (пикритовые) расплавы при г температурах; ликвидуса порядка 1250°С и давлениях более 5 кбар при незначительной роли воды насыщены в отношении. СОг (до 1 мас.%). Исходная? магма, отделяющаяся от мантийного рестита при давлениях; 24-50 кбар- и: температурах.выше 1500°С, содержала до 2.5 мас.% С02 и 20 мас.% МдО при-низких концентрациях кремнезема.

Эволюция: С-О-Н флюида, находящегося в равновесии; с сульфидом и металлическим: железом, с понижением; температуры может приводить к образованию углеводородов.

3. Показано, что кристаллизующиеся при; температурах более 1250°С и давлениях выше 8 кбар ультраосновные высокощелочные расплавы насыщены СОг (до 2.5 мас.%) при содержаниях НгО до 0.25 мас.%. Геохимические особенности низкокремнистых:исходных; магм - обогащение несовместимыми и легкими; редкими* элементами (Sr, Ва, Nb, Th, U и др., LREE/HREE до 180), высокие концентрации МдО (до 24 мас.%) обусловлены малыми» степенями плавления (1-5%) гранат-содержащего мантийного перидотита при давлениях 2750 кбар и те м пературах до 1520°С:

4. Установлено, что наименее дифференциированные породы карбонатит-содержащих щелочных комплексов формируются в интервале 1240-1150°С и 3-5 кбарах. В этих условиях материнские расплавы содержат до 5Т мас.% СОг и 2.5 мас.% НгО, а также обогащены F, CI, S, Р2О5. Ликвационное расслоение таких расплавов на высокотемпературной стадии (выше 1150°С) приводит.к появлению магматических кальциокарбонатитов; При дальнейшем снижении Р-Т параметров происходит перераспределением летучих; (Н2О; CI, F, S) и несовместимых компонентов между силикатным и солевым расплавом; На позднемагматической стадии концентрация НгО в силикатных расплавах достигает 8.5 мас.%, а из карбонатитовых кристаллизуются высоководные минералы (цеолиты, бассанит, портландит). В тоже время формирование К-Ыа-карбонатитов типа Олдоньи Ленгаи может быть связано с распадом (кипением) отделяющихся на позднемагматической стадии (менее 1050°С и 1 кбар) минерализованных флюидов.

5. Установлено, что лампроитовые магмы на ликвидусе обогащены Н20 (до 6 мас.%) и С02 (2.2 -5 мас.%). Флюидный компонент в кристаллизующейся системе, наряду с углекислотой, содержит до 20 мол.% N2. Обнаруженные вариации составов летучих и выплавляющихся магм (Si02 - от 55 до 41 мас.%, МдО от 9 до 21 мас.%, отношение K20/Na20 от 3.5 до 21) связаны с минеральной ассоциацией флогопитизированной мантии.

Структура работы. Диссертация объемом 336 страниц состоит из введения, 7 глав; содержит таблиц, рисунка и список литературы из 198 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Петрология, вулканология", Соловова, Ирина Петровна

VII. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗУЧЕНИЯ ВКЛЮЧЕНИЙ В МИНЕРАЛАХ ЩЕЛОЧНЫХ ПОРОД И КАРБОНАТИТОВ

1. Щелочные породы Мальберга, вулк. Чукотки и Вультуре

Высокощелочные ультраосновные и основные породы вулканических комплексов Мальберга и Чукотки имеют близкие геохимические характеристики (табл. 1-5-VII), а также условия кристаллизации магм и флюидного режима. Вулканиты характеризуются насыщением углекислотой, сочетающимся с ее катастрофической потерей в результате декомпрессии уже на больших глубинах, при давлениях не менее 5-8 кбар. На рис. 1-VII приведены сравнительные характеристики по основным петрогенным, редким и рассеянным элементам в стеклах включений из оливинов. На эти-же диаграммы нанесены данные по составам расплавов оливиновых меланефелинитов вулк. Вультуре. Вулканиты представляют собой высококальциевые породы, с высоким содержанием №гО и; КгО, с существенным обогащением LREE (La/Yb до 90, сумма REE до 450 ррт для Мальберга, La/Yb до 74, сумма REE до 430 ррт для Чукотки, La/Yb до 177, сумма REE до 730 ррт для Вультуре). Исходные расплавы Мальберга более всего обогащены Ва и Nb (в меньшей степени Rb, Sr, Та, Th), расплавы вулк. Вультуре - Ba, U, Th (в меньшей степени Nb, Rb, Sr, Та). Магмы оливинового меланефелинита Чукотки содержат повышенные значения Ba, U, Та, Nb, но характеризуются более низкими: концентрациями рассеянных элементов, в то время как по редким элементам они близки к оливиновым мелилититам Мальберга. В отношении REE можно сказать, что в сравниваемых сериях их концентрации наиболее высокие в расплавах Вультуре.

Ковариации отношений Zr/Nb и Ce/Y (рис. 2-5-VII, Hardarson & Fitton, 1991) свидетельствуют о том, что выплавление первичных магм контролируется присутствием граната в рестите, сочетающееся с нахождением среди изученных мантийных ксенолитов реликтового пиропового граната (Jones et.al., 2000). Найденое в оливине резорбированное кристаллическое включение граната, обогащенного пироповой составляющей, возможно, является реликтом глубинной ассоциации. Гранатовая фация; рестита также подтверждается СаО/А1гОз - А^Оз/ТЮг отношением (Walter, 1998). Их парные корреляции (рис. 3-5-VII) позволяют также оценить степень частичного плавления субстрата для магм Мальберга и Вультуре менее 10%, в то время как для магм Чукотки она значительно ниже и составляет первые % (Walter, 1998). Согласно М.Вальтеру, РТ-параметры выплавления магм Мальберга отвечают 158СРС и 4.2 GPa,

Чукотки - 1480-1520РС и 3.2 GPa, Вультуре - 1420-147СРС и 2.7-3 GPa. Для вулканитов Вультуре, где присутствуют лишь единичные флюидные включения СОг, расчеты РТ параметров по модели (Гирнис, 2003), основанной на равновесии расплавов с Ol-Opx мантийной ассоциацией, хорошо согласуются с экспериментальными данными М.Вальтера (2.0-29.8 GPa).

2. Калиевые щелочные комплексы вост. Памира и вулк.

Вультуре

Щелочные породы восточного Памира и вулкана Вультуре, в отличие от вулканитов Чукотки и Мальберга, представляют собой высококалиевые вулканиты, в пределах которых известны проявления карбонатитов. Несмотря на присутствие в расплавах углекислоты, ее интенсивного отделения, как в породах Мальберга и Чукотки, не происходит. Для К-базальтоидной магмы Памира уже на ранних стадиях установлена заметная роль воды. В результате жидкостной несмесимости на высокотемпературном: этапе (~1200°С и—5 кбар) образуются два расплава - силикатный и существенно карбонатный. Аналогичные расплавы зафиксированы и в породах вул. Вультуре, но при более низких P-T параметрах. Карбонатные расплавы высококальциевые, с повышенным содержанием Р2О5, ВаО, SrO и других несовместимых элементов. В обоих случаях присутствие СОг, НгО, CI, S, F определяют геохимическую спецификацию наблюдающихся жидкостей.

Важная роль воды подтверждается присутствием среди минералов включений в породах Памира и Вультуре разнообразных цеолитов. Установлено, что более ранние кристаллы цеолитов обогащены Са и Ва, при снижении; температуры сменяющиеся K-Sr-содержащими ассоциациями. Это-же относится и к другим минералам, например к полевым шпатам. Таким образом, кристаллизация ВаО-обогащенных фаз характерна для высокотемпературных процессов (SrO накапливается в расплаве).

Что касается карбонат- и цеолитсодержащих включений в минералах породы вулк. Вультуре, то они появляются на промежуточной магматической стадии, отражая поступление более эволюционированной магмы, вплоть до отделения в результате несмесимости карбонатной жидкости.

Длительная эволюция магм, динамичное перераспределение компонентов между силикатным и карбонатным расплавами при снижении температуры и давления, также как выступающая на первый план роль воды на поздне- и постмагматической стадии приводят к появлению среди фаз включений портландита и низкотемпературных солевых, существенно сульфатно-фторидных расплавов - рассолов. Общая картина эволюции базальтоидов восточного Памира показана на рис. 4-5-VII.

3. Мелилитолиты щелочного комплекса Гардинер

Мелилитолиты Гардинера характеризуются минимальными температурами и давлениями - 1060°С и первые сотни бар. Определенный среди дочерних минералов силикатных включений во вкрапленниках пировскита и мелилита шортит (Ыа2Са2(СОз)з) свидетельствует о возможности кристаллизации карбонатов в результате кристаллизационной дифференциации в условиях закрытой системы. Однако в данном случае в природе происходил более сложный процесс. На стадии относительно высоких температур (1060-1030°С) от силикатного расплава отделялась Са-карбонатная жидкость. Отделяющийся при температурах 1030-970°С флюид, в который перераспределяются щелочи, в первую очередь Na, распадается (кипение) при снижении давления и/или температуры с обособлением расплава-рассола, обогащенного Na, и низкоплотного газа. Образовавшийся в результате этого сложного процесса Na-карбонатитовый расплав содержал до 26 мас.% ЫагО и по составу приближался к натрокарбонатитовым лавам Олдоньи Ленгаи, Танзания. Для осуществления подобного механизма (экстракции Na во флюид) необходимо присутствие в качестве летучего компонента воды. Она подтверждается наличием в качестве дочерних фаз во включениях водосодержащих минералов, например, пектолита, флогопита, канкринита. Экспериментальные исследования X. Кеплера (Keppler, 2003) показали, что в карбонатитовых расплавах в интервале давления 0.3 - 0.5 кбар может растворяться от 2 до 6 мас.% НгО. Однако расслоение флюида с образованием в качестве одной из фаз существенно водного низкоплотного газа и его удаление из магматической системы при дегазации могли привести к полной потери НгО. Этот сценарий аналогичен установленному нами обогащению пантеллеритового расплава хлором (в виде глобуль NaCI) в результате распада NaCI-НгО флюидов при относительно низких концентрациях Н20 в валовом составе породы.

Таким образом, на основании изучения включений в минералах предложен механизм образования уникального натрокарбонатитового расплава в результате двухстадийной несмесимости: 1) расслоение типа силикатный расплав -кальциокарбонатитовый расплав и 2) отделение флюида и его распад по схеме Na-обогащенный, карбонатитовый расплав (рассол) - газ (низкоплотный существенно водный пар).

4. Фоскориты карбонатитового комплекса Палабора, ЮАР

Обнаруженный среди дочерних фаз включений портландит (также, как в базальтоидах Памира) подтвердил ранее экспериментально полученные данные по карбонатитовым системам (Wyllie & Tuttle, 1994). Присутствие солевых расплавных включений является связующим звеном между фоскоритами и ранними силикатными породами - пироксенитами, где также; обнаружены силикатно-солевые водосодержащие первичные включения. Кроме того, в апатитах установлено присутствие другого водосодержащего минерала -цеолита.

Таким образом, даже и при умеренных концентрациях щелочей в карбонатитовых магмах кальциокарбонатиты могут кристаллизоваться из расплавов при умеренных давлениях и температурах в результате стабилизации карбонатитовых магм в присутствии таких дополнительных компонентов, как Са(ОН)2, Саз(Р04)2, CaS04 (и BaS04) и водных алюмосиликатов.

5. Положение силикатных и карбонатных составов Мальберга и Гардинера на псевдотройной диаграмме (Si02+Al203) - (GaO+MgO)

Na20+K20)

Отделение карбонатитовых расплавов от силикатной магмы было установлено в ряде комплексов на основании петрографических и геохимических данных, а также по результатам изучения включений в минералах, например (Kjarsgaard, Peterson, 1991; Nesbitt, Kelly, 1977). Экспериментальные исследования силикат - карбонатной несмесимости определили положение поля стабильности двух жидкостей на тройной диаграмме БЮг+АЬОз+ТЮг -CaO+MgO+FeO - МагО+КгО. Сопоставление полученных составов расплавов с результатами экспериментального изучения карбонатно-силикатной ликвации при 2 и 5 кбар, опубликованными Къярсгаардом и Гамильтоном (Kjarsgaard, Hamilton, 1988, 1989) позволяют оценить возможность образования карбонатитов за счет жидкостной несмесимости.

Известно, что, несмотря на близость составов расплавов и условий их кристаллизации, для некоторых пород установлены карбонатные проявления, для других - нет. Например, при близких петрографических и геохимических характеристиках изученных пород Гардинера (карбонатит-содержащий комплекс) и Мальберга (безкарбонатитовый) между ними обнаруживаются и важные различия. По сравнению с расплавами Гардинера магма Мальберга характеризуется несколько более высокими концентрациями AI2O3 и БЮг.

На тройной диаграмме ЭЮг+АЬОз+ТЮг - CaO+MgO+FeO - Na20+K20 составы расплавов включений из минералов Мальберга и Гардинера попадают в поле силикатной жидкости (рис. 5-5-VII). Однако пути их дифференциации, определяемые фракционированием оливина (Мальберг) и мелилита (Гардинер), различны. Расплавы Гардинера достигают границы жидкостной несмесимости, что согласуется с отделением от них карбонатитов на поздних стадиях эволюции. Изменение составов расплавов Мальберга, которые изначально богаче AI2O3 (и БЮг), определяется кристаллизацией оливина. Кроме того, более высокие концентрации AI2O3 и №гО расширяют поле стабильности нефелина. В результате путь эволюции расплава проходит параллельно границе сосуществования двух жидкостей (рис. 5-5-VII). В этом случае даже наиболее дифференциированные расплавы будут находиться вне поля несмесимости.

Таким образом, незначительные различия в составах расплавов оказывают решающее влияние на поведение летучих компонентов. В случае Гардинера образование сначала кальциокарбонатитов, а затем Na-карбонатитовых расплавов связывает значительные порции СОг и кристаллизация эволюционированных расплавов происходит в субвулканических условиях. Накопление углекислоты в расплавах Мальберга приводит к чрезвычайно быстрой дегазации и эксплозивному извержению.

ГЛАВА 7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Вопросы условий и состава мантийного магмообразования, роли летучих компонентов в петрогенезисе, а также эволюции магм и флюидов рассмотрены на примере пород, формировавшихся из наименее дифференциированных расплавов.

Гипотеза о существовании мантийных флюидов, способных обогащать отдельные участки мантии в процессе метасоматоза, нашла подтверждение при изучении включений в минералах глубинных перидотитов. Были получены доказательства присутствия в мантии минерализованного углекислотного флюида при давлениях более 20 кбар.

Изучение включений показало, что в условиях верхней мантии локально присутствуют эмульсионные среды (в надкритическом состоянии - флюид), состоящий из трех субстанций - углекислотной, силикатной и сульфидной. Оцененное минимальное соотношение этих компонентов равно 5.5:66:28 в мас.% (количество С02 в макровключениях может достигать 46 мас.%). Силикатная составляющая характеризуется высокими концентрациями MgO (до 12.5%), отношением СаО/А12ОзВ пределах 2.6-1.6 и K/Na от 1 до 2 при сумме щелочей до 10 мас.%. Вопрос о гомогенности мантийных флюидов в надкритическом состоянии в отношении сульфидов не может быть решен в рамках примененного для изучения метода.

Составы выплавляющихся в мантии магм и их насыщенность летучими компонентами во многом зависит от давления, характера мантийного субстрата и степени его плавления. Изученные примитивные пикритовые магмы выплавлялись при температурах не ниже 1500°С и давлениях 24-35 кбар (западная Гренландия) и до 50 кбар (вулкан Мауна Кеа, Гавайи). Высокие давления их генерации определили ряд индикаторных отношений элементов (LREE/HREE, Ti02/Na20). Для изученных пород роль летучих компонентов, во флюидах которых углекислота играет главную роль, при формировании высокомагнезиальных пород невелика. Замечу, при изучении пикритов плато Путорана (Сибирь) она была оценена значительно выше. Оценки концентраций С02 в примитивных расплавах близки к 1.6 мас.%. В условиях низкой летучести кислорода эволюция флюида с понижением температуры может приводить к образованию углеводородов, сосуществующих с металлической фазой (о-в Диско, Гренландия).

При выплавлении ультраосновных высокощелочных магм роль НгО возрастает, однако углекислота во флюиде продолжает играть ведущую роль. Так, в близликвидусных условиях (Р до 8 кбар и Т ~1250°С) расплавы (меланефелиниты вулканов Чукотки) содержали около 0.25 мас.% Н20 и 2.5 мас.% СОг. Близкие значения получены и для пород оливинового мелилитита Мальберга. В родоначальных магмах концентрация углекислоты оценена (по экспериментальным данным) >5 мас.%.

Обогащенность ультращелочных магм несовместимыми элементами (Sr, Ва, Nb, Th, U и др. при LREE/HREE до 180), концентрации Si02 < 40 мас.% при высоких значениях МдО обусловлены малыми степенями плавления, близкими к 5%, гранат-содержащего мантийного перидотита.

При изучении включений выяснено, что силикатные магмы, связанные с магматическими карбонатитами, обогащены летучими компонентами (Н20, С02, CI, F, и S). Так, в К-базальтоидах Памира при 1150°С и 5.7 кбарах силикатный и карбонатитовый расплавы содержали близкие количества Н20 1.5-2.4 мас.%. Концентрация С02 оценена в 1 мас.%. На высокотемпературной стадии (>1150°С), в субвулканических условиях, силикатно-карбонатная несмесимость приводила к появлению магматических /сальциокарбонатитов и перераспределению летучих и несовместимых компонентов между силикатным и солевым расплавом.

В процессе кристаллизации, при снижении РТ-параметров, растворимость накопившихся в остаточном расплаве летучих компонентов, в основном углекислоты и, отчасти Н20 уменьшается, и они образуют свободную фазу флюида. Резкое снижение давления вызывает его распад (кипение) на низкоплотную фазу (газ) и высокоплотную (рассол-расплав). При этом последний обогащается щелочными компонентами. Таким образом, на позднемагматической стадии (при температурах и давлении менее 1050°С и 1 кбар) могут формироваться натрокарбонатиты типа Олдоньи Ленгаи (установлено на примере мелилитолитов щелочного комплекса Гардинер, Гренландия).

Карбонатные минералы могут кристаллизоваться и из силикатных расплавов, обогащенных С02 и Н20 (до 8.5 мас.%), в процессе кристаллизационной дифференциации, на завершающих этапах эволюции силикатных магм (изучение веритов Испании). Концентрация СаО в таких расплавах не превышала 2-3 мас.%.

Для ультращелочных высококалиевых магм, кристаллизация которых приводит к формированию лампроитов, установлена паритетная роль как НгО, так и СОг. Исходные лампроитовые магмы обогащены Н20 (до 6 мас.%), СОг (2.2 -5 мас.%), во флюиде дополнительно присутствует N2 (до 20 мол.%), частично растворяющийся и в расплаве. Роль азота возрастает с ростом давления, при котором происходит плавление мантийной матрицы. Из четырех изученных лампроитовых проявлений (Алдан, США, Испания и Австралия) максимальные концентрации N2 определены для оливиновых лампроитов Эллендейл-26. Вариации состава летучих и химизма магм (Si02 - 55-41 мас.%, МдО - 9-21 мас.% K20/Na20 - 3.5-21) отражают плавление обогащенной флогопитизированной мантии и связаны со сменой реститовой ассоциации минералов.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора геолого-минералогических наук, Соловова, Ирина Петровна, Москва

1. Андреева И.А., Наумов В.Б., Коваленко В.И., Кононкова Н.Н., 1995.

2. Природные фосфатно-силикатные расплавы. Геохимия, т. 343, № 2, 237-241.

3. Андреева И.А., Коваленко В.И., Наумов В.Б., 2001. Условия образования,состав магм и генезис силикатных пород щелочного карбонатитсодержащего комплекса Мушугай-Худук, южная Монголия (данные изучения расплавных включений). Петрология, т. 9, 563-592.

4. Арискин А.А., Борисов А.А., Бармина Г.С., 1992. Моделирование железо- силикатный расплав в базальтовых системах. Геохимия, т. 9, 1241-1261.

5. Базарова Т.Ю., Дмитриев Э.А., 1967. Температурные условиякристаллизации фергусит-порфиров Восточного Памира. Докл. АН СССР, т. 177. N 1, 185-188.

6. Борисенко А.С., 1977. Изучение солевого состава растворов газовожидких включений в минералах методом криометрии. Геология и геофизика, N 8,16-27.

7. Бочаров В. Л. И др., 1993. Апатитоносные карбонатиты КМА (апатиткарбонатитов Курской магнитной аномалии), 1993.

8. Вахрушев В.А., Кутолин В.А.,1976. Сульфиды в верхней мантии. ДАН

9. СССР, т. 228, № 2, 438-441.

10. Вахрушев В.А., Соболев Н.В., 1971. Сульфидные образования вглубинных ксенолитах из кимберлитовых трубок Якутии. Геология и геофизика, № 11, 311

11. Гирнис А.В., Булатов В.К., Брай Г.П. 2003. Первичные магмывысокомагнезиальных базальтов вулкана Мауна Кеа, Гавайи: экспериментальное исследование. Геохимия, N 4, 366 379.

12. Ермаков Н.П., 1950. Исследования минералообразующих растворов. Изд.

13. Харьковского университета, 460 с.

14. Ермаков Н.П., Долгов Ю.А., 1979. Термобарогеохимия. М., Недра, 271 с.

15. Ионов Д.А., Борисовский С.Е., Коваленко В.И., Рябчиков И.Д., 1984. Орервой находке амфибола в глубинных ксенолитах из щелочных базальтов МНР. ДАН СССР, т. 276, № 1, 238.

16. Кепежинскас В.В., 1979. Кайнозойские щелочные базальтоиды Монголиии их глубинные включения. М.: Наука, с. 312.14,1518