Взаимодействие водно-щелочно-карбонатных расплавов с перидотитом и генезис щелочных магм (по экспериментальным данным)

Мантийный метасоматоз приводит к обогащению несовместимыми элементами мантийных резервуаров, стимулирует плавление и формирование щелочных магм, карбонатитов. Важная роль в мантийном метасоматозе принадлежит сульфидсодержащим щелочно-силикатным флюидорасплавам. Приводятся результаты экпериментального моделирования щелочно-карбонатного метасоматоза и плавления в системе перидотит-базальт-сульфид√карбонаты щелочей при Р=4 ГПа, в интервале Т=1200-1400ºС.

Опыты проводились на аппарате типа НЛ в ИЭМ РАН с использованием закалочной методики. Температура измерялась Pt30Rh/Pt6/Rh термопарой, давление при высоких температурах калибровалось по кривой равновесия кварц - коэсит. Точность определения температуры и давления в опытах оценивается в ╠ 5ºC и ╠ 1 кбар. Длительность эксперимента составляла 6 - 8 часов. Продукты экспериментов изучались на электронном сканирующем микроскопе CamScan MV2300 c YAG детектором вторичных и отраженных электронов и энергодисперсионным рентгеновским микроанализатором с полупроводниковым Si(Li) детектором Link INCA Energy.

В системе перидотит-базальт-сульфид√карбонаты щелочей при щелочно-карбонатно-сульфидном метасоматозе и плавлении при Т=1400ºС, Р=4.0 ГПа при взаимодействии базальтового расплава с перидотитом формировались щелочные силикатные расплавы (m), сосуществующие с орто и клинопироксенами (Opx, Cpx), флогопитом (Flog), хромитом (Chr), сульфидным Fe-Ni-Cu (Mss) расплавами. Состав силикатных расплавов отвечал нефелиновым (Ne) фонолитам и их плутоническим аналогам - фельдшпатоидным сиенитам и фойялитам. Карбонатная фаза не обнаружена, возможно, была утеряна при приготовлении полированных образцов. Представительные составы сосуществующих фаз приведены в табл.1.

Таблица 1. Представительный фазовый состав экспериментальных образцов. Система базальт-перидотит-сульфид с щелочно-карбонатным расплавом (в пересчете на 100 мас.%)

Оксид	Cpx	Opx	Flog	Gl*	Chr
SiO₂	52.08	53.98	45.31	65.90	0.54
TiO₂	1.84	0.46	0.88	0.41	0.40
Al₂O₃	7.34	6.18	13.28	21.40	15.45
Cr₂O₃	0.22	1.39	2.18	< 0.1	58.41
FeO	3.66	3.08	1.73	0.41	5.87
MgO	14.81	31.33	26.60	0.03	19.03
CaO	17.77	3.06	0.09	1.38	0.06
Na₂O	2.27	0.49	1.57	9.18	0.05
K₂O	< 0.1	< 0.1	8.36	1.30	< 0.05

Сульфиды представлены овальной формы выделениями, близкими по составу к пентландиту с включениями ферроплатины (табл.2).

Таблица 2. Представительный состав сосуществующих сульфидов в системе базальт-перидотит-сульфид - щелочно-карбонатный флюидорасплав (в пересчете на 100 мас.%).

	Матрица	Включения
S	37.76	0.01
Cr	1.10	0.12
Fe	36.15	10.38
Ni	21.84	0.69
Cu	2.40	0.13
Pt	0.74	88.66

При щелочно-карбонатном метасоматозе и плавлении водосодержащего перидотита при Т=1200ºС Р=4.0 ГПа карбонатные (Ка) и щелочные силикатные расплавы типа нефелинового фонолита сосуществуют с флогопитом и клинопироксеном (табл.3).

Таблица 3. Состав сосуществующих фаз при щелочно-карбонатном метасоматозе. Т=1200ºС Р=4.0 ГПа.

	SiO₂	TiO₂	Al₂O₃	FeO	MgO	CaO	Na₂O	K₂O	Cr₂O₃	Сумма
Cpx	52.1	0.5	7.8	8.4	10.0	14.3	4.3	0.1	0.8	98.4
Flog	40.1	1.4	12.9	18.0	7.9	1.7	1.8	6.1	0.2	92.2
m	49.0	0.5	14.9	5.0	1.2	2.4	6.3	6.1	0.2	83.6
Ka	2.4	0.1	1.0	12.0	1.2	20.6	12.6	1.1	0.1	52.0

Обозначения: Cpx √ клинопироксен, Flog √ флогопит, m √ силикатный расплав, Ka √ карбонатный расплав.

Экспериментальные образцы представлены крупными (десятки мкм) таблитчатыми выделениями силикатных минералов, сцементированных силикатным стеклом (закаленный силикатный расплав) с овальной формы включениями карбонатной фазы (закаленный карбонатный расплав) размером 5-10 мк. Карбонаты обогащены (в пересчете на 100% оксидов, без СО₂) Са (до 40 мас.% СаО), Na (до 25 мас.% Na₂O), содержат SiO₂ (до 5 мас. %), характеризуются высокой растворимостью серы (до 3 мас.% SO₃).

Полученные результаты свидетельствуют о том, что щелочно-карбонатный метасоматоз является эффективным механизмом формирования щелочных и карбонатных магм.