Семинар "Геохимия щелочных пород" 

школы "Щелочной магматизм Земли"-2008

Изменение концентрации и спектра РЗЭ в магматогенных флюидах, образующихся при подъеме гранитных расплавов к поверхности Земли

Луканин О.А., Дернов-Пегарев В.Ф.

ГЕОХИ РАН, Москва

Введение. При интерпретации данных по содержанию редкоземельных элементов (РЗЭ) в гранитоидах и других изверженных породах основное внимание уделяется перераспределению этих элементов между расплавом и кристаллическими минеральными фазами. Влияние флюидно-расплавных взаимодействий и, в частности, процессов дегазации магм на поведение РЗЭ остается мало изученным. Экспериментальные исследования системы гранитный расплав - вода - хлор при высоких давлениях демонстрируют существенную зависимость коэффициентов распределения РЗЭ между флюидом и расплавом (D(REE)^v/m) от содержания хлора во флюиде (C(Сl)^V). С ростом C(Сl)^V происходит увеличение D(REE)^v/m, что свидетельствует о нахождении РЗЭ во флюиде, главным образом, в виде хлоридных комплексов (Flynn, Burnham, 1978; Кравчук и др. 1989; Reed et al., 2000; и др.). Из этого следует, что поведение РЗЭ при дегазации гранитных магм должно быть тесным образом связано с поведением летучих компонентов и, в первую очередь, хлора.

В данном сообщении представлены результаты численного моделирования перераспределения РЗЭ между расплавом и флюидной фазой в процессе дегазации H₂O- и Cl-содержащих гранитных магм, вызванной понижением давления во время их подъема к поверхности Земли.

Модель дегазации. Разработанная нами компьютерная модель позволяет рассчитывать распределение летучих компонентов Н₂О, Сl, а также РЗЭ между расплавом и флюидной фазой в процессе декомпрессионной дегазации гранитных расплавов с заданными исходными содержаниями Н₂О, Сl и РЗЭ (Lukanin, 1999; Луканин, Дернов-Пегарев, 2007). Для расчетов межфазового распределения РЗЭ флюид/расплав за основу были взяты экспериментальные данные Рида с соавторами (Reed et al., 2000), которые были получены для гранитного расплава при 2 кбар и 800^оС. Моделировались процессы изотермической дегазации (Т = 800╠25^оС) в диапазоне давлений 0.5-3 кбар как в закрытых условиях, когда флюидная фаза остается в системе, так и в открытых условиях, когда флюидная фаза удаляется из магмы в процессе своего образования на каждом последующем шаге уменьшения давления.

Результаты. Обогащенные хлором первые порции флюида, отделяющиеся от расплава на больших глубинах (Р > 2.5 кбар), имеют относительно высокие концентрации РЗЭ. При C(Сl)^V ≥ 4 моль/кг Н₂О концентрация каждого элемента во флюиде превышает их концентрацию в расплаве. Если исходные концентрации РЗЭ в расплаве были одинаковыми, то флюидная фаза характеризуется относительно равномерным спектром РЗЭ с общей тенденцией понижения концентрации элемента с большим атомным номером. При этом в спектре РЗЭ может наблюдаться слабо выраженная отрицательная аномалия Eu.

Суммарная концентрация РЗЭ во флюидной фазе C(REE)^v (также как и концентрация каждого элемента этой группы) резко падает по мере снижения давления и уменьшения во флюиде содержания хлора. Особенно сильное снижение С(REE)^V имеет место на первых этапах дегазации в условиях открытой системы. При уменьшении давления ниже 1-0.7 кбар в закрытой системе или ниже 1.5 кбар в открытой системе, соответственно, С(REE)^V стабилизируется и остается примерно на постоянном уровне значительно более низком, чем концентрация РЗЭ в расплаве, равновесном с флюидной фазой.

На фоне общего уменьшения C(REE)^v в ходе декомпрессионной дегазации, происходит изменение соотношений концентраций Eu и других РЗЭ. Вследствие этого спектр РЗЭ во флюидной фазе претерпевает существенные изменения по сравнению со спектром РЗЭ в расплаве. Если концентрации всех редкоземельных элементов в исходном расплаве были одинаковыми, то в спектре РЗЭ, начиная с некоторого давления, появляется и становится все более ярко выраженной положительная аномалия европия. Давление, при котором она появляется, и ее относительная величина определяются исходным содержанием летучих (Сl, H₂O) в расплаве, а также степенью открытости системы, т.е. динамикой удаления флюидной фазы из магматической системы. Аномальное поведение Eu при дегазации магм, объясняется тем, что при редокс условиях, характерных для магматического процесса, европий присутствует в расплаве в двух валентных формах Eu³⁺ и Eu²⁺, в то время как для остальных РЗЭ преобладающей формой является REE³⁺. Таким образом, окислительное состояния магм в процессе дегазации также оказывает влияние на спектр РЗЭ магматогенных флюидов.

Заключение. Концентрация и спектр РЗЭ во флюидной фазе, образующейся при подъеме гранитных расплавов, содержащих Н₂О и Cl, претерпевают существенные изменения, которые во многом определяются исходным содержанием летучих компонентов в расплавах, их окислительно-восстановительным состоянием, а также динамикой удаления флюидной фазы из магм. Одно из геохимических следствий рассматриваемой модели состоит в том, что гранитный расплав при своем подъеме на разных глубинах может быть источником флюидов с различным спектром РЗЭ, отличающимся от спектра РЗЭ расплавной фазы.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант 08-05-00022) и ОНЗ РАН (программа 7, 2008 г)

Литература

Кравчук И.Ф., Малинин С.Д., Варежкина Н.С. Экспериментальное исследование распределения европия между силикатным расплавом и флюидом при 800^oС и 1,5 кбар // Геохимия. 1989. ╧ 12. С. 1771-1781

Луканин О.А., Дернов-Пегарев В.Ф. Перераспределение европия и других редкоземельных элементов между расплавом и водно-хлоридным флюидом при декомпрессионной дегазации гранитных магм // Вестник Отделения наук о Земле РАН. ╧ 1(25)'2007 (http://www.scgis.ru/russian/cp1251/h_dgggms/1-2007/informbul-1_2007/term-30.pdf)

Flynn R.T., Burnham C.W. An experimental determination of rare earth partition coefficients between a chloride containing vapor phase and silicate melts // Geohim. Cosmochim. Acta. 1978. Vol. 42. P. 685-701.

Lukanin O.A. Degassing of Cl- and H₂O-bearing acid magmas at their ascent to the surface and crystallization // Experiment in Geosciences. 1999. Vol. 8. No 2. P. 38-40.

Reed M.J., Candela Ph.A., Piccoli Ph.M. The distribution of rare earth elements between monzogranitic melt and the aqueous volatile phase in experimental investigations at 800^oC and 200 MPa // Contrib. Mineral. Petrol. 2000. Vol. 140. P. 251-262.