Семинар "Геохимия щелочных пород" 

школы "Щелочной магматизм Земли"-2008

Минералогия закристаллизованных карбонатитовых расплавов: включения в клинопироксенах и карбонатитовые жилы в составе ультракалиевого базальтоидного комплекса Дункельдык, Памир

Соловова И.П., Гирнис А.В., Рябчиков И.Д.

ИГЕМ РАН, Москва

Изучение расплавных микровключений в минералах предоставляет уникальную возможность проследить эволюцию расплавов в условиях закрытой системы. Особенно это важно для магм, в первую очередь карбонатитовых, обогащенных летучими и флюидомобильными компонентами, интенсивно удаляющихся из кристаллизующихся расплавов при изменении термодинамических параметров. Термобарогеохимический метод был использован при исследовании фергуситов из диатремы ультракалиевого базальтоидного комплекса Дункельдык (Памир), рассеченных тонкими, до 3 мм шириной, карбонатитовыми прожилками, в которых вкрапленники апатита, флогопита и клинопироксена погружены в закристаллизованную полифазную основную массу. Клинопироксен насыщен расплавными силикатными и карбонат-содержащими включениями. Температуры плавления  всех кристаллических фаз во включениях и гомогенизации в отношении флюида составляют 1150-1180^оС. При нагревании и плавлении дочерних фаз включений в силикатном расплаве наблюдалось обособление глобул карбонатитового расплава, кристаллизующихся при быстром охлаждении. Согласно криометрическому исследованию редких флюидных включений и минеральным геобарометрам, давление при измеренных температурах составляло 0.5-0.6 ГПа. Химический состав карбонатитового расплава, сосуществующего с наименее дифференцированным  силикатным при 1180^оС, характеризуется очень высокими концентрациями щелочей (особенно К₂О), F, S и Cl (мас.%): SiO₂ √ 10.4, TiO₂ √ 0.3, Al₂O₃ √ 2.6, FeO √ 5, MgO √ 2.6, CaO √ 16.2, Na₂O √ 5.8, K₂O √ 14.1, F √ 1.1, Cl √ 0.2, CO₂ √ 41.5. Н₂О не учтена, однако ее высокое содержание подтверждается как минералогией закристаллизованных включений и основной массы прожилков, так и присутствием жидкой фазы воды во флюидах. Расплав обогащен Ba, Sr, Th, U, Li, B, Be,  LREE (La/Yb отвечает 39.8) при сумме REE до 412.

Микрофотографии силикатно-карбонатных включений в клинопироксене после нагревания до 1040^оС (а) и 1150^оС (б); (в) √ светлые кристаллы Sr-апатита вокруг первичного зерна апатита, вид в отрицательных электронах; кристаллы зонального граната  (г), фресноита (д); куспидина (Cusp), кальсилита (Ks), перовскита (Per) и цеолита (Zeol) в карбонатной матрице (Cc).

Фазовый состав как карбонатитовых расплавных включений, так и основной массы прожилков характеризуется преобладанием недосыщеных SiO₂ минералов. Отражая ультракалиевый характер расплавов, в первую очередь из них кристаллизуются кальсилит и высокобариевый калиевый полевой шпат (до 9 мас.%). К наиболее ранним минералам относятся также Са-Ti-содержащие фазы √ титанит, перовскит и, затем, зональный гранат √ шорломит (центральные зоны обогащены TiO₂, краевые √ Fe₂O₃).  К чрезвычайно редким минеральным находкам относятся фресноит и делиндеит (Ba-Ti-диортосиликаты), содержащие до 59 и 30 мас.% ВаО, 13 и 15 мас.% TiO₂, соотвественно. Кроме того, от опубликованных в литературе составов они отличаются высокими содержаниями SrO, FeO и CaO, а также F и H₂O. Накопление в остаточных расплавах летучих компонентов, Na и Fe приводит к кристаллизации таких минералов, как эгирин, куспидин, скаполит, канкринит, а также высоководных и разнообразных по составу К-Ва и Са-Sr цеолитов. Среди рудных фаз диагностированы сульфид Fe и джерфишерит (сульфид Fe и К) √ минерал, типичный для лампроитов и обнаруженный в кимберлитах. Выделяющиеся на промежуточной и поздней стадии эволюции расплава магнетиты обогащены  TiО₂ (9.7 мас.%). Особое внимание было уделено рассмотрению механизмов образования высоко бариевых флогопитов (до 10 мас.% ВаО) и высоко стронциевых апатитов (до 24 мас.% SrO). Показано, что минералообразующей средой для высоко бариевых флогопитов являлся реститовый расплав, обогащенный летучими (в том числе F) и флюидомобильными элементами. На этой стадии важную роль играли реакции разложения ранних Ва-содержащих полевых шпатов с последующей реализацией ВаО в виде высоко бариевых флогопитов. Пространственно тяготеющие к ним зерна делиндеита образовывались, по-видимому, одновременно с Ва-флогопитами. Механизм образования стронциевых апатитов носил принципиально иной характер √ ранние зерна умеренно стронциевых апатитов перекристаллизовывались при активном участии отделившихся на позднемагматической стадии флюидов, богатых Sr. Поскольку речь идет о закрытой системе (расплав находился в герметичных включениях), эти процессы можно рассматривать как проявление автометасоматоза in situ, обусловленными неравновесностью ранних минералов с поздними расплавами и флюидами. Это же относится и к карбонатитовым микропрожилкам, характеризующимся идентичным минеральным сообществом.  Таким образом, мы имели уникальную возможность проследить эволюцию первичного (мантийного) карбонатизированного расплава, прошедшего стадии несмесимости и кристаллизационной дифференциации, вплоть до формирования высокоминерализованных флюидов.