2014

Барий и другие несовместимые элементы в породах Елетьозерской интрузии

Когарко Л.Н.¹, Рябчиков И.Д.²

¹ГЕОХИ РАН, ²ИГЕМ РАН

Елетьозерский массив представляет собой расслоенную интрузию с преобладанием основных и ультраосновных пород, нередко содержащих калиевый полевой шпат (монцониты и оливиновые монцониты). На заключительной стадии формирования массива появились лейкократовые щелочные породы – сиениты и нефелиновые сиениты. В ряде образцов пород массива нами были обнаружены минералы необычного состава:  высокобариевые слюды (с содержанием ВаО до 11%) и полевые шпаты (до 32% ВаО), высокониобиевые титаниты (до 6.2% Nb₂O₅), шпинели с высоким содержанием герцинитового минала, титаномагнетит с содержанием V₂О₃ до 1.5%.

Массив вмещает Fе-Тi месторождения, представленные телами рудного габбро и рудного пироксенита.

Aнализ валовых проб пород данного массива с помощью метода ICP MS в Отделе геохимии Института Макса Планка (Майнц, ФРГ), a также анализ минерал с помощью электронного микрозонда JXA-8230 в Институте наук о Земле Университета Гренобля  позволил получить информацию о поведении элементов примесей в ходе становления Елетьозёрской интрузии. В целом для изученных пород характерно обогащение наиболее несовместимыми микрокомпонентами.

Хондрит-нормализованные диаграммы редких земель характеризуются относительным обогащением ЛРЗЭ. Степень этого обогащения, однако, сильно колеблется: (La/Lu)_N варьирует от 2.1 до 36.6. Встречаются образцы, как с положительной, так и с отрицательной европиевой аномалией. Первый случай отражает кумуляцию плагиоклаза, а второй – уход плагиоклаза из магмы в ходе её кристаллизации.

Кумуляция титаномагнетита отражается в параллельном росте FeO и TiO₂, при этом увеличение TiО₂ сопровождается падением отношения Nb/Ta, что свидетельствует о заметном различии коэффициентов распределения этих элементов для магнетита. В лейкократовых разновидностях пород сумма Nb +Ta может превышать 0.02%, а величина Nb/Ta отношения  может быть больше 30.

Многие из исследованных пород характеризуются бариевыми максимумами на диаграммах содержаний несовместимых элементов, нормализованных по примитивной мантии, при этом содержания бария в некоторых валовых пробах достигают 1%, a отношения BaO/K₂O могут превышать 1.5.  Однако степень обогащённости барием, как для валовых проб, так и для калиевых минералов сильно варьирует.

Сильные вариации содержаний бария в минералах и породах Елетьозёрского массива в различных его участках невозможно объяснить процессами дифференциации в пределах закрытой магматической камеры. В ходе кристаллизации базальтоидных магм в коровых условиях до начала выделения слюд и щелочных полевых шпатов и барий и калий оказываются несовместимыми элементами по отношению к ранним кристаллическим фазам (оливин, пироксены, основной плагиоклаз) вследствие чего Ва/К отношение остается постоянным (таким же как в мантийном источнике), а после начала выделения калиевых минералов это отношение быстро падает, так как коэффициенты распределения Ва для калишпатов и слюд значительно больше 1. Таким образом,   наблюдаемые высокие концентрации в ранних магматических продуктах должны отражать высокобариевый характер их мантийного источника.

По всей вероятности формирование Елетьозерского массива происходило с участием целого спектра первичных магм, некоторые из которых были аномально обогащены барием, стронцием и рядом других несовместимых элементов. Эта обогащенность могла быть следствием  предшествовавших процессов мантийного метасоматизма, a также процессов разделения элементов в ходе фракционного плавления мантийного вещества. Вероятность подобной интерпретации подтверждается находками высокобариевых слюд в ксенолитах мантийных пород, испытавших воздействие мантийного метасоматизма (Kogarko et al., 2001; Kogarko et al., 2007; Kogarko et al., 2005).

При очень высоких давлениях калий начинает входить в состав клинопироксенов, а коэффициент распределения бария при этом оказывается значительно более низким. Это подтверждается экспериментальными данными и расчетами на основе моделей, учитывающих энергию деформации кристаллической решетки при изоморфных замещениях. Вследствие этого при давлениях порядка 7 ГПа и очень низких степенях частичного плавления возникают расплавы с аномально высокими Ва/К отношениями. Эти близсолидусные расплавы должны иметь карбонатный состав, и они по всей вероятности являются агентами бариевого метасоматизма. В результате воздействия подобных расплавов происходит флогопитизация мантийных перидотитов. Последующее частичное плавление флогопитизированных пород приведет к непрерывному возрастанию содержаний бария в остаточных флогопитах и сосуществующих с ними расплавах, так как барий будет преимущественно удерживаться слюдой до тех пор, пока флогопит будет присутствовать в рестите. Иными словами, самые первые выплавки будут относительно обеднены барием, который удерживается кристаллической решеткой флогопита, а по мере развития этого процесса концентрации бария, как в остаточном флогопите, так и в сосуществующем расплаве будут расти, достигая максимума в момент резорбции последних чешуек слюды.

Поступление в магматическую камеру порций расплава разных стадий частичного плавления метасоматизированного мантийного источника объясняет сущеcтвенные вариации концентраций бария и других несовместимых элементов в минералах и породах.

В связи с вышесказанным можно также отметить, что высокобариевый характер магматизма является признаком участия магм, сформировавшихся при экстремальных давлениях, отвечающих условиям основания континентальной литосферы.

То, что обогащение мантийных пород барием происходит в результате процессов с участием карбонатных расплавов, доказывается их высокой экстрагирующей способностью в отношении бария и стронция, продемонстрированной экспериментально (Veksler et al., 1998).

Работа выполнена при финансовой поддержке программы РAН “Aрктика”.

Литература

Kogarko L. N., Kurat G., and Ntaflos T. (2001) Carbonate metasomatism of the oceanic mantle beneath Fernando de Noronha Island, Brazil. Contrib. Mineral Petrol. 140, 577-587.

Kogarko L. N., Kurat G., and Ntaflos T. (2007) Henrymeyerite in the metasomatized upper mantle of eastern Antarctica. CANADIAN MINERALOGIST 45(3), 497-501.

Kogarko L. N., Uvarova Y. A., Sokolova E., Hawthorne F. C., Ottolini L., and Grice J. D. (2005) Oxykinoshitalite, a new species of mica from Fernando de Noronha Island, Pernambuco, Brazil: Occurrence and crystal structure. CANADIAN MINERALOGIST 43(5), 1501-1510.

Veksler I. V., Petibon C., Jenner G. A., Dorfman A. M., and Dingwell D. B. (1998) Trace Element Partitioning in Immiscible Silicate–Carbonate Liquid Systems: an Initial Experimental Study Using a Centrifuge Autoclave. Journ. Petrology 39, 2095-2104.