Геохимия, 2020, T. 65, № 7, стр. 654-670

Составы фаз в продуктах опытов

Система амфибол–флюид–H₂O–HCl. Т = 650–750°С, Р = 7 кбар.

На рис. 1 приведены типичные фотографии образцов после опытов, проведенных при 650°С и m_HCl = 0.05, 0.1 и 0.5 m (соответственно опыты P-1, P-2, P-3 в табл. 1).

В опытах P-1 и P-2 резко преобладающей (>90%) фазой оставались кальциевые амфиболы – чермакиты с (Na + K)_A = 0.45–0.49, X_Fe = 0.25–0.35 (рис. 1а), по составу не отличающиеся от исходных. Хлорит отмечался во всех опытах независимо от концентрации HCl. Это могли быть одиночные кристаллы (рис. 1а) различных, от 10 до ≈80 мкм, либо розетки размером до 100 мкм, состоящие из мелких игольчатых пластин. Формула хлоритов: (Mg_2.93Fe_1.59Al_1.4)(Si_2.68Al_1.32)O₁₀(OH)₈. С ростом концентрации HCl в хлоритах происходит изоморфное замещение Fe → Mg, Fe → Al(VI), и Al(IV) → Si, общая формула хлоритов при m_HCl = 1 m (опыт P-4) (Mg_3.43Fe_0.95Al_1.57)_5.95(Si_2.92Al_1.08)O₁₀(OH)₈.

В опыте P-1 кроме амфиболов и хлоритов фиксировались плагиоклазы An_95-100. В опыте P-2 хорошо выраженные кристаллы Pl не обнаружены. Помимо указанных фаз отмечались единичные мелкие (<10 мкм) зерна апатита с содержанием Cl = 1.72 мас. %. Появление апатита в продуктах опытов объясняется примесью фосфора в исходном амфиболе, не определяемой микрозондовым анализом. По данным (Koritnig, 1965) примеси фосфора в амфиболе могут колебаться в интервале 0–180 ppm.

Кроме минеральных фаз в опытах P-1 и P-2 отмечены мелкие (≈10 мкм) сферические формы, представляющие собой продукты закалки флюидной фазы – закалочное стекло Gl₁.

В опытах P-3–P-5, проведенных при более высоких m_HCl (табл. 1), кальциевые амфиболы сохраняются, однако их количество резко уменьшается. Это в основном чермакиты c (Na + K)_A = = 0.4–0.5. В некоторых зернах изредка отмечается увеличение (Na + K)_A до значений 0.52–056. Железистость амфиболов X_Fe = 0.3–0.4.

В опыте P-3 наряду с кальциевыми амфиболами появляются единичные кристаллы ромбического амфибола Mg₅(Mg_0.65Al_0.98Fe_0.10)₅Si₈O₂₂(OH)₂, по составу близкого к антофиллиту, либо куммингтониту, но со значительной примесью Al.

В опытах P-3–P-5 не отмечается плагиоклаз, появляются скопления, состоящие из мелких сферических форм кварца, фаз типа Al₂SiO_n ⋅ mH₂O, тонковолокнистого силлиманита (в рамках на рис. 1б). Иногда встречаются единичные очень крупные, >200 мкм, кристаллы кварца, хлорита (рис. 1б), корунда (рис. 1в), фиксируются мелкие глобулы (2–3 мкм) оксидов Fe.

Результаты опытов, проведенных при Т = = 750°С, показаны на рис. 2. При концентрациях HCl ≤ 0.1 m (опыт Y-1 в табл. 1) исходный чермакит остается основной фазой (рис. 2а). В центрах кристаллов состав амфибола близок к исходному, к краям происходит вынос Na, Ca, Fe в большей степени, чем Mg. Вследствие подобного выноса в минерале увеличивается содержание SiO₂, Al₂O₃ и понижается железистость от X_Fe = 0.30 до X_Fe = 0.20, чермакит превращается в Mg-Hbl. В-ынесенные Fe и Mg образуют соответственно ильменит ${\text{Fe}}_{{0.20}}^{{2 + }}{\text{Fe}}_{{1.30}}^{{3 + }}{\text{M}}{{{\text{g}}}_{{0.10}}}{\text{T}}{{{\text{i}}}_{{0.40}}}{{{\text{O}}}_{3}}$ и шпинель ${\text{M}}{{{\text{g}}}_{{0.8}}}{\text{Fe}}_{{0.09}}^{{2 + }}{\text{Fe}}_{{0.08}}^{{3 + }}{\text{A}}{{{\text{l}}}_{{1.90}}}{{{\text{O}}}_{4}}$. Однако вынос элементов из амфибола крайне слаб при такой кислотности, суммарное количество шпинели и ильменита не достигает 1 мас. %. Сохраняются анортит, а также единичные сферические образования закалочного стекла Gl₁, подобные наблюдаемым в опыте P-1.

При концентрации HCl = 1m (опыт Y-2 в табл. 1) после опытов кальциевые амфиболы сменяются ортоамфиболами типа жедрита Mg₂(Mg_2.50Al_1.61Fe_0.90)(Si_7.22Al_0.78)O₂₂(OH)₂, с X_Fe = = 0.1–0.2. Появляется редкий мельчайший ильменит и кордиерит, размеры которого могут достигать ≈300 мкм (рис. 2б). Состав кордиерита: (Mg_1.95Fe_0.07)[Al_4.05Si_4.86O] ⋅ nH₂O. Отмечаются мелкие сферические формы Gl₁ размером 5–10 мкм.

При дальнейшем увеличении концентрации кислоты (HCl ≥ 1.5 m) амфиболы растворяются в значительной степени (опыты Y-3, Y-4 в табл. 1). В продуктах опытов наряду с сохраняющимися редкими кристаллами амфибола и кордиерита отмечаются коллоидные скопления, по составу отвечающие SiO₂. В этих скоплениях обособляются многочисленные хорошо выраженные, удлиненные кристаллы Al₂O₃, (корунд) ≈20 мкм (рис. 2в). Кроме того, в алюмосиликатной матрице изредка наблюдаются нитевидные выделения рутила. Размеры рутила варьируют от <1 до 40 мкм.

Таким образом, при взаимодействии амфибола с растворами HCl получены следующие результаты.

При Т = 650°C, 7 кбар и низких концентрациях HCl (<0.1m) происходит слабое инконгруэнтное растворение кальциевых амфиболов с образованием небольшого количества анортита, хлорита, кварца и оксидов Fe. При концентрациях HCl > 0.1m плагиоклаз не отмечается, наряду с кальциевыми амфиболами и хлоритом появляются ортоамфиболы по составу близкие к антофиллиту, либо куммингтониту с примесью Al.

При Т = 750°C, 7 кбар кальциевые амфиболы с ростом m_HCl также сменяются ортоамфиболами и, затем, кордиеритом. Вместо антофиллита образуется жедрит со значительным содержанием Al. Анортит сохраняется при несколько более высоких m_HCl, хлорит не отмечается. Как при 650, так и при 750°С, взаимодействие амфибола с кислыми растворами приводит к отсутствию щелочей в новообразованных минералах, т.е. эти элементы практически полностью переходят в раствор.

Система амфиболит–флюид–H₂O–HCl, Т = = 750–800°C, Р = 5–7 кбар.

В отличие от системы амфибол–H₂O–HCl, взаимодействие амфиболита, состоящего из амфибола и плагиоклаза, с растворами H₂O–HCl приводит к заметному частичному плавлению породы вследствие того, что в плавлении участвуют и амфибол, и плагиоклаз. Образующийся расплав Gl₂ отмечается по краям и по трещинам в плагиоклазе и в амфиболе. Кроме того, расплав Gl₂ может коагулироваться в сферические формы. Также как в рассмотренной выше системе амфибол–H₂O–HCl, в системе амфиболит–H₂O–HCl избыток флюидной фазы приводит к осаждению при закалке вещества из флюида в виде сферул закалочного стекла Gl₁ (рис. 3а).

Взаимодействие амфиболитов с водой и разбавленными растворами HCl представлено в опытах D-2 D-3 и W-3 (табл. 1). В этих опытах сохраняются кальциевые амфиболы. В центрах кристаллов их состав близок к исходному, в краевых частях выносятся Na, Ca и Fe в большей степени, чем Mg. Вследствие подобного выноса в минерале увеличивается содержание SiO₂, Al₂O₃, понижается железистость X_Fe от 0.51 до 0.44. Исходный паргасит (Na + K)_A = 0.75 превращается в чермакит, либо в Mg-Hbl с содержанием (Na + K)_A = = 0.35–0.40. Вынесенные Fe и Ti образуют ильменит, который зачастую располагается по краю амфибола. Исходный плагиоклаз An₄₆, переходит в An₉₆. Расплав Gl₂ в виде слоев и пятен отмечается в амфиболе и плагиоклазе, а также образует редкие сферические формы, не превышающие ≈50 мкм. Закалочные стекла Gl₁ редки в опытах W-3, D-2 и не отмечены в опыте D-3.

При увеличении концентрации HCl (m_HCl = 1.5m, опыт W-2 в табл. 1) кальциевые амфиболы сменяются ортоамфиболами. На рис. 3а видно, что размеры oAmph составляют ≈50–80 мкм, их состав выражается как: Mg₂(Ca_0.26Mg_2.56Al_0.50Ti_0.02Fe_1.45${\text{Fe}}_{{0.16}}^{{3 + }}$)(Si_7.34Al_0.66)O₂₂ (OH)₂, X_Fe = 0.24. Плагиоклаз – An_94–96. Отмечен апатит, достигающий 150 мкм. В нем содержится до 2 мас. % хлора. Ильменит, образующийся за счет выноса Ti и Fe из амфибола, также как в опытах D-2, D-3 и W-3, располагается по краям минерала. В амфиболе отмечаются участки расплава, а также крупные сферические формы Gl₂, наблюдаются единичные сферулы Gl₁ (рис. 3а).

При дальнейшем увеличении концентрации HCl (m_HCl ≥ 1.6m, опыты W-4 и др. в табл. 1) наряду с уменьшающимся количеством oAmph появляются кристаллы кордиерита, в единичных случаях достигающие 200 мкм. Состав кордиерита: (Mg_1.95Fe_0.07)[Al_4.05Si_4.86O] ⋅ nH₂O, отсутствует плагиоклаз. Большое количество расплава Gl₂, который сегрегируется в сферические формы (рис. 3б), объясняется полным плавлением плагиоклаза в этом опыте по сравнению с опытами W-3, W-2, где Pl остается устойчивым. Закалочные стекла, отвечающие по составу Gl₁, фиксируются вокруг удлиненных тонких кристаллов апатита (рис. 3б). Поэтому в данном опыте кристаллизация апатита, видимо, проходила из флюидной фазы.

В сильно кислых растворах (Y-5, X-4, в табл. 1) oAmph исчезает, сменяется Crd (рис. 3в). Отмечаются мельчайшие сферулы SiO₂ ⋅ nH₂O, которые местами образуют бесформенные скопления. В этой, существенно кварцевой матрице, проявляются редкие удлиненные кристаллы корунда, аналогичные представленным на рис. 2в. Здесь же изредка встречаются нитевидные выделения рутила от <1 до 40 мкм, ильменит в высоко кислотных растворах распадается на оксиды Fe и рутил.

Таким образом, результаты опытов по взаимодействию как амфибола, так и амфиболита с растворами H₂O–HCl имеют много общего. В той и другой системе наблюдается вынос щелочей, железа и кальция с формированием как магнезиальных ортоамфиболов, кордиерита, так и алюмосиликатной матрицы. Вместе с тем, весьма существенным отличием является появление значимых количеств расплава Gl₂ в системе амфиболит H₂O–HCl. В системе амфибол H₂O-HCl наблюдаются только сферулы закалочного стекла Gl₁, расплав Gl₂ отсутствует.

Составы флюидной фазы в системе амфибол–флюид–H₂O–HCl при Т = 650°С, Р = 7 кбар

В табл. 2 приведены концентрации основных петрогенных и некоторых рудных элементов в растворах после экспериментов. Во всех опытах концентрации Si и Al в закалочных растворах низкие. Это связано с тем, что при концентрациях HCl ≤ 0.1 моль/кг амфибол растворяется слабо (опыты P-1–P-2 в табл. 1), при более высоких m_HCl Si и Al также не уходят в раствор, а формируют алюмосиликатную матрицу. Концентрации Na, Ca, Mg, Fe в растворах на несколько порядков выше, чем Si, Al, и возрастают с ростом кислотности растворов.

На рис. 4 видно, что концентрации Ca в слабокислых растворах HCl близки к данным (Luce, 1985) и не сильно отличаются от концентраций Ca в H₂O при близких параметрах по данным (Budanov, Shmulovich, 2000). С ростом m_HCl содержания Ca и Na в растворах будут определяться степенью растворения амфибола. В случаях, когда амфибол растворяется полностью, весь Ca и Na из навески амфибола переходит в раствор, поскольку в новообразованных фазах ни Ca, ни Na нет. Зная процентное содержание этих элементов в минерале, вес задаваемой навески и объем задаваемого раствора, можно определить теоретические максимальные концентрации Ca и Na в растворах, равновесных с твердыми фазами в опытах. Рассчитанные подобным образом концентраци Ca и Na показаны на рис. 2 пунктиром. Видно, что рассчитанные значения концентраций Ca и Na остаются выше, чем измеренные после опытов. Это связано с тем, что исходный амфибол растворяется не полностью и небольшие его количества сохраняются после опытов (табл. 1).

Концентрации Fe в растворах возрастают с ростом кислотности, увеличиваясь в несколько раз. Концентрации Mg остаются низкими даже в сильно кислых растворах (рис. 5), поскольку вынесенный из амфибола Mg переотлагается в хлорите.

Светлыми квадратами и ромбами на рис. 5 показаны значения концентраций Fe и Mg в растворах, равновесных с породами, представленными габбро и дунитами для 600^оС, 1 кбар и m_HCl = 1 моль/кг по данным (Пуртов, Ятлук, 1982). Из рис. 5 видно, что значения концентраций Fe из наших опытов находятся в интервале концентраций Fe, равновесных с породами. Концентрации Mg в наших 1m растворах HCl ниже в 4–5.5 раз, чем в исследованиях (Пуртов, Ятлук, 1982). Подобная разница значений концентраций Mg в растворах объясняется различными методиками исследования. При постановке наших опытов, как указывалось выше, задавалось высокое соотношение флюид/навеска. При этом в области высоких значений m_HCl (1–2 m) проходило инконгруэнтное растворение амфибола и связывание выщелачиваемого растворами Mg в новообразованные минералы, такие как хлорит, ортоамфибол и кордиерит, характеризующиеся низкой железистостью. Соответственно концентрации Mg в равновесных растворах были низки. По данным (Пуртов, Ятлук, 1982) соотношение флюид/навеска составляло (1.5–2.0)/1). В таких условиях авторами не отмечалось появление новообразованных минералов. Концентрации Mg в растворах были выше, чем в наших исследованиях.

В области разбавленных m_HCl (≤0.01m) значения концентраций Mg в растворах по нашим данным и данным (Пуртов, Ятлук, 1982) совпадают в пределах погрешностей определения. Это объясняется низкой растворимостью амфибола в близнейтральных условиях, слабой степенью осаждения новообразованных Mg-содержащих фаз. В целом, слабый разброс значений концентраций Fe и Мg в растворах из наших экспериментов, проведенных при 7 кбар, и данных, приведенных в работе (Пуртов, Ятлук, 1982) при 1 кбар, свидетельствует о том, что давление в интервале 1–7 кбар слабо влияет на растворимость Fe–Mg алюмосиликатов, как и указывалось в исследованиях (Азимов, Бушмин, 2007).

Измерения концентраций элементов в растворах после опытов при 750°С не проводились, поскольку увеличение температуры на 100 градусов почти не влияет на растворимость амфибола (Азимов, Бушмин, 2007).

Особенности систем амфибол–флюид и амфиболит–флюид

Стабильность амфибола зависит от состава минерала, Т–Р параметров, состава флюидной фазы, окислительно-восстановительной обстановки. По данным (Holloway, 1973; Allen, Boettcher, Marland, 1975; Allen, Boettcher,1983; Jenkins, Clare, 1990 и др.) дегидратация амфибола и его частичное плавление начинаются при 900°C или более высокой температуре. В наших экспериментах, проведенных при T = 650–750°C, плавление амфибола не отмечено (рис. 1а). Поэтому, мелкие сферулы закалочного стекла Gl₁, фиксируемые в опытах, представляют собой продукты закалки флюидной фазы (табл. 3). В таких случаях количество осажденного материала и, соответственно, размеры сфер определяются кислотностью растворов. Мелкие (<10 мкм) сферические формы Gl₁ наблюдаются в опытах, проведенных при низких m_HCl, в то время, как крупные (≥10 мкм) – в опытах, проводимых с высокими m_HCl. Этот вывод подтверждают расчетные данные (Азимов, Бушмин, 2007). Согласно этим данным растворимость амфиболов практически не меняется в широком интервале температур (400–800°C) при давлениях 3–5 кбар, но на 2.5–3 порядка увеличивается с ростом кислотности растворов от нейтральных до сильно кислых (>1 моль/кг).

В отличие от системы амфибол–H₂O–HCl, при взаимодействии амфиболита, состоящего из амфибола и плагиоклаза, с растворами H₂O–HCl наблюдается частичное инконгруэнтное плавление породы (рис. 3а–3б). Полученные результаты согласуются с данными (Poli, 1993; Жариков 1995), согласно которым в условиях избытка флюидной фазы плавление амфиболита отвечает параметрам водонасыщенного солидуса базальтовых систем: 650–700°С при P = 5–7 кбар. Образующийся при частичном плавлении амфиболита расплав Gl₂ может формироваться по краям минералов, по плоскостям спайности и трещинам, в виде включений. Кроме того, расплав Gl₂ может коагулироваться, образуя сферические формы из-за того, что две жидкости (расплав и флюид) не смачиваются (Newton, Manning, 2008). Также как и в системе амфибол–H₂O–HCl, взаимодействие амфиболита с аналогичными растворами приводит к частичному растворению породы и осаждению растворенных веществ из флюидной фазы при закалке с формированием закалочных стекол Gl₁.

Визуально Gl₁ и сферические форы Gl₂ не различаются. Однако Gl₁ обычно отмечаются в виде очень мелких, не превышающих первые десятки мкм, сферул, в то время как размеры сферул Gl₂ могут превышать сотни мкм (рис. 3а).

Составы закалочных фаз Gl₁ и Gl₂ в системе амфиболит–H₂O–HCl

По данным (Shmulovich et al., 2001; Ходоревская, Аранович, 2016 и др.) вещество, осажденное из флюидной фазы Gl₁, отличается от закаленного расплава Gl₂ более высокими содержаниями SiO₂ и К₂О и наиболее низкими – Al₂O₃, СаО и Na₂О. Поэтому определение химических составов сферических форм, наблюдаемых в опытах, является, пожалуй, единственным критерием разграничения закалочного флюида Gl₁ и закаленного расплава Gl₂ (табл. 3).

Как видно из данных табл. 3, составы Gl₁ и Gl₂ характеризуются отсутствием хлора, т.е. хлор практически не входит в закалочные фазы, остается во флюиде (Zhu and Sverjensky 1991; Чевычелов, 2013). Составы Gl₁ характеризуются большим содержанием SiO₂, чем составы Gl₂. Содержание Al₂O₃, СаО, FeO, MgO, Na₂O, т.е. фактически всех петрогенных элементов в Gl₁ ниже, чем в Gl₂.

Пересчет по методу CIPW показывает, что составы закалочного флюида (полые кружки на рис. 6) характеризуются высоким содержанием Qtz и незначительной Ab (и Ort) составляющей. Соотношение Qtz/An в Gl₂ будет определяться в основном составом исходной породы, в то время как соотношение Ab/An определяется кислотностью флюида. При низкой кислотности (опыт W-3, D-2) соотношение Qtz–Ab–An в Gl₂ (1 на рис. 6) попадает в поле составов расплавов, образующихся при частичном плавлении метабазитов в присутствии H₂O (Helz, 1976; Beard, Lofgren, 1991) и H₂O–CO₂ флюида (Safonov et al., 2014). С увеличением кислотности флюида составы расплавов смещаются к линии Qtz-An. В целом, как видно на рис. 6, по соотношению Qtz–Ab–An составы Gl₂, полученные при высокой кислотности флюида отличаются от расплавов, полученных при частичном плавлении метабазитов в присутствии H₂O и H₂O–CO₂ флюида при сходных параметрах. Еще большие различия в составах расплавов наблюдаются при взаимодействии метабазитов с растворами H₂O–NaCl (Ходоревская, Варламов, 2016) и растворами H₂O–NaCl–CO₂ (Safonov et al., 2014). Поэтому можно утверждать, что составы парциальных расплавов, образующихся при плавлении метабазитов в присутствии сильно кислых растворов HCl, не являются характерными для природных магматических комплексов. В то же время флюидная фаза с высоким содержанием SiO₂ может вызывать образование кварцевых жил, иногда наблюдаемых в метабазитах (Frantz et al., 2001). Кроме того, различия в составах, наблюдаемых плагиогранитных образований, например, окварцованных мигматитов в метаамфиболитах, могут возникать при кристаллизации расплава и осаждении вещества из сосуществующего флюида при дальнейшем охлаждении, а не только разновозрастным частичным плавлением или плавлением варьирующих по составу пород.

Реакции в системе амфибол–флюид (H₂O–HCl)

Результаты опытов показывают, что начальная стадия воздействия кислотных флюидов на амфиболы сопряжена с выносом в раствор Si, Al и в меньшей степени Ca, которые в основном переосаждаются при закалке в виде стекла Gl₁, частично остаются в растворе. Щелочи также выносятся из амфибола, однако не переосаждаются в новообразованных фазах, а наряду с Cl остаются в растворе. Новые фазы (Chl, oAmph, Crd) образуются за счет перераспределения Са, Fe и Mg из амфибола, в раствор Mg и Fe выносятся слабо (табл. 2). Упрощенные реакции образования новых фаз могут быть представлены в следующем виде:

Приняты следующие составы минералов: Tsch – Ca₂Mg₃Al₄Si₆O₂₂(OH)₂; Chl –Mg₅Al[AlSi₃O₁₀][OH]₈; Ged – Mg₅Al₄Si₆O₂₂(OH)₂; Crd – Mg₂Al₄Si₅O_18.

В уравнениях (1)–(4) предполагалось, что основная часть частиц Ca и Mg, а также HCl существует в недиссоциированном виде ${\text{CaCl}}_{2}^{^\circ }$, ${\text{MgCl}}_{2}^{^\circ },$ HCl° (Frantz, Popp, 1979, a, b).

С увеличением f_HCl анортит в продуктах опыта не отмечается, реакция записывается следующим образом:

При дальнейшем увеличении кислотности исходных растворов наряду с образованием хлорита происходит еще и образование ортоамфибола с выносом FeO, MgO. Упрощенная реакция может быть записана как

где n > 1.

(В случаях, если n ≤ 1, реакция представляемая, как Tsch +2(Fe,Mg)${\text{Cl}}_{2}^{^\circ }$ → Ged + $2{\text{CaCl}}_{2}^{^\circ }$ не отражает взаимодействие Tsch с HCl).

Уравнения (1)–(3) характеризуют реакции, наблюдаемые в экспериментах при 650°С. С увеличением Т до 750°С в результате взаимодействия амфибола с растворами HCl ≥ 1 m в продуктах опытах появлялся еще и кордиерит, реакция образования которого может быть записана следующим образом:

По данным экспериментов (опыты P-1, P-2 в табл. 1, уравнение (1)) хлорит образуется в продуктах опытов, проведенных при низкой X_HCl в составе флюида. Появление этого минерала является практически обязательным при всех высокотемпературных метасоматических преобразованиях метабазитов. Перераспределение Mg из амфиболов в хлорит способствует накоплению в растворах Ca (уравнения (1)–(2)), при более высокой кислотности в растворы переходят Fe и Mg (уравнения (3)–(4)). Однако Mg во флюидную фазу выносится в меньшей степени, чем Fe, в основном накапливается в новообразованных Mg-содержащих фазах, таких как хлорит, ортоамфиболы, кордиерит. Таким образом, флюиды с повышенной кислотностью характеризуются преобладающим содержанием Ca и Fe наряду с остальными петрогенными элементами. Флюиды подобного состава впоследствии могут участвовать в образовании метасоматитов. В породах основного состава метасоматиты обычно представлены меланократовыми жилами Hbl-, Grt–Cpx–Opx–Hbl-, Hbl–Cpx–Pl–Bt-, Hbl–Grt–Pl-, Cpx–Grt–Pl–Mag- состава, которые носят название базификаты (Судовиков, 1964; Беляев, Рудник, 1980 и др.) Минералы подобных пород отличаются повышенной железистостью и повышенным содержанием Ca (например, повышенное содержание гроссуляра в гранатах, образование цоизититов) по сравнению с вмещающими породами.

Таким образом, на основании проведенных экспериментов можно утверждать, что формирование базификатов может быть связано с воздействием подкисленного флюида на метаморфизованные породы основного состава, например, на амфиболиты.

Рассмотренные реакции 1–4 идут с поглощением большого количества HCl, а значит – к нейтрализации растворов. Падение кислотности растворов приводит к уменьшению растворимости минералов и, как следствие, уменьшению степени выноса компонентов из амфиболов/амфиболитов. Видимо поэтому масштабы проявления Fe–Ca–Mg метасоматоза в природных условиях, как правило, не имеют площадного распространения, а локализуются в относительно малых объемах.

Оценки f_HCl во флюиде

Летучесть HCl° связана с ее мольной долей в гидротермальном флюиде следующим уравнением:

Подобное же выражение отражает связь между летучетью H₂O и ее мольной долей в смеси:

где $\gamma _{{{\text{HCl}}^\circ }}^{{\text{*}}}$, $\gamma _{{{{{\text{H}}}_{2}}{\text{O}}^\circ }}^{*}$ – коэффициенты фугитивности чистых HCl и H₂O, Р_общ – общее давление. В расчетах $\gamma _{{{\text{HCl}}^\circ }}^{{\text{*}}}$ принимались по данным (Мельник, 1978), $\gamma _{{{{{\text{H}}}_{2}}{\text{O}}^\circ }}^{*}$ – по данным (Kestin et al., 1984). X_HCl, ${{X}_{{{{{\text{H}}}_{{\text{2}}}}{\text{O}}}}}$ – мольные доли HCl, H₂O.

При расчетах f_HCl определенную трудность составляет оценка X_HCl во время опытов. Допущение, что значительный избыток раствора по сравнению с навеской амфибола/амфиболита практически не приводит к изменению задаваемой X_HCl, справедливо только для опытов, в которых исходная концентрация HCl > 1m. В таких опытах pH исходного раствора ≈pH закалочного раствора (табл. 1). Однако в опытах при m_HCl ≤ 1m pH закалочного раствора за время опытов изменялся от кислого до слабо кислого (табл. 1). Поэтому для таких опытов допущение равенства X_HCl до и после опытов при расчетах f_HCl (уравнения (5)–(6)) было бы не корректным. В таких случаях расчеты X_HCl проводились на основании уравнений баланса.

В чермаките, используемом в опытах, содержится 1.8 атома Ca и 0.6 атомов Na + K (см. выше). Вынос Ca и щелочей в раствор можно представить в упрощенном виде, как

Содержание Ca, Na (мкг/г) в растворах после опытов было известно (табл. 2), поэтому несложно оценить X_HCl, участвующее в реакциях 7–8, следовательно, и f_HCl в опытах. При расчетах X_HCl допускалось, что объем раствора до и после опыта был одинаков; основная часть частиц Ca и Na, а также HCl существует в недиссоциированном ${\text{CaCl}}_{2}^{^\circ }$, NaCl°, HCl°; значения концентраций Ca в растворе при расчетах принимались согласно корреляционной прямой y = 1433 + 10 545x (рис. 4).

На рис. 7 показано соотношение lg f_HCl–T, создаваемое в наших экспериментах. Пунктирной линией отделены ассоциации с плагиоклазом (Hbl + Pl + Melt + ox.Fe) и без него (Crn + Qtz ± ± oAmph + Chl ± Crd). Оконтуренные поля представляют значения f_HCl во флюидах, отделяющихся на позднемагматической стадии кристаллизации сиенитов (S), чарнокитов (TC) интрузий и вмещающих метапелитов (M) по данным (Markl, Piazolo, 1998). Как видно на рис. 7, значения f_HCl во флюидах природных объектов попадают, в основном, в поле устойчивости Ca-плагиоклаза. Иными словами, при Т = 650–830°С значения f_HCl во флюидах, вызывающих метасоматоз, скорее всего отвечают значениям <300–350 бар, более высокие значения f_HCl, вероятно, реализуются в природных условиях в исключительных случаях или не реализуются вовсе.

Таким образом, оценки f_HCl < 300–350 бар, полученные в наших исследованиях, подтверждают предположение (Markl, Piazolo, 1998) о том, что вариации фугитивности HCl как в типичных магматических, так и в высокоградных метаморфических флюидах не сильно отличаются и ограничиваются первыми сотнями бар.