Геохимия, 2022, T. 67, № 6, стр. 534-548

Летучие, редкие и рудные элементы в магматических расплавах и природных флюидах по данным изучения включений в минералах II. Влияние кристаллизационной дифференциации на концентрации элементов

В. Б. Наумов a*, А. В. Гирнис b**, В. А. Дорофеева a, В. А. Коваленкер b

a Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН
119991 Москва, ул. Косыгина, 19, Россия

b Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН
119017 Москва, Старомонетный пер., 35, Россия

* E-mail: naumov@geokhi.ru
** E-mail: girnis@igem.ru

Поступила в редакцию 24.03.2021
После доработки 06.10.2021
Принята к публикации 16.10.2021

Аннотация

Во второй части исследования рассматривается влияние кристаллизационной дифференциации на вариации содержаний элементов и их отношений, наблюдаемых в составах расплавных включений и стекол пород из главных геодинамических обстановок. Проведен анализ опубликованных экспериментальных данных по коэффициентам распределения элементов, рассматриваемых в первой части работы, между минералами (оливин, пироксены, гранат, амфибол, биотит, сульфид, апатит, шпинель, ильменит, рутил, циркон) и силикатными расплавами. Показано, что кристаллизация главных минералов незначительно влияет на отношения некогерентных элементов. Коэффициенты распределения некоторых элементов между акцессорными минералами и расплавом могут быть очень велики, но эффекты кристаллизационной дифференциации не могут быть очень большими из-за малого количества кристаллизующихся фаз. Наиболее значительные эффекты наблюдаются для халькофильных элементов (Cu, Ni и др.) при отделении сульфидов и Nb и Ta при кристаллизации рутила. Рассмотрены различия концентраций и отношений элементов к Cs в разных геодинамических обстановках. Максимальные значения отношений практически всех элементов к Cs наблюдаются в расплавах срединно-океанических хребтов. Расплавы океанических островов и задуговых бассейнов характеризуются пониженными отношениями без существенных аномалий. Минимальные отношения элементов к Cs наблюдаются в расплавах континентальных и окраинных обстановок. Для них характерны также четко выраженные геохимические аномалии, свойственные породам соответствующих обстановок (отрицательная Ta–Nb аномалия, положительная Pb аномалия и др.).

Ключевые слова: расплавное включение, коэффициент распределения, кристаллизационная дифференциация, акцессорные минералы

Список литературы

  1. Коваленко В.И., Наумов В.Б., Гирнис А.В., Дорофеева В.А., Ярмолюк В.В. (2007) Летучие компоненты в базальтовых магмах и мантийных источниках океанических островов: II. Оценка содержаний в мантийных резервуарах. Геохимия (4), 355-369.

  2. Kovalenko V.I., Naumov V.B., Girnis A.V., Dorofeeva V.A., Yarmolyk V.V. (2007) Volatiles in basaltic magmas of ocean islands and their mantle sources: II. Estimation of content in mantle reservoirs. Geochem. Int. 45 (4), 313-326.

  3. Наумов В.Б., Дорофеева В.А., Гирнис А.В., Коваленкер В.А. (2022) Летучие, редкие и рудные элементы в магматических расплавах и природных флюидах по данным изучения включений в минералах I. Средние концентрации 45 элементов в главных геодинамических обстановках Земли. Геохимия

  4. Baier J., Audetat A., Keppler H. (2008) The origin of the negative niobium tantalum anomaly in subduction zone magmas. Earth Planet. Sci. Lett. 267, 290-300.

  5. Briqueu L., Bougault H., Joron J.L. (1984) Quantification of Nb, Ta, Ti and V anomalies in magmas associated with subduction zones: petrogenetic implications. Earth Planet. Sci. Lett. 68, 297-308.

  6. Green T.H. (1994) Experimental studies of trace-element partitioning applicable to igneous petrogenesis – Sedona 16 years later. Chem. Geol. 117, 1-36.

  7. Gurenko A.A., Chaussidon M. (1995) Enriched and depleted primitive melts included in olivine from Icelandic tholeiites: Origin by continuous melting of a single mantle column. Geochim. Cosmochim. Acta 59, 2905-2917.

  8. Hofmann A.W. (1988) Chemical differentiation of the Earth: the relationship between mantle, continental crust, and oceanic crust. Earth Planet. Sci. Lett. 90, 297-314.

  9. Hofmann A.W. (2003) Sampling mantle heterogeneity through oceanic basalts: Isotopes and trace elements. Treatise on Geochemistry 2, 61-101.

  10. Irving A.J. (1978) A review of experimental studies of crystal/liquid trace element partitioning. Geochim. Cosmochim. Acta 42, 743-770.

  11. Jackson M.G., Cabral R.A., Rose-Koga E.F., Koga K.T., Price A., Hauri E.H., Michael P. (2015) Ultra-depleted melts in olivine-hosted melt inclusions from the Ontong Java Plateau. Chem. Geol. 414, 124-137.

  12. Kelemen P.B., Hanghøj K. (2003) One view of the geochemistry of subduction-related magmatic arcs, with an emphasis on primitive andesite and lower crust. Treatise on Geochemistry 3, 593-659.

  13. Li Y., Audetat A. (2012) Partitioning of V, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, As, Mo, Ag, Sn, Sb, W, Au, Pb, and Bi between sulfide phases and hydrous basanite melt at upper mantle conditions. Earth Planet. Sci. Lett. 355–356, 327-340.

  14. Li Y., Audetat A. (2013) Gold solubility and partitioning between sulfide liquid, monosulfide solid solution and hydrous mantle melts: Implications for the formation of Au-rich magmas and crust–mantle differentiation. Geochim. Cosmochim. Acta 118, 247-262.

  15. Li Y., Audetat A. (2015) Effects of temperature, silicate melt composition, and oxygen fugacity on the partitioning of V, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, As, Mo, Ag, Sn, Sb, W, Au, Pb, and Bi between sulfide phases and silicate melt. Geochim. Cosmochim. Acta 162, 25-45.

  16. Maclennan J. (2008) Lead isotope variability in olivine-hosted melt inclusions from Iceland. Geochim. Cosmochim. Acta 72, 4159-4176.

  17. McKenzie D., O’Nions R.K. (1991) Partial melt distributions from inversion of rare earth element concentrations. J. Petrol. 32, 1021-1091.

  18. Palme H., O’Neill H.St.S. (2014) Cosmochemical estimates of mantle composition. Treatise on Geochemistry 2nd Ed. 3, 1-39.

  19. Pearce J.A., Peate D.W. (1995) Tectonic implications of the composition of volcanic arc magmas. Annu. Rev. Earth. Planet. Sci. 23, 251-285.

  20. Rudnick R.L., Gao S. (2014) Composition of the continental crust. Treatise on Geochemistry 2nd Ed. 4, 1-51.

  21. Ryan J.G., Langmuir C.H. (1993) The systematics of boron abundances in young volcanic rocks. Geochim. Cosmochim. Acta 57, 1489-1498.

  22. Salters V.J.M., Stracke A. (2004) Composition of the depleted mantle. Geochemistry Geophysics Geosystems 5 (5), 1-27.

  23. Sobolev A.V., Shimizu N. (1993) Ultra-depleted primary melt included in an olivine from the mid-Atlantic ridge. Nature 363, 151-154.

  24. Stracke A. (2012) Earth’s heterogeneous mantle: A product of convection-driven interaction between crust and mantle. Chem. Geol. 330–331, 274-299.

  25. Wood B.J., Blundy J.D. (2014) Trace element partitioning: The influences of ionic radius, cation charge, pressure, and temperature. Treatise on Geochemistry, 2nd Ed. 3, 421-448

Дополнительные материалы

скачать ESM.doc
Электронное приложение. Источники экспериментальных данных по распределению летучих, редких и рудных элементов между минералами и силикатными расплавами.