1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Петрология
  4. T. 31, № 4, 2023

Петрология, 2023, T. 31, № 4, стр. 388-407

Экспериментальное исследование взаимодействия амфибола с высокосоленым флюидом H2O-NaCl-KCl при 750°C, 700 МПа: приложение к щелочному метасоматозу амфиболовых пород

Л. И. Ходоревская a, *, Д. А. Варламов a, О. Г. Сафонов a

a Институт экспериментальной минералогии РАН
Черноголовка, Московская обл., Россия

* E-mail: khodorevskaya@mail.ru

Поступила в редакцию 22.11.2021
После доработки 07.09.2022
Принята к публикации 04.10.2022

Аннотация

Приведены экспериментальные данные взаимодействия амфибола с растворами NaCl-H2O и (K, Na)Cl-H2O при варьирующем содержании солей. При его взаимодействии с флюидом H2O-NaCl амфибол остается преобладающим минералом во всех опытах. Кроме него образуются Na-флогопит, плагиоклаз и нефелин/содалит. При ${{a}_{{{{{\text{H}}}_{{\text{2}}}}{\text{O}}}}}$ > 0.6 наблюдается плавление амфибола. При взаимодействии амфибола с флюидом H2O-NaCl-KCl при ${{X}_{{{{{\text{H}}}_{{\text{2}}}}{\text{O}}}}}$ < 0.40 и XKCl/(XKCl + XNaCl) во флюиде, определяемом как XNaCl = 0.506 – 0.84XKCl, происходит замещение амфибола ассоциацией нефелина с кислым плагиоклазом, содалитом, биотитом. При значении XKCl/(XKCl + XNaCl) > 0.3 нефелин, содалит и плагиоклаз становятся нестабильными, появляется калиевый полевой шпат, сохраняютcя биотит, клинопироксен и амфибол. При XKCl/(XKCl + XNaCl) > 0.5 стабильна ассоциация Cpx + Bt + Kfs + Grt (гроссуляр–андрадит). Таким образом, индикатором высокой активности калия во флюидах является гранат гроссуляр–андрадитового ряда, а высокой активности натрия – нефелин. В амфиболах и биотите наблюдается изоморфизм Na → K, в клинопироксенах – изоморфизм Ca → Na, но в целом эти минералы (в отличие от нефелина и граната) остаются стабильными в области широких вариаций K/Na во флюиде. Клинопироксен в опытах отвечает Ca-Fe-Mg составам с варьирующим, иногда высоким содержанием Al2O3, амфиболы относятся к паргасит-гастингситовому составу. При увеличении ${{a}_{{{{{\text{H}}}_{{\text{2}}}}{\text{O}}}}}$ (${{X}_{{{{{\text{H}}}_{{\text{2}}}}{\text{O}}}}}$ > 0.57), т.е. уменьшении валовой солености флюида, появляются расплавы, состав которых варьирует от трахитовых до фонолитовых. С ростом XKCl/(XKCl + XNaCl) во флюидах снижается глиноземистость расплавов. Увеличение общей солености флюида приводит к увеличению содержания калия в расплаве и уменьшению содержания в нем хлора. Эксперименты продемонстрировали, что взаимодействие амфибола с флюидами, содержащими высокие концентрации NaCl и KCl, ведет к образованию минеральных ассоциаций, характерных для щелочного метасоматоза амфиболовых пород и сопутствующему обогащению HCl флюидной фазы. Замена флюидов с высокой солевой составляющей на высококислотные приводит к выщелачиванию Ca, Mg, Fe из метаморфических пород, их переносу и переотложению. Таким образом, в ряде случаев значительный вынос FeО, MgО, CaO является следствием взаимодействия вмещающих пород с водно-солевыми растворами.

Ключевые слова: амфибол, NaCl, KCl, щелочной метасоматоз, флюид, клинопироксен, андрадит, нефелин

Список литературы

  1. Азимов П.Я., Бушмин С.А. Растворимость минералов метаморфических и метасоматических пород в гидротермальных растворах разной кислотности: термодинамическое моделирование при 400–800°C и 1–5 кбар // Геохимия. 2007. № 12. С. 1305–1330.

  2. Аранович Л.Я. Роль рассолов в высокотемпературном метаморфизме и гранитизации // Петрология. 2017. Т. 25. № 5. С. 491–503.

  3. Архангельская В.В., Рябцев В.В., Шурига Т.Н. Геологическое строение и минералогия месторождений тантала России // Минеральное сырье. М.: ВИМС, 2012. № 25. 318 с.

  4. Бушмин С.А., Вапник Е.А., Ивановa М.В. и др. Флюиды гранулитов высоких давлений // Петрология. 2020. Т. 28. № 1. С. 23–54.

  5. Быков Ю.В. Архангельская В.В. Катугинское редкометальное месторождение // Месторождения Забайкалья. Гл. ред. Н.П. Лаверов. М.: Геоинформмарк, 1995. Т. 1(2). С. 76–85.

  6. Вольф М.Б., Уайли П.Дж. Некоторые результаты экспериментального исследования дегидратационного плавления амфиболита при 10 кбар // Геология и геофизика 1993. Т. 34. № 12. С. 100–115.

  7. Жариков В.А. Зависимость парагенезисов магматических пород от режима щелочей // Петрология. 1999. Т. 7. № 4. С. 340–355.

  8. Избродин И.А., Дорошкевич А.Г., Рампилов М.О. и др. Возраст, минералогическая и геохимическая характеристики пород Чининского щелочного массива (Западное Забайкалье) // Геология и геофизика. 2017. Т. 58. № 8. С. 1135–1156.

  9. Козлов Е.Н., Арзамасцев А.А. Петрогенезис метасоматитов зон фенитизации щелочно-ультраосновного комплекса Озерная Варака (Кольский п-ов) // Петрология. 2015. Т. 23. № 1. С. 50–74.

  10. Коржинский Д.С. Принцип подвижности щелочей при магматических явлениях // Академику Д.С. Белянкину к 70-летию. М.: изд-во АН СССР, 1946. С. 242–261.

  11. Кориковский С.П., Аранович Л.Я. Чарнокитизация и эндербитизация основных гранулитов Лапландского гранулитового пояса (южная часть Кольского полуострова, район Порьей губы): I. Петрология и термобарометрия // Петрология. 2010. Т. 18. № 4. С. 340–368.

  12. Кориковский С.П., Ходоревская Л.И. Гранитизация палеопротерозойских высокобарических метагаббро-норитов в беломорской серии Балтийского щита (район Кандалакшского залива, о. Горелый) // Петрология. 2006. Т. 14. № 4. С. 453–481.

  13. Котов А.Б., Владыкин Н.В., Ларин А.М. и др. Новые данные о возрасте оруденения уникального Катугинского редкометального месторождения (Аляданский щит) // Докл. АН. 2015. Т. 463. № 2. С. 187–191.

  14. Левин В.Я. Щелочная провинция Ильменских Вишневых гор (формации нефелиновых сиенитов Урала). М.: Наука, 1974. 221 с.

  15. Левицкий В.И., Резницкий Л.З., Скляров Е.В. и др. Святоноситы Восточной Сибири – продукты корово-мантийного взаимодействия// Материалы докл. Всероссийского совещания “Современные проблемы геохимии”. Иркутск: ИГ СО РАН, 2012. Т. 2. С. 150–152.

  16. Литвиновский Б.А. Новые данные об условиях формирования святоноситов (на примере гранатовых сиенитов Бамбуйской интрузии, Витимское плоскогорье) // Геология и геофизика. 1973. № 1. С. 42–51.

  17. Макрыгина В.А., Петрова З.И., Конева А.А., Суворова Л.Ф. Состав, Р-Т параметры и метасоматические преобразования основных сланцев п-ва Святой Нос (Прибайкалье) // Геохимия. 2008. № 2. С. 167–182.

  18. Немов А.Б. Гранат-амфиболовые миаскиты Ильменогорского миаскитового массива (Южный Урал): минералогия и геохимия // Литосфера. 2020. Т. 20. № 5. С. 652–667.

  19. Рябчиков И.Д. Термодинамика флюидной фазы гранитоидных магм. М.: Наука, 1975. 232 с.

  20. Савельева В.Б., Базарова Е.П., Шарыгин В.В. и др. Метасоматиты Онгуренского карбонатитового комплекса (Западное Прибайкалье): геохимия и состав акцессорных минералов // Геология рудн. месторождений. 2017. Т. 59. № 4. С. 319–346.

  21. Сафонов О.Г., Косова С.А. Флюидно-минеральные реакции и плавление ортопироксен-кордиерит-биотитового гнейса в присутствии флюидов H2O-СО2-NaCl и H2O-СО2-KCl в условиях гранулитового метаморфизма // Петрология. 2017. Т. 25. № 5. С. 461–490.

  22. Скляров Е.В., Гладкочуб Д.П., Котов А.Б. и др. Генезис Катугинского редкометального месторождения: магматизм против метасоматоза // Тихоокеанская геология. 2016. Т. 35. № 3. С. 9–22.

  23. Старикова А.Е. Минералогия метасоматических пород Тажеранского массива (Западное Прибайкалье). Автореф. дисс. … канд. геол.-мин. наук, Новосибирск: ИГМ СО РАН, 2013. 21 с.

  24. Туре Ж.Л.Р. Перенос флюда/расплава из мантии в нижнюю кору при гранулитовом метаморфизме // Геология и геофизика. 2009. Т. 50. № 12. С. 1357–1370.

  25. Ходоревская Л.И. Флюидный режим и закономерности поведении рудных, редких и редкоземельных элементов при гранитизации метагаббро-норитов Беломорской серии (о. Горелый, Кондалакшская губа // Петрология. 2009. Т. 17. № 4. С. 397–414.

  26. Ходоревская Л.И. Экспериментальное моделирование щелочного метасоматоза в условиях градиента давления при 750°С // Тр. Всероссийского ежегодного семинара по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии (ВЕСЭМПГ-2020). М.: ГЕОХИ РАН, 2020. С. 119–122.

  27. Ходоревская Л.И., Аранович Л.Я. Экспериментальное исследование взаимодействия амфибола с флюидом H2O-NaCl при 900°С, 500 МПа: к процессам плавления и массопереноса в гранулитовой фации // Петрология. 2016. Т. 24. № 3. С. 235–254.

  28. Ходоревская Л.И. Варламов Д.А. Высокотемпературный метасоматоз в Кийостровском базит-ультрабазитовом расслоенном массиве Беломорского подвижного пояса // Геохимия. 2018. № 6. С. 541–558.

  29. Acosta-Vigil A., London D., Morgan G.B., Dewers T.A. Solubility of excess alumina in hydrous granitic melts in equilibrium with peraluminous minerals at 700–800°C and 200 MPa, and applications of the aluminum saturation index // Contrib. Mineral. Petrol. 2003. V. 146. P. 100–119.

  30. Aranovich L.Y., Newton R.C. H2O activity in concentrated NaCl solutions at high temperatures and pressures measured by the brucite-periclase equilibrium // Contrib. Mineral. Petrol. 1996. V. 125. P. 200–212.

  31. Aranovich L.Y., Newton R.C. H2O activity in concentrated KCl and KCl-NaCl solutions at high temperatures and pressures measured by the brucite-periclase equilibrium // Contrib. Mineral. Petrol. 1997. V. 127. P. 261–271.

  32. Aranovich L.Y., Newton R.C. Reversed determination of the reaction: phlogopite + quartz = enstatite + potassium feldspar + H2O in the ranges 750–875°C and 2–12 kbar at low H2O activity with concentrated KCl solutions // Amer. Mineral. 1998. V. 83. P. 193–204.

  33. Aranovich L.Y., Safonov O.G. Halogens in High-Grade Metamorphism // The role of halogens in terrestrial and extraterrestrial geochemical processes. Eds. D. Harlov, L.Y. Aranovich. N.Y.: Springer, 2018. Ch. 11. P. 713–757.

  34. Aranovich L.Y., Newton R.C., Manning C.E. Brine-assisted anatexis: experimental melting in the system haplogranite–H2O–NaC–KCl at deep-crustal conditions // Earth Planet. Sci. Lett. 2013. V. 374. P. 111–120.

  35. Beard J.S., Lofgren G.E. Dehydration melting and water-saturated melting of basaltic and andesitic greenstones and amphibolites at 1, 3 and 6.9 kb // J. Petrol. 1991. V. 32. № 2. P. 365–402.

  36. Buerger M.J. The stuffed derivatives of the silica structures // Amer. Mineral. 1954. V. 39. № 7–8. P. 600–614.

  37. Cawthorn R.G., Collerson K.D. The recalculation of pyroxene end-member parameters and the estimation of ferrous and ferric iron content from electron microprobe analyses // Ibid. 1974. V. 59. P. 1203–1208.

  38. Chappell B.W. Aluminum saturation in I- and S-type granites and the characterization of fractionated haplogranites // Lithos. 1999. V. 46. P. 535–551.

  39. Frost B.R., Barnes C.G., Collins W.J. et al. A geochemical classification for granitic rocks // J. Petrol. 2001. V. 42. P. 2033–2048.

  40. Graham C.M., Harmon R.S. Experimental hydrogen isotope studies: hydrogen isotope exchange between amphibole and water // Amer. Mineral. 1984. № 1–2. P. 128–138.

  41. Harlov D.E., Melzer S. Experimental partitioning of Rb and K between phlogopite and concentrated (K, Rb)Cl brine: implication for the role of concentrated KCl brines in the depletion of Rb in phlogopite and the stability of phlogopite during charnockite genesis // Lithos. 2002. V. 64. P. 15–28.

  42. Helz R.T. Phase relations of basalts in their melting ranges at P = 5 kb as a function of oxygen fugacity. Part I. Mafic phases // J. Petrol. 1973. V. 14. P. 249–302.

  43. Holloway J.R. The system pargasite–H2O–CO2: A model for melting of a hydrous mineral with a mixed-volatile fluid. I. Experimental results to 8 kbar // Geochim. Cosmochim. Acta. 1973. V. 37. P. 651–666.

  44. Koritnig S. Geochemistry of phosphorus-I. The replacement of Si4+ by P5+ in rock-forming silicate minerals // Geochim. Cosmochim. Acta. 1965. V. 29. № 5. P. 361–371.

  45. Leake B.E., Woolley A.R., Birch W.D. et al. Nomenclature of amphiboles. Report of the Subcommittee on Amphiboles of the International Mineralogical Association Commission on New Minerals and Mineral Names // Eur. J. Mineral. 1997. V. 9. P. 623–651.

  46. Le Bas M.J., Le Maitre R.W., Streckeisen A., Zanettin B. A chemical classification of volcanic rocks based on the total alkali-silica diagram // J. Petrol. 1986. V. 27. P. 745–750.

  47. Markl G., Bucher K. Composition of fluids in the lower crust inferred from metamorphic salt in lower crustal rocks // Nature. 1998. V. 391. C. 781–783.

  48. Markl G., Piazolo S. Halogen-bearing minerals in syenites and high-grade marbles of Dronning Maud Land, Antarctica: monitors of fluid compositional changes during late-magmatic fluid-rock interaction processes // Contrib. Mineral. Petrol. 1998. V. 132. № 3. P. 246–268.

  49. McMillan P.F. Water solubility // Rev. Mineral. 1994. V. 30. P. 131–156.

  50. Mora C.I., Valley J.W. Halogen-rich scapolite and biotite: implication for metamorphic fluid-rock interaction // Amer. Mineral. 1989. V. 74. P. 721–737.

  51. Morimoto N., Fabries J., Ferguson A.K. et al. Nomenclature of pyroxenes // Amer. Mineral. 1988. V. 73. P. 1123–1133.

  52. Niedermeier D.R.D., Putnis A., Geisler Th. et al. The mechanism of cation and oxygen isotope exchange in alkali feldspars under hydrothermal conditions // Contrib. Mineral. Petrol. 2009. V. 157. P. 65–76.

  53. Newton R.C., Manning C.E. Solubility of corundum in the system Al2O3–SiO2–H2O–NaCl at 800°C and 10 kbar // Chem. Geol. 2008. V. 249. P. 250–261.

  54. Newton R.C., Manning C.E. Role of saline fluids in deep crustal and upper-mantle metasomatism: insights from experimental studies // Geofluids. 2010. V. 10. P. 58–72.

  55. Newton R.C., Aranovich L.Y., Hansen E.C., Vandenheuvel B.A. Hypersaline fluids in Precambrian deep-crustal metamorphism // Precambr. Res. 1998. V. 91. P. 41–63.

  56. Nijland T.G., Jansen J.B., Maijer C. Halogen geochemistry of fluid during amphibolite–granulite metamorphism as indicated by apatite and hydrous silicates in basic rocks from the Bamble sector, South Norway // Lithos. 1993. V. 30. P. 167–189.

  57. Orville P.M. Alkali ion exchange between vapor and feldspar phases // Amer. J. Sci. 1963. V. 261. P. 201–237.

  58. Ridolfi F., Renzulli A. Calcic amphiboles in calc-alkaline and alkaline magmas: thermobarometric and chemometric empirical equations valid up to 1.130°C and 2.2 GPa // Contrib. Mineral. Petrol. 2012. V. 163. № 5. P. 877–895.

  59. Safonov O.G., Kosova S.A., van Reenen D.D. Interaction of biotite-amphibole gneiss with the H2O–CO2–(K, Na)Cl fluids at 5.5 kbar and 750 and 800°C: experimental study and applications to dehydration and partial melting in the middle crust // J. Petrol. 2014. V. 55. P. 2419–2456.

  60. Safonov O.G., Aranovich L.Ya. Alkali control of high-grade metamorphism and granitization // Geosci. Frontiers. 2014. V. 5. P. 711–727.

  61. Sack R.O., Ghiorso M.S. Thermodynamics of feldspathoid solutions // Contrib. Mineral. Petrol. 1998. V. 130. P. 256–274.

  62. Schneider J.B., Jenkins D.M. Stability of sodalite relative to nepheline in NaCl–H2O brines at 750°C: implications for hydrothermal formation of sodalite // Canad. Mineral. 2020. V. 58. № 1. P. 3–18.

  63. Schumacher J.C. The estimation of ferric iron in electron microprobe analysis of amphiboles // Eur. J. Mineral. 1997. V. 9. P. 643–651.

  64. Shand S.J. Eruptive rocks: their genesis, composition, classification, and their relation to ore deposits with a chaper on meteorites. 1943. 2nd edn. New York: John Wiley, 444 p.

  65. Sharp Z.D., Helefrich G.R., Bohlen S.R., Essene E.J. The stability of sodalite in the system NaAlSiO4–NaCl // Geochim. Cosmochim. Acta. 1989. V. 53. P. 1943–1954.

  66. Spear F.S., Hazen R.M., Rumble D. Wonesite: a new rock forming silicate from the Post Pond volcanics, Vermont // Amer. Mineral. 1981. V. 66. P. 100–105.

  67. Webster J.D. Exsolution of magmatic volatile phases from Cl-enriched mineralizing granitic magmas and applications for ore metal transport // Geochim. Cosmochim. Acta. 1997. V. 61. P. 1017–1029.

  68. Wellman T.R. The stability of sodalite in a synthetic syenite plus aqueous chloride fluid system // J. Petrol. 1970. V. 11. P. 49–71.

  69. Zyryanov V.N., Perchuk L.L., Podlesskii K.K. Nepheline-alkali feldspar equilibria: I. Experimental data and thermodynamic calculations // J. Petrol. 1978. V. 19. № I. P. 1–44.

Дополнительные материалы

скачать ESM.zip
Supplementary 1: ESM_1. Химические составы клинопироксенов, мас. %
Supplementary 1: ESM-2. Химические составы амфиболов, мас. %
Supplementary 1: ESM_3. Химические составы полевых шпатов, мас. %
Supplementary 1: ESM_4. Химические составы закаленных расплавов, мас. %

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Петрология

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал