Образование рихтерита в системе энстатит–диопсид в присутствии флюида K2CO3–Na2CO3–CO2–H2O в приложении к процессам мантийного метасоматоза

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В работе приведены результаты изучения реакции образования K–Na-рихтерита в ассоциации энстатит + диопсид при участии флюида K2CO3–Na2CO3–CO2–H2O при 3 ГПа и 1000°С, моделирующей образование этого минерала в перидотитах верхней мантии. Образование рихтерита зависит от отношений (H2O + CO2) / (K2CO3 + Na2CO3) и K2CO3 / Na2CO3 в исходном веществе. Высокая концентрация щелочных компонентов во флюиде приводит к разложению клинопироксена, образованию оливина, а также изменению компонентного состава пироксена и амфибола. Флюиды с высокой концентрацией калиевого компонента ответственны за образование K-рихтерита, схожего по составу с тем, который образуется в метасоматизированных перидотитах верхней мантии. В ряде случаев такой флюид приводит к разложению амфибола и стабилизации щелочного расплава. При увеличении активности натриевого компонента во флюиде образуется рихтерит, близкий по составу к рихтериту из лампроитов. Полученные закономерности могут быть использованы при оценке активностей компонентов флюида и условий образования K-рихтерита. Для пополнения банка данных КР-спектров минералов были исследованы наиболее крупные и однородные кристаллы амфибола разных составов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. В. Лиманов

Институт экспериментальной минералогии им. Д.С. Коржинского РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: limanov.ev@iem.ac.ru
Россия, ул. Академика Осипьяна, 4, Черноголовка, 142432

В. Г. Бутвина

Институт экспериментальной минералогии им. Д.С. Коржинского РАН

Email: limanov.ev@iem.ac.ru
Россия, ул. Академика Осипьяна, 4, Черноголовка, 142432

О. Г. Сафонов

Институт экспериментальной минералогии им. Д.С. Коржинского РАН; Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: limanov.ev@iem.ac.ru

Геологический факультет МГУ

Россия, ул. Академика Осипьяна, 4, Черноголовка, 142432; Ленинские горы, 1, Москва, 119991

А. В. Спивак

Институт экспериментальной минералогии им. Д.С. Коржинского РАН

Email: limanov.ev@iem.ac.ru
Россия, ул. Академика Осипьяна, 4, Черноголовка, 142432

К. В. Ван

Институт экспериментальной минералогии им. Д.С. Коржинского РАН

Email: limanov.ev@iem.ac.ru
Россия, ул. Академика Осипьяна, 4, Черноголовка, 142432

С. С. Воробей

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН

Email: limanov.ev@iem.ac.ru
Россия, ул. Косыгина, 19, Москва, 119991

Список литературы

  1. Литвин Ю. А. (1991) Физико-химические исследования плавления глубинного вещества Земли. М: Наука, 312 с.
  2. Safonov O. G., Butvina V. G. (2016) Indicator Reactions of K and Na Activities in the Upper Mantle: Natural Mineral Assemblages, Experimental Data, and Thermodynamic Modeling. Geochem. Int. 54(10), 893–908.
  3. Aoki K. (1975) Origin of phlogopite and potassic richterite bearing peridotite xenoliths from South Africa. Contrib. to Mineral. Petrol. 53(3), 145–156.
  4. Apopei A. I., Buzgar N. (2010) The Raman study of amphiboles. Analele Stiintifice de Universitatii, Al. I. Cuza Iasi. Sect. 2. Geologie. 56(1), 57–83.
  5. Conceição R. V., Green, D.H. (2004) Derivation of potassic (shoshonitic) magmas by decompression melting of phlogopite + pargasite lherzolite. Lithos. 72(3–4), 209–229.
  6. Connolly J. A.D., Galvez M. E. (2018) Electrolytic fluid speciation by Gibbs energy minimization and implications for subduction zone mass transfer. EPSL. 501, 90–102.
  7. Della Ventura G., Hawthorne F. C., Mihailova B., Sodo A. (2021) Raman and FTIR Spectroscopy of Synthetic Amphiboles: I. The OH Librational Bands and the Determination of the OH-F Content of Richterites via Raman Spectroscopy. Can. Mineral. 59(1), 31–41.
  8. Downes P. J., Wartho J., Griffin B. J. (2006) Magmatic evolution and ascent history of the Aries micaceous kimberlite, Central Kimberley Basin, Western Australia: evidence from zoned phlogopite phenocrysts, and UV laser 40Ar/39Ar analysis of phlogopite-biotite. J. Petrol. 47(9), 1751–1783.
  9. Dumanska-Słowik M., Powolny T., Natkaniec-Nowak L., Stankiewicz K. (2022) Mineralogical and geochemical implications on the origin of dianite from the alkaline Murun Complex (Eastern Siberia, Russia). Ore Geol. Rev. (141), 1–13.
  10. Erlank A. (1973) Kimberlite potassic richterite and the distribution of potassium in the upper mantle. IKC: Extended Abstracts. (1), 103–106.
  11. Erlank A. J., Waters F. G., Hawkesworth C. J., Haggerty S. E., Allsopp H. L., Rickard R. S., Menzies M. A. (1987) Evidence for mantle metasomatism in peridotite nodules from the Kimberley pipes, South Africa. Mantle metasomatism, Academic Press. 221–311.
  12. Fitzpayne A., Giuliani A., Hergt J., Phillips D., Janney P. (2018) New geochemical constraints on the origins of MARID and PIC rocks: Implications for mantle metasomatism and mantle-derived potassic magmatism. Lithos. (318–319), 478–493.
  13. Foley S. F., Musselwhite D. S., Van der Laan S. R. (1999) Melt compositions from ultramafic vein assemblages in the lithospheric mantle: A comparison of cratonic and non-cratonic settings. Proceedings of the IKC. 1. Cape Town, Red Roof Design, 238–246.
  14. Foley S. F., Ezad I. S., van der Laan S. R., Pertermann M. (2022) Melting of hydrous pyroxenites with alkali amphiboles in the continental mantle: 1. Melting relations and major element compositions of melts. Geosci. Front. 13.
  15. Fyfe W. S. (1960) Hydrothermal synthesis and determination of equilibrium between minerals in the subliquidus region. J. Geol. 68, 553–566.
  16. Gao M., Xu H., Foley F. S., Zhang J., Wang Y. (2023) Ultrahigh-pressure mantle metasomatism in continental collision zones recorded by post-collisional mafic rocks. GSA Bulletin.
  17. Gervasoni F., Jalowitzki T., Peres Rocha M., Kalikowski Weska R., Novais-Rodrigues E., Antonio de Freitas Rodrigues R., Bussweiler Y., Soares Rocha Barbosa E., Berndt J., Luiz Dantas E., da Silva Souza V., Klemme S. (2022) Recycling process and proto-kimberlite melt metasomatism in the lithosphere-asthenosphere boundary beneath the Amazonian Craton recorded by garnet xenocrysts and mantle xenoliths from the Carolina kimberlite. Geosci. Front. 13(5), 1–17.
  18. Green D. H., Hibberson W. O., Rosenthal A., Kovács I., Yaxley G. M., Falloon T. J., Brink F. (2014) Experimental study of the influence of water on melting and phase assemblages in the upper mantle. J. Petrol. 55(10), 2067–2096.
  19. Hawthorne F. C., Oberti R., Harlow G. E., Maresch W. V., Martin R. F., Schumacher J. C., Welch M. D. (2012) Nomenclature of the amphibole supergroupe. Am. Mineral. 97, 2031–2048.
  20. Huang E. (2003) Raman Spectroscopic Study of Amphiboles. PhD thesis in Chinese.
  21. Jones A. P., Smith J. V., Dawson J. B. (1982) Mantle metasomatism in 14 veined peridotites from Bultfontein Mine, South Africa. J. Geology. 90(4), 435–453.
  22. Kaur G., Mitchell R. H. (2015) Mineralogy of the P-12 K-Ti-richterite diopside olivine lamproite from Wajrakarur, Andhra Pradesh, India: implications for subduction-related magmatism in eastern India. Mineral. Petrol. 110(2–3), 223–245.
  23. Konzett J. (1997) Phase relations and chemistry of Ti-rich K-richterite–bearing mantle assemblages: An experimental study to 8.0 GPa in a Ti-KNCMASH system. Contrib. Mineral. Petrol. 128(4), 385–404.
  24. Konzett J., Fei Y. W. (2000) Transport and storage of potassium in the Earth’s upper mantle and transition zone: An experimental study to 23 GPa in simplified and natural bulk compositions. J. Petrology. 41(4), 583–603.
  25. Konzett J., Sweeney R. J., Thompson A. B., Ulmer P. (1997) Potassium amphibole stability in the upper mantle: an experimental study in a peralkaline KNCMASH system to 8.5 GPa. J. Petrology. 38(5), 537–568.
  26. Konzett J., Ulmer P. (1999) The stability of hydrous potassic phases in lherzolitic mantle – an experimental study to 9.5 GPa in simplified and natural bulk compositions. J. Petrology. 40(4), 629–652.
  27. Konzett J., Wirth R., Hauzenberger Ch., Whitehouse M. (2013) Two episodes of fluid migration in the Kaapvaal Craton lithospheric mantle associated with Cretaceous kimberlite activity: Evidence from a harzburgite containing a unique assemblage of metasomatic zirconium-phases. Lithos. 182–183, 165–184.
  28. Luth R. W. (1997) Experimental study of the system phlogopite-diopside from 3–5 to 17 GPa. Am. Min. 82, 1198–1210.
  29. Manning C. E. (2004) The chemistry of subduction-zone fluids. EPSL. 223, 1–16.
  30. Niida K., Green D. H. (1999) Stability and chemical composition of pargasitic amphibole in MORB pyrolite under upper mantle conditions. Contrib. Mineral. Petrol. 135(1), 18–40.
  31. O’Reilly S.Y., Griffin W. L. Mantle metasomatism. (2013) In Metasomatism and the chemical transformation of rock (Eds. Harlov D. E., Austerheim H.), Berlin Heidelberg: Springer, 471–533.
  32. Rinaudo C., Belluso E., Gastaldi D. (2004) Assessment of the use of Raman spectroscopy for the determination of amphibole asbestos. Mineral. Mag. 68(3), 443–453.
  33. Rinaudo C., Gastaldi D., Belluso E., Capella S. (2005) Application of Raman Spectroscopy on asbestos fibre identification. Neues Jahrbuch für Mineralogie – Abhandlungen. 182(1), 31–36.
  34. Shurvell H. F., Rintoul L., Fredericks P. M. (2001) Infrared and Raman spectra of jade and jade minerals. Int. J. Vib. Spectrosc. (www.ijvs.com). 5(5), 4.
  35. Sudo A., Tatsumi Y. (1990) Phlogopite and K-amphibole in the upper mantle: Implication for magma genesis in subduction zones. Geophys. Res. Lett. 17(1), 29–32.
  36. Tatsumi Y., Kogiso T., Nohda S. (1995) Formation of a third volcanic chain in Kamchatka: Generation of unusual subduction-related magmas. Contrib. Mineral. Petrol. 120(2), 117–128.
  37. Trønnes R. G. (2002) Stability range and decomposition of potassic richterite and phlogopite end members at 5–15 GPa. Mineral. Petrol. 74(2–4), 129–148.
  38. van Achterbergh E., Griffin W. L., Stiefenhofer J. (2001) Metasomatism in mantle xenoliths from the Letlhakane kimberlites: estimation of element fluxes. Contrib. Mineral. Petrol. 141(4), 397–414.
  39. Wagner C., Velde D. (1985) Mineralogy of two peralkaline, arfvedsonite-bearing minettes. A new occurrence of Zn-rich chromite. Bulletin de Minéralogie. 108(2), 173–187.
  40. Wagner C., Velde D. (1986) The mineralogy of K-richterite bearing lamproites. Am. Min. 71(1–2), 17–37.
  41. Waters F. G., Erlank A. J., Daniels L. R.M. (1989) Contact relationships between MARID rock and metasomatised peridotite in a kimberlite xenolith. Geochem. J. 23(1), 11–17.
  42. Zimmermann R., Gottschalk M., Heinrich W., Franz G. (1997) Experimental Na-K distribution between amphiboles and aqueous chloride solutions, and a mixing model along the richterite-K-richterite join. Contrib. Mineral. Petrol. 126(3), 252–264.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Фотографии образцов в отраженных электронах: (а) I-10; (б) I-30; (в) II-40; (г) II-30. Условные обозначения: Ol – оливин, Cpx – клинопироксен, Opx – ортопироксен, Amph – амфибол, L – продукты закалки расплава. Черные области – результат выкрашивания агрегата в ходе полировки. «Пятнистость» амфибола и оливина обусловливается наличием включений обоих пироксенов. Агрегаты игольчатых кристаллов, вероятно, представляют собой продукты закалки силикатного расплава.

Скачать (440KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Фотографии образцов в отраженных электронах: (а) II-50; (б) III-10; (в) III-60; (г) III-50. Зональное распределение фаз в последнем образце связано с температурным градиентом в ячейке, используемой на аппарате НЛ-40. Условные обозначения: см. рис. 1.

Скачать (413KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Графики изменения состава минералов в зависимости от состава флюида в системе I: (а) Ca ф.е. в Cpx (Cpx* – реликтовый клинопироксен, сохранившийся в виде включений в других фазах); (б) Ca ф.е. в Opx; (в) сравнение синтезированных K-рихтеритов с природными аналогами: чёрные круги, серые квадраты и чёрные треугольники – рихтериты из лампроитов (Wagner, Velde, 1986), (Kaur, Mitchell, 2015) и (Downes et al., 2006) соответственно, белые круги и белые квадраты – K-рихтериты из метасоматизированных перидотитов (Jones et al., 1982) и (Erlank, 1973) соответственно, серый квадрат с крестом – рихтерит из дианита комплекса Мурун; серые ромбы – K-рихтериты из MARID (Waters et al., 1989), серые треугольники — из перидотитов PKP (Waters et al., 1989), светло-серое поле – амфиболы I системы, серое поле – II системы, темно-серое поле – III системы; (г) сравнение амфиболов с аналогами из работы Циммерманна и др. (Zimmerman et al., 1997): черные круги – настоящее исследование 1000°С, 3 ГПа, серые – 800°C, 250 МПа, белые – 700°С, 250 МПа. Черная точечная линия отражает линейную регрессию для наших данных, серая линия – для амфиболов при 800°C и 250 МПа (Zimmerman et al., 1997).

Скачать (245KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Сравнение изменения состава амфибола в зависимости от K/Na и (K2CO3 + Na2CO3) / (CО2 + H2O) отношений во флюиде: (а) система I (K/Na = 50 : 50); (б) II (K < Na); (в) III (K > Na). Белые точки – Ca, серые – K, черные – Na.

Скачать (206KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Сравнение полученных КР-спектров амфиболов (III-60 и II-40) с синтетическим K-рихтеритом (Della Ventura et al., 2021), природным K-рихтеритом (Dumanska-Słowik et al., 2022), а также природным рихтеритом (R050414) из библиотеки https://rruff.info.

Скачать (141KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024