ПетрологияПетрология0869-5903The Russian Academy of Sciences1574910.31857/S0869-5903275557-576Research ArticleGranitization and high-temperature metasomatism in mafic rocks: comparison of experimental and natural dataKhodorevskayaL. I.khodorevskaya@mail.ruD.S. Korzhinskii Institute of Experimental Mineralogy, Russian Academy of Sciences1808201927555757616082019Copyright © 2019, Russian academy of sciences2019<p style="text-align: justify;">The paper reports newly obtained data that append older results of experimental modeling of granitization processes. The experiments were aimed at modeling high-temperature metasomatism of mafic rocks, a process that involves the transfer of major components at 750C and 500 MPa at a pressure gradient. The source of the transported Si, Ca, and Mg in the experiments was garnet. The solution was pure H<sub>2</sub>O and 25 wt % NaCl aqueous solution. In the experiments, garnet was decomposed into pyroxenes, amphiboles, plagioclase, and minor amounts of melt, ilmenite, and iron oxides. The associated partial dissolution led to the transfer and redeposition of the dissolved components on the surface of a gabbroanorthosite underlay and to the development of mineral rims, which were analogous to those produced at garnet decomposition. The compositions of the newly formed minerals in the rims were identical to those produced at metamorphism of gabbroanorthosite at <em>Т</em> 750C, <em>P</em> 700 MPa. When the mineral rim was formed, some elements are removed, and this process was controlled by the composition of the fluid phase. The pure H<sub>2</sub>O fluid removed Fe, Ca, and Mg. The aqueous fluid containing NaCl (<em>X</em><sub>NaCl</sub> 0.1) did not extract Ca from minerals. This indicates that no high NaCl concentrations are typical of fluid in processes that form basificates at granitization. The experiments have shown that H<sub>2</sub>O and H<sub>2</sub>O-NaCl fluids remove more Fe that other elements. Preferable Fe extraction from naturally occurring associations is evident from the elevated Fe mole fractions of the mafic minerals and from the fact that the basificates typically contain magnetite and hematite.</p>granitizationbasificationfluidfluid filtrationmetasomatismгранитизациябазификацияфлюидфильтрация растворовметасоматоз[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. C. 1305-1330.][Антипин В.С., Макрыгина В.А. Геохимия эндогенных процессов. Часть II. Геохимия процессов метаморфизма и метасоматоза. Иркутск: Изд-во ИГУ, 2006, 130 с.][Аранович Л.Я. Роль рассолов в высокотемпературном метаморфизме и гранитизации // Петрология. 2017. Т. 25. № 5. С. 491-503.][Беляев Г.М., Рудник В.А. О типах магнезиально-железо-кальциевого метасоматизма в связи с гранитообразованием (на примере Алданского щита) // Железо-магнезиальный метасоматизм и рудообразование. Под ред. В.А. Рудника. М.: Наука, 1980. С. 13-29.][Беус А.А., Щербакова Т.Ф. Сравнительная геохимическая характеристика амфиболит-трондьемит-гранитных серий Балтийского (беломорский комплекс) и Украинского (днепропетровский комплекс) щитов // Геохимия. 1994. № 11. С. 1547-1568.][Гаврикова С.Н. Гранитизация архейских гранулитов (на примере Могочинского выхода в Олекминском Становике) // Очерки физ.-хим. петрологии. М.: Наука, 1982. Вып. X. С. 110-140.][Гаврикова С.Н. Раннепротерозойская гранитизация в южной части Алдано-Витимского щита // Очерки физ.-хим. петрологии. М.: Наука, 1987. Вып. XIV. С. 64-90.][Гаврикова С.Н., Жариков В.А. Геохимические особенности гранитизации архейскихих пород в Восточном Забайкалье // Геохимия. 1984. № 1. С. 26-49.][Жариков В.А., Эпельбаум М.Б., Боголепов М.В. Экспериментальное исследование возможности гранитизации под воздействием глубинного флюида // Докл. АН. 1990. Т. 331. № 2. С. 462-465.][Жариков В.А., Эпельбаум М.Б, Боголепов М.В. Процессы гранитообразования // Экспериментальные проблемы геологии. М.: Наука, 1994. С. 83-103.][Жданов В.В. Зоны региональной базификации и их рудоносность // Железо-магнезиальный метасоматизм и рудообразование. Под ред. В.А. Рудника М.: Наука,1980. C. 29-40.][Коржинский Д.С. Принцип подвижности щелочей при магматических явлениях // Сборник к 70-летию Акад. Д.С. Белянкину. М.: Изд-во АН СССР, 1946. С. 242-261.][Коржинский Д.С. Гранитизация как магматическое замещение // Изв. АН СССР. Сер. Геол. 1952. № 2. С. 56-69.][Коржинский Д.С. Проблемы петрографии магматических пород, связанные со сквозьмагматическими растворами и гранитизацией // Магматизм и связь с ним полезных ископаемых. М.: Изд-во АН СССР, 1955. С. 220-234.][Коржинский Д.С. Трансмагматические флюиды и магматическое замещение // Петрография. М.: Изд-во МГУ, 1976. Ч. 1. С. 117-129.][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.][Кориковский С.П., Аранович Л.Я. Чарнокитизация ортопироксен-клинопироксен-флогопитовых бесполевошпатовых метаультрамафитов в Лапландском гранулитовом поясе (юг Кольского полуострова): изменение состава пород и минералов, Р-Т параметры, флюидный режим // Петрология. 2015. Т. 23. № 3. С. 211-250.][Кориковский С.П., Ходоревская Л.И. Гранитизация палеопротерозойских высокобарических метагабброноритов в беломорской серии Балтийского щита (район Кандалакшского залива, о. Горелый) // Петрология. 2006. Т. 14. № 5. С. 453-481.][Крылова М.Д., Седова И.С., Крылов И.Н., и др. Эволюция вещества при ультраметаморфизме (на примере докембрия Восточной Сибири). Ленинград: Наука, 1972. 180 с.][Левицкий В.И. Петрология и геохимия метасоматоза при формировании континентальной коры. Новосибирск: Изд-во «ГЕО», 2005. 342 с.][Летников Ф.А., Савельева В.Б., Шилина Е.В. Процессы гранитизации в надкупольной части Бирхинского гранитогнейсового купола // Зап. ВМО. 2004. № 4. С. 1-9.][Перчук Л.Л., Геря Т.В., Корсман Л. Модель чарнокитизации гнейсовых комплексов // Петрология. 1994. Т. 2. С. 451-479.][Петрова З.И., Левицкий В.И. Петрология и геохимия гранулитовых комплексов Прибайкалья. Новосибирск: Наука, 1984. 201 с.][Пуртов В.К. Экспериментальное исследование процессов высокотемпературного метасоматоза пород базальтового состава и генерации кислых расплавов в хлоридных растворах. Автореф. дисс. … докт. геол.-мин. наук. Екатеринбург: ИГиГ УО РАН, 1998. 40 с.][Рябчиков И.Д. Термодинамика флюидной фазы гранитоидных магм. М.: Наука, 1975. 232 с.][Сафонов О.Г. Реакционные структуры и подвижность щелочей при метаморфизме и гранитизации. Автореф. дисс. … канд. геол.-мин. наук. М.: МГУ, 1997. 40 с.][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 // Петрология. 2017. Т. 25. № 5. С. 461-490.][Утенков В.А. Высокобарические базификаты в Сысертско-Ильменогорском гнейсово-мигматитовом комплексе // Геология метаморфических комплексов. Под ред. Г.А. Кейльмана. Свердловск: СвГИ им. В.В. Вахрушева, 1989. С. 62-72.][Ходоревская Л.И. Гранитизация амфиболитов. 2. Основные закономерности физических и химических явлений при процессах фильтрации флюидов через породу // Петрология. 2004. Т.. Т. 12. № 3. С. 321-336.][Ходоревская Л.И. Экспериментальное исследование гранитообразования по породам основного состава. Автореф. дисс. … докт. геол.-мин. наук. М.: МГУ, 2006. 42с.][Ходоревская Л.И. Метасоматоз гранулитовой фации габбро-анортозитах Колвицкого массива // Геохимия. 2012. № 3. С. 298-315.][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.][Ходоревская Л.И., Кориковский С.П. Метасоматические гранат-клинопироксен-ортопироксен-роговообманковые жилы в метаанортозитах Колвицкого массива, Кольский полуостров: минеральный состав и связь с сингранулитовой гранитизацией // Докл. АН. 2007. Т. 415. № 4. С. 539-543.][Шмулович К.И., Грэм К. Равновесие плагиоклаз-водный раствор (NaCl-CaCl2): концентрационная зависимость // Петрология. 2008. Т. 16. № 2. С. 191-206.][Щербакова Т.Ф. Амфиболиты беломорского комплекса и их гранитизация. М.: Наука, 1988. 148 с.][Aranovich L.Y., Newton R.C., H2O activity in concentrated NaCl solutions at high pressures and temperatures measured by the brucite-periclase equilibrium // Contrib. Mineral. Petrol. 1996. V. 125. P. 200-212.][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.][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. NY.: Springer, 2018. Ch. 11. P. 713-757.][Aranovich L.Y., Newton R.C., Manning C.E. Brine-assisted anatexis: experimental melting in the system haplogranite-H2O-NaCl-KCl at deep-crustal conditions // Earth Planet. Sci. Lett. 2013. V. 374. P. 111-120.][Aranovich L.Y., Makhluf A.R., Manning C.E., Newton R.C. Dehydration melting and the relationship between granites and granulites // Precam. Res. 2014. V. 253. № 1. P. 26-37.][Bischoff J.L., Rosenbauer R.J., Fournier R.O. The generation of HCl in the system CaCl2-H2O: vapor-liquid relations from 380-500°C // Geochim. Cosmochim. Acta. 1996. V. 60. P. 7-16.][Budanov S.V., Shmulovich K.I. Experimental measurement of diopside solubility in H2O-NaCl fluids at 650°C and 2-7.5 kbar // Geochem. Int. 2000. V. 38. Suppl. 2. P. 237-243.][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.][Gibert F., Gullaume D., Laporte D. Importance of fluid immiscibility in the H2O-NaCl-CO2 system and selective CO2 entrapment in granulites: experimental phase diagram at 5-7 kbar, 900oC and wetting textures // Europ. J. Mineral. 1999. V. 11. P. 983-992.][Hansen E., Ahmed K., Harlov D.E. Rb depletion in biotites and whole rocks across an amphibolite to granulite facies transition zone, Tamil Nadu, South India // Lithos. 2002. V. 64. № 1-2. P. 29-47.][Holness M. Equilibrium dihedral angles in the system quartz-CO2-H2O-NaCl at 800oC and 1-15 kbar: the effects of pressure and fluid composition on the permeability of quartzites // Earth Planet. Sci. Lett. 1992. V. 114. P. 171-184.][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 Newew Minerals and Mineral Names // Eur. J. Mineral. 1997. V. 9. P. 623-651.][Manning C.E. Thermodynamic modeling of fluid-rock interaction at mid-crustal and upper-mantle conditions // Rev. Mineral. Geochem. 2013. V. 76. P. 135-164.][Manning C.E., Aranovich L.Y. Brines at high pressure and temperature: thermodynamic, petrological and geochemical effects // Precam. Res. 2014. V. 253. P. 6-16.][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. № 1-2. P. 58-72.][Orville P.M. Alkali ion exchange between vapor and feldspar phases // Amer. J. Sci. 1963. V. 261. P. 201-237.][Perchuk L.L., Gerya T.V. The fluid regime of metamorphism and the charnockite reaction in granulites: А review // Intern. Geol. Rev. 1992. V. 34. № 1. P. 1-58.][Perchuk L.L., Gerya T.V. Fluid control of charnockitization // Chemical Geology. 1993. V. 108. P. 175-186.][Perchuk L.L., Gerya T.V., Korsman K. A model for charnockitization of gneissic complexes // Petrology. 1994. V. 2. P. 451-479.][Perchuk L.L., Safonov O.G., Gerya T.V., et al. Mobility of components in metasomatic transformation and partial melting of gneisses: Аn example from Sri Lanka // Contrib. Mineral. Petrol. 2000. V. 140. № 2. P. 212-232.][Ravindra-Kumar G.R. Mechanism of arrested charnockite formation at Nemmara, Palghat region, southern India // Lithos. 2004. V. 75. № 3-4. P. 331-358.][Rajesh H.M., Santosh M., Yoshikura S. The Nagercoil charnockite: a magnesian, calcic to calc-alkalicgranitoid dehydrated during a granulite-facies metamorphic event // J. Petrol. 2011. V. 52. № 2. P. 375-400.][Ridolfi F., Renzulli A. Calcic amphiboles in calc-alkaline and alkaline magmas: thermobarometric and chemometric empirical equations valid up to 1130°C and 2.2 GРa // Contrib. Mineral. Petrol. 2012. V. 163. № 5. P. 877-895.][Reynolds D.L. The sequence of geochemical changes leading to granitization // J. Geol. Soc. London. 1946. V. 102. P. 389-446.][Safonov O.G., Aranovich L.Y. Alkali control of high-grade metamorphism and granitization // Geoscience Frontiers. 2014. V. 5. № 5. P. 711-727.][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.][Schumacher J.C. The estimation of ferric iron in electron microprobe analysis of amphiboles // Eur. J. Mineral. 1997. V. 9. P. 643-651.][Shmulovich K.I., Graham C.M. Melting of albite and dehydration of brucite in H2O-NaCl fluids to 9 kbars and 700-900°C: implications for partial melting and water activities during high pressure metamorphism // Contrib. Mineral. Petrol. 1996. V. 124. № 3-4. P. 370-382][Shmulovich K.I., Tkachenkо S.I., Plyasunova N.V. Phase equilibria in fluid systems at high pressures and temperatures // Eds. K.I. Shmulovich, B.W.D. Yardley, G. Gonchar. Fluids in the Crust. London: Chapman and Hall, 1995. P. 193-214.][Shmulovich K.I., Graham G., Yardley B.W.D. Quartz, albite and diopside solubilities in H2O-NaCl and H2O-CO2 fluids at 0.5-0.9 GPa // Contrib. Mineral. Petrol. 2001. V. 141. P. 95-108.][Winther K. T., Newton R.C. Experimental melting of hydrous low-K tholeiite: Evidence on the origin of Archean cratons // Bull. Geol. Soc. Den. 1991. V. 39. P. 213-228.]