ПетрологияПетрология0869-5903The Russian Academy of Sciences1575010.31857/S0869-5903275577-597Research ArticleLiquid immiscibility and problems of ore genesis (according to experimental data)ShapovalovYu. B.shap@iem.ac.ruKotelnikovA. R.kotelnik@iem.ac.ruSukI. N.shap@iem.ac.ruKorzhinskayaV. S.shap@iem.ac.ruKotelnikovaZ. A.shap@iem.ac.ruD.S. Korzhinskii Institute of Experimental Mineralogy, Russian Academy of SciencesInstitute of the Geology of Ore Deposits, Petrography, Mineralogy, and Geochemistry, Russian Academy of Sciences1808201927557759716082019Copyright © 2019, Russian academy of sciences2019<p style="text-align: justify;">The results of an experimental study of phase relations and distribution of elements in silicate meltsalt systems (carbonate, phosphate, fluoride, chloride) melt, silicate melt Isilicate melt II, and also in fluid magmatic systems in the presence of alkali metal fluorides are presented. Salt extraction of a number of ore elements (Y, REE, Sr, Ba, Ti, Nb, Zr, Ta, W, Mo, Pb) was studied in liquid immiscibility processes in a wide temperature range of 8001250С and pressure of 15.5 kbar. It is shown that the partition coefficients are sufficient for the concentration of ore elements in the quantity necessary for the genesis of ore deposits. In the fluid-saturated melt of trachyrhyolite, the separation into two silicate liquids has been determined. The partition coefficients of a number of elements (Sr, La, Nb, Fe, Cr, Mo, K, Rb, Cs) between phases L1 and L2 has been obtained. The interaction processes of a heterophase fluid in the granite (quartz)ore mineralheterophase fluid (Li, Na, K-fluoride) system were studied at 650850C and <em>P</em> = 1 kbar. The formation of the phase of a highly alkaline fluidsaturated silicate melt Ta and Nb concentrator is shown as a result of the reaction of the fluid with the rock and ore minerals.</p>liquid immiscibilitysilicate meltsalt meltfluid-magmatic systemsore genesisжидкостная несмесимостьсиликатный расплавсолевой расплавфлюидно-магматические системырудогенез[Алферьева Я.О., Граменицкий Е.Н., Щекина Т.И. Экспериментальное изучение фазовых отношений в литийсодержащей богатой фтором гаплогранитной и нефелинсиенитовой системе // Геохимия. 2011. № 7. С. 713-728.][Андреева И.А. Силикатные, силикатно-солевые и солевые магмы щелочного карбонатитсодержащего комплекса Мушугай-Худук, Южная Монголия (данные изучения расплавных включений). Автореф. … канд. дисс. геол.-мин. наук. М.: ИГЕМ РАН, 2000. 27 с.][Анфилогов В.Н., Дымкин А.М., Бобылев И.Б. Явления несмесимости в магматических расплавах// Исследования структуры магматических расплавов. Свердловск: Изд-во УНЦ АН СССР, 1981. С. 3-15.][Беус А.А., Северов Э.А., Ситнин Ф.Ф., Субботин К.Д. Альбитизированные и грейзенизированные граниты (апограниты). М.: Из-во АН СССР, 1962. 196 с.][Бородулин Г.П., Чевычелов В.Ю., Зарайский Г.П. Экспериментальное исследование распределения тантала, ниобия, марганца и фтора между водным фторсодержащим флюидом и гранитным и щелочным расплавами // Докл. АН. 2009. Т. 427. № 2. С. 233-238.][Власов К.А., Кузьменко М.В., Еськова Е.М. Ловозерский щелочной массив. М.: Изд. АН СССР, 1959. 623 с.][Войткевич Г.В., Мирошников А.Е., Поваренных А.С., и др. Краткий справочник по геохимии. М.: Недра, 1970. 280 с.][Граменицкий Е.Н. К познанию эволюции гидротермально-магматический систем // Вест. МГУ. Сер. геология. 1986. № 2. С. 3-17.][Граменицкий Е.Н., Щекина Т.И., Берман И.Б., Попенко Д.П. Концентрирование лития алюмофторидным расплавом в гранитной системе с фтором // Докл. АН. 1993. Т. 331. № 1. С. 87-90.][Граменицкий Е.Н., Щекина Т.И., Девятова В.Н. Фазовые отношения во фторсодержащих гранитной и нефелин-сиенитовой системах и распределение элементов между фазами (экспериментальное исследование). М.: ГЕОС, 2005. 188 с.][Григорьев Д.П., Искюль Е.В. Дифференциация некоторых силикатных расплавов как результат образования двух несмешивающихся жидкостей // Изв. АН СССР. Серия Геологическая. 1937. № 1. С. 77-107.][Делицын Л.М., Мелентьев Б.Н. Сосуществование жидких фаз при высоких температурах. Система Na2O-SiO2-KCl // Докл. АН СССР. 1972. Т. 202. № 5. С. 1114-1116.][Делицын Л.М., Мелентьев Б.Н. Сосуществование двух несмешивающихся жидких фаз в силикатно-солевой ниобий-редкоземельной системе // Докл. АН. 2015. Т. 462. № 4. С. 440-443.][Жариков В.А. Основы физической геохимии. М.: Изд. МГУ, 2005. 654 с.][Зарайский Г.П. Условия образования редкометальных месторождений, связанных с гранитным магматизмом. Смирновский сборник-2004. М.: Фонд им. акад. В.И. Смирнова, 2004. С. 105-192.][Когарко Л.Н., Кригман Л.Д., Петрова Е.Н., Соловова И.П. Фазовые равновесия в системе фторапатит-нефелин-диопсид в связи с генезисом апатитовых месторождений Хибин // Геохимия. 1977. № 1. С. 42-55.][Котельникова З.А., Котельников А.Р. Моделирование флюидного режима ретроградного этапа метаморфизма на основе экспериментальных данных по фазовым равновесиям в системе Н2О-СО2-NaCl // Петрология. 1997. Т. 5. № 5. С. 73-80.][Котельников А.Р., Сук Н.И., Коржинская В.С., и др. Исследование распределения редких и редкоземельных рудных компонентов в системе алюмосиликатный расплав - фторидный солевой расплав при T = 800-1200°С и P = 1-2 кбар (в присутствии воды) // Тр. Всероссийского ежегодного семинара по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии (ВЕСЭМПГ-2017), Москва, 18-19 апреля 2017 г. М.: ГЕОХИ РАН, 2017а. C. 60-63.][Котельников А.Р., Сук Н.И., Котельникова З.А., и др. Изучение жидкостной несмесимости во флюидно-магматических системах // Тр. Всероссийского ежегодного семинара по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии (ВЕСЭМПГ-2017), Москва, 18-19 апреля 2017 г. М.: ГЕОХИ РАН, 2017б. C. 64-67.][Котельников А.Р., Коржинская В.С., Котельникова З.А., и др. Растворимость танталита и пирохлора во фторидных растворах при Т = 650-850°С и Р = 1 кбар в присутствии силикатного вещества // Тр. Всероссийского ежегодного семинара по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии. Москва, 18-19 апреля 2018 г. М.: ГЕОХИ РАН, 2018а.C. 160-163.][Котельников А.Р., Коржинская В.С., Котельникова З.А., и др. Влияние силикатного вещества на растворимость пирохлора во фторидных растворах при Т = 550-850oС, Р = 50-100 МПа (экспериментальные исследования) // Докл. АН. 2018б. Т. 482. № 2. С. 196-199.][Котельников А.Р., Сук Н.И., Котельникова З.А., и др. Жидкостная несмесимость во флюидно-магматических системах (экспериментальное исследование) // Петрология. 2019. Т. 27. № 2. C. 200-218.][Кригман Л.Д., Крот Т.В. Стабильная фосфатно-алюмосиликатная ликвация в магматических расплавах // Геохимия. 1991. № 11. С. 1548-1560.][Маракушев А.А. Петрогенезис и рудообразование (геохимические аспекты). М.: Наука, 1979. 262 с.][Маракушев А.А., Шаповалов Ю.Б. Экспериментальное исследование рудной концентрации во фторидных гранитных системах // Петрология. 1994. Т. 2. № 1. С. 4-23.][Маракушев А.А., Шаповалов Ю.Б. Поведение молибдена, свинца и цинка в процессах фторидной солевой экстракции // Докл. АН. 1996. Т. 351. № 5. С. 670-672.][Маракушев А.А., Граменицкий Е.Н., Коротаев М.Ю. Петрологическая модель эндогенного рудообразования // Геология рудн. месторождений. 1983. № 1. С. 3-20.][Маракушев А.А., Панеях Н.А., Зотов И.А. Новые представления о происхождении месторождений благородных металлов кварцево-рудной формации // Проблемы геологии рудных месторождений, минералогии, петрологии и геохимии. Материалы науч. конфер., посвящен. 100-летию со дня рожд. акад. Ф.В. Чухрова. М.: ИГЕМ РАН, 2008. С. 136-139.][Маракушев А.А., Панеях Н.А., Зотов И.А. Парагенезисы рудных металлов в месторождениях щелочных комплексов // Новые горизонты в изучении процессов магмо- и рудообразования. Материалы конфер., посвящ. 80-летию ИГЕМа. М.: ИГЕМ РАН, 2010. С. 120-121.][Мелентьев Б.Н., Делицын Л.М., Мелентьев Г.Б. Сосуществование двух жидких фаз при высоких температурах. Система фтористый литий - альбитовое стекло // Докл. АН СССР. 1967. Т. 175. № 1. С. 199-201.][Панина Л.И., Моторина И.В. Явления несмесимости в глубинных щелочных магмах по данным изучения расплавных включений в минералах // Материалы Всероссийского совещания «Геохимия, петрология, минералогия и генезис щелочных пород», 18-23 сентября 2006 г., Миасс. 2006. С. 181-186.][Пугин В.А., Хитаров Н.И. Вариолиты как пример ликвации магм // Геохимия. 1980. № 4. С. 83-91.][Рябчиков И.Д. Экспериментальное изучение распределения щелочных элементов между несмешивающимися силикатными и хлоридными расплавами // Докл. АН СССР. 1968. Т. 181. № 1. С. 207-209.][Рябчиков И.Д. Термодинамика флюидной фазы гранитоидных магм. М.: Наука, 1975. 232 с.][Семенов Е.И. Оруденение и минерализация редких земель, тория и урана (лантаноидов и актиноидов). М.: ГЕОС, 2001. 307 с.][Семенов Е.И. Минералы и руды Лапландской щелочной формации (Кольский п-ов, Карелия, Финляндия). М.: Минералогический музей РАН, ГЕОС, 2009. 54 с.][Скрипниченко В.А. Фосфор как фактор ликвации силикатных расплавов // Докл. АН СССР. 1979. Т. 245. № 4. С. 930-933.][Сук Н.И. Поведение рудных элементов (W, Sn, Ti и Zr) в расслаивающихся силикатно-солевых системах // Петрология. 1997. Т. 5. № 1. С. 23-31.][Сук Н.И. Экспериментальное исследование щелочных магматических алюмосиликатных систем в связи с генезисом редкоземельно-ниобиевых лопаритовых месторождений // Докл. АН. 2007. Т. 414. № 2. С. 249-252.][Сук Н.И. Жидкостная несмесимость во флюидно-магматических алюмосиликатных системах, содержащих Ti, Nb, Sr, REE и Zr (эксперимент) // Петрология. 2012. Т. 20. № 2. С. 156-165.][Сук Н.И. Жидкостная несмесимость в щелочных магматических системах. 2017. М.: КДУ «Университетская книга», 238 с.][Сук Н.И., Котельников А.Р. Экспериментальное исследование образования лопарита в сложных флюидно-магматических системах // Докл. АН. 2008. Т. 419. № 4. С. 543-546.][Сук Н.И., Котельников А.Р., Вирюс А.А. Кристаллизация лопарита в щелочных флюидно-магматических системах (по экспериментальным и минералогическим данным) // Геология и геофизика. 2013. Т. 54. № 4. С. 569-588.][Сук Н.И., Котельников А.Р., Перетяжко И.С., Савина Е.А. Экспериментальное исследование плавления трахириолитов Центральной Монголии // Тр. Всероссийского ежегодного семинара по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии (ВЕСЭМПГ-2017), Москва, 18-19 апреля 2017 г. М.: ГЕОХИ РАН, 2017. C. 80-83.][Сырицо Л.Ф., Табунс Э.В., Волкова Е.В., и др. Модель генезиса Li-F гранитов Орловского массива, Восточное Забайкалье // Петрология. 2001. Т.9. № 3. С. 268-289.][Хитаров Н.И., Арутюнян Л.А., Лебедев Е.Б. Экспериментальное исследование выноса молибдена из гранитного расплава под давлением воды до 3000 атмосфер // Геохимия. 1967. № 8. С. 891-900.][Чевычелов В.Ю., Сук Н.И. Влияние состава магматического расплава на растворимость в нем хлоридов металлов при давлении 0.1-3.0 кбар // Петрология. 2003. № 1. С. 68-81.][Чевычелов В.Ю., Зарайский Г.П., Борисовский С.Е., Борков Д.А. Влияние состава расплава и температуры на распределение Ta, Nb, Mn и F между гранитным (щелочным) расплавом и фторсодержащим водным флюидом: фракционирование Ta, Nb и условия рудообразования в редкометальных гранитах // Петрология. 2005. Т. 13. № 4. С. 339-357.][Чевычелов В.Ю., Бородулин Г.П., Зарайский Г.П. Растворимость колумбита (Mn,Fe)(Nb,Ta)2O6 в гранитоидных и щелочных расплавах при 650-850°С и 30-400 МПа: экспериментальные исследования // Геохимия. 2010. № 5. С. 485-495.][Freestone J.C., Hamilton D.L. The role of liquid immiscibility in the genesis of carbonatites - An experimental study // Contrib. Mineral. Petrol. 1980. V. 73. № 3. P.105-117.][Greig I.W. Immiscibility in silicate melts // Amer. J. Sci. 1927. V. 13. P. 1-44, 133-154.][Hamilton D.L., Bedson P., Esson J. The behaviour of trace elements in the evolution of carbonatites // Ed. К. Bell. Carbonatites. Genesis and evolution. London: Unwyn Hyman, 1989. P. 405-427.][Kjarsgaard B.A., Hamilton D.L. Liquid immiscibility and the origin of alkali-poor carbonatites // Mineral. Magaz. 1988. V. 52. P. 43-55.][Koster van Groos A.F. The distribution of strontium between coexisting silicate and carbonate liquids at elevated pressures and temperatures // Geochim. Cosmochim. Acta. 1975. V. 39. P. 27-34.][Koster van Groos A.F., Wyllie P.J. Liquid immiscibility in the join NaAlSi3O8-CaAlSi2O8-Na2CO3-H2O // Amer. J. Sci. 1973. V. 273. P. 465-487.][Kotelnikov A.R., Suk N.I., Korzhinskaya V.S., et al. Investigation of rear and rare-earth ore components distribution in the systems aluminisilicate melt - fluoride salt melt at T = 800-1200oC and P = 2 kbar (in water presence) // Experiment in Geosciences. 2017. V 23. № 1. P. 138-141.][Massion P.J., Koster van Groos A.F. Liquid immiscibility in silicates // Nature Phys. Sci. 1973. V. 245. № 1. P. 60-63.][Philpotts A.R. Immiscibility between feldspathic and gabbroic magmas // Nature. Phys. Sci. 1971. V. 229. P. 107-109.][Reed S.J.B. Electron microprobe analysis and scanning electron microscopy in geology. Cambridge: Cambridge University Press, 2005. https://doi.org/10.1017/CBO9780511610561][Roedder E. Silicate liquid immiscibility in magmas and in the system K2O-FeO-Al2O3-SiO2: an example of serendipity // Geochim. Cosmochim. Acta. 1978. V. 42. P. 1597-1617.][Veksler I.V., Petibon C., Jenner G.A., et al. Trace element partitioning in immiscible silicate-carbonate liquid systems: An initial experimental study using a centrifuge autoclave // J. Petrol. 1998. V. 39. № 11,12. Р. 2095-2104.][Webster J.D. Water solubility and chlorine partitioning in Cl-rich granitic systems: Effects of melt composition at 2 kbar and 800oC // Geochim. Cosmochim. Acta. 1992. V. 56. P. 679-687.][Webster J.D. Exsolution of magmatic volatile phases from Cl-enriched mineralizing granitic magmas and implications for ore metal transport // Geochim. Cosmochim. Acta. 1997. V. 6. № 5. P. 1017-1029.][Yanev Y. Petrology of Golobradovo perlite deposit, Eastern Rhodopes // Geochem. Mineral. Petrol. Sofia. 2003. V. 40. P. 1-20.]