ИСТИНА

Введение. Экспериментальные исследования показывают, что карбонатсодержащие перидотиты верхней мантии могут быть источниками магм, состав которых варьирует от базальтовых через нефелинитовые и мелилититовые (включая щелочные камафугитовые расплавы) к кимберлитовым [1-3]. Главной причиной столь широких вариаций состава магм являются взаимоотношения реакций декарбонатизации с солидусами систем перидотит-CO2 [1]. При >2.5-3.0 ГПа на солидусе формируются карбонатные расплавы, которые с увеличением степени плавления постепенно переходят в кимберлитоподобные карбонатно-силикатные расплавы [4], указывая на генетическую связь карбонатитов и кимберлитов. Активная декарбонатизация при 2-3 ГПа приводит к очень резким переходам (в пределах 25-50ОС) карбонатитовых расплавов в силикатные [2, 3, 5], объясняя тем самым ассоциации карбонатитов с нефелинитами, мелилититами и щелочными базальтами. Переходы между карбонатными и силикатными расплавами в системах перидотит-CO2 в значительной мере определяются содержаниями H2O, F, Cl, P2O5, K2O, Na2O. Эти компоненты снижают температуры солидусов, стабилизируют карбонатные расплавы и тем самым расширяют интервалы переходов между карбонатными и силикатными расплавами. Некоторые из них способны образовывать карбонатно-солевые жидкости, несмесимые с силикатными и карбонатно-силикатными расплавами. Таким компонентами, в частности, являются KCl и NaCl, которые обуславливают образование хлоридно-карбонатных расплавов в равновесии с карбонатно-силикатными расплавами в широком интервале давлений [6-10]. Ранее [8] нами продемонстрированы различные тренды постепенных взаимных переходов между карбонатными и карбонатно-силикатными расплавами в перидотит-карбонатно-хлоридных системах при 5.5 ГПа, объяснившие связи между хлоридсодержащими карбонатитовыми расплавами, сохраненными в виде включений в минералах кимберлитов (включая алмазы), с самими кимберлитами. С целью изучения влияния хлоридов на подобные переходы при более низких давлениях и развития модели генерации недосыщенных SiO2 щелочных расплавов в мантийном перидотитовом субстрате с участием карбонатно-солевых расплавов [10], проведены эксперименты по плавлению модельного пиролита MPY90 в присутствии карбонатов (CaCO3) и хлоридов (KCl, NaCl) при давлениях 2 и 4 ГПа. Методика эксперимента. Состав исходного модельного пиролита (в мас. %): SiO2 – 44.74, TiO2 – 0.17, Al2O3 – 4.37, Cr2O3 – 0.45, FeO – 7.55, MnO – 0.11, MgO – 38.57, CaO – 3.38, Na2O – 0.4, NiO – 0.26. В экспериментах исследовалась смесь 80 мас. % MPY90 и 20 мас. % CaCO3+KCl+NaCl (в соотношении 2:1:1 по массе). Эксперименты проводились на ½-дюймовом аппарате «цилиндр-поршень» в Исследовательской Школе по Наукам о Земле Автралийского Национального Университета (Канберра, Австралия). Результаты экспериментов. Фазовые соотношения.При наличии в системе KCl и NaCl хлоридно-карбонатный расплав (LCC), содержащий менее 10 мас. % SiO2, оказывается стабильным уже при относительно низких температурах (ниже 1000ОС при 2 ГПа и ниже 1100ОС при 4 ГПа). Характерными ассоциациями, сосуществующими с таким расплавом при 2 ГПа, являются Ol+Cpx+Phl (до ~1100ОС) и Ol+Cpx+Opx (до 1230ОС). При 4 ГПа к последней ассоциации присоединяется Grt. При температурах 1230-1250 и 1350-1370ОС при 2 и 4 ГПа, соответственно, в системе появляется карбонатно-силикатный расплав (LCS) с 35-37 мас. % SiO2, несмесимый с хлоридно-карбонатной жидкостью. При температурах ниже температур появления LCS фазовые равновесия, по-видимому, регулируются равновесием Opx + LCC = Cpx + Ol + CO2, в результате чего может происходить частичная декарбонатизация хлоридно-карбонатного расплава. В пределах температурного шага экспериментов при 4 ГПа переход от хлоридно-карбонатного расплава к ассоциации двух расплавов совпадает с исчезновением Opx, вероятно, по реакции: Opx + LCC = Cpx + Ol + LCS. При 2 ГПа эта реакция ведет к исчезновению Opx еще до появления LCS, за счет чего LCC обогащается SiO2. Выше интервала появления LCS стабильны ассоциации Ol+Cpx+LCC+LCS (2 ГПа) и Ol+Cpx+Grt+LCC+LCS (4 ГПа), а на ликвидусе при обоих давлениях стабилен оливин в ассоциации с двумя расплавами. Составы расплавов. Карбонатно-силикатные расплавы, возникающие в системе пиролит-CaCO3-KCl-NaCl характеризуются содержаниями SiO2, варьирующими с температурой от 35-37 мас. % до 40-44 мас. % при обоих давлениях. Тем не менее, расплавы при 2 ГПа в целом более богаты SiO2, но содержат меньше K2O+Na2O (5-8 мас. %) и Cl (2.5-4.5 мас. %) в отличие от расплавов при 4 ГПа (7-9 мас. % K2O+Na2O, 4-8 мас. % Cl). При этом расплавы при 2 ГПа характеризуются соотношением K2O/Na2O < 1.0, тогда это соотношение в расплавах при 4 ГПа составляет 1.0-1.5. Все расплавы характеризуются высокими концентрациями CaO (11-15 мас. %). Содержания MgO варьируют от 8 до 20 мас. % и определяются степенью плавления ультраосновного вещества пиролита. Расплавы, содержащие до 20 мас. % MgO характерны для высоких температур (>1350OC при 2 ГПа и 1400-1450ОС для 4 ГПа) и сосуществуют с ликвидусным оливином. Выводы. (1) Переход от карбонатно-хлоридного расплава к карбонатно-силикатному расплаву, содержащему 35-40 мас. % SiO2, в системе пиролит-CaCO3-KCl-NaCl при 2 и 4 ГПа происходит в узком интервале температуры (<20ОС) при температурах 1230-1250ОС и 1350-1370ОС, соответственно. Образование расплавов с таким же содержанием SiO2 в близкой по составу системе перидотит KLB+CO2 из работы [3] без участия хлоридов при 3 ГПа наблюдается лишь при температурах порядка 1450ОС. Отсюда следует вывод о том, что хлориды заметно влияют как на абсолютные температуры, так и температурные интервалы переходов от карбонатных расплавов к силикатным. (2) Различаются и фазовые соотношения при этих переходах. Так в работе [3] показано, что LCS появляется в равновесии с ассоциацией Ol+Cpx+Opx+Grt и лишь выше по температуре из этой ассоциации исчезает первым Cpx. В нашем же случае фазовые отношения определяются реакциями Opx с LCC, который полностью исчезает при возникновении карбонатно-силикатного расплава. Нестабильность ортопироксена при формировании щелочных расплавов в пиролитовом субстрате при воздействии на него карбонатно-солевых жидкостей соответствует отсутствию этой фазы в щелочных магмах. (3) Определяющими факторами резкого перехода от хлоридно-карбонатного расплава в карбонатно-силикатный расплав являются экстракция части карбонатной составляющей несмесимой хлоридно-карбонатной жидкостью и частичная декарбонатизация расплава, что приводит к заметному обогащению карбонатно-силикатного расплава SiO2 (до 35-40 мас. %). (4) Составы карбонатно-силикатных расплавов, полученных в экспериментах, находятся в интервале составов камафугитов. Наиболее близки к ним расплавы, образующиеся при 2 ГПа, тогда как расплавы при 4 ГПа обогащены карбонатной составляющей, щелочами и хлором. Проведенные эксперименты подтверждают модель формирования камафугитовых расплавов в равновесии с карбонатно-солевыми (карбонатитовыми) жидкостями [10]. Согласно этой модели, такие расплавы формируются в перидотитовой мантии, проработанной щелочными несиликатными жидкостями. Резкий переход между хлоридно-карбонатном расплавом и карбонатно-силикатным расплавом указывает на отсутствие промежуточных магм, что хорошо соответствует ассоциациям камафугитов и карбонатитов в различных регионах мира [11, 12]. По мере подъема к поверхности расплавы теряют щелочи и хлор (а также другие солевые компоненты) [11, 12], сохраняя при этом высокую щелочность. Карбонатно-солевые расплавы, будучи предшественниками силикатных щелочных расплавов при низких степенях плавления, могут сосуществовать с этими расплавами в результате процессов полистадийной жидкостной несмесимости при подъеме магм к поверхности. Подтверждением тому являются результаты исследований флюидных/расплавных включений в минералах камафугитов [13].