Семинар "Геохимия щелочных пород" 

школы "Щелочной магматизм Земли"-2008

Рёнит в щелочных базальтах: потенциальный индикатор P-T-fO₂ условий (по данным изучения включений расплава)

Шарыгин В.В., Тимина Т.Ю.

ИГМ СО РАН, Новосибирск

Рёнит Ca₂(Mg,Fe²⁺)₄(Fe³⁺,Al)Ti[Al₃Si₃O₂₀] (минерал группы энигматита) очень редко встречается в щелочных породах основного-среднего состава (базальты, фонолиты, тефриты, нефелиновые сиениты) в качестве фенокриста, фазы основной массы, либо как продукт замещения амфибола (ксенокристы и ксенолиты) и интерстиционная фаза в ксенолитах. Согласно экспериментальным данным и природным наблюдениям (Boivin, 1980; Kunzmann, 1989, 1999; Grapes e. a., 2003), рёнит в щелочных базальтах стабилен в температурном интервале 840-1200^oC и давлении <0.6 кбар. Ограничения по fO₂ пока не ясны, поскольку для минерала характерны широкие вариации по Fe²⁺, Fe³⁺, Ti⁴⁺ и Al.

Термобарогеохимические исследования последних лет показали, что рёнит является обычной дочерней фазой включений расплава в фенокристах оливина щелочных базальтов, даже если как породообразущий минерал он отсутствует в породе. Причем банк данных по рёниту из включений пополняется каждый год (см. Sharygin e. a., 2007). Включения расплава, содержащие рёнит, были изучены нами в фенокристах оливина из щелочных базальтов вулканических регионов России, Венгрии и Израиля. Включения расплава с дочерним рёнитом обычно приурочены к центральным зонам фенокристов, тогда как включения без рёнита более типичны для краевых зон. Согласно термометрическим и криометрическим данным, захват включений расплава в ядрах фенокристов оливина происходил при T>1300^oC and P>3-5 кбар. Петрография и термометрия рёнитсодержащих включений выявляет следующий порядок образования фаз: ╠ сульфидная глобула → Al-шпинель (1255-1320^oC) → рёнит (1180-1260°С) → клинопироксен (1130-1240^oC) → апатит → ╠ амфибол, Fe-Ti-оксиды (ильменит или Ti-магнетит) (>1100^oC) → стекло. Эти данные показывают, что рёнит кристаллизовался в очень узком температурном интервале.

Для рёнита из включений характерны очень широкие вариации состава, даже в пределах одной породы и проявления (в мас.%): SiO₂ √ 21.4-29.4; TiO₂ √ 8.1-12.4; Cr₂O₃ √ до 3.8 ; Al₂O₃ √ 13.2-22.5; FeO_t √ 12.5-25.0; MgO √ 10.1-17.3; CaO √ 9.9-12.7; Na₂O √ 0.6-2.0. В целом, он существенно отличается от идеального Ca₂(Mg,Fe²⁺)₄(Fe³⁺,Al)Ti[Al₃Si₃O₂₀]. Не выявлено какой-либо корреляции между составом рёнита и других дочерних фаз во включениях. Возможно, это зависит от состава исходного расплава, захваченного оливином, и fO₂ условий его кристаллизации. Расчеты fO₂ для начальных этапов кристаллизации расплавов (пара оливин-Cr-шпинель) показывают значения на 1-2.5 лог. ед. выше буфера QFM (Kуthay e. a., 2005; Тимина и др., 2006). Однако отсутствие надежных термометров и малые размеры дочерних фаз во включениях расплава не позволяют сделать достаточно точные оценки fO₂ после захвата включений минералом-хозяином. Возможность примерной оценки fO₂ по химическому составу рёнита была впервые показана по ксенолитам Антарктиды (Grapes e. a., 2003): рёнит, замещающий амфибол, кристаллизовался в более окислительных условиях (≈NNO), чем интерстиционный рёнит (≈QFM). Именно этот подход мы предлагаем распространить на все парагенезисы с рёнитом (рис. 1).

Рис. 1. График ^VIFe³⁺ - ^VITi⁴⁺+^VIFe²⁺+^VIMg+^VIMn (apfu) для рёнита из разных ассоциаций в щелочных базальтах в сопоставлении с рёнитом из включений расплава (серое поле).

Черный кружок √ фенокристы и основная масса из щелочных базальтов; белый кружок √ продукт замещения амфибола в ксенолитах и ксенокристах из щелочных базальтов; крестик √ интерстиционная фаза в ксенолитах из щелочных базальтов (исходные ссылки смотри Sharygin e. a., 2007). Идеальные составы приведены для сравнения. Вставка √ изменение состава рёнита в нефелиновом базаните, синтез при различных окислительно-восстановительных условиях и 1060^oC/0.3 кбар (Kunzmann, 1989).

К сожалению, информация о взаимоотношении рёнита с другими фазами весьма ограничена. В большинстве щелочных базальтов предполагается следующая последовательность при кристаллизации основной массы: оливин → рёнит → клинопироксен → Ti-магнетит. Однако в безоливиновых ассоциациях (тефрит-фонолит, Kogarko e. a., 2005) порядок образования фаз изменяется: Ti-магнетит → клинопироксен → рёнит. Возможно, это связано со структурными особенностями рёнита (Bonaccorsi e. a., 1990). Структура минерала представляет собой чередование микродоменов ╚пироксена╩ и ╚шпинели╩, и в этом смысле рёнит является промежуточной фазой в пределах полисоматической серии шпинель-пироксен. Именно эта структурная особенность объясняет, почему рёнит является короткоживущим (╚эфемерным╩) минералом при изменении каких-либо параметров кристаллизации. В случае включений расплава и пород, это может быть скорость охлаждения расплава. В результате вместо рёнита могут кристаллизоваться либо клинопироксен, либо шпинель или парагенезис клинопироксен+Ti-магнетит (Al-шпинель).

Таким образом, рёнит в щелочных базальтах является индикатором низких давлений (<0.6 кбар) и высоких температур (1180-1260°С), его химический состав отражает изменение fO₂ в процессе кристаллизации.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (гранты 06-05-65015, 08-05-00134) и СО РАН (интегр. проект 6.15).

Литература

Тимина Т.Ю., Шарыгин В.В., Головин А.В. Эволюция расплава при кристаллизации базанитов трубки Тергешская, Северо-Минусинская впадина // Геохимия. 2006. Т. 44. ╧ 8. С. 814-833.

Boivin P. Donnйes expйrimentales prйliminaires sur la stabilitй de la rhцnite а 1 atmosphиre. Application aux gisements naturels // Bull. Minйr. 1980. V. 103. P. 491-502.

Bonnacorsi E., Merlino, S. Pasero M. Rhцnite: structure and microstructural features, crystal chemistry and polysomatic relationships // Eur. J. Miner. 1990. V. 2. P. 203-218.

Grapes R.H., Wysoczanski R.J., Hoskin P.W.O. Rhцnite paragenesis in pyroxenite xenoliths, Mount Sidley volcano, Marie Byrd Land, West Antarctica // Miner. Mag. 2003. V. 67. P. 639-651.

Kogarko L.N., Hellebrand E., Ryabchikov I.D. Trace element partitioning between rhonite and silicate melt in Cape Verde volcanics // Geochem. Inter. 2005. V. 43(1). P. 1-7.

Kуthay K., Szabу Cs., Tцrцk K., Sharygin V.V. A droplet of the magma: Silicate melt inclusions in olivine phenocrysts from alkali basalt of Hegyestы // Fцldtani Kцzlцny. 2005. V. 135(1). P. 31-55.

Kunzmann T. Rhцnit: Mineralchemie, Paragenese und Stabilitдt in alkalibasaltischen Vulkaniten, Ein Beitrag zur Mineralogenese der Rhцnit-Дnimagnit-Mischkristallgruppe // Dissertation Universitдt Mьnchen. 1989. 151 S.

Kunzmann T. The aenigmatite-rhцnite mineral group // Eur. J. Miner. 1999. V. 11. P. 743-756.

Sharygin V.V., Szabу Cs., Kуthay K. et al. Rhцnite in silica-undersaturated alkali basalts: inferences on silicate melt inclusions in olivine phenocrysts // In ⌠Alkaline magmatism, its sources and plumes■, Irkutsk-Napoli, ed. N.V. Vladykin, PH of Vinogradov Institute of Geochemistry, Irkutsk. 2007. P. 157-182.