Распределение редких элементов между фазами в системе P2O5–CaO–Na2O ± (SiO2 + Al2O3)–F–H2O–CO2 при 500 МПа

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Экспериментально изучено распределение Ti, Zr, Nb, La, Sm, Yb, Y между фосфатно-карбонатными расплавами и минеральными фазами: апатитом (Ca5(PO4)3F), флюоритом (CaF2) и накафитом (Na2Ca(PO4)F). Все серии экспериментов проводили в газостатах с внутренним нагревом при 500 МПа с использованием четырех типов стартовых составов: 1) Ca5(PO4)3F ++ CaCO3 + Na2CO3 ± NaAlSiO4 при 1100–750оС; 2) Ca5(PO4)3F + CaCO3 + NaF ± NaAlSiO4 при 950оС; 3) Na3PO4 + CaCO3 + CaF2 + NaF ± NaAlSiO4 при 900оС; 4) NaPO3 + CaCO3 + + NaF ± NaAlSiO4 при 900оС с различным соотношением P2O5, CaO, Na2O, SiO2. Во все стартовые составы добавляли ~5 мл H2O, ~1.5 мг H2C2O4, также ~3 мг смеси оксидов редких элементов с равными массовыми соотношениями. Продукты экспериментов анализировали методом рентгеноспектрального микроанализа. В зависимости от доли СаО, P2O5 в бессиликатных исходных смесях в первых трех сериях получили два типа закаленных расплавов: при меньшем количестве P2O5 – существенно кальцитовый с содержанием Na2O до 20 мол. %, а при большем его количестве – натриево-карбонатно-фосфатный с содержанием СаО до 20 мол. %. Растворимость ZrO2, TiO2, Nb2O5 в полученных закаленных существенно Ca-расплавах при 750оС низкая и обусловлена кристаллизацией оксидов Zr, Ti и Nb. При 950оС их кристаллизация не происходит, и содержания ZrO2, TiO2, Nb2O5 растут в расплавах по мере увеличения доли P2O5 по отношению к сумме P2O5 и CaO в исходных смесях. Концентрации REE в апатите и сосуществующем существенно Са-карбонатном расплаве при увеличении доли P2O5 возрастают, мас. %: для La2O3 0.2–0.9, для Sm2O3 0.25–0.75, для Yb2O3 0.2–0.6 и незначительно для Y2O3 0.2–0.4, в единственном случае – до 0.5. В опытах IV серии из исходных смесей с нефелином получили два несмесимых расплава: в опыте IV-7 – существенно натриево-фосфатный без SiO2 c апатитом и нефелином и алюмосиликатный. В опыте IV-8 получившиеся несмесимые расплавы представлены также натриево-фосфатным и силикатным расплавами с содержанием P2O5 в силикатном расплаве не более 25 мас. %. Содержания TiO2, ZrO2, Nb2O5 значительно выше в существенно фосфатном расплаве, чем в силикатном с меньшим количеством фосфора. В опыте IV-7 их коэффициенты распределения составляют: dTiO2 = 13.9, dZrO2 = 2.46, dNb2O5 = 3.01; 
в опыте IV-8 – dTiO2 = 1.29, dZrO2 = 2.04, dNb2O5 = 1.24.

Об авторах

И. Т. Расс

Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН

Email: rass@igem.ru
Москва, Россия

А. Г. Полозов

Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН

Email: rass@igem.ru
Москва, Россия

К. И. Шмулович

Институт экспериментальной минералогии им. Д.С. Коржинского РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: rass@igem.ru
Черноголовка, Московская обл., Россия

Список литературы

  1. Белов С.В., Лапин А.В., Толстов А.В., Фролов А.А. Минерагения платформенного магматизма (трапы, карбонатиты, кимберлиты). Новосибирск: Наука СО РАН, 2008. 537 с.
  2. Делицын Л.М., Делицына Л.В. Несмесимость жидких фаз в системах Ca5(PO4)3F–SiO2–NaF–FeO и Ca5(PO4)3F–SiO2–NaF–Fe2O3 и их значение в генезисе апатитовых месторождений // Докл. АН. 2002. Т. 386. № 4. С. 533–537.
  3. Равич М.И. Водно‑солевые системы при повышенных температурах и давлениях. М.: Наука, 1974. 151 с.
  4. Расс И.Т., Петренко Д.Б., Ковальчук Е.В., Якушев А.И. Фоскориты и карбонатиты: взаимоотношения, возможные петрогенетические процессы и исходная магма (массив Ковдор, Кольский п‑ов) // Геохимия. 2020. Т. 65. № 7. С. 627–653.
  5. Сук Н.И. Особенности жидкостного расслаивания фосфорсодержащих силикатно‑солевых расплавов // Докл. АН. 1993. Т. 329. № 3. С. 335–338.
  6. Сук Н.И. Поведение рудных элементов (W, Sn, Ti и Zr) в расслаивающихся силикатно‑солевых системах // Петрология. 1997. Т. 5. № 1. С. 20–27.
  7. Сук Н.И. Экспериментальные явления несмесимости силикатно‑карбонатных систем // Петрология. 2001. Т. 9. № 5. С. 547–558.
  8. Chakhmouradian A.R., Reguir E.P., Zaitsev A.N. et al. Apatite in carbonatitic rocks: compositional variation, zoning, element partitioning and petrogenetic significance // Lithos. 2017. V. 274. P. 188–213. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2016.12.037
  9. Chebotarev D.A., Veksler I.V., Wohlgemuth‑Ueberwasser C. et al. Experimental study of trace element distribution between calcite, fluorite and carbonatite melt in the system CaCO3 + CaF2 + Na2CO3 ±± Ca3(PO4)2 at 100 MPa // Contrib. Mineral. Petrol. 2019. V. 174. no. 4. https://doi.org/10.1007/s00410-0181530-x
  10. Dawson J.B. Sodium carbonate lavas from Oldo‑inyo Lengai, Tanganyika // Nature. 1962. V. 195. P. 1075–1076. https://doi.org/10.1038/1951075a0
  11. Dawson J.B. Sodium carbonatite extrusions from Oldoinyo Lengai, Tanganyika: implications for carbonatite complex genesis // Ed. K. Bell. Carbonatites: genesis and evolution. London: Unwin Hyman, 1989. P. 255–257. https://doi.org/10.1017/S0016756800015223
  12. Giebel R.J., Marks M.A.W., Gauert C.D.K., Markl G. A model for the formation of carbonatite‑phoscorite assemblages based on the compositional variations of mica and apatite from the Palabora Carbonatite Complex, South Africa // Lithos. 2019. V. 324–325. P. 89–104. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2018.10.030
  13. Gramenitskiy E.N., Shchekina T.I. Behavior of rare earth elements and yttrium during the final differentiation stages of fluorine‑bearing magmas // Geochem. Int. 2005. V. 43. P. 39–52.
  14. Guzmics T., Mitchell R.H., Szabo C. et al. Liquid immiscibility between silicate, carbonate and sulfide melts in melt inclusions hosted in coprecipitated minerals from Kerimasi volcano (Tanzania): evolution of carbonated nephelinitic magma // Contrib. Mineral. Petrol. 2012. V. 164. P. 101–122. https://doi.org/10.1007/s00410-012-0728-6
  15. Hamilton D.L., Freestone I.C., Dawson J.B., Donaldson C.H. Origin of carbonatites by liquid immiscibility // Nature. 1979. V. 279. P. 52–54. https://doi.org/10.1038/279052a0
  16. Jones J.H., Walker D., Picket D.A. et al. Experimental investigations of the partitioning of Nb, Mo, Ba, Ce, Pb, Ra, Th, Pa and U between immiscible carbonate and silicate liquids // Geochim. Cosmochim. Acta. 1995. V. 59. P. 1307–1320. https://doi.org/10.1016/0016-7037(95)00045-2
  17. Keppler H. Water solubility in carbonatite melts // Amer. Mineral. 2003. V. 88. P. 1822–1824. http://dx.doi.org/10.2138/am-2003-11-1224
  18. Khomyakov A.P., Kazakova M.E., Pushcharovskiy D.Yu. Nacaphite (Na₂Ca(PO₄)F) – a new mineral // Int. Geol. Rev. 1981. V. 23. P. 739–740.
  19. Kjarsgaard B.A., Hamilton D.L. The genesis of carbonatites by liquid immiscibility // Ed. K.E. Bell. Carbonatites: Genesis and Evolution. London: Unwin Hyman, 1989. P. 388–404.
  20. Kjarsgaard B.A., Hamliton D.L., Peterson T.D. Peralkaline nephelinite/carbonatite liquid immiscibility: comparison of phase compositions in experiments and natural lavas from Oldoinyo Lengai // Eds. K. Bell and J. Keller. Carbonatite Volcanism. Oldoinyo Lengai and Petrogenesis of Natrocarbonatites. Berlin: Springer‑Verlag, 1995. P. 163–190. https://doi.org/10.1017/S0016756800015223
  21. Rass I.T. Trace‑element partitioning between apatite and phosphate melt at 0.5 GPa and 900 °C // Experiment GeoSci. 2017. V. 23. no. 1. P. 174–177.
  22. Rass I.T., Shmulovich K.I., Petrenko D.B. Distribution of trace elements between phases in the carbonate–phosphate system with fluorine at 500 MPa // Lithos. 2023. V. 440–441. 107053.
  23. Ryabchikov I.D., Hamilton D.L. Interaction of carbonate–phosphate melts with mantle peridotites at 20–35 kbar // South African J. Geol. 1993. V. 96. no. 3. P. 143–148.
  24. Ryabchikov I.D., Orlova G.P., Senin V.G., Trubkin N.V. Partitioning of rare earth elements between phosphate‑rich carbonatite melts and mantle peridotites // Mineral. Petrol. 1993. V. 49. P. 1–12. https://doi.org/10.1007/BF01162922
  25. Suk N.I. Distribution of ore elements between immiscible liquids in silicate–phosphate systems (experimental investigation) // Acta Universitatis Carolinae. 1998. V. 42. P. 138–140.
  26. Veksler I.V., Keppler H. Partitioning of Mg, Ca, and Na between carbonatite melt and hydrous fluid at 0.1 ± 0.2 GPa // Contrib. Mineral. Petrol. 2000. V. 138. P. 27–34. https://doi.org/10.1007/PL00007659
  27. 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. P. 2095–2104. https://doi.org/10.1093/petroj/39.11-12.2095
  28. Veksler I.V., Dorfman A.M., Dulski P. et al. Partitioning of elements between silicate melt and immiscible fluoride, carbonate, phosphate melts // Geochim. Cosmochim. Acta. 2012. V. 79. P. 20–40. https://doi.org/10.1016/j.gca.2011.11.035
  29. Wall F., Zaitsev A.N. Phoscorites and carbonatites from mantle to mine: the key example of the Kola alkaline province. London: Mineralogical Society of Great Britain and Ireland, 2004. 492 p. https://doi.org/10.1180/MSS.10.05
  30. Warr L.N. IMA–CNMNC approved mineral symbols // Mineral. Mag. 2021. V. 85. no. 3. P. 291–320. https://doi.org/10.1180/mgm.2021.43
  31. Woolley A.R., Kjarsgaard B.A. Carbonatite occurences of the world: map and database // Geol. Surv. Canada. Open File. 2008. 5796. https://doi.org/10.4095/225115
  32. Yang Dao‑Ming, Hou Tong, Botcharnikov R.E. et al. An experimental study on the role of F–, PO43–, Cl– and SO42– ligands in the natrocarbonatite‑nephelinite system at 850 °C and 0.1 GPa // Chem. Geo. 2024. V. 655. 122085.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).