Изоморфная емкость мелилитовых твердых растворов при параметрах пирогенного метаморфизма

Э. В. Сокол; А. С. Половых; С. Н. Кох; И. С. Карпутин; О. А. Козьменко

Том 280

Страницы:

70-84

В печати

Научная статья

Геология

Изоморфная емкость мелилитовых твердых растворов при параметрах пирогенного метаморфизма

Авторы:

Э. В. Сокол¹

А. С. Половых²

С. Н. Кох³

И. С. Карпутин⁴

О. А. Козьменко⁵

Об авторах

1 — д-р геол.-минерал. наук главный научный сотрудник Институт геологии и минералогии имени В.С.Соболева СО РАН ▪ Orcid
2 — канд. геол.-минерал. наук научный сотрудник Институт геологии и минералогии имени В.С.Соболева СО РАН ▪ Orcid
3 — д-р геол.-минерал. наук старший научный сотрудник Институт геологии и минералогии имени В.С.Соболева СО РАН ▪ Orcid
4 — аспирант, инженер-исследователь Институт геологии и минералогии имени В.С.Соболева СО РАН ▪ Orcid
5 — ведущий инженер Институт геологии и минералогии имени В.С.Соболева СО РАН ▪ Orcid

Дата отправки:

2025-12-23

Дата принятия:

2026-04-28

Дата публикации онлайн:

2026-07-21

Аннотация

В работе на материале крупнозернистых пирогенных плавленых пород (паралав) формации Хатрурим впервые установлен характер фракционирования микроэлементов между минералами, кристаллизовавшимися из богатых кальцием Si-недосыщенных расплавов. Методом ЛА-ИСП-МС определены содержания микроэлементов (включая REE) и рассчитаны коэффициенты их распределения в волластоните, ранкините, куспидине, Ti-андрадите, мелилитовых твердых растворах, кальсилите и фторапатите. Главные концентраторы REE – фторапатит (ΣREE до 900 ppm), гранат (до 600 ppm) и куспидин (до 300 ppm); в прочих фазах ΣREE < 100 ppm. Накопление Sr выявлено во всех минералах, кроме граната, ppm: мелилит до 7500, фторапатит до 5500, ранкинит до 4500, волластонит до 2150, куспидин до 2000, кальсилит до 800. Высокозарядные элементы накапливают куспидин (U до 2100, Zr до 1600, Ti до 1300, Nb до 200 ppm) и гранат (Zr до 3000, Y до 600, HREE и Sc до 350, Nb до 130 ppm). Мелилит выступает главным аккумулятором Zn (до 17000 ppm), Ni (до 2100), Cu (до 1200), Mn (до 750), Co (до 100) и Ga (до 65). Мелилит также аккумулирует Ba (до 5500 ppm), а кальсилит – Ba (до 8500) и Rb (до 1350). Рассчитаны коэффициенты распределения микроэлементов для всех перечисленных минералов. Установлено, что изоморфизм в мелилите контролируется тремя структурными позициями: в позиции Ca аккумулируются Na, Sr, Ba; в позиции T1 – Zn, Co, Ni, Cu; в позиции T2 – Fe³⁺ и Ga. Мелилиты, кристаллизовавшиеся из пирогенных расплавов, не аккумулируют значимых количеств REE и высокозарядных элементов. Коэффициенты распределения для пирогенных мелилитов согласуются с данными, полученными для минералов из щелочных комплексов, что позволяет использовать их для реконструкции фракционирования редких элементов в богатых кальцием Si-недосыщенных расплавах. Главными факторами, контролировавшими фракционирование микроэлементов в процессе кристаллизации пирогенных расплавов, признаны кристаллохимические особенности минералов.

Область исследования:

Геология

Ключевые слова:

мелилит гранат куспидин кальсилит ЛА-ИСП-МС микроэлементы коэффициенты распределения паралавы формация Хатрурим

Финансирование:

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-77-00014, https://www.rscf.ru/project/24-77-00014.

Литература

Суханова К.Г. Редкие элементы в силикатных минералах метеорита Бородино (Н5) // Записки Горного института. 2024. Т. 265. С. 16-33.
Суханова К.Г., Галанкина О.Л. Редкоэлементный состав силикатных минералов метеорита Кунашак (L6) // Записки Горного института. 2024. Т. 270. С. 877-892.
Stoppa F., Jones A.P., Sharygin V. Nyerereite from carbonatite rocks at Vulture volcano: implications for mantle metasomatism and petrogenesis of alkali carbonate melts Research Article // Central European Journal of Geosciences. 2009. Vol. 1. Iss. 2. P. 131-151. DOI: 10.2478/v10085-009-0012-9
Арзамасцев А.А., Федотов Ж.А., Арзамасцева Л.В. Дайковый магматизм северо-восточной части Балтийского щита. СПб: Наука, 2009. 383 с.
Арзамасцев А.А., Арзамасцева Л.В. Геохимические индикаторы эволюции щелочно-ультраосновных серий палеозойских массивов Фенноскандинавского щита // Петрология. 2013. Т. 21. № 3. С. 277-308. DOI: 10.7868/S0869590313020027
Гусев Н.И., Романова Л.Ю. Палеопротерозойский Салтахский плутон (Анабарский щит): вещественный состав, возраст, геодинамическая обстановка формирования // Записки Горного института. 2025. Т. 272. С. 16-39.
Brooks K. Minerals explained 61: Melilites // Geology Today. 2021. Vol. 38. Iss. 1. P. 32-36. DOI: 10.1111/gto.12380
Fedorenko V., Czamanske G., Zenko T. et al. Field and Geochemical Studies of the Melilite-Bearing Arydzhangsky Suite, and an Overall Perspective on the Siberian Alkaline-Ultramafic Flood-Volcanic Rocks // International Geology Review. 2000. Vol. 42. Iss. 9. P. 769-804. DOI: 10.1080/00206810009465111
Wilkinson J.F.G., Stolz A.J. Low-pressure fractionation of strongly undersaturated alkaline ultrabasic magma: the olivine-melilite-nephelinite at Moiliili, Oahu, Hawaii // Contributions to Mineralogy and Petrology. 1983. Vol. 83. Iss. 3-4. P. 363-374. DOI: 10.1007/BF00371205
Cundari A., Ferguson A.K. Petrogenetic relationships between melilitite and lamproite. In the Roman Comagmatic Region: the lavas of S. Venanzo and Cupaello // Contributions to Mineralogy and Petrology. 1991. Vol. 107. Iss. 3. P. 343-357. DOI: 10.1007/BF00325103
Wiedenmann D., Keller J., Zaitsev A.N. Melilite-group minerals at Oldoinyo Lengai, Tanzania // Lithos. 2010. Vol. 118. Iss. 1-2. P. 112-118. DOI: 10.1016/j.lithos.2010.04.002
Melluso L., Srivastava R.K., Guarino V. et al. Mineral compositions and petrogenetic evolution of the ultramafic-alkaline – carbonatitic complex of Sung Valley, northeastern India // The Canadian Mineralogist. 2010. Vol. 48. № 1. P. 205-229. DOI: 10.3749/canmin.48.1.205
Ogorodova L.P., Gritsenko Y.D., Vigasina M.F. et al. Thermodynamic properties of natural melilites // American Mineralogist. 2018. Vol. 103. № 12. P. 1945-1952. DOI: 10.2138/am-2018-6475
MacPherson G.J. Calcium–Aluminum-rich Inclusions in Chondritic Meteorites // Treatise on Geochemistry. Elsevier, 2005. Vol. 1. Meteorites, Comets, and Planets. P. 201-246. DOI: 10.1016/B0-08-043751-6/01065-3
Иванова М.А. Ca,Al-включения в углистых хондритах – самые древние образования Солнечной системы // Геохимия. 2016. № 5. С. 409-426. DOI: 10.7868/S0016752516050034
Rubin A.E., Chi Ma. Meteoritic minerals and their origins // Geochemistry. 2017. Vol. 77. Iss. 3. P. 325-385. DOI: 10.1016/j.chemer.2017.01.005
Асавин А.М. Коэффициенты распределения в системе расплав–оливин–кальциевый пироксен и фракционирование редких элементов в щелочных расплавах по экспериментальным и природным данным: Автореф. дис. … канд. геол.-минерал. наук. Иркутск: Институт земной коры СО РАН, 2016. 18 с.
Molendijk S.M., Namur O., Mason P.R.D. et al. Trace element partitioning in silica-undersaturated alkaline magmatic systems // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2023. Vol. 346. P. 29-53. DOI: 10.1016/j.gca.2023.01.025
Pascal M.-L., Fonteilles M., Verkaeren J. et al. The melilite-bearing high-temperature skarns of the Apuseni Mountains, Carpathians, Romania // The Canadian Mineralogist. 2001. Vol. 39. № 5. P. 1405-1434. DOI: 10.2113/gscanmin.39.5.1405
Marincea Ş., Dumitraş D.-G., Ghineţ C. et al. Gehlenite from three occurrences of high-temperature skarns, Romania: new mineralogical data // The Canadian Mineralogist. 2011. Vol. 49. № 4. P. 1001-1014. DOI: 10.3749/canmin.49.4.1001
Перцев Н.Н. Высокотемпературный метаморфизм и метасоматизм карбонатных пород. М.: Наука, 1977. 256 с.
Reverdatto V.V., Pertsev N.N., Korolyuk V.N. PCO2-T-Evolution and origin of zoning in melilite during the regressive stage of contact metamorphism in carbonate-bearing rocks // Contributions to Mineralogy and Petrology. 1979. Vol. 70. Iss. 2. P. 203-208. DOI: 10.1007/BF00374449
Сокол Э.В., Кох С.Н., Половых А.С. и др. Анакитский контактовый ореол: спуррит-мервинитовый метаморфизм и ретроградные процессы // Геология и геофизика. 2025. Т. 66. № 11. С. 1487-1509. DOI: 10.15372/GiG2025150
Gross S. The Mineralogy of the Hatrurim Formation, Israel. Geological Survey of Israel, 1977. Bulletin 70. 80 p.
Grapes R. Pyrometamorphism. Springer, 2011. 376 p. DOI: 10.1007/978-3-642-15588-8
Krzątała A., Krüger B., Galuskina I. et al. Bennesherite, Ba2Fe2+Si2O7: A new melilite group mineral from the Hatrurim Basin, Negev Desert, Israel // American Mineralogist. 2022. Vol. 107. № 1. P. 138-146. DOI: 10.2138/am-2021-7747
Foit F.F., Hooper R.L., Rosenberg P.E. An unusual pyroxene, melilite, and iron oxide mineral assemblage in a coal-fire buchite from Buffalo, Wyoming // American Mineralogist. 1987. Vol. 72. № 1-2. P. 137-147.
Melluso L., Conticelli S., D’Antonio M. et al. Petrology and mineralogy of wollastonite- and melilite-bearing paralavas from the Central Apennines, Italy // American Mineralogist. 2003. Vol. 88. № 8-9. P. 1287-1299. DOI: 10.2138/am-2003-8-911
Peretyazhko I.S., Savina E.A. Melting Processes of Pelitic Rocks in Combustion Metamorphic Complexes of Mongolia: Mineral Chemistry, Raman Spectroscopy, Formation Conditions of Mullite, Silicate Spinel, Silica Polymorphs, and Cordierite-Group Minerals // Geosciences. 2023. Vol. 13. Iss. 12. № 377. DOI: 10.3390/geosciences13120377
Beckett J.R., Stolper E. The partitioning of Na between melilite and liquid: part I. the role of crystal chemistry and liquid composition // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2000. Vol. 64. Iss. 14. P. 2509-2517. DOI: 10.1016/S0016-7037(00)00360-4
Warr L.N. IMA–CNMNC approved mineral symbols // Mineralogical Magazine. 2021. Vol. 85. Iss. 3. P. 291-320. DOI: 10.1180/mgm.2021.43
Seryotkin Yu.V., Sokol E.V., Kokh S.N. Natural pseudowollastonite: Crystal structure, associated minerals, and geological context // Lithos. 2012. Vol. 134-135. P. 75-90. DOI: 10.1016/j.lithos.2011.12.010
Sokol E.V., Kokh S.N., Sharygin V.V. et al. Mineralogical Diversity of Ca2SiO4-Bearing Combustion Metamorphic Rocks in the Hatrurim Basin: Implications for Storage and Partitioning of Elements in Oil Shale Clinkering // Minerals. 2019. Vol. 9. Iss. 8. № 465. DOI: 10.3390/min9080465
Sokol E., Novikov I., Zateeva S. et al. Combustion metamorphism in the Nabi Musa dome: new implications for a mud volcanic origin of the Mottled Zone, Dead Sea area // Basin Research. 2010. Vol. 22. Iss. 4. P. 414-438. DOI: 10.1111/j.1365-2117.2010.00462.x
Grew E.S., Locock A.J., Mills S.J. et al. Nomenclature of the garnet supergroup // American Mineralogist. 2013. Vol. 98. № 4. P. 785-811. DOI: 10.2138/am.2013.4201
Gee L.L., Sack R.O. Experimental Petrology of Melilite Nephelinites // Journal of Petrology. 1988. Vol. 29. Iss. 6. P. 1233-1255. DOI: 10.1093/petrology/29.6.1233
Эволюция изверженных пород. Развитие идей за 50 лет / Под ред. Х.Йодера. М.: Мир, 1983. 528 с.
Арзамасцев А.А., Арзамасцева Л.В., Беа Ф., Монтеро П. Элементы-примеси в минералах как индикаторы эволюции щелочно-ультраосновных дайковых серий: LA-ICP-MS данные по магматическим провинциям северо-восточной Фенноскандии и Германии // Петрология. 2009. Т. 17. № 1. С. 51-78.
Gramaccioli C.M., Diella V., Demartin F. The formation of scandium minerals as an example of the role of complexes in the geochemistry of rare earths and HFS elements // European Journal of Mineralogy. 2000. Vol. 12. № 4. P. 795-808. DOI: 10.1127/ejm/12/4/0795
Bellezza M., Merlino S., Perchiazzi N. Chemical and structural study of the Zr, Ti-disilicates in the venanzite from Pian di Celle, Umbria, Italy // European Journal of Mineralogy. 2004. Vol. 16. № 6. P. 957-969. DOI: 10.1127/0935-1221/2004/0016-0957

Изоморфная емкость мелилитовых твердых растворов при параметрах пирогенного метаморфизма

Аннотация

Литература

Похожие статьи