Образование К-кимрита в зонах субдукции и его потенциал в транспорте калия, воды и азота в мантию

Abstract

Условия образования K-кимрита в богатом летучими пелите и частично дефлюидизированном кварц–мусковит–хлоритовом сланце экспериментально исследованы при давлении 5.5, 6.3 и 7.8 ГПа и температуре от 900 до 1090°С, отвечающих геотерме горячей субдукции. В образцах при Р-Т параметрах экспериментов образуется ассоциация Grt + Coe + Phe + Cpx + Ky, с акцессорными Po + Ru + Zrn ± Mnz, и обогащенный водой сверхкритический флюид-расплав. Анализ полученных данных свидетельствует, что стабильность фенгита и потенциальная возможность его замены на K-кимрит (KAlSi3O8 · H2O) зависит от Р-Т параметров, количества летучих в метаосадке и режима его дефлюидизации. В образцах богатого летучими пелита и сланца при 5.5 и 900°С, а также при 6.3 ГПа и 1000°С фенгит остается стабилен в равновесии с 3–13 мас. % флюида-расплава. С ростом давления до 7.8 ГПа и температуры до 1090°С доля сверхкритического флюида-расплава в пелите достигает 20 мас. %, а фенгит исчезает. В сланце при 7.8 ГПа и 1070°С появляется лишь 5 мас. % сверхкритического флюида-расплава и сохраняется большая часть фенгита. Впервые с помощью КР-картирования в образцах пелита и сланца, полученных экспериментально при 7.8 ГПа и 1070°С, установлена фазовая ассоциация с фенгитом и K-кимритом (± кокчетавитом). При пошаговой дефлюидизации пелита (с удалением на каждом шаге порции флюида-расплава, образующегося в равновесии со стабильными при конкретных P-T параметрах минералами концентраторами летучих) фенгит в образце сохраняется до 7.8 ГПа и 1090°С, однако в отсутствие флюида-расплава K-кимрит не образуется. Сделан вывод, что наиболее эффективный транспорт летучих (прежде всего воды) в метаосадке на глубины более 240 км может осуществляться при его частичной дефлюидизации до момента образования сверхкритического флюида-расплава. В этом случае, практически весь фенгит в ходе субдуцирования метаосадка может достигнуть глубин 240 км и затем трансформироваться в водный, а при наличии азота в метаосадке, и азотсодержащий K-кимрит, обеспечивая дальнейший транспорт LILE, воды и азота. При образовании значительной доли сверхкритического флюида-расплава, в нем с ростом Р-Т параметров полностью растворяется фенгит и дальнейший транспорт LILE, воды и азота становится невозможен. При глубокой многоэтапной дефлюидизации метаосадка, фенгит остается стабилен до глубин 240 км, однако при дальнейшем субдуцировании он, вероятно, превращается в безводный K-холландит (KAlSi3O8).