Felsőköpeny fluidumok összetétele és eredete fluidumzárvány-vizsgálatok alapján a Stájer-medence amfibolgazdag harzburgit xenolitjában

  • László Előd Aradi ELTE-TTK Kőzettan-Geokémiai Tanszék, Litoszféra Fluidum Kutató Labor, e-mail: aradi.laszloelod@gmail.com
  • Márta Berkesi MTA CSFK Lendület Pannon LitH2Oscope Kutatócsoport
  • Csaba Szabó ELTE-TTK Kőzettan-Geokémiai Tanszék, Litoszféra Fluidum Kutató Labor
Kulcsszavak: xenolit, felsőköpeny, fluidumzárvány, fluidum, amfibol, ortopiroxén, flogopit, Stájer-medence

Absztrakt

A Stájer-medence a Kárpát-Pannon régió nyugati szélén helyezkedik el, a Pannon-medence és a Keleti-Alpok közötti átmeneti zónában. A Stájer-medencében plio-pleisztocén alkáli bazaltok mintázták meg a medence alatti litoszféraköpenyt. A köpeny eredetű xenolitok közül ritkaságnak számító, modális metaszomatózison átesett, flogopit- és apatit-tartalmú amfibol-gazdag peridotitok is előkerültek. Jelen munkában egy ilyen, gazdagodott xenolit komplex fluidumzárvány vizsgálatát mutatjuk be. Fluidumzárványokat ortopiroxénben és amfibolban azonosítottunk. Utóbbi ásványban ritkán őrződnek meg köpenyfluidumok zárványai, ezért vizsgálatuk egyedi lehetőséget nyújt a köpenyben vándorló fluidumok megismerésére. Az elsődleges és álmásodlagos zárványok összetételét petrográfiai elemzések után mikrotermometriai és Raman-mikrospektroszkópiai mérések segítségével határoztuk meg.

Az ortopiroxének zárványainak folyadék fázisában a nagy sűrűségű (~1 g/cm3) CO2 a domináns komponens (>95 mol. %), ami mellett H2O-t (<3,5 mol. %) és N2-t (<0,2 mol. %) is kimutattunk. A fluidumzárványokban azonosított szilárd fázisok leányásványok, magnezitből és anhidritből állnak. Amfibolok zárványaiban szintén CO2 a leggyakoribb komponens (>98 mol. %), ami mellett H2O-t (<1,2 mol. %), N2-t (<0,1 mol. %) és a vízben oldott SO42--t azonosítottunk. A szilárd fázisok különböző karbonátokból (magnezit, Na-tartalmú dawsonit, nahkolit és nátrit) és szulfátokból (anhidrit, Na-tartalmú thenardit-burkeit) álló ásványegyüttest alkotnak. A klór-mentes, Na+ és SO42--tartalmú fluidösszetétel egyedinek tekinthető köpenykörülmények között. A fluidum forrása egy illó-gazdag olvadék lehetett, amelyben az amfibol (valamint alárendelten flogopit és apatit) kristályosodása során feldúsultak az illók (C-O-N-S), Na+, HCO3- és SO42-, amelyek csapdázódtak a keletkező amfibolban.

Hivatkozások

ALI, S., NTAFLOS, T. & UPTON, B. G. J. 2013: Petrogenesis and mantle source characteristics of Quaternary alkaline mafic lavas in the western Carpathian–Pannonian Region, Styria, Austria. - Chemical Geology 337-338, 99-113.
ANDERSEN, T., BURKE, E. A. J. & NEUMANN, E.-R. 1995: Nitrogen-rich fluid in the upper mantle: fluid inclusions in spinel dunite from Lanzarote, Canary Islands. - Contributions to Mineralogy and Petrology 120/1, 20-28.
ANDERSEN, T. & NEUMANN, E.-R. 2001: Fluid inclusions in mantle xenoliths. - Lithos 55/1-4, 301-320.
ANDERSEN, T., O'REILLY, S. Y. & GRIFFIN, W. L. 1984: The trapped fluid phase in upper mantle xenoliths from Victoria, Australia: implications for mantle metasomatism. - Contributions to Mineralogy and Petrology 88/1, 72-85.
ARADI, L. E., HIDAS, K., KOVÁCS, I. J., TOMMASI, A., KLÉBESZ, R., GARRIDO, C. J. & SZABÓ, C. 2017: Fluid-Enhanced Annealing in the Subcontinental Lithospheric Mantle Beneath the Westernmost Margin of the Carpathian-Pannonian Extensional Basin System. - Tectonics 36/12, 2987-3011.
ARADI, L. E., BERKESI, M. & SZABÓ, C. 2018: Brine-like fluids in the lithospheric mantle beneath the Styrian Basin – a fluid inclusion study, EGU Galileo Conference, GC4-Subduction-32, 2018
BALI, E., FALUS, G., SZABO, C., PEATE, D. W., HIDAS, K., TOROK, K. & NTAFLOS, T. 2007: Remnants of boninitic melts in the upper mantle beneath the central Pannonian Basin? - Mineralogy and Petrology 90, 51-72.
BALI, E., HIDAS, K., GUÐFINNSSON, G. H., KOVÁCS, Z., TÖRÖK, K. & ROMÁN-ALPISTE, M. J. 2018: Zircon and apatite-bearing pyroxene hornblendite mantle xenolith from Hungary, Carpathian-Pannonian region. - Lithos 316-317, 19-32.
BALOGH, K., EBNER, F., RAVASZ, C., HERRMANN, P., LOBITZER, H. & SOLTI, G. 1994: K/Ar-Alter tertiärer Vulkanite der südöstlichen Steiermark und des südlichen Burgenlandes. - Jubiläumsschrift 20, 55-72.
BERGMAN, S. C. & DUBESSY, J. 1984: CO2-CO fluid inclusions in a composite peridotite xenolith: implications for upper mantle oxygen fugacity. - Contributions to Mineralogy and Petrology 85/1, 1-13.
BERKESI, M., CZUPPON, G., SZABÓ, C., KOVÁCS, I., FERRERO, S., BOIRON, M.-C. & PEIFFERT, C. 2018: Pargasite in fluid inclusions of mantle xenoliths from northeast Australia (Mt. Quincan): evidence of interaction with asthenospheric fluid. - Chemical Geology.
BERKESI, M., GUZMICS, T., SZABO, C., DUBESSY, J., BODNAR, R. J., HIDAS, K. & RATTER, K. 2012: The role of CO2-rich fluids in trace element transport and metasomatism in the lithospheric mantle beneath the Central Pannonian Basin, Hungary, based on fluid inclusions in mantle xenoliths. - Earth and Planetary Science Letters 331, 8-20.
BERKESI, M., HIDAS, K., GUZMICS, T., DUBESSY, J., BODNAR, R. J., SZABO, C., VAJNA, B. & TSUNOGAE, T. 2009: Detection of small amounts of H2O in CO2-rich fluid inclusions using Raman spectroscopy. - Journal of Raman Spectroscopy 40/11, 1461-1463.
BERKESI, M., KÁLDOS, R., PARK, M., SZABÓ, C., VÁCZI, T., TÖRÖK, K., NÉMETH, B. & CZUPPON, G. 2017: Detection of small amounts of N2 in CO2-rich high-density fluid inclusions from mantle xenoliths. - European Journal of Mineralogy 29/3, 423-431.
BIANCHI, I., MILLER, M. S. & BOKELMANN, G. 2014: Insights on the upper mantle beneath the Eastern Alps. - Earth Planet Sci Lett 403, 199-209.
BOJAR, H.-P., BOJAR, A.-V., HAŁAS, S. & WÓJTOWICZ, A. 2013: K/Ar geochronology of igneous amphibole phenocrysts in Miocene to Pliocene volcaniclastics, Styrian Basin, Austria. - Geological Quarterly 57/3.
BRÄUER, K., GEISSLER, W. H., KÄMPF, H., NIEDERMANNN, S. & RMAN, N. 2016: Helium and carbon isotope signatures of gas exhalations in the westernmost part of the Pannonian Basin (SE Austria/NE Slovenia): Evidence for active lithospheric mantle degassing. - Chemical Geology 422, 60-70.
COLTORTI, M., BONADIMAN, C., FACCINI, B., NTAFLOS, T. & SIENA, F. 2007: Slab melt and intraplate metasomatism in Kapfenstein mantle xenoliths (Styrian Basin, Austria). - Lithos 94/1-4, 66-89.
CZUPPON, G., MATSUMOTO, T., HANDLER, M. R. & MATSUDA, J.-I. 2009: Noble gases in spinel peridotite xenoliths from Mt Quincan, North Queensland, Australia: Undisturbed MORB-type noble gases in the subcontinental lithospheric mantle. - Chemical Geology 266/1, 19-28.
DANDO, B. D. E., STUART, G. W., HOUSEMAN, G. A., HEGEDÜS, E., BRÜCKL, E. & RADOVANOVIĆ, S. 2011: Teleseismic tomography of the mantle in the Carpathian–Pannonian region of central Europe. - Geophysical Journal International 186/1, 11-31.
DAWSON, J. & SMITH, J. 1982: Upper-mantle amphiboles: a review. - Mineralogical Magazine 45/337, 35-46.
DIAMOND, L. W. 2001: Review of the systematics of CO2–H2O fluid inclusions. - Lithos 55/1, 69-99.
DOBOSI, G., JENNER, G., EMBEY-ISZTIN, A. & DOWNES, H. 2010: Cryptic metasomatism in clino- and orthopyroxene in the upper mantle beneath the Pannonian region. - In: COLTORTI, M. (eds): Petrological Evolution of the European Lithospheric Mantle: From Archaean to Present Day. London, Special Publication 337.
DOBOSI, G., KURAT, G., JENNER, G. A. & BRANDSTATTER, F. 1999: Cryptic metasomatism in the upper mantle beneath Southeastern Austria: a laser ablation microprobe-ICP-MS study. - Mineralogy and Petrology 67/3-4, 143-161.
DUBESSY, J., POTY, B. & RAMBOZ, C. 1989: Advances in COHNS fluid geochemistry based on micro-Raman spectrometric analysis of fluid inclusions. - European journal of Mineralogy 1/4, 517-534.
EBNER, F. & SACHSENHOFER, R. F. 1995: Palaeogeography, subsidence and thermal history of the Neogene Styrian Basin (Pannonian basin system, Austria). - Tectonophysics 242/1, 133-150.
EMBEY-ISZTIN, A., DOBOSI, G., ALTHERR, R. & MEYER, H. P. 2001: Thermal evolution of the lithosphere beneath the western Pannonian Basin: evidence from deep-seated xenoliths. - Tectonophysics 331/3, 285-306.
FALL, A., TATTITCH, B. & BODNAR, R. J. 2011: Combined microthermometric and Raman spectroscopic technique to determine the salinity of H2O–CO2–NaCl fluid inclusions based on clathrate melting. - Geochimica et Cosmochimica Acta 75/4, 951-964.
FRANCIS, D. M. 1976: The Origin of Amphibole in Lherzolite Xenoliths from Nunivak Island, Alaska. - Journal of Petrology 17/3, 357-378.
FREZZOTTI, M.-L. & TOURET, J. L. R. 2014: CO2, carbonate-rich melts, and brines in the mantle. - Geoscience Frontiers 5/5, 697-710.
FREZZOTTI, M. L., ANDERSEN, T., NEUMANN, E.-R. & SIMONSEN, S. L. 2002: Carbonatite melt–CO2 fluid inclusions in mantle xenoliths from Tenerife, Canary Islands: a story of trapping, immiscibility and fluid–rock interaction in the upper mantle. - Lithos 64/3, 77-96.
FREZZOTTI, M. L., FERRANDO, S., PECCERILLO, A., PETRELLI, M., TECCE, F. & PERUCCHI, A. 2010: Chlorine-rich metasomatic H2O–CO2 fluids in amphibole-bearing peridotites from Injibara (Lake Tana region, Ethiopian plateau): Nature and evolution of volatiles in the mantle of a region of continental flood basalts. - Geochimica et Cosmochimica Acta 74/10, 3023-3039.
FREZZOTTI, M. L., FERRANDO, S., TECCE, F. & CASTELLI, D. 2012: Water content and nature of solutes in shallow-mantle fluids from fluid inclusions. - Earth and Planetary Science Letters 351-352, 70-83.
FREZZOTTI, M. L., TECCE, F. & CASAGLI, A. 2012: Raman spectroscopy for fluid inclusion analysis. - Journal of Geochemical Exploration 112/0, 1-20.
FRITZ, H. 1991: Stratigraphie, Fazies und Tektonik im nordwestlichen Grazer Paläozoikum (Ostalpen). - Jahrb. Geol. Bundesanst 134/2, 227-255.
HARANGI, S. 2001: Neogene to Quaternary volcanism of the Carpathian-Pannonian Region - A review. - Acta Geologica Hungarica 44/2-3, 223-258.
HARANGI, S., WILSON, M. & TONARINI, S. 1995: Petrogenesis of Neogene potassic volcanic rocks in the Pannonian Basin. - Acta Vulcanologica 7, 125-134.
HERITSCH, F. 1908: Über einige Einschlüsse und vulkanische Bomben von Kapfenstein. - Centralblatt für Mineralogie 10, 297-305.
HIDAS, K., GUZMICS, T., SZABO, C., KOVACS, I., BODNAR, R. J., ZAJACZ, Z., NEDLI, Z., VACCARI, L. & PERUCCHI, A. 2010: Coexisting silicate melt inclusions and H2O-bearing, CO2-rich fluid inclusions in mantle peridotite xenoliths from the Carpathian-Pannonian region (central Hungary). - Chemical Geology 274/1-2, 1-18.
HORVÁTH, F., BADA, G., SZAFIÁN, P., TARI, G. & ÁDÁM, A. 2006: Formation and deformation of the Pannonian Basin: constraints from observational data. - In: GEE, D. G. & STEPHENSON, R. (eds): European Lithosphere Dynamics. London, Memoirs 32, 191-206.
HURAIOVÁ, M. & KONECNY, P. 1994: Pressure-temperature conditions and oxidation state of the upper mantle in southern Slovakia. - Acta Geol Hung 37, 29-39.
IRVING, A. J. & FREY, F. A. 1984: Trace element abundances in megacrysts and their host basalts: Constraints on partition coefficients and megacryst genesis. - Geochimica et Cosmochimica Acta 48/6, 1201-1221.
ISHIKAWA, A. 2004: Layered Lithospheric Mantle Beneath the Ontong Java Plateau: Implications from Xenoliths in Alnoite, Malaita, Solomon Islands. - Journal of Petrology 45/10, 2011-2044.
JUGOVICS, L. 1915: Az Alpok keleti végződése alján és a Vas vármegyei Kis Magyar Alföldön felbukkanó bazaltok és bazalttufák, I. rész. - Magyar Állami Földtani Intézet Éves Jelentése/1915, 49-73.
,. 1916: Az Alpok keleti végződése alján és a veszprémmegyei Kis Magyar Alföldön felbukkanó bazaltok és bazalttufák, II. rész. - Magyar Állami Földtani Intézet Éves Jelentése/1916, 63-76.
KAWAMOTO, T., YOSHIKAWA, M., KUMAGAI, Y., MIRABUENO, M. H. T., OKUNO, M. & KOBAYASHI, T. 2013: Mantle wedge infiltrated with saline fluids from dehydration and decarbonation of subducting slab. - Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 110/24, 9663-9668.
KO, B. & JUNG, H. 2015: Crystal preferred orientation of an amphibole experimentally deformed by simple shear. - Nature Communications 6, 6586.
KONZETT, J., KRENN, K., RUBATTO, D., HAUZENBERGER, C. & STALDER, R. 2014: The formation of saline mantle fluids by open-system crystallization of hydrous silicate-rich vein assemblages – Evidence from fluid inclusions and their host phases in MARID xenoliths from the central Kaapvaal Craton, South Africa. - Geochimica et Cosmochimica Acta 147, 1-25.
KRÖLL, A. 1988: Prätertiärer Untergrund des Steirischen Beckens und der Südburgenländischen Schwelle 1: 200.000. - Verlag der Geologischen Bundesanstalt, Wien.
KURAT, G. 1971: Granat-Spinell-Websterit und Lherzolith aus dem Basalttuff von Kapfenstein, Steiermark. - Tschermaks mineralogische und petrographische Mitteilungen 16/4, 192-214.
KURAT, G., EMBEYISZTIN, A., KRACHER, A. & SCHARBERT, H. G. 1991: The Upper Mantle beneath Kapfenstein and the Transdanubian Volcanic Region, E Austria and W Hungary - a Comparison. - Mineralogy and Petrology 44/1-2, 21-38.
LIPPITSCH, R. 2003: Upper mantle structure beneath the Alpine orogen from high-resolution teleseismic tomography. - Journal of Geophysical Research 108/B8.
MCINNES, B. I. A., GREGOIRE, M., BINNS, R. A., HERZIG, P. M. & HANNINGTON, M. D. 2001: Hydrous metasomatism of oceanic sub-arc mantle, Lihir, Papua New Guinea: petrology and geochemistry of fluid-metasomatised mantle wedge xenoliths. - Earth and Planetary Science Letters 188/1, 169-183.
MERCIER, J. C. C. & NICOLAS, A. 1975: Textures and fabrics of upper mantle peridotites as illustrated by xenoliths from basalts. - Journal of Petrology 16, 454-487.
MITTERBAUER, U., BEHM, M., BRÜCKL, E., LIPPITSCH, R., GUTERCH, A., KELLER, G. R., KOSLOVSKAYA, E., RUMPFHUBER, E.-M. & ŠUMANOVAC, F. 2011: Shape and origin of the East-Alpine slab constrained by the ALPASS teleseismic model. - Tectonophysics 510/1, 195-206.
MOINE, B. N., GRÉGOIRE, M., O’REILLY, S. Y., SHEPPARD, S. M. F. & COTTIN, J. Y. 2001: High Field Strength Element Fractionation in the Upper Mantle: Evidence from Amphibole-Rich Composite Mantle Xenoliths from the Kerguelen Islands (Indian Ocean). - Journal of Petrology 42/11, 2145-2167.
NEAL, C. R. 1988: The Origin and Composition of Metasomatic Fluids and Amphiboles beneath Malaita, Solomon Islands. - Journal of Petrology 29/1, 149-179.
PARK, M., BERKESI, M., JUNG, H. & KIL, Y. 2017: Fluid infiltration in the lithospheric mantle beneath the Rio Grande Rift, USA: a fluid-inclusion study. - European Journal of Mineralogy 29/5, 807-819.
PÉCSKAY, Z., LEXA, J., SZAKÁCS, A., SEGHEDI, I., BALOGH, K., KONEČNY, V., ZELENKA, T., KOVAC, M., PÓKA, T., FÜLÖP, A., MÁRTON, E., PANAIOTU, C. & CVETKOVIČ, V. 2006: Geochronology of Neogene magmatism in the Carpathian arc and intra-Carpathian area. - Geologica Carpathica 57, 511-530.
QORBANI, E., BIANCHI, I. & BOKELMANN, G. 2015: Slab detachment under the Eastern Alps seen by seismic anisotropy. - Earth Planet Sci Lett 409, 96-108.
RICHTER, W. 1971: Ariégite, spinell-peridotite und phlogopit-klinopyroxenite aus dem Tuff von Tobaj im Südlichen Burgenland. - Mineralogy and Petrology 16/4, 227-251.
ROEDDER, E. 1965: Liquid CO2 inclusions in olivine-bearing nodules and phenocrysts from basalts. - American Mineralogist: Journal of Earth and Planetary Materials 50/10, 1746-1782.
,. 1984: Fluid inclusions. -, Mineral. Soc. Amer. 643 p.
SACHSENHOFER, R. F., LANKREIJER, A., CLOETINGH, S. & EBNER, F. 1997: Subsidence analysis and quantitative basin modelling in the Styrian Basin (Pannonian Basin System, Austria). - Tectonophysics 272/2-4, 175-196.
SCHIANO, P., CLOCCHIATTI, R., SHIMIZU, N., MAURY, R. C., JOCHUM, K. P. & HOFMANN, A. W. 1995: Hydrous, silica-rich melts in the sub-arc mantle and their relationship with erupted arc lavas. - Nature 377, 595.
SCHMID, S. M., SCHARF, A., HANDY, M. R. & ROSENBERG, C. L. 2013: The Tauern Window (Eastern Alps, Austria): a new tectonic map, with cross-sections and a tectonometamorphic synthesis. - Swiss Journal of Geosciences 106/1, 1-32.
SCHUBERT, F., KÓTHAY, K., DÉGI, J., M. TÓTH, T., BALI, E., SZABÓ, C., BENKÓ, Z. & ZAJACZ, Z. 2007: A szakirodalomban használt fluidum-és olvadék zárványokkal kapcsolatos kifejezések és szimbólumok szótára. -.
SIGMUND, A. 1899: XIV. Die Basalte der Steiermark. - Tschermaks mineralogische und petrographische Mitteilungen 18/5, 377-407.
SHMULOVICH, K., SHMONOV, V., MAZUR, V. & KALINICHEV, A. 1980: PVT and activity concentration relations in the H2O-CO2 system (homogeneous solutions). - Geochem. Int 17/6, 123-139.
SPAN, R. & WAGNER, W. 1996: A New Equation of State for Carbon Dioxide Covering the Fluid Region from the Triple‐Point Temperature to 1100 K at Pressures up to 800 MPa. - Journal of Physical and Chemical Reference Data 25/6, 1509-1596.
SZABÓ, C., FALUS, G., ZAJACZ, Z., KOVÁCS, I. & BALI, E. 2004: Composition and evolution of lithosphere beneath the Carpathian–Pannonian Region: a review. - Tectonophysics 393/1-4, 119-137.
SZABÓ, C., HARANGI, S. & CSONTOS, L. 1992: Review of Neogene and Quaternary volcanism of the Carpathian-Pannonian region. - Tectonophysics 208/1-3, 243-256.
SZABÓ, C., HIDAS, K., BALI, E., ZAJACZ, Z., KOVÁCS, I., YANG, K., GUZMICS, T. & TÖRÖK, K. 2009: Melt–wall rock interaction in the mantle shown by silicate melt inclusions in peridotite xenoliths from the central Pannonian Basin (western Hungary). - Island Arc 18/2, 375-400.
TACCHETTO, T., BARTOLI, O., CESARE, B., BERKESI, M., ARADI, L. E., DUMOND, G. & SZABÓ, C. 2018: Multiphase inclusions in peritectic garnet from granulites of the Athabasca granulite terrane (Canada): Evidence of carbon recycling during Neoarchean crustal melting. - Chemical Geology.
TÖRÖK, K., BALI, E., X030B, SZABÓ, C. & SZAKÁL, J. A. 2003: Sr–barite droplets associated with sulfide blebs in clinopyroxene megacrysts from basaltic tuff (Szentbékkálla, western Hungary). - Lithos 66/3, 275-289.
VAN DEN KERKHOF, A. M. 1988: The system CO2-CH4-N2 in fluid inclusions: theoretical modelling and geological applications. -.
VAN DEN KERKHOF, A. M. & HEIN, U. F. 2001: Fluid inclusion petrography. - Lithos 55, 27-47.
WINKLER-HERMADEN, A. 1957: Geologisches Kräftespiel und Landformung. -, Springerp.
YAMAMOTO, J., OTSUKA, K., OHFUJI, H., ISHIBASHI, H., HIRANO, N. & KAGI, H. 2011: Retentivity of CO2 in fluid inclusions in mantle minerals. - European Journal of Mineralogy 23/5, 805-815.
ZANETTI, A. 1995: Trace element composition and crystal-chemistry of mantle amphiboles from the Pannonian and Eastern Transylvanian Basins: Implications for enrichment events in the lithospheric mantle. - Acta Vulcanologica 7, 265-276.
ZANETTI, A., VANNUCCI, R., BOTTAZZI, P., OBERTI, R. & OTTOLINI, L. 1996: Infiltration metasomatism at Lherz as monitored by systematic ion-microprobe investigations close to a hornblendite vein. - Chemical Geology 134/1, 113-133.
Megjelent
2019-04-14
Rovat
Értekezés