Significance of study on primary fluid and melt inclusions in understanding petrogenesis of alkaline and carbonatite rocks  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
105364
Type PD
Principal investigator Guzmics, Tibor
Title in Hungarian A primer fluidum- és olvadékzárványok vizsgálatának jelentősége az alkáli és karbonatit kőzetek petrogenezisének megismerésében
Title in English Significance of study on primary fluid and melt inclusions in understanding petrogenesis of alkaline and carbonatite rocks
Keywords in Hungarian olvadékzárvány, szételegyedés, karbonátolvadék, szulfidolvadék, szilikátolvadék, elemmegoszlás, nátrokarbonatit, nefelinit, Kerimasi, Kola, Jacupiranga
Keywords in English melt inclusion, liquid immiscibility, carbonate melt, sulfide melt, silicate melt, elements distribution, natrocarbonatite, nephelinite, Kerimasi, Kola, Jacupiranga
Discipline
Mineralogy, Petrology (Council of Complex Environmental Sciences)90 %
Ortelius classification: Mineralogy
Geology, Tectonics, Vulcanology (Council of Complex Environmental Sciences)10 %
Ortelius classification: Geology
Panel Earth sciences 1
Department or equivalent Department of Petrology and Geochemistry (Eötvös Loránd University)
Starting date 2012-09-01
Closing date 2015-08-31
Funding (in million HUF) 19.776
FTE (full time equivalent) 2.60
state closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A kutatás célja koegzisztens ásványok elsődleges zárványaiban csapdázódott karbonatitolvadékok, szilikátolvadékok, szulfidolvadékok, valamint a velük eggyüttlétező fluidumok fizikai kondicióinak és kémiai összetételének meghatározása egyes geokémiai folyamatok (pl: parciális olvadás, olvadék-olvadék és/vagy olvadék-fluidum szételegyedés, frakcionációs kristályosodás) a karbonatit és a hozzá kapcsolódó alkáli kőzetek képződésében játszott szerepének jobb megértése érdekében. A fenti folyamatok pontosításához a Föld három ismert alkáli karbonatit komplexumából [Gregory Rift (Kerimasi, Tanzánia), Kola-félsziget (Oroszország) és Jacupiranga (Brazília)], valamint a hazai Alcsútdoboz-2 fúrás által harántolt lamprofír-telérekből származó alkáli kőzet xenolitokat használjuk fel. E kőzetek lényeges ásványai [káliföldpát és klinopiroxén (Kerimasi, Kola, Alcsútdoboz), melilit (Kerimasi), perovszkit és nefelin (Kerimasi és Kola), magnetit, apatit és kalcit (Kerimasi és Jacupiranga)]) koegzisztens primer olvadék- és fluidumzárványokat tartalmaznak, amelyek szöveti, mikrotermometriai és analitikai vizsgálatát tervezzük elvégezni mikroszkóppal, arra szerelhető kis- és nagyhőmérsékletű, fűthető és hűthető tárgyasztallal, kemencével, Raman spektroszkópiás és elektronmikroszondás elemzéssel, valamint lézer ablációs ICP-MS és FIB-SEM (fókuszált ionsugár – pásztázó elektronmikroszkópia) eljárással. A felsorolt technikák alkalmazása az anyaásvány, valamint fluidum- és olvadékzárványok nagyfelbontású képeinek szöveti elemzését és megbizható geokémiai adatok nyerését biztosítja, amelyek kiértékelésével a karbonatitok és a társult alkáli magmatitok petrogenezise pontosítható.

Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A projektbeli alapkutatás fő kérdése az, hogy milyen olvadék és fluidum szételegyedések létezhetnek a természetes alkáli- és karbonát-gazdag rendszerekben és mi e-folyamatok szerepe az elemek szétvállásában az olvadékfejlődés során a vizsgált előfordulások tekintetében.

Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A projektbeli alapkutatás fő célja megérteni a fő-és nyomelemek (például az értékes nyersanyagoknak számító ritkaföldfémek, Nb, Ta, Hf, valamint a platina-fémek és az arany) térbeli és időbeni szétvállását a szilikát-, karbonatit- és szulfidolvadékok, valamint a fluidumfázis nagyhőmérsékletű szételegyédesei során. A Föld különböző lelőhelyeiről begyűjtött kőzetekben található olvadékzárványok komplex (kísérleti és analitikai) vizsgálatával olyan, a kőzetek fejlődése során kialakult olvadék- és fluidumfázisok jelenlétére talál(ha)tunk bizonyítékot, amely egyéb hagyományos vizsgálati módszerrel nem lehetséges. Kutatásunkkal rávilágíthatunk a világon több, mint 500 lelőhelyről ismert magmás alkáli szilikát-karbonatit komplexum potenciális nyersanyag-vagyonára és széndioxid-produktív szerepére.

A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
Az olvadékok szételegyedésekor (amikor kettő vagy több olvadék együttlétezik) bizonyos elemek (pl. a réz, mint kalkofil azaz kenes környezetet ”kedvelő” elem) extrém módon dúsulhatnak a számukra legmegfelelőbb fázisban (például a réz a szulfidolvadékban). Ezt a nagyhőmérsékleten végbemenő természetes folyamatot tulajdonképpen egy gigantikus elem-dúsító és szortírozó gépezetként is felfoghatjuk. Ha megértjük, hogy mely elem milyen olvadékban, milyen relatív mennyiségben dúsul és megfejtjük ezen olvadékok térbeli és időbeni eloszlását, akkor Földünkön könnyebben rátalálhatunk például az értékes fémekre.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The main aim of this proposal is to determine both major and trace element compositions of primary carbonatite, silicate, and sulfide melts together with fluid phase hosted in inclusions in co-precipitated minerals to have better understanding in role of geochemical processes such as, partial melting, fractionation, melt-melt and melt-fluid immiscibility in formation of carbonatites and associated alkaline silicate rocks. Our samples were collected from the Earth's representative alkaline silicate-carbonatite occurrences such as, Gregory Rift Valley (Tanzania), Kola Peninsula (Russia) and Jacupiranga (Brazil), as well as from lamprophyre dikes (Alcsútdoboz, Hungary). Textural and analytical measurements are planed to be carried out on the rock forming phases [K-feldspar and clinopyroxene (Kerimasi, Kola and Alcsútdoboz), melilite (Kerimasi), perovskite and nepheline (Kerimasi and Kola), magnetite, apatite and calcite (Kerimasi and Jacupiranga)], which are contain primary and coexisted melt and fluid inclusions. In this project the applied techniques (polarization microscope and Raman microspectroscope both coupled with heating and cooling stages, EMPA: electron microprobe, FIB–SEM: focused ion beam – scanning electron microscopy, LA-ICP-MS: laser ablation inductively coupled mass spectrometry) will be combined to each other in order to produce high quality geochemical data. Hopefully, our data can contribute significantly to understanding petrogenesis of carbonatites and associated alkali silicates.

What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
Principal issue of our basic research is shedding light the role of melts immiscibility in elements distribution in alkaline- and carbonate-rich igneous systems. What kind of immiscible phases can be existed during melt evolution? Furthermore, we are interested in that during evolution of carbonate-rich melts if how large was their contribution (e.g. CO2-relase) to the CO2-content of the air during periods in Earth’s history.

What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
Expected result of this proposal is to have a better understanding spatial and temporal distribution of valued elements (such as for example, rare earth elements, Nb, Ta, Hf, Pt-group elements and Au) during liquid immiscibility of silicate, carbonate and sulfide melts, on the basis of melt and fluid inclusion research in rock samples from the Earth's various localities. In contrast to the conventional petrographic studies, complex (experimental and analytical) investigations of melt and fluid inclusions give us unique opportunity to find both evidences for presence of melt(s) phases existed during evolution of the igneous system and their composition. This research shed light on potential mineral resources in alkaline silicate-carbonatite complexes in the Earth.

Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
When immiscibility of melts is existed (e.g., two or more melts are coexisted at high temperature), certain elements (for example copper as a chalcophile one) can be partitioned into such a melt phase, which is the best environment for them (e.g. copper and iron "like" sulfide melt). This phenomenon can be imagined, such as a giant element selector of the nature. By estimating the relative portions of immiscible melts and their spatial and temporal distributions, valued mineral resources can be found much easier.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Olvadékzárványokat vizsgáltam a Kerimasi vulkán (Tanzánia) plutóni kőzeteiben (afrikandit, kalciokarbonatit és jacupirangit). Az alkalmazott vizsgálati módszerek a következők voltak: Fűthető tárgyasztalos mikrotermometria, kemence-technika, precíziós polírozás, Raman mikroanalízis kiegészítve háromdimenziós térképezéssel, pásztázó elektronmikroszkópia (SEM), mikroszondás elemanalízis (EMPA), Lézer-Ablációs-Induktív-Csatolású-Tömegspektrometria (LA-ICP-MS), Fókuszát-Ionsugaras-Pásztázó-Elektronmikroszkópia (FIB-SEM) kiegészítve 3 dimenziós térképezéssel és visszaszórt elektron-diffrakciós mérésekkel (FIB-SEM-EBSD). Vizsgálatainkkal az ásványok, valamint az olvadékzárványok fő- és nyomelem-összetételét határoztuk meg (Guzmics et al. 2012, 2015, Káldos et al. 2015). Rávilágítottunk arra, hogy mely kémiai komponensek játszanak kiemelkedő szerepet a nyomelemek megoszlásában a nemelegyedő szilikát és karbonátolvadék között és, hogy milyen fő tényezők befolyásolják azt, hogy egy karbonatit kőzet milyen mértékben gazdagodik ritkaföldfémekben és HFS elemekben. Egy petrogenetikai modellt dolgoztunk ki a Kerimasi vulkán plutóni kőzeteinek képződésére (Káldos et al. 2015). Kifejlesztettünk egy 3D-HR-Raman és egy 3D-FIB-SEM-EBSD térképezési eljárás, amellyel a karbonát-olvadékzárványok és leányásványaik térbeli elhelyezkedése tanulmányozható szubmikronos felbontásban. A leányásványok térfogataránya és karbonátolvadék víztartalmának meghatározása is lehetővé vált.
Results in English
I have studied melt inclusions from three plutonic rocks (afrikandite, jacupirangite and calciocarbonatite) from Kerimasi volcano, Tanzania. Our applied analytical methods were as follows: microthermometry, furnace technique, special polishing method, HR-Raman microspectrometry with 3D modelling, scanning electron microscopy (SEM), electron microprobe analyses, Laser-Ablation-Inductively-Coupled-Mass-Spectrometry (LA-ICP-MS) and FIB-SEM-EBSD analyses with 3D modelling. We determined major and trace element composition of high number of melt inclusions and their host minerals together with their entrapment conditions (Guzmics et al. 2012, 2015). We shed light the role of chemical components in partitioning of major and trace elements during silicate-carbonate liquid immsicibility. We suggested major factors those determine the REE and HFSE contents of plutonic carbonatites during melt evolution form melilite-nephelinite to natrocarbonatite compositions (Guzmics et al. 2015). We evaluated a petrogenetic model for the formation of Kerimasi plutonic rocks (Káldos et al. 2015). We have designed a three dimension mapping method by using HR-Raman combined with FIB-SEM-EBSD technique in order to study the distribution and shape of daughter minerals in extremely high spatial resolution (<1 micron). With this method the volume proportion of the daughter minerals and the water content of the plutonic carbonate melts can be determined precisely.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=105364
Decision
Yes





 

List of publications

  
Réka Káldos, Tibor Guzmics, Roger H Mitchell, John B Dawson, Ralf Milke and Csaba Szabó: A melt evolution model for Kerimasi volcano, Tanzania: Evidence from carbonate melt inclusions in jacupirangite, Lithos, accepted manuscript, 10.1016/j.lithos.2015.09.011, 2015
Tibor Guzmics, Zoltán Zajacz, Roger H Mitchell, Csaba Szabó, Markus Wälle: The role of liquid–liquid immiscibility and crystal fractionation in the genesis of carbonatite magmas: insights from Kerimasi melt inclusions, CONTRIB MINERAL PETR 169:, 2015
Gál Benedek, Molnár Ferenc, Guzmics Tibor, Aberra Mogessie, Szabó Csaba, Dean M. Peterson: Segregation of magmatic fluids and their potential in the mobilization of platinum-group elements in the South Kawishiwi Intrusion, Duluth Complex, Minnesota - evidence from petrography, apatite geochemistry and coexisting fluid and melt inclusions, ORE GEOL REV 54: 59-80, 2013
Guzmics Tibor, Mitchell Roger H., Szabó Csaba, Berkesi Márta, Milke Ralf, Ratter Kitti: Liquid immiscibility between silicate, carbonate and sulfide melts in melt inclusions hosted in co-precipitated minerals from Kerimasi volcano (Tanzania): evolution of carbonated nephelinitic magma, CONTRIB MINERAL PETR 164: 101-122, 2012
Réka Káldos , Tibor Guzmics , Tamás Váczi , Adrienn Baris , Márta Berkesi , Károly Havancsák , Zoltán Dankházi , Csaba Szabó: Analytical advances in studying melt inclusions: a HR-Raman and FIBSEM case study of carbonate melt inclusions in jacupirangite from Kerimasi (Tanzania), European Current Research On Fluid Inclusions (ECROFI-XXIII), Leeds - UK, 27 - 29 June, 2015, Extended Abstracts’ Volume, 2015
RÉKA KÁLDOS , TIBOR GUZMICS , TAMÁS VÁCZI , ADRIENN BARIS , MÁRTA BERKESI , CSABA SZABÓ, KÁROLY HAVANCSÁK AND ZOLTÁN DANKHÁZI: Combined HR-Raman and FIB-SEM analyses of carbonate melt inclusions from Kerimasi jacupirangite (Tanzania), Goldschmidt 2015 Abstracts, 2015
TIBOR GUZMICS , RÉKA KÁLDOS , ZOLTÁN ZAJACZ , ROGER H. MITCHELL AND CSABA SZABÓ: Importance of melt inclusions in study of carbonatites: Insight into Kerimasi melt evolution, Goldschmidt 2015 Abstracts, 2015
Káldos, R., Guzmics, T., Váczi, T., Berkesi, M., Dankházi, Z., Havancsák, K. & Szabó, Cs.: HR-Raman spectroscopic and FIB-SEM analyses of carbonate melt inclusions in jacupirangite from Kerimasi volcano (Tanzania)., 6th Mineral Sciences in the Carpathians Conference (MSCC 2015), May 16-19, 2015, Veszprém, Hungary, Acta Mineralogica-Petrographica, Abstract Series 9, 26., 2015
Káldos, R., Guzmics, T., Váczi, T., Baris, A., Berkesi, M., Havancsák, K. & Dankházi, Z.: HR-Raman spectroscopic and FIB-SEM analyses of carbonate melt inclusions from Kerimasi volcano (Tanzania)., XLVI. Conference of Young Hungarian Earth Scientist, March 27-28, 2015, Sopron, Hungary, Abstracts 52. (1st place), 2015
Káldos, R., Guzmics, T., Váczi, T., Havancsák, K., Dawson, J.B. & Szabó, Cs.: Advantage in use of coupled analytical methods defining petrogenetic processes in alkaline and carbonatite rocks: a Raman, FIB-SEM, High-T experiment melt inclusion study on Kerimasi (Tanzania), Workshop on the Modern Analytical Methods Applied in Earth and Planetary Sciences, November 1, 2014, Sopron, Hungary, LPI Contribution No. 1821, pp 30-31., 2014
Káldos R., Guzmics T., Dawson J.B., Szabó Cs., Milke R.: The role of melt inclusions study in clarifying jacupirangite petrogenesis, Kerimasi (Tanzania), 30th International Conference on “Ore Potential of Alkaline, Kimberlite and Carbonatite Magmatism” 29 September - 02 October 2014 Antalya -, 2014
Tibor Guzmics and Zoltán Zajacz: Trace element partitioning between immiscible silicate melts and minerals in the Kerimasi silicate-carbonatite system, Hanilci N. and Bozkaya G. (Eds.) 2013. ECROFI XII Abstract Book, pp. 217-218. 4-9 June 2013, Antalya, Turkey (231 pp.), 2013
Benedek Gál, Ferenc Molnár, Tibor Guzmics, Aberra Mogessie, Csaba Szabó, Dean M. Peterson: Segregation of magmatic fluids and their potential in the mobilization of platinum-group elements in the South Kawishiwi Intrusion, Duluth Complex, Minnesota — Evidence.., Ore Geology Reviews, 2013
TIBOR GUZMICS AND ZOLTÁN ZAJACZ: Trace Element Partitioning between Immiscible Silicate and Carbonate Melts, Based on Natural Melt Inclusions from Kerimasi Volcano, Tanzania, Goldschmidt2013 Conference Abstracts, 2013
Réka Káldos and Tibor Guzmics: Petrographic study on jacupirangite from Kerimasi volcano, Tanzania, XLV. Conference of Young Hungarian Earth Scientist, Abstracts and Programs, 21-22., March 28-29, 2014, Balatonföldvár, Hungary (1st place in Poster session), 2014
Réka Káldos and Tibor Guzmics: Petrographic study of jacupirangite from Kerimasi volcano, Tanzania, 5th International Students Geological Conference, Acta Mineralogica-Petrographica, Abstract Series, 51., April 24-27, 2014, Budapest, Hungary, 2014
Guzmics Tibor, Mitchell Roger H., Szabó Csaba, Berkesi Márta, Milke Ralf, Ratter Kitti: Liquid immiscibility between silicate, carbonate and sulfide melts in melt inclusions hosted in co-precipitated minerals from Kerimasi volcano (Tanzania): evolution of carbonated nephelinitic magma, Contributions to Mineralogy and Petrology, in press, Doi: 10.1007/s00410-012-0728-6, 2012



Back »