litosphereЛитосфераLITHOSPHERE (Russia)1681-90042500-302XA.N. Zavaritsky Institute of Geology and Geochemistry10.24930/2500-302X-2026-26-3-682-695CXPOPDlitosphere-2533Research ArticleСтатьиArticlesРоль взаимодействия “кристалл–расплав” в формировании рудной минерализации щелочных сиенитов массива Бурпала (З. Прибайкалье): результаты экспериментовRole of melt–mush interactions in the ore mineralization of Burpala alkaline syenite massif: Experimental resultsЧеботаревД. А.ChebotarevD. A.

630090; ул. Пирогова, 2; пр-т Академика Коптюга, 3; Новосибирск

Dmitry A. Chebotarev

630090; 2 Pirogov st.; 3 Academician Koptyug av.; Novosibirsk

chebotarev@igm.nsc.ruДорошкевичА. Г.DoroshkevichA. G.

630090; ул. Пирогова, 2; пр-т Академика Коптюга, 3; Новосибирск

Anna G. Doroshkevich

630090; 2 Pirogov st.; 3 Academician Koptyug av.; Novosibirsk

СтариковаА. Е.StarikovaA. E.

630090; ул. Пирогова, 2; пр-т Академика Коптюга, 3; Новосибирск

Anastasiya E. Starikova

630090; 2 Pirogov st.; 3 Academician Koptyug av.; Novosibirsk

ИзбродинИ. А.IzbrodinI. A.

630090; ул. Пирогова, 2; пр-т Академика Коптюга, 3; Новосибирск

Ivan A. Izbrodin

630090; 2 Pirogov st.; 3 Academician Koptyug av.; Novosibirsk

Новосибирский государственный университет; Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАНРоссияNovosibirsk State University; V.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy, SB RASRussian Federation202619072026263682695Copyright © Чеботарев Д.А., Дорошкевич А.Г., Старикова А.Е., Избродин И.А., 20262026Чеботарев Д.А., Дорошкевич А.Г., Старикова А.Е., Избродин И.А.Chebotarev D.A., Doroshkevich A.G., Starikova A.E., Izbrodin I.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.lithosphere.ru/jour/article/view/2533   Объект исследования

   Объект исследования. Щелочные и нефелиновые рудоносные сиениты массива Бурпала (Западное Прибайкалье).

   Цель

   Цель. Экспериментально смоделировать процессы взаимодействия “кристаллизующаяся масса–расплав” на ранних магматических стадиях формирования сиенитовых тел массива Бурпала для выявления механизмов рудоконцентрирования.

   Материалы и методы

   Материалы и методы. Экспериментальное моделирование взаимодействия кристаллизующейся массы (щелочной сиенит массива Бурпала) с межкристаллическим щелочным насыщенным летучими расплавом (в виде стекла, полученного предварительным плавлением рудоносного нефелинового сиенита массива Бурпала) было проведено в гидротермальных автоклавах с системой быстрой закалки при 750 °С и 200 МПа. Исходные вещества и продукты экспериментов анализировались методами СЭМ и ЛА-ИСП-МС.

   Результаты

   Результаты. Опытные серии при 750 °C и 200 МПа показали интенсивную перекристаллизацию амфибола и клинопироксена и локальную переработку калиевого полевого шпата щелочных сиенитов на границах “кристалл–расплав”. Расплав, полученный при плавлении стекла, при взаимодействии с сиенитом меняет свой состав, сохраняя щелочной (агпаитовый) характер, но с пониженным агпаитовым индексом, из которого кристаллизуется дискретный набор HFSE–РЗЭ фаз: циркон, Zr-титанит и соросиликаты группы чевкинита–перрьерита. Фиксируется резкое обогащение краевых зон амфибола и клинопироксена Mn, Sr, LREE, Y и Nb, относительно слабое изменение состава полевого шпата, что подчеркивает их роль как основного временного “буфера” редких элементов на ранней стадии реакции.

   Выводы

   Выводы. Результаты поддерживают модель локального перераспределения Zr–Ti-Nb–РЗЭ в межкристаллическом расплаве на границе “кристалл–расплав”, что позволяет формировать рудную минерализацию до участия более поздних гидротермальных процессов и могут быть напрямую применены к интерпретации рудоносных сиенитов массива Бурпала.

   Research subject

   Research subject. Alkaline and nepheline ore-bearing syenites of the Burpala massif (Western Baikal).

   Aim

   Aim. To experimentally model crystallizing much–melt interactions during the early magmatic stages of syenite body formation in the Burpala massif to identify ore concentration mechanisms.

   Materials and methods

   Materials and methods. Experimental modeling of interactions between a crystallizing mush (alkaline syenite of the Burpala massif) and an interstitial, volatile-rich, alkali-saturated melt (in the form of glass obtained by preliminary melting of ore-bearing nepheline syenite from the Burpala massif) was carried out in hydrothermal autoclaves equipped with a rapid-quench system at 750 °C and 200 MPa. The starting materials and experimental products were analyzed using SEM and LA–ICP–MS methods.

   Results

   Results. Experimental runs at 750 °C and 200 MPa revealed intensive recrystallization of clinopyroxenes and localized reworking of K-feldspar at crystal–melt interfaces in alkaline syenites. The melt produced as a result of glass melting interacts with the syenite and changes its composition, retaining an alkaline (agpaitic) character although with a lower agpaitic index. From this melt, a discrete assemblage of HFSE–REE phases crystallizes, including zircon, Zr-titanite, and sorosilicates of the chevkinite–perrierite group. A sharp enrichment of clinopyroxene rim zones in Mn, Sr, LREE, Y, and Nb is observed, while the feldspar composition shows relatively minor changes, highlighting the role of clinopyroxene as the main temporary “buffer” for rare elements at the early reaction stage.

   Conclusions

   Conclusions. The results support the model of local redistribution of Zr–Ti-Nb–REE in the intercrystalline melt at the crystal–melt interface, which allows the formation of ore mineralization before the participation of later hydrothermal processes and can be directly applied to the interpretation of ore-bearing syenites of the Burpala massif.

щелочные комплексысоросиликатыцирконавтометасоматозамфиболклинопироксенalkaline complexessorosilicateszirconautometasomatosisЭкспериментальные исследования проведены за счет средств гранта РНФ № 22-17-00078-П, минералогические исследования были проведены в рамках государственного задания ИГМ СО РАН FWZN-2026-0002Experimental studies were supported by the Russian Science Foundation grant No. 22-17-00078-P; mineralogical studies were carried out within the framework of the state assignment of the IGM SB RAS FWZN-2026-0002ReferencesДорошкевич А.Г., Саватенков В.М., Малютина А.В., Избродин И.А., Прокопьев И.Р., Старикова А.Е., Радомская Т.А. (2025) Петрогенезис и источники вещества пород щелочного редкометалльного массива Бурпала, Северное Прибайкалье. Петрология, 33(1), 45-67. doi: 10.31857/S0869590325010035. EDN: VDWYRYCoogan L.A., O’Hara M.J. (2015) MORB differentiation: In situ crystallization in replenished-tapped magma chambers. Geochim. Cosmochim. Acta, 158, 147-161. doi: 10.1016/j.gca.2015.03.010Избродин И.А., Дорошкевич А.Г., Малютина А.В., Семенова Д.В., Радомская Т.А., Крук М.Н., Прокопьев И.Р., Старикова А.Е., Рампилов М.О. (2024) Геохронология пород щелочного массива Бурпала (Северное Прибайкалье): новые U-Pb данные. Геодинамика и тектонофизика, 15(1), 0741. doi: 10.5800/GT-2024-15-1-0741. EDN: RDVHJJCooper G.F., Davidson J.P., Blundy J.D. (2016) Plutonic xenoliths from Martinique, Lesser Antilles: evidence for open system processes and reactive melt flow in island arc crust. Contrib. Mineral. Petrol., 171, 87. doi: 10.1007/s00410-016-1299-8Старикова А.Е., Малютина А.В., Избродин И.А., Дорошкевич А.Г., Радомская Т.А., Исакова А.Т., Семенова Д.В., Корсаков А.В. (2024) Минералого-петрографическая и геохимическая характеристика циркона как отражение условий его образования на примере цирконов из пород Бурпалинского массива, Северное Прибайкалье. Геодинамика и тектонофизика, 15(5), 0787. doi: 10.5800/GT-2024-15-5-0787. EDN: FDQAQSDoroshkevich A.G., Ripp G.S., Izbrodin I.A., Savatenkov V.M. (2012) Alkaline magmatism of the Vitim province. Lithos, 152, 157-172. doi: 10.1016/j.lithos.2012.05.002Coogan L.A., O’Hara M.J. (2015) MORB differentiation: In situ crystallization in replenished-tapped magma chambers. Geochim. Cosmochim. Acta, 158, 147-161. doi: 10.1016/j.gca.2015.03.010Doroshkevich A.G., Savatenkov V.M., Malyutina A.V., Izbrodin I.A., Prokopiev I.R., Starikova A.E., Radomskaya T.A. (2025) Petrogenesis and Sources for Rocks of the Rare-Metal Alkaline Burpalа Intrusion (Northern Baikal Region). Petrology, 33, 40-61 (translated from Petrologiya, 33(1), 45-67). doi: 10.1134/S0869591124700280 EDN: VDWYRYCooper G.F., Davidson J.P., Blundy J.D. (2016) Plutonic xenoliths from Martinique, Lesser Antilles: evidence for open system processes and reactive melt flow in island arc crust. Contrib. Mineral. Petrol., 171, 87. doi: 10.1007/s00410-016-1299-8Fang J., Chou I.-M., Audétat A., Zhang L. (2024) Quantitative redox measurements for hydrothermal experiments conducted in cold-seal pressure vessels. Chem. Geol., 663. doi: 10.1016/j.chemgeo.2024.122286Doroshkevich A.G., Ripp G.S., Izbrodin I.A., Savatenkov V.M. (2012) Alkaline magmatism of the Vitim province. Lithos, 152, 157-172. doi: 10.1016/j.lithos.2012.05.002Izbrodin I.А., Doroshkevich А.G., Malyutina А.V., Semenova D.V., Radomskaya Т.А., Kruk М.N., Prokopyev I.R., Starikova А.Е., Rampilov М.О. (2024) Geochronology of alkaline rocks from the Burpala massif (Northern Pribaikalye): new U-Pb data. Geodynamics & Tectonophysics, 15(1), 0741. (In Russ.) doi: 10.5800/GT-2024-15-1-0741 EDN: RDVHJJFang J., Chou I.-M., Audétat A., Zhang L. (2024) Quantitative redox measurements for hydrothermal experiments conducted in cold-seal pressure vessels. Chem. Geol., 663. doi: 10.1016/j.chemgeo.2024.122286Jackson M.D., Blundy J., Sparks R.S.J. (2018) Chemical differentiation, cold storage and remobilization of magma in the Earth’s crust. Nature, 564, 405-409. doi: 10.1038/s41586-018-0746-2Jackson M.D., Blundy J., Sparks R.S.J. (2018) Chemical differentiation, cold storage and remobilization of magma in the Earth’s crust. Nature, 564, 405-409. doi: 10.1038/s41586-018-0746-2Kotov A.B., Vladykin N.V., Yarmolyuk V.V., Sal’nikova E.B., Sotnikova I.A., Yakovleva S.Z. (2013) Permian Age of the Burpala Alkaline Pluton, Northern Transbaikalia: Geodynamic Implications. Dokl. Earth Sci., 453, 1082-1085. doi: 10.1134/S1028334X13110160Kotov A.B., Vladykin N.V., Yarmolyuk V.V., Sal’nikova E.B., Sotnikova I.A., Yakovleva S.Z. (2013) Permian Age of the Burpala Alkaline Pluton, Northern Transbaikalia: Geodynamic Implications. Dokl. Earth Sci., 453, 1082-1085. doi: 10.1134/S1028334X13110160Lissenberg C.J., MacLeod C.J. (2016) A Reactive Porous Flow Control on Mid-ocean Ridge Magmatic Evolution. J. Petrology, 57(11-12), 2195-2220. doi: 10.1093/petrology/egw074Lissenberg C.J., MacLeod C.J. (2016) A Reactive Porous Flow Control on Mid-ocean Ridge Magmatic Evolution. J. Petrology, 57(11-12), 2195-2220. doi: 10.1093/petrology/egw074Matthews W., Linnen R.L., Guo Q. (2003) A filler-rod technique for controlling redox conditions in cold-seal pressure vessels. Amer. Miner., 88, 701-707.Matthews W., Linnen R.L., Guo Q. (2003) A filler-rod technique for controlling redox conditions in cold-seal pressure vessels. Amer. Miner., 88, 701-707.Morimoto N. (1988) Nomenclature of Pyroxenes. Mineral. Petrol., 39, 55-76.Morimoto N. (1988) Nomenclature of Pyroxenes. Mineral. Petrol., 39, 55-76.O’Neill H.S.C., Jenner F. (2012) The global pattern of trace-element distributions in ocean floor basalts. Nature, 491, 698-704. doi: 10.1038/nature11678O’Neill H.S.C., Jenner F. (2012) The global pattern of trace-element distributions in ocean floor basalts. Nature, 491, 698-704. doi: 10.1038/nature11678Prokopyev I.R., Borisenko A.S., Borovikov A.A., Pavlova G.G. (2016) Origin of REE-rich ferrocarbonatites in southern Siberia (Russia): implications based on melt and fluid inclusions. Mineral. Petrol., 110, 845-859. doi: 10.1007/s00710-016-0449-zProkopyev I.R., Borisenko A.S., Borovikov A.A., Pavlova G.G. (2016) Origin of REE-rich ferrocarbonatites in southern Siberia (Russia): implications based on melt and fluid inclusions. Mineral. Petrol., 110, 845-859. doi: 10.1007/s00710-016-0449-zProkopyev I.R., Doroshkevich A., Redina A. (2023) Brine-Melts and Fluids of the Fe-F-P-(Ba)-(Sr)-REE Central Asian Carbonatite Province (Southern Siberia and Mongolia): The Petrogenetic Aspects. Minerals, 13(4), 573. doi: 10.3390/min13040573Prokopyev I.R., Doroshkevich A., Redina A. (2023) Brine-Melts and Fluids of the Fe-F-P-(Ba)-(Sr)-REE Central Asian Carbonatite Province (Southern Siberia and Mongolia): The Petrogenetic Aspects. Minerals, 13(4), 573. doi: 10.3390/min13040573Rytsk E.Yu., Velikoslavinskii S.D., Smyslov S.A., Kotov A.B., Glebovitskii V.A., Bogomolov E.S., Tolmacheva E.V., Kovach V.P. (2017) Geochemical Peculiarities and Sources of Late Paleozoic High-K and Ultrapotassic Syenite of the Synnyr and Tas Massifs (Eastern Siberia). Dokl. Earth Sci., 476, 1043-1047. doi: 10.1134/S1028334X17090070Rytsk E.Yu., Velikoslavinskii S.D., Smyslov S.A., Kotov A.B., Glebovitskii V.A., Bogomolov E.S., Tolmacheva E.V., Kovach V.P. (2017) Geochemical Peculiarities and Sources of Late Paleozoic High-K and Ultrapotassic Syenite of the Synnyr and Tas Massifs (Eastern Siberia). Dokl. Earth Sci., 476, 1043-1047. doi: 10.1134/S1028334X17090070Starikova A.E., Malyutina A.V., Izbrodin I.A., Doroshkevich A.G., Radomskaya T.A., Isakova A.T., Semenova D.V., Korsakov A.V. (2024) Mineralogical, petrographic and geochemical evidence for zircon formation conditions within the Burpala massif, Northern Baikal region. Geodynamics & Tectonophysics, 15(5), 0787. (In Russ.) doi: 10.5800/GT-2024-15-5-0787 EDN: FDQAQSTsygankov A.A. (2014) Late Paleozoic Granitoids in Western Transbaikalia: Sequence of Formation, Sources of Magmas, and Geodynamics. Russ. Geol. Geophys., 55(2), 153-176. doi: 10.1016/j.rgg.2014.01.004Tsygankov A.A. (2014) Late Paleozoic Granitoids in Western Transbaikalia: Sequence of Formation, Sources of Magmas, and Geodynamics. Russ. Geol. Geophys., 55(2), 153-176. doi: 10.1016/j.rgg.2014.01.004Tsygankov A.A., Burmakina G.N., Khubanov V.B., Buyantuev M.D. (2017) Geodynamics of Late Paleozoic Batholith-Forming Processes in Western Transbaikalia. Petrology, 25, 396-418. doi: 10.1134/S0869591117030043Tsygankov A.A., Burmakina G.N., Khubanov V.B., Buyantuev M.D. (2017) Geodynamics of Late Paleozoic Batholith-Forming Processes in Western Transbaikalia. Petrology, 25, 396-418. doi: 10.1134/S0869591117030043Yarmolyuk V.V., Kuzmin M.I., Kozlovsky A.M. (2013) Late Paleozoic – Early Mesozoic Within-Plate Magmatism in North Asia: Traps, Rifts, Giant Batholiths, and the Geodynamics of Their Origin. Petrology, 21, 101-126. doi: 10.1134/S0869591113010062Yarmolyuk V.V., Kuzmin M.I., Kozlovsky A.M. (2013) Late Paleozoic – Early Mesozoic Within-Plate Magmatism in North Asia: Traps, Rifts, Giant Batholiths, and the Geodynamics of Their Origin. Petrology, 21, 101-126. doi: 10.1134/S0869591113010062Zhu S.-Z., Huang X.-L., Yu Y., Yang F., Wang C.Y., He P.-L., Cao J. (2023) Enrichment of Incompatible Elements in Alkaline Syenites in Large Igneous Provinces Due to Magma Replenishment and Reactive Porous Flow in a Mush Reservoir. J. Petrology, 64(2), egad002. doi: 10.1093/petrology/egad002Zhu S.-Z., Huang X.-L., Yu Y., Yang F., Wang C.Y., He P.-L., Cao J. (2023) Enrichment of Incompatible Elements in Alkaline Syenites in Large Igneous Provinces Due to Magma Replenishment and Reactive Porous Flow in a Mush Reservoir. J. Petrology, 64(2), egad002. doi: 10.1093/petrology/egad002

The authors declare that there are no conflicts of interest present.