2011

Тезисы международной конференции

Рудный потенциал щелочного, кимберлитового

 и карбонатитового магматизма

Abstracts of International conference

Ore potential of alkaline, kimberlite

and carbonatite magmatism

О СТЕПЕНИ РОДСТВА КИМБЕРЛИТОВ, МЕЛИЛИТИТОВ И КАРБОНАТИТОВ

Е.А. Чернышева

Атлантическое отделение Института океанологии им.П.П. Ширшова РАН, г. Калининград, Россия; elcher37@mail.ru

Рудоносные интрузивные карбонатиты экстрагируют редкие элементы, ранее заключенные в первичных мелилититах. Длительный и многоступенчатый процесс магматических и метасоматических преобразований пород приводит к потере родственных признаков, поэтому при сопоставлении геохимических параметров карбонатитов и их «прародителей» следует учитывать их историю.

Экспериментально многократно подтверждена возможность образования расплавов, отвечающих составам кимберлитов, мелилититов и карбонатитов в интервале давлений 3-8 ГПа и температур 1390-1800⁰ С, в результате частичного плавления мантийных перидотитов в присутствии CO₂ [Gudfinnson, Presnall, 2005]. Природные кимберлиты и мелилититы несут признаки глубинных мантийных расплавов, обогащенных литофильными редкими элементами в гораздо большей степени, чем океанические базальты. Обе разновидности пород имеют много общего в минералогии, ареалы их распространения нередко сближены или перекрываются, так что мелилититы иногда рассматривают в качестве фациальной разновидности кимберлитов, соответствующей более низким давлениям. Геохимические признаки подтверждают очень низкую степень плавления мантийного субстрата и большую глубину зарождения расплавов кимберлитов и мелилититов и отражают различия между ними. Так, индикаторные отношения Zr/Nb и La/Yb составляют 1.55-2.4 и > 170 в кимберлитах [Becker, Le Roex, 2006] и < 4 и >50 – в мелилититах (больше степень плавления). Подобным же образом, величины отношений Ce/Y и Gd/Yb для кимберлитов варьируют от 17.5 до 27.5 и от 12.6 до 9,0; для мелилититов они существенно меньше: от 5.7 до 7.7 и от 5 до 7, соответственно (меньше глубина выплавления).

Карбонатные расплавы, образующиеся одновременно с силикатными расплавами на большой глубине, не могут устойчиво существовать в равновесии с карбонатизированным перидотитом вследствие своей высокой реакционной способности при малейших изменениях условий [Harmer, Gittins, 1998]. При метасоматических реакциях карбонат расходуется с образованием CO₂, и каждая новая ступень подобных реакций происходит с  изменением состава карбоната, сосуществующих силикатных фаз, и изменением поведения редких элементов в них. Главная «миссия» глубинных карбонатных расплавов состоит в насыщении  кимберлитовых и мелилититовых расплавов CO₂, что способствует их транспортировке в верхние горизонты земной коры [Гирнис, Рябчиков, 2005].

Как показывают последние обзорные работы по карбонатитам [Mitchell, 2005; Woolley, Kjarsgaard, 2008] и наши наблюдения [Чернышева, 2006], из всего разнообразия эндогенных карбонатных пород родственные связи с глубинными магмами мелилититов имеют только экструзивные карбонатиты нескольких небольших молодых вулканов  Африки [Bailey et al., 2005] и интрузивные карбонатиты в комплексных массивах ультраосновных щелочных пород (УЩК). О рудоносных экструзивных карбонатитах говорить пока преждевременно, но вот интрузивные карбонатиты наиболее примечательных крупных массивов Сибири, Кольского п-ова, Скандинавии, Африки и др. хорошо известны и узнаваемы по типоморфным парагенезисам рудных (оксиды Nb, Ta, Ti, Zr) и других минералов, - что, собственно, и выделяет эти породы как ценный источник преимущественно редкометалльного сырья. Данный тип карбонатитов связан с повторяющимися на разных массивах ассоциациями плутонических щелочных силикатных пород (дифференциатами, кумулятами, метасоматитами), главные из которых: щелочные пироксениты, мелилитолиты, ийолиты, нефелиновые сиениты и др. Их формирование происходило в условиях умеренных и небольших глубин, они не содержат ксенолитов мантийных пород, утратили признаки первичных расплавов из-за преобразований, но значительно обогащены несовместимыми редкими элементами (Ti, Nb, Zr, Sr, Ba и др., а также P и РЗЭ).

Прямым доказательством родства массивов УЩК с глубинными магмами является присутствие во многих массивах центрального типа серий даек и диатрем, сложенных первичными глубинными магмами – щелочными пикритами и мелилититами. Объем этих проявлений невелик, и связаны они обычно с более поздними импульсами щелочного магматизма, что только подчеркивает непрерывную тектоно-магматическую связь массивов УЩК с материнским источником (и, возможно, с мантийным диапиром). О том  же  говорит постоянный приток в интрузивную камеру летучих компонентов и щелочей, обеспечивающих непрерывные метасоматические преобразования пород интрузивных комплексов.

Подробные исследования массивов Сибири показали, что карбонатитовая «пробка» или «некк», картируемые в раме силикатных интрузивных пород на таких массивах, часто представляют собой поля, сложенные довольно крупными жильными или линзообразными телами интрузивных карбонатитов с реликтовыми блоками силикатных пород между ними. Отмечается зональное строение жильных тел, выявлены изменения характера оруденения в разновозрастных телах карбонатитов. Согласно данным термометрии газово-жидких включений, интрузивные карбонатиты могли кристаллизоваться из расплава, который по мере остывания трансформировался во флюид и гидротермальный раствор с соответствующим изменением состава карбоната и новообразованных рудных минералов [Пожарицкая, Самойлов, 1972].

В результате изучения состава и возрастных соотношений разнообразных пород сибирских массивов мы пришли к выводу, что появление ранних карбонатитовых расплавов здесь в значительной степени связано с широко проявленным метасоматическим процессом ийолитизации  интрузивных мелилитолитов и более ранних щелочных пироксенитов [Чернышева и др., 1994; Чернышева, 2006]. Жильные и пластовые тела кальцитсодержащих ийолитов содержат реликтовые блоки мелилитолитов и многочисленные прожилковые зоны и гнезда карбоната, легко мигрирующего по тектоническим трещинам. Ранние сегрегации карбонатного расплава, равновесного с ийолитовым расплавом, имели температуру около 650-680⁰ С, но по мере его накопления и охлаждения ниже 500⁰ С, в тектонически благоприятных условиях происходила массовая кристаллизация карбонатитовых руд с пирохлором в результате распада прежде устойчивых комплексов Nb [Пожарицкая, Самойлов, 1972].

Таким образом, наиболее полная экстракция редких элементов, первоначально заключенных в первичном мелилититовом расплаве, возможна только в результате длительной и многоступенчатой метасоматической переработки, во время которой полностью утрачиваются «родственные» признаки пород.

Список литературы

Гирнис А.В., Рябчиков И.Д. Условия и механизмы генерации кимберлитовых магм // Геология рудных месторожд. 2005. Т. 47. № 6. С. 524-536.

 Пожарицкая Л.К., Самойлов В.С. Петрология, минералогия и геохимия карбонатитов Восточной Сибири. М.: Наука. 1972. 265 с.

Чернышева Е.А. Мелилититы как источник оруденения карбонатитов // Геохимия, петрология, минералогия и генезис щелочных пород. Тез. конф. Миасс: УрО РАН. 2006. С. 289-291.

Чернышева Е.А., Конусова В.В., Смирнова Е.В., Чувашова Л.А. Редкоземельные элементы в плутонической и дайковой сериях щелочных пород Нижнесаянского карбонатитового комплекса // Геохимия. 1994. № 11. С. 1591-1610.

Bailey K., Lloid F., Kearns S., Stoppa F., Eby N., Woolley A. Melilitite at Fort Portal, Uganda: another dimention to the carbonate volcanism // Lithos. 2005. V. 85. P. 15-25.

Becker M., Le Roex A.P. Geochemistry of South African on- and off-craton, Group I and Group II kimberlites: petrogenesis and source region evolution // J. Petrol. 2006. V. 47. P.673-703.

Gudfinnson G.H., Pressnall D.C. Continuous gradations among primary carbonatitic, kimberlitic, melilititic, basaltic, picritic, and komatiitic melts in equilibrium with garnet lherzolite at 3-8 GPa // J. Petrol. 2005. V. 46. P. 1645-1659.

Harmer R.E., Gittins J. The case for primary, mantle-derived carbonatite magma // J. Petrol. 1998. V.39. P.1895-1903.

Mitchell R.H. Carbonatites and carbonatites and carbonatites // Can. Mineralogist. 2005. V. 43. P. 2049-2068.

Woolley A.R., Kjarsgaard B.A. Paragenetic types of carbonatite as indicated by diversity and relative abundances of associated silicate rocks: evidence from a global database // Can. Mineralogist. 2008. V. 46. P. 741-752.