2011

Тезисы международной конференции

Рудный потенциал щелочного, кимберлитового

 и карбонатитового магматизма

Abstracts of International conference

Ore potential of alkaline, kimberlite

and carbonatite magmatism

Лампроиты Костомукши, Карелия: новые минералогические, геохимические и изотопные

(Sr-Nd-O) данные их происхождение

Каргин А.В., Носова А.А., Кононова В.А., Ларионова Ю.О.

Учреждение Российской академии наук Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН, Москва, Россия; kargin@igem.ru

Представлены новые данные по минералогии, геохимии и изотопной (Sr-Nd-O) геохимии лампроитовых даек и линзовидных тел Костомукшского поля на севере ВЕП. Изученные лампроиты были подразделены на два типа (Cpx-Phl-Ol и Phl-Ol), которые различаются минералогическими и геохимическими особенностями, вероятно, происходят из мантийных источников, различавшихся по составу и расположенных на различной глубине.

Лампроиты являются редкими породами, обогащенными одновременно как К, так и Mg. Они встречаются в различных тектонических обстановках и были обнаружены как в посторогенных (ЮВ Испания, Центральная Италия, СЗ Турция), так и во внутриплитных (Индия, Антарктика, Австралия и др.) обстановках. Молодые, преимущественно кайнозойские, лампроиты широко распространены, тогда как известны только немногочисленные проявления древних протерозойских лампроитов. Наиболее известные древние лампроиты, такие как Аргайл (Австралия) или Кришна (Индия) имеют возраст около 1200 млн. лет, сформировались во внутриплитных обстановках и являются высоко алмазоносными.

Еще одним примером древних алмазоносных лампроитов с возрастом около 1200 млн. лет может служить лампроитовое поле Костомукша-Лентиира-Кухмо, расположенное на севере Восточно-Европейской платформы. Несмотря на то, что исследования этих лампроитов неоднократно предпринимались российскими и финскими исследователями на протяжении двух последних десятилетий (Никитина и др., 1997; Беляцкий и др., 1997; Antonov, Ulianov, 2008; Антонов и др., 2009; O'Brien, Tyni, 1999; O’Brien et al., 2007; Lehtonen, O’Brien, 2009), многие вопросы их происхождения остаются дискуссионными.

В настоящем сообщении мы приводим новые данные по геохимии, минералогии и изотопной геохимии (Sr-Nd-O-C) для лампроитовых даек и линзовидных тел Костомукшского проявления.

Наши исследования показали, что изученные лампроиты могут быть разделены на два типа, различающиеся минералогическими и геохимическими характеристиками: лампроиты Cpx-Phl-Ol типа и лампроиты Phl-Ol типа.

Лампроиты Cpx-Phl-Ol типа сложены оливином двух генераций, флогопитом, в подчиненном количестве клинопироксеном и акцессорными апатитом, шпинелью, магнетитом и перовскитом. В отдельных случаях перовскит резко доминирует. Оливин полностью замещен серпентином, иногда тальком. Флогопит представлен фенокристами и пойкилокристами и чешуйками в основной массе. Кроме того, флогопит наблюдается в качестве включений в оливине. Состав флогопитов типичен для лампроитов,  его Mg# варьирует от 0.63 до 0.82. Клинопироксен образует незональные кристаллы.

Лампроиты Phl-Ol типа сложены оливином двух генераций и флогопитом. Акцессорные фазы представлены апатитом, шпинелью и магнетитом. Mg# флогопита варьирует от 0.66 до 0.86. В ряде случаев флогопит зонален, содержания Fe и Al нарастают от ядра к краям кристаллов.

Лампроиты Cpx-Phl-Ol типа отличаются более высокими содержаниями MgO (25.58-28.79 масс. %) и более низкими Al₂O₃ (среднее 7.39 масс. %), CaO (среднее 7.48 масс. %), P₂O₅ (среднее 0.32 масс. %) по сравнению с Phl-Ol лампроитами (13.02-26.28; 9.23; 11.08; 1.29 масс. %, соответственно). На основании петрохимических составов можно предположить, что лампроиты Cpx-Phl-Ol типа представляют более примитивные расплавы. На диаграмме Al₂O₃ – CaO фигуративные точки лампроитов образуют два тренда, в соответствии с выделенными типами, которые отражают преимущественно фракционирование клинопироксена в случае Cpx-Phl-Ol лампроитов и флогопита – в случае Phl-Ol лампроитов.

Распределение редких элементов в лампроитах Костомукши подтверждает это предположение. Лампроиты Cpx-Phl-Ol типа содержат больше Cr (среднее 1300 ppm) и Ni (среднее 960 ppm) по сравнению с Phl-Ol лампроитами (900 и 800 ppm соответственно). Средние концентрации Sr и Ba в лампроитах Cpx-Phl-Ol типа составляют 475 ppm и 1300 ppm, соответственно, в то время как в лампроитах Phl-Ol типа концентрации этих элементов достигают 1015 ppm и  1700 ppm соответственно. Основное геохимическое различие между двумя типами лампроитов заключается в уровне фракционирования РЗЭ. Отношение  (La/Yb)n значительно выше в породах Cpx-Phl-Ol типа (240-600) по сравнению с лампроитами Phl-Ol типа, где значения (La/Yb)n составляют только 140-270. Мультиэлементная диаграмма (рис.1) наглядно показывает, что лампроиты Phl-Ol типа обогащены LILE, HFSE и HREE относительно лампроитов Cpx-Phl-Ol типа.

Геохимические различия между двумя типами лампроитов, на наш взгляд, могут быть связаны не только с различным характером фракционирования сформировавших их расплавов, но и отражают различия в глубине и составе мантийных источников.

Sr-Nd изотопный состав лампроитов Костомукши аналогичен типичным лампроитам (Лейцит Хиллс, Гауссберг и др.). Лампроиты характеризуются низкорадиогенными значениями  ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr отношений, которые варьируют в интервале  0.7034- 0.7067. При этом образцы с более высокими концентрациями Sr имеют более низкорадиогенные значения ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr отношения, что может указывать на эффект коровой контаминации. Значения ε_Nd варьируют от -8.4 до -6.9; Nd модельные возрасты отвечают ~ 2.0 млрд. лет. Эти значения модельных возрастов могут указывать, что древнее метасоматическое событие, сопровождавшееся обогащением LREE мантийного источника лампроитов происходило одновременно с масштабным плюмовым магматизмом, проявившемся в Карельском кратоне около 2.0 млрд. лет назад.

Значения δ¹³C карбонатов из лампроитов находятся в узком интервале от – 4.4 до -6.8 ‰. Напротив, значения δ¹⁸OSMOW карбонатов широко варьируют от +13.3 до +18.6 ‰. Устойчивая корреляция между δ¹⁸O карбонатов и концентрациями MgO, Cr, Ni во вмещающих их лампроитах, также как и изотопный состав С,  указывает на первичную природу карбонатов. Кроме того, такая корреляция отражает протекание процесса, который контролировал изотопный состав кислорода карбонатов по мере фракционирования расплавов.

На основе новых и обобщения ранее опубликованных данных мы предлагаем новую модель петрогенезиса лампроитов Костомукши.

Рис. 1. Мультиэлементная диаграмма для лампроитов Костомукши. Концентрации нормированы на состав примитивной мантии по (McDonough, Sun, 1995).

Исследования поддержаны грантом РФФИ 05-10-00901.

Литература

Антонов А.В., Лохов К.И., Лукьянова Л.И., Прилепский Э.Б., Богомолов Е.С., Устинов В.Н. Геохимическая характеристика дайковых пород Костомукшского железнорудного месторождения: систематика стабильных и радиогенных изотопов. Отечественная геология. 2009. № 7. С. 1-9.

Беляцкий Б.В., Никитина Л.П., Савва Е.В. и др. Изотопные характеристики лампроитовых даек восточной части Балтийского щита // Геохимия, 1997, № 6, с. 658-662.

Никитина Л.П., Левский Л.К., Лохов К.И., Беляцкий Б.В., Журавлев В.А., Лепехина Е.Н., Антонов А.В. Протерозойский щелочно-ультраосновной магматизм восточной части Балтийского щита // Петрология, 1999, т. 7, № 3, с. 252-275.

Antonov, A. & Ulianov, A., 2008. The lithospheric mantle beneath the Central Karelia: xenoliths from the Kostomuksha lamproites/kimberlites2. 9th International Kimberlite Conference, Frankfurt, Germany, Extended Abstracts, No. 9IKC-A-00351.

Lehtonen M., O’Brien H. Mantle transect of the Karelian Craton from margin to core based on P-T data from garnet and clinopyroxene xenocrysts in kimberlites // Bulletin of the Geological Society of Finland, Vol. 81, 2009,P. 79–102

McDonough W.F., Sun S.S. The composition of the Earth // Chem. Geol. 1995. V. 120. P. 223-253.

O'Brien H.E., Tyni M. Mineralogy and geochemistry of kimberlites and related rocks from Finland // In: Proc. 7th Int. Kimberlite Conf., 1999, v. 2, p. 625-636.

O’Brien H., Phillips D.,  Spencer R. Isotopic ages of Lentiira – Kuhmo – Kostomuksha olivine lamproite - Group II kimberlites // Bulletin of the Geological Society of Finland,Vol. 79, 2007, P. 203–215.