2011

Тезисы международной конференции

Рудный потенциал щелочного, кимберлитового

 и карбонатитового магматизма

Abstracts of International conference

Ore potential of alkaline, kimberlite

and carbonatite magmatism

Модель зарождения и кристаллизации ультраосновных-щелочных-карбонатитовых магм и проблемы их рудоносности.

Н.В.Владыкин

Институт геохимии им. А.П.Виноградова СО РАН, Иркутск E-mail: vlad@igc.irk.ru

Большенство магм ультраосновных-щелочных пород имеют глубинное (мантийное) происхождение и их генерация связана с плюмовыми процессами. Внедряются эти магмы по кольцевым разломам, образуя кольцевые комплексы центрального типа.

Динамика образования первичной ультраосновной-щелочной карбонатитовой магмы нам представляется следующим образом. Горячий плюм, представляющий собой сгусток энергии, образуется в ядре Земли из-за несоответствия скорости вращения жидкого и твердого ядра. Эта энергия вместе с флюидами (углеводородами, Н, СN и др. и возможно щелочами) накапливается до тех величин, чтобы преодолеть магнитное притяжение ядра и переходит границу ядра в нижнюю мантию. Далее по физическим законам передвижения от горячего к холодному плюм поднимается по ослабленным зонам до такого уровня РТ мантии, где под действием более высокой температуры плюма, по сравнению с температурой мантии, начинается плавление мантийного субстрата. Из-за громадных давлений, существующих в нижней мантии, врят ли при движении плюма происходит перемещение значительных обьемов вещества нижней мантии, как считают некоторые авторы. При плавлении мантийного субстрата происходит окисление восстановленных газов, пришедших с плюмом. Положительным фактором для плавления мантийного субстрата является его предварительная метасоматическая переработка более ранними геологическими процессами, особенно карбонатизация и ослюдинение. Здесь же может происходить реакция с образованием первичных карбонатных обособлений (Когарко 2004) и, главным образом, выплавление силикатной ультраосновной- щелочной магмы. По обьему силикатной магмы в 500-1000 раз больше, чем карбонатного расплава. Этот силикатный расплав легко поглощает карбонатный расплав и смешивается с ним. Главным фактором при выплавлении ультраосновных-щелочных магм является очень низкая степень селективного плавления мантийного вещества, обычно менее 1%. Вероятно, первыми плавятся слюды, гранат, амфибол,  ильменит, хромдиопсид, обогащенные редкими элементами относительно оливина и ромбического пироксена.

В настоящее время единственными представителями мантии, реально говорящими о ее составе являются ультраосновные ксенолиты в кимберлитах. Учитывая их химический и минеральный состав мы считаем, что в природе не существуют первичные чисто щелочные магмы. Они дифференциаты ультраосновных-щелочных магм, источником щелочей в которых  являются участки мантии обогащенные слюдой или калиевым рихтеритом или щелочи в какой-то мере привносятся плюмами. При изучении мантийных ксенолитов из кимберлитов мы встречали ксенолит (20% оливина, 20 ромбического пироксена, 15% ильменита и 5% граната), содержащий Nb – 100 ррm, Ta- 15 ppm и другой ксенолит, содержащий Nb – 52 ppm, Ta- 65 ppm (данные анализа ICP-MS).

Далее эта большеобьемная силикатная магма с растворенными в ней карбонатами ( или обогащенная CO2) и перегретая плюмовым теплом начинает подниматься по ослабленным рифтовым зонам в верхние горизонты земной коры, пока ее внутреннее давление не уравновесится с литостатическим давлением вмещающих пород. Здесь образуется магматический очаг и начинается кристаллизация ранних вкрапленников. В зависимости от степени перегретости магмы и термостатических свойств вмещающих пород, эта магма может находиться в жидком состоянии довольно значительный промежуток времени. Пока магма передвигалась с места своего плавления до образовавшегося магматического очага происходила дифференциация различных элементов и образование их специфических комплексных соединений. Произошло перераспределение некоторых редких элементов из силикатного расплава в пользу кар-бонатной жидкости, которая удерживается в силикатной магме щелочными элементами и летучими компонентами в виде комплексных соединений.  Дальнейшие тектонические движения в районе магматического очага приводят к внедрению отдельных порций магмы в еще более верхние этажи с образованием массивов щелочных пород или излиянием их магмы на земную поверхность в виде лавовых покровов.

Кристаллизация ультраосновной магмы с небольшим количеством щелочей и карбонатно- флюидных компонентов начинается с высокотемпературных минералов- оливина, диопсида, хромита (магнетита). Образуются дуниты (оливиниты), перидотиты и пироксениты,  а в остаточном расплаве идет резкое насыщение его щелочами, карбонатной составляющей. Отделение же карбонатной составляющей, обогащенной редкими элементами, в виде карбонатитового солевого расплава -флюида, от силикатной щелочной магмы происходит при разных температурах и в разные этапы дифференциации и кристаллизации магмы и в зависимости от преобладания разных щелочей: натрия или калия. Так как калий в химическом отношении обладает более щелочными свойствами, чем натрий, то он дольше удерживает флюидно-карбонатные комплексы от разделения с силикатным расплавом, и в калиевых комплексах это отделение происходит при кристаллизации более поздних порций силикатного расплава и при более низких температурах, чем в натриевых. С этим связана и различная рудоносность калиевых и натриевых комплексов пород и связанных с ними карбонатитов. Отделяется от силикатного расплава не чисто карбонатная составляющая, а в первый этап - силикатно-фосфатно-карбонатная, с повышенными содержаниями железа, а карбонатной составляющей в ней всего 20-40%. В натриевых комплексах из нее кристаллизуются фоскориты, камафориты, нельсониты - породы рудного комплекса (пример – классические карбонатиты Кольской провинции). Эти породы содержат высокие концентрации фосфора. При их кристаллизации накапливается карбонатная составляющая второго этапа, из которой и образуются карбонатиты. Карбонатиты и фоскориты содержат рудные концентрации Nb, Ta, U, Th, Zr.

В калиевых комплексах от силикатной магмы отделяется силикатно-карбонатная составляющая, которая расслаивается на микроклиновую, пироксен-микроклиновую, силикатную чароитовую (с Ba-Sr), и карбонатитовую составляющую (пример– Мурунский массив). Карбонатная составляющая содержит еще значительные концентрации силикатных компонентов и высокие содержания Ba и Sr. При охлаждении она расслаивается на 2 части: Вa-Sr силикатно-бенстонитовую (30% Ba, 10% Sr, 20% Ca) и силикатно-кальцитовую. При кристаллизации первой составляющей образуются бенстонитовые карбонатиты, в которых микроклин и пироксен отделяются от карбонатной части в виде полос или округлых капель. Из второй составляющей кристаллизуются кальцитовые карбонатиты так же с полосами и округлыми выделениями микроклина и пироксена. Наиболее поздний кристаллизат этой порции - это кварц-кальцитовые карбонатиты с необычными графическими срастаниями кальцита и кварца. Фосфора в карбонатной части калиевых комплексов мало, так как он в виде апатита отделился в раннюю стадию в биотитовых пироксенитах. Зато в калиевых карбонатитах накапливается [SO4] и F, которые в гидротермальную стадтию образуют целестин-баритовые и флюоритовые жилы. С гидротермальной стадией этих калиевых комплексов связаны месторождения U, Th, Au, Ag, Cu, Pb, Zn, Ti, Nb. Силикатные породы калиевых комплексов рудоносны на апатит и K-Al сырье (сынныриты), а в карбонатитах имеются рудные концентрации TR, Ba-Sr, флюорита.

Карбонатитовые солевые расплавы содержат высокие концентрации щелочей, с которыми они образовывали комплексные соединения в силикатной магме. При кристаллизации карбонатных минералов в карбонатите, эти щелочи отделяются вместе с  гидротермальным раствором и фенитизируют вмещающие породы. Если щелочная карбонатитовая магма не успела закристаллизоваться, а излилась из вулкана (как в щелочном вулкане Олдоньо-Ленгаи в Африке), то из нее кристаллизуются щелочные K-Na карбонаты, которые легко растворимы в воде и поэтому редко сохраняются. При понижении температуры  карбонатный солевой расплав переходит в гидротермальный раствор. В щелочных комплексах крупного размера, как Томторский массив в Вост. Прианабарье бывают случаи, когда при извержении карбонатитовых туфов редкометальный карбонатно-фосфатный флюид-расплав вскипает и в виде газа и водного пара вылетает из вулкана вместо с туфами, образуя гигантские месторождения Nb, TR, Y, Sc в кальдерах проседания, где эти образования сохранились от разрушения.

Рис.1 Соотношение изотопов Sr-Nd в породах  щелочно-карбонатитовых комплексов.     

Условные обозначения: 1 – щелочные, лампроитовые, карбонатитовые комплексы рифтовых зон между Сибирской платформой и Алданским щитом, а также Северо-Американской платформой и Канадским щитом; 2 – щелочные, лампритовые, карбонатитовые комплексы складчатых областей; 3 – щелочные и карбонатитовые комплексы обрамления Сибирской платформы. DPM – деплетированная мантия

Нами были получены данные по геохимии изотопов Nd и Sr многочисленных массивов щелочных пород и карбонатитов Сибири и Монголии и их систематика привела к интересным геодинамическим выводам (рис.1A). Оказалось, что карбонатитовые комплексы обрамления Сибирской платформы, где преобладала субдукция океанических базальтов образовались из источника деплитированной мантии, Массивы складчатых поясов, где в результате рекциклинга субдуцировались в мантию коровые  породы, образовались из обогащенной мантии ЕМ-2 (поэтому в этой новой смешанной мантии высокие метки Sr), а щелочные комплексы рифтовых зон между Сибирской платформой и Алданским щитом (где не было субдукции) из наиболее глубинной мантии ЕМ-1.

Метки  изотопов С и О в щелочных породах образуют широкое поле, однако, когда мы нанесли на этот график данные по типам мантии, определенной по изотопам Nd и Sr из тех же проб, то в них выделились те же 3 поля типов мантии (рис. 1В).

Из геохимии этих изотопов можно сделать фундоментальный вывод, что рудоносные щелочные комплексы могут выплавляться из различных типов мантии и ее состав не очень влияет на их рудоносность. Вероятно, главным является малая степень селективного плавления мантии (менее 1 %) и привнос плюмами флюидных и щелочных компонентов, которые и стимулируют такое выплавление. А далее очень важны для накопления редкоэлементных и рудных компонентов является длительная дифференциация магмы и проходящие при ее кристаллизации процессы расслоения вещества.

The model of the origin and crystallization of the ultrabasic alkaline carbonatite magmas and problems of their ore-potential.

N.V.Vladykin

The most part of the ultrabasic alkaline rocks are of deep-seated (mantle) origin and their generation is related to the plum processes. We proposed the model of the plum formation, melting of primary ultrabasic alkaline magma, intruding of the magma in the rift zones, its differentiation and crystallization depending on the prevalence of potassium or sodium in the melt and the reasons of formation of the ore rare-metal concentrations. According to the isotope data we give types of the mantle sources of alkaline rocks’ magmas. It was concluded that the influence of the type of source on the composition and ore-potential of the alkaline magmas is small. The main process is a low degree of selective melting of the mantle (less than 1 %) and supply fluid and alkaline components, with plumes which stimulate such melting. The long magmatic differentiation and the processes of stratification which are related to crystallization are very important for the accumulation of the rare-element and ore components.