Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Гидротермальное минералообразование в карбонатитах Западного Забайкалья и Индии

ВАК РФ 25.00.11, Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения

Автореферат диссертации по теме "Гидротермальное минералообразование в карбонатитах Западного Забайкалья и Индии"

На правах рукописи

БУРЦЕВА Мария Владимировна

ГИДРОТЕРМАЛЬНОЕ МИНЕРАЛООБРАЗОВАНИЕ В КАРБОНАТИТАХ ЗАПАДНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ И ИНДИИ

Специальность 25.00.11 - геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения

Автореферат 005009134

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

2 ОЕВ т

Улан-Удэ 2012

005009134

Рабата выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Геологическом институте СО РАН

Научный руководитель: кандидат геолого-минералогических наук

Рипп Герман Самуилович

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук

Владыкин Николай Васильевич

Ведущая организация: Институт геологии рудных месторождений,

петрографии, минералогии и геохимии РАН

Защита состоится 2 марта 2012 г. в II00 часов на заседании диссертационного совета Д 003.002.01 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Геологическом институте СО РАН по адресу: 670047, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6а.

Факс: 8 (3012) 43-30-24, e-mail: meta@gin.bscnet.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Федерального государственного бюджетного учреждения науки Геологическом институте СО РАН, по адресу: 670047, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6а.

Автореферат разослан января 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат геолого-минералогических наук Мальцева Галина Дмитриевна

кандидат геолого-минералогических наук

Смирнова O.K.

Введение

Актуальность исследования.

Карбонатиты являются одним из основных источников редкоземельных и редких элементов. В них концентрируются ниобий, тантал, цирконий и легкие РЗЭ. Кроме того, в повышенных количествах содержатся уран, торий, стронций, барий, скандий и некоторые другие элементы. Они образуют как самостоятельные соединения, так и изоморфно входят в структуры других минералов. Рудоносность этих пород рассмотрена в многочисленных публикациях (Багдасаров, 2001, 2005; Карбонатиты, 1969; Капустин, 1971; Самойлов, 1977; Carbonatites, 1989 и др.). При этом на сегодняшний день наиболее изучены карбонатиты платформ и щитов, меньше внимания уделено проявлениям складчатых областей.

Говоря о повышенной концентрации редких элементов в карбонати-тах, следует указать на их неравномерное распределение. В некоторых массивах редкометалльная минерализация отсутствует, в других она сосредоточена только в отдельных участках, в-третьих, установлена лишь спорадическая вкрапленность.

Исследованиями установлено (Mariano, 1989), что часть редкоземельной и редкометалльной. минерализации в карбонатитах является гидротермальной. К числу таких примеров относятся месторождения Кан-ганкунде (Малави) (Ngwenya, 1994; Wall & Mariano, 1996), Барра до Ита-пирауйа (Бразилия) (Andrade et el., 1999), Карасуг (Никифоров и др., 2006), Вуориярви (Булах и др., 1961), Себльяврское (Булах и др., 1998) и некоторые Хибинские (Zaitsev , 1996; Zaitsev et el., 1998).

На территории Западного Забайкалья в последние годы установлена карбонатитоносная провинция, сформировавшаяся в этап позднемезозой-ского внутриконтинентального рифтогенеза (Рипп и др., 2000). В этот период в регионе отмечается вспышка щелочно-основного вулканизма, подтверждающая правомерность выделения позднемезозойского этапа тектонической и магматической активности. Карбонатиты в ее пределах характеризуются повышенными (до промышленных) содержаниями РЗЭ (Аршанское), стронция (Халютинское). После магматической стадии формирования карбонатиты были подвержены гидротермальным изменениям. А так как проблема преобразования рудоносных карбонатитов в связи с гидротермальными изменениями в известной нам литературе освещена еще недостаточно, то эти проявления послужили объектами специальных исследований. В целях оценки роли гидротермальных процессов в преобразовании карбонатитов нами проведено также изучение других проявлений Западного Забайкалья (Ошурковское, Южное), а также Индии, которые, в отличие от Западно-Забайкальских проявлений, сформировались в платформенных условиях. Образцы пород нам любезно

Индия

¡амамбстту

были предоставлены доктором Ш. Виладкаром (Центр исследований кар-бонатитов, Индия). Результатом совместных исследований стали публикации по проявлениям Амба Донгар и Аршанскому (Canadian Mineralogist, 2009; Известия Сибирского отделения секции наук о Земле РАЕН, 2010), Невании (Mineralogy and Petrology, 2010) и Хамамбетту (Canadian Mineralogist, в печати).

Цель и задачи исследований. Целью исследований была оценка роли постмагматических процессов в распределении рудных компонентов в карбонатитах.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Изучение минерального, химического и изотопного состава неизмененных и измененных карбонатитов.

2. Оценка РТ-условий постмагматических процессов в карбонатитах по данным изучения минеральных парагенезисов, геотермометров и термогеохимического исследования включений в минералах.

3. Установление закономерностей трансформации рудной минерализации в результате наложения гидротермальных процессов на карбонати-ты.

Объекты исследования.

Исследования были проведены на проявлениях карбонатитов Западного Забайкалья (Аршанское, Халютинское, Южное, Ошурковское) и Индии (Амба Донгар, Хамамбетту, Невания). Расположение изученных проявлений показано на рисунке 1.

...... Ш

LJ2S

0 500 км

ins- и:*

Рис. 1. Участки расположения карбонатитов: а) Западное Забайкалье: 1 -Ошурковский, 2 - Халютинский, 3 - Аршанский, 4 - Южный; б) Индия: Невания, Амба Донгар, Хамамбетту.

!

MgO РеО+МпО

Фактический материал и методы исследований.

В основу работы положены результаты, полученные автором при проведении работ на проявлениях Юго-Западного Забайкалья в период 2006-2011 г, материалы лаборатории Магматического рудообразования Геологического Института СО РАН, а также пробы и образцы из проявлений карбонатитов Индии, предоставленные сотрудником Центра исследований карбонатитов, доктором Виладкаром Ш. Исследования проводились по плановым темам лаборатории. Они включали петрохимиче-ское, минералогическое, геохимическое (в том числе изотопное), термо-барогеохимическое изучение пород.

При проведении анализа химического состава пород были использованы следующие методы: фотометрический, атомно-абсорбционный, по-тенциометрический и пламенно-фотометрический. Измерительные приборы: атомно-абсорбционный спектрофотометр АА8-№1 (Германия), спектрофотометр СФ-46 (Россия), иономер Анион - 4100. (аналитики Г.И. Булдаева, И.В. Боржонова, Э.М. Татьянкина). Содержания элементов-примесей определены ГСР-МБ (Иркутск, Институт геохимии СО РАН) и рентгено-флюоресцентным методом (У11А-30, Карл Цейс Иена, Германия) (Б.Ж. Жалсараев), редкоземельных элементов спектральным с предварительным химическим обогащением (спектрограф ДСФ-13 с решеткой 1200 штр/мм, Россия, Микроденситометр 100, Германия) (Т.И. Казанцева, Л.А. Левантуева) и ЮР-МБ (Иркутск, Институт геохи-

Состав большей части изученных проявлений соответствует кальци-товым карбонатитам и только некоторые из них ложатся в поле магне-зиокарбоиатитов (Невания и часть Халютинских) (рис. 2).

Рис. 2. Составы (мае. %) изученных карбонатитов. Проявления: 1 - Аршан-ское, 2 - Халютинское, 3 - Южное, 4 - Ошурков-ское, 5 - Амба Донгар по (УПаёкаг, 1996), 6 - Невания по (УПаёкаг, 1998), 7 - Хамамбетту.

мии СО РАН). Состав минералов определен на модернизированном рентгеновском микроанализаторе МАР-3 (C.B. Канакин). В зависимости от состава минералов съемки проводились при 15-20 kV, ускоряющем напряжении токе зонда от 20 до 40 нА, времени измерения 20 сек и диаметре зонда 2-3 мкм. С целью получения более достоверного состава минералов, как правило, анализ проводился в нескольких точках. Микроструктурные особенности, взаимоотношения и однородность состава минералов изучались на электронном микроскопе LEO-1430 с энергодисперсионным спектрометром Inca Energy-300 (Н.С. Карманов).

Изотопному изучению были подвергнуты минералы из неизмененных карбонатитов и гидротермалитов. Изотопные составы кислорода и углерода в карбонатных, кислорода в оксидах, апатите, силикатных и серы в сульфатных минералах определены в лаборатории стабильных изотопов Аналитического Центра ДВО РАН на прецизионных масс-спектрометрах Finigan МАТ-252 и 253. Погрешность анализов не превышала для оксидов ±0,05, для карбонатов ±0,02, для сульфатов ±0,01.

Rb - Sr изохронный возраст карбонатитов и изотопные отношения стронция в безрубидиевых минералах определены В.Ф. Посоховым на масс-спектрометре МИ-1201 (ГИН СО РАН) и Finigan МАТ (Байкальский аналитический центр коллективного пользования, г. Иркутск) и Институте геологии и геохронологии РАН (г. Санкт-Петербург) (аналитик В.М. Саватенков). U-Pb возраст карбонатитов определен по циркону (SHRIMP II) в ЦИИ ВСЕГЕИ (аналитик А.Н. Ларионов).

Включения в минералах изучены в 10 полированных пластинах толщиной до 0,3 мм оптическими и термобарогеохимическими методами. Для исследования были использованы пироксен и кварц из фенитов и монацит из карбонатитов. При проведении термометрических опытов с включениями использовался микроскоп Olympus ВХ51 с высокотемпературной камерой "Lincam 1500". Скорость нагревания образцов варьировала в среднем 15°С/мин.

За время работы было просмотрено более 50 прозрачных шлифов, выполнено свыше 1000 микрозондовых и электронномикроскопических анализов. При подготовке диссертации использовано 115 анализов стабильных изотопов, свыше 100 химических анализов макрокомпонентов, 60 анализов микрокомпонентов. Fe3+ и Fe2+ в минералах рассчитаны методом, описанным в работах (Brod et al., 2001; Robinson et al., 1982).

Оценка температур образования по апатит-флогогштовому термометру дана по (Ludington, 1993). Изотопно-кислородные температуры для пар сосуществующих (равновесных) минералов были определены по формуле: 1000 In а = А х 106/Т2(К), где 1000 In а = разность изотопного состава кислорода, А = коэффициент фракционирования для пар минера-

лов, Т = температура по Кельвину (Chacko et al., 2001). Температура и фугитивность кислорода для пары ильменит-магнетит вычислены с использованием программы ILMAT-1.20 (Powell and Powell, 1977; Spenser and Lindsley, 1981; Andersen and Lindsley, 1985).

Научная новизна работы.

1) Получены новые данные по минералогии и геохимии гидротер-мальноизмененных карбонатитов Западного Забайкалья и Индии.

2) Выявлена направленность процессов преобразования в них минералов на постмагматическом этапе. Установлено, что в связи с гидротермальными процессами происходили: перекристаллизация пород, замещение минералов, рафинирование их от примесей и переотложение последних с образованием новых минеральных видов, привнос гидротермальными растворами кремнезема, марганца и редкоземельных элементов.

3) Определены РТ-условия постмагматических процессов в карбо-натитах.

4) Выявлено, что источниками гидротерм послужили: а) флюиды, выделившиеся при магматической дистилляции материнского очага, б) вовлеченные в гидротермальный процесс вадозовые воды.

Практическая значимость.

Установленные закономерности трансформации рудного вещества на постмагматической стадии вызывают необходимость учета влияния таких процессов при определении природы рудной минерализации, перспективности карбонатитовых проявлений и оценки технологических свойств карбонатитов.

Апробация работы и основные публикации. Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 18 работах: в 3 статьях (одна в печати) и 15 тезисах докладов. Основные положения работы докладывались на: X Международном Симпозиуме имени академика М.А. Усова студентов и молодых ученых "Проблемы геологии и освоения недр", г. Томск, 2006; конференции посвященной 50-летию Сибирского отделения РАН и 80-летию чл.-кор. РАН Ф.П. Кренделева, "Геохимия и рудообра-зование радиоактивных, благородных и редких металлов в эндогенных и экзогенных процессах", г. Улан-Удэ, 2007; Международной научно-практической конференции, посвященной 50-летию Бурятского ордена Трудового Красного Знамени геологического управления «Проблемы геологии, минеральных ресурсов и геоэкологии Западного Забайкалья» г. Улан-Удэ, 2007; XII Международном Симпозиуме имени академика М.А. Усова студентов и молодых ученых "Проблемы геологии и освоения недр", г. Томск, 2008; Международной молодежной школе-семинаре "Рудоносность ультрамафит-мафитовых и карбонатитовых комплексов складчатых областей" Улан-Удэ, 2008; конференции молодых ученых

"Современные проблемы геохимии", Иркутск, 2009; II Всероссийской молодёжной научной конференции "Минералы: строение, свойства, методы исследования", Миасс, 2010; Научной сессии ГИН СО РАН 2010; XI Всероссийском петрографическом совещании с участием зарубежных ученых "Магматизм и метаморфизм в истории Земли", Екатеринбург, 2010; Пятой Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле, Новосибирск, 2010; Всероссийской молодежной научной конференции "Геология Западного Забайкалья", Улан-Удэ, 2011; конференции молодых ученых "Современные проблемы геохимии", Иркутск, 2011.

Защищаемые положения.

I. Минеральные ассоциации карбонатитов изученных проявлений формировались в два этапа - магматический и гидротермальный.

II. Следствием постмагматических процессов явились:

а) перекристаллизация карбонатной матрицы, сопровождавшаяся изменением структурно-текстурных особенностей пород; б) растворение и замещение неустойчивых минералов; в) рафинирование минералов от примесей и переотложение последних в составе новообразований; г) дополнительный привнос гидротермальными растворами таких компонентов как РЗЭ, Мп и Si.

III. Источником гидротерм послужили: 1) продукты магматической дистилляции материнского очага, 2) воды вадозового происхождения.

Объем и структура работы.

Диссертация состоит из 4 глав, введения, заключения и списка литературы. Работа имеет объем 176 машинописных страниц, в том числе 100 рисунков, 79 таблиц. Список литературы состоит из 149 наименований, включая 85 публикаций зарубежных изданий.

Автор выражает глубокую признательность и благодарность научному руководителю к.г.-м.н. Г.С. Рюшу за помощь, советы и долготерпение в проведении исследований и при подготовке работы. Автор искренне благодарен H.H. Егоровой за консультации при проведении петрографического изучения пород и А.Г. Дорошкевич за помощь в термометрических, минералогических и геохимических исследованиях, а также И.А. Избродину и М.О. Рампилову оказавшими содействие при подготовке работы.

Автор признателен к.г.-м.н. Н.С. Карманову и С.В. Канакину за выполнение электронно-микроскопических исследований и высококачественных микрозондовых анализов, а также A.A. Цыреновой, И.В. Боржо-новой, Г.И. Булдаевой, H.JI. Гусевой, Б.Ж. Жалсараеву, Т.И. Казанцевой, JI.A. Левантуевой и В.Ф. Посохову.

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Геологическом институте СО РАН, г. Улан-Удэ при финансовой поддержке грантов РФФИ: 08-05-98028-р-Сибирь-а, 11-0500324; Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых (МК 2873.2010.5), научных школ (НШ-863.2008.5 и НШ-3848.2010.5).

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ

Интерес к исследованию карбонатитов обусловлен тем, что, с одной стороны, изучение этих пород, являющихся производными щелочных ультраосновных и основных комплексов, дает ценную информацию о процессах, происходящих в верхней мантии, о глубинах, условиях зарождения и последующей дифференциации силикатных и карбонатитовых магм, связи их с кимберлитовым магматизмом; с другой стороны, с ними связаны крупные месторождения ниобия, РЗЭ, циркония, железа, апатита, вермикулита и флюорита (Палабора, Ковдор, Аруша, Маунтин Пасс, Амба Донгар).

Понятие о рудных и безрудных карбонатитах ввели A.A. Фролов (1960), JLK. Пожарицкая (1960) и Е.М. Эпштейн (1959), а проблемам ру-доносносги карбонатитов и связи с ними различных типов месторождений посвящены многочисленные публикации (Багдасаров и др., 2001, Woolley, 1989). Список месторождений, связанных с карбонатитами, приведен в монографических работах (Carbonatites, 1989, Карбонатиты, 1969, Багдасаров, 2001,2005).

Формирование рудной минерализации в карбонатитах происходит как на собственно карбонатитовом этапе, так и при постмагматических процессах. При этом редкометалльное оруденение в карбонатитах нередко рассматривается как вторичное, образовавшееся в результате гидро-термально-метасоматических процессов (Капустин, 1971, Самойлов, 1977).

Ю.Л. Капустин (1971) выделил два типа карбонатитов: ранние и поздние, отличающихся комплексом минеральных признаков, составами руд. Образование поздних карбонатитов он связывает с гидротермально-метасоматическими процессами, для которых им дана детальная минералогическая и петрографическая характеристика.

Поздние карбонатиты развиты в Салланлатвийском массиве, а в проявлениях Юго-Восточной Сибири они слагают крупные тела. В Тулинском комплексе, также как и массиве Кандагуба, присутствуют обе группы пород. В последнем поздние карбонатиты преобладают над ранними (Pilipiuk et al., 2001). Поля жил карбонатитов с ториево-редкоземельной минерализацией (близкие к поздним карбонатитам) известны в Фримонт

Каунти, Леми Каунти (Капустин, 1971). Они представлены зонами кар-бонатизации с флюоритом, минералами TR, Th и Ti, развитыми вблизи массивов Айрон-Хил, Магнет-Ков, а единичные жилы известны в проявлениях штатов Колорадо, Аризона, Монтана, Нью-Мехико и Аляска. Флюорит-барит-бастнезит-кальцитовые руды с повышенными концентрациями стронция встречаются на месторождении Маунтин-Пасс, а флюорит-барит-бастнезит-гематитовые руды проявлены в Салмон-Бей. Широко развиты поздние карбонатиты в многочисленных массивах Африки (Спицкоп, Тундулу, Круидфонтейн, Луеш). Редкоземельные флюо-рит-бастнезит-кальцитовые руды с повышенными количествами стронцианита (10-30%) и барита (2-5%) установлены на проявлении Канган-кунде (Южная Африка).

В литературе описано пока еще немного проявлений карбонатитов, на которых детально изучались постмагматические процессы. Они показывают, что на гидротермальной стадии в карбонатитах образуются такие минералы как бастнезит, паризит, синхизит, монацит и анкилит. Эти минералы выполняют трещины или пустоты, ассоциируют с кварцем, флюоритом, баритом, гематитом, сульфидами. Минералы встречаются в виде вкрапленности или поликристаллических агрегатов, замещающих более ранние минералы. На месторождении Тамазет (Марокко) в измененных кальцитах содержание SrO уменьшилось с 2,8 мае. % до 0,5 мае. % и образовались мелкие ксеноморфные зерна стронцианита. Вторичный кальцит здесь слагает прожилки в стронцианите, барите и фторкарбона-тах РЗЭ (Marks et al., 2009). На месторождении Барра до Итапирауа (Бразилия) по (Ruberti et al., 2008) в результате гидротермальных процессов в карбонатитах образовались кварц, барит, флюорит, стронцианит и фтор-карбонаты РЗЭ (паризит, синхизит и бастнезит). Аналогично этому результатом гидротермальных процессов в карбонатитах Тундулу (Малави) явились кварц-баритовые жилы, содержащие паризит, синхизит и бастнезит (Ngwenya, 1994).

Главы 2-3. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ, ГЕОХИМИЧЕСКИЕ И МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЯВЛЕНИЙ КАРБОНАТИТОВ ЗАПАДНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ И ИНДИИ

В главах 2-3 приведены результаты детального изучения минерального состава карбонатитов Западного Забайкалья (Аршанское, Халютин-ское, Южное и Ошурковское проявления) и Индии (проявления Амба Донгар, Хамамбетту и Невания). Описание дано по схеме: 'Теологическое строение участка и петрохимические особенности карбонатитов", "Минеральный состав карбонатитов (минералы магматической стадии и постмагматической стадии)", "Состав стабильных изотопов". Они вюпо-

чают типизацию минералов по способу образования, описание первичных магматических и гидротермальных парагенезисов, в том числе состав минеральных фаз, примесных элементов, изотопные составы С и О, результаты термобарогеохимического изучения препаратов и оценку температур по минеральным и изотопным геотермометрам.

Глава 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

Проведенные исследования позволили выявить главные особенности гидротермальноизмененных карбонатитов, которые явились основой для следующих трех защищаемых положений:

I. Минеральные ассоциации карбонатитов изученных проявлений формировались в два этапа —магматический и гидротермальный.

Магматическая природа как Индийских так и Западно-Забайкальских карбонатитов обоснована в работах многочисленных исследователей (Рипп и др., 2000; Дорошкевич и др., 2004; Doroshkevich et al., 2008; Doroshkevich et al., 2010; Viladkar, 1996; Dar, 1964; Phadke et al., 1968). Свидетельством этому служат форма геологических тел (штоки, дайки и плащеобразные тела), подобных магматическим образованиям, наличие высокотемпературных околоконтактовых процессов (фенитиза-ция, биотитизация), уровень содержаний редких и редкоземельных элементов, бария, стронция подобный карбонатитам других регионов.

На Аршанском и Южном проявлениях результаты термобарогеохимического изучения бастнезита, являющегося ранним минералом, дают температуры, превышающие 520°С (Дорошкевич, 2004). На Халютин-ском и Ошурковском проявлениях в магнетите присутствуют ламелли ильменита, представляющие структуры распада твердого раствора, которые, как известно, возникают при температуре не ниже 550°С.

На проявлении Невания в карбонатитах температура магматического этапа, определенная по апатит-биотитовому термометру (Ludington, 1993), варьирует от 693 до 978°С, по ильменит-магнетитовому термометру в интервале 463°С - 669°С (Powell and Powell, 1977; Spenser and Lind-sley, 1981; Andersen and Lindsley, 1985). На проявлении Хамамбетту образование наиболее высокотемпературного парагенезиса карбонатитов по апатит-биотитовому термометру (Ludington, 1993) происходило при температуре от 790 до 980°С.

Изотопные составы кислорода (SMOW), углерода (PDB) и сульфатной серы (CTD), в магматических минералах изученных проявлений, аналогичен мантийным меткам. В карбонатах Южного, Халютинского, Ошурковского и Аршанского проявлений величина 5|80 лежит в интервале 6-10 %о, 513С -5...-7,4 %о. Значения 5180 в апатите и силикатных ми-

нералах в этих проявлениях варьирует от 3,9 до 7,8 %о, а величины 834S в сульфатах от 10,6 до 13,2 %о.

Температуры рассчитанные по изотопным составам кислорода в сосуществующих первичных минералах для наиболее ранней генерации на Ошурковском проявлении составили 932-946°С, а для собственно карбо-натитового парагенезиса 625°С. На Халютинском проявлении температура образования карбонатитов варьирует от 622°С до 777°С (Дорошкевич и др., 2009).

Гидротермальный этап обосновывается в первую очередь результатами термометрических исследований и характером минеральных выделений. Образовавшиеся на этой стадии минералы, образуют оторочки вокруг магматических: монацит по апатиту (Невания, Хамамбетту), пари-зит по бастнезиту (Южное, Аршанское и Халютинское проявления). Гидротермальные минералы встречаются в виде кальцитовых, стронциани-товых, кварцевых прожилков (все изученные проявления Западного Забайкалья и Амба Донгар, Индия).

По результатам изучения включений во флюоритах из карбонатитов Аршанского проявления температура равна 370-400°С (Дорошкевич, 2004). Вторичные газово-жидкие включения в бастнезитах гомогенизируются при 290-360°С. Во флюоритах низкотемпературной гидротермальной стадии гомогенизация вторичных флюидных включений происходила при 130-170°С. Изучение газово-жидких включений в монаците проявления Хамамбетту, гомогенизировавшихся в интервале 220-290°С, также свидетельствует об их гидротермальной природе.

На месторождении Амба Донгар сформировались калиевые и натриевые метасоматиты. По данным термобарогеохимического изучения образование натриевых фенитов происходило при 420°С, а калиевых при 120°С. Изучением включений во флюорите (Roedder, 1973) установлено, что формирование его происходило из низкосолевых (0,8-1,8 мае. % экв. NaCl), COr-содержащих водных флюидов при температуре 100-150°С.

Среди гидротермалитов часто присутствуют редкоземельные минералы. Источником части РЗЭ явились первичные апатит, бастнезит, монацит. При замещении бастнезита образовались паризит, синхизит, алла-нит. На Амба-Донгар взаимодействие, привнесенных РЗЭ с апатитом, привело к появлению вокруг зерен последнего оторочек флоренсита. Гидротермальное происхождение флоренсита отмечено в карбонатитах Канганкунде (McKie, 1962), а фторкарбонаты редких земель аналогичного происхождения описаны в карбонатитах Канганкунде, Африка (Wall et al., 1996) и Барра до Итапирауа, Бразилия (Ruberti et al., 2008).

В результате гидротермальных процессов происходила трансформация изотопных составов кислорода, углерода, серы, стронция, возникла

их изотопная гетерогенность. В перекристаллизованном кальците величина 5,80 стала подобной значениям характерным для измененных гидротермальными процессами карбонатитов (Santos and Clayton, 1995).

II. Следствием постмагматических процессов явились:

а) перекристаллизация карбонатной матрицы, сопровождавшаяся изменением структурно-текстурных особенностей пород; б) растворение и замещение неустойчивых минералов; в) рафинирование минералов от примесей и переотложение последних в составе новообразований; г) дополнительный привнос гидротермальными растворами таких компонентов как РЗЭ, Мп и Si.

Перекристаллизаиия карбонатной матрииы, сопровождавшаяся изменением структурно-текстурных особенностей пород. В первичных массивных, равномернозернистых и полосчатых породах (рис. 3 а) появляются такситовость, прожилковые, цементные, коррозионные текстуры. Они сопровождаются образованием поздних генераций кальцита, доломита, представленных гнездообразными выделениями, прожилками (рис. ~ " 4 цающих породах.

Растворение и замещение неустойчивых минералов. При воздействии постмагматических растворов многие минералы становятся неустойчивыми, корродируются и замещаются другими минералами. Примером этого может служить бастнезит (рис. 4), который замещается паризитом (Аршанское, Южное, Халютинское проявления).

Рис. 3. Халютинское месторождение: а) полосчатая текстура, Cal - кальцит, Brt - барит; б) гнездообразное выделение поздних стронцианита (Str) и кальцита, в) прожилок позднего кальцита в карбонатите.

20Ôgm............. 1 200ym ; ...... 200um

Рис, 4. Паризит (Prt), развивающийся по бастнезиту (Bastn). а) Аршан, б) Южный, в) Халюта. Ain - алланит, Cal - кальцит, Clt - целестин, Brt - барит, F! -флюорит, Qz - кварц.

На проявлениях Амба Донгар и Невания пирохлор под воздействием гидротермальных растворов превращен в агрегат колумбита и кварца

ÏOOpm 1

Рис. 5. а) Амба Донгар. Псевдоморфоза мелкозернистого кварц-колумбитового (Qz-clmb) агрегата по пирохлору. б) Невания. Псевдоморфное замещение пирохлора (Pel) колумбитом. Ар - апатит, Ank - анкерит, F1 - флюорит, Dol - доломит, Brt - барит.

Более устойчив апатит, но его края нередко корродированы (Амба Донгар, Хамамбетту, Невания). В результате этого содержание стронция и РЗЭ в минерале понижается. На Амба Донгар апатит не только корродирован, но и замещен флоренситом (рис. 8).

Рафинирование минералов от примесей и переотложение компонентов с образованием новых минеральных фаз. Перекристаллизация карбонатитов в результате гидротермальных процессов сопровождалась рафинированием минералов от примесей. В доломите и кальците многих проявлений карбонатитов, изначально содержание SrO составляло не менее 1-2 мае. % (Аршан, Халюта, Невания, Ошурково), достигая иногда более 5 мае. % (Хамамбетту). В перекристаллизованных карбонатах содержание стронция падает до сотых долей % (рис. 6). Вынесенные эле-

менты нередко образуют новые минеральные фазы. Среди последних наиболее распространены кальцит, монацит, алланит, целестин и стронцианит.

На проявлениях Хамамбетту, Аршан, Халюта, Южный, Невания, Амба Донгар, выделившийся стронций зафиксировался в виде новообразований целестина и стронцианита, которые образуют прожилки, вкрапленность и гнездообразные скопления неправильной формы, в том числе во вмещающих породах за пределами карбонатитовых тел.

Кальшгт

ОНцшмемснныс БИзмснснныс

Доломит

Рис. 6. Обобщенная диаграмма соотношения концентраций стронция в магматических (первичных) и гидротермальных карбонатах (количество проб - 140).

Аналогичный процесс отмечен и в апатитах. Изначально содержания стронция и РЗЭ в первичных апатитах достигали нескольких мае. %, а в измененных они понизились до десятых долей мае. % (рис. 7).

Рис. 7. Обобщенная диаграмма соотношения концентраций стронция и РЗЭ в магматическом (первичном) и гвдротермальноизме-ненном апатите из карбонатитов Амба Донгар, Хамамбетту, Нева-нии (количество проб - 60).

3

. Мае. □Неизмененные ■Измененные

1 %

(Н 1

SrO РЗЭ

Миграция редкоземельных элементов из апатита сопровождалась появлением по краям зерен и трещинкам новообразованных монацита, флоренсита (рис. 8). Подобное рафинирование апатита от РЗЭ в результате поздних процессов описано и в других проявлениях карбонатитов. Так, в провинции Слэйв (Канада) перекристаллизация также сопровождалась образованием монацита в апатите (Villeneuve et al., 1998), а на Мушугай-ском месторождении с этим процессом связано появление в карбонатитах агрегатных скоплений перрьерита (Рипп и др., 2005).

Рис. 8. Выделения монацита (Mnz) по периферии зерен апатита (Ар): а) Не-вания, б) Хамамбеггу. в) замещение апатита флоренситом (Fir) на Амба Донгар. Dol - доломит, Cal - кальцит, Clt - целестин.

Дополнительный привнос компонентов гидротермальными растворами. Привнос гидротермальными растворами кремния и алюминия обусловил образование алланита, кварца, флоренсита. Появление среди гид-ротермапитов паризита, синхизита, монацита, барита, стронцианита указывает на повышенную концентрацию в растворах бария, стронция, серы и редкоземельных элементов. Это согласуется с экспериментами Венд-ландта и Харрисона (1979), которые, при изучении системы карбонатито-вый расплав - С02, показали обогащение флюидной фазы редкоземельными элементами.

В растворах содержался также марганец, о чем свидетельствует увеличение содержания этого элемента в гидротермальных минералах (рис. 9), появление его собственных минеральных фаз (голландита).

Рис. 9. Обобщенная диаграмма соотношения концентрации марганца в магматических (первичных) и гидротермальных карбонатах (количество проб - 120).

□Неизмененные ■Измененные

III. Источником гидротерм послужили: 1) продукты магматической дистилляции материнского очага, 2) воды вадозового происхождения.

Анализом изотопных составов кислорода и углерода в карбонатитах проявлений Аршан, Халюта, Ошурково и Южный выявлено существен-

ное отличие первичных и постмагматических минералов. В перекристаллизованных и новообразованных минералах фиксируется изотопная гетерогенность. При этом изотопные составы и тренды их эволюции, в значительной мере, определились источниками гидротерм. В одних случаях получены свидетельства о вовлечении в гидротермальную систему вод вадозового источника, в других - состав обусловлен преобразованиями под действием остаточных постмагматических растворов, выделившихся из материнского очага.

Источником гидротерм послужили продукты магматической дистилляции материнского очага. Считается, что в связи с высокой флюи-донасыщенностью карбонатитовый расплав последовательно переходит в расплав-рассол и затем в гидротермальный раствор (Лапин, 1980). Гидротермы, поступавшие из карбонатитового очага, предполагаются для Ха-лютинского, Ошурковского, Южного проявлений (Дорошкевич и др., 2009). В результате, перекристаллизованные карбонаты обогатились тяжелым кислородом и легким углеродом (рис. 10). Еще более контрастно эта тенденция зафиксировалась в гидротермальных прожилках кальцита и стронцианита (Халютинское проявление). Утяжеление кислорода отмечено и в других минералах, подвергшихся изменению. Оно зафиксировано в мартитизированном магнетите, хлоритизированном флогопите.

8"С, к» PDB

-10

# 1

О 2 -4

□ 3 -6

Я 4 -8

-10

-12

5IJC, %о PDB [РелеевскнП ijkhH|

8"0, %о SMOW

12 16 20 24 Рис. 10. Тренды эволюции изотопных составов С и О в карбонатитах на гидротермальном этапе, а) Халютинское месторождение - неизмененные карбона-титы: кальцит (1) и доломит (2); рекристаллизованный кальцит (3), кальцит и стронцианит из гидротермальных прожилков (4). б) Ошурковский: 3 - неизмененные поздними процессами карбонатиты, 2 - кальциты рекристаллизованных карбонатитов; Южный участки: 3 - неизмененные поздними процессами карбонатиты, 4 - кальциты рекристаллизованных карбонатитов. PIC - поле составов О и С магматических карбонатитов по (Taylor et al., 1967). Светлыми стрелками показаны тренды эволюции изотопного состава кислорода и углерода в карбонатитах по (Demeny, 2004).

Источником гидротерм послужили воды вадозового происхождения. Влияние вадозовых вод отчетливо зафиксировано в карбонатитах Аршанского месторождения. Здесь участие метеорных вод на посткарбо-

натитовом этапе обусловило изотопный сдвиг по кислороду вплоть до отрицательных значений б180 и коррелируется со степенью преобразования минералов. Так, если величина б180 в первичном бастнезите (6%о) ложится в контур мантийного квадрата (рис. 11), то в частично замещенном паризите уменьшилась до +2%о, а в алланите, являющимся конечным продуктом изменения бастнезита и паризита, опустилась до -4,0 %о. Аналогично этому в неизмененном флогопите величина 6180 равна +4,4%о, в его хлоритизированной разности уменьшилась до -0,5%о. Перекристаллизованные и новообразованные фторкарбонаты, кальциты из прожилков обогащены легким кислородом (вплоть до отрицательных значений 6 О). Подобное участие метеорного источника в гидротермальных растворах отмечено в породах комплекса Фен (Andersen, 1987).

Рис. 11. Тренд эволюции изотопных составов С и О в карбонатитах на гидротермальном этапе на Аршан-ском месторождении: 1 -бастнезит магматический, 2 - бастнезит частично замещенный паризитом и алла-нитом, 3 - рекристаллизо-

____:__г__,__^___ ванный кальцит. PIC - поле

10 _6 _2 2 6 10 14 составов О и С магматических карбонатитов по (Taylor et al., 1967). Светлыми стрелками - показаны тренды эволюции изотопного состава кислорода и углерода в карбонатитах по (Demeny, 2004).

Заключение

Проведенные исследования позволяют сделать несколько выводов, касающихся оценки качества рудоносных карбонатитов. Постмагматические процессы в карбонатитах, с одной стороны, обусловливают ухудшение качества руд, с другой - их улучшение.

К числу первых относится:

1. Появление резкой неоднородности в распределении рудных компонентов. Последняя, в значительной мере, определяется характером тектонических нарушений и интенсивностью постмагматических процессов. На Халютинском месторождении этим обусловлены вариации содержаний стронция от десятых долей % до 15-20 мае. % SrO.

2. Ухудшение качества руд в результате замещения технологичных минералов менее технологичными. На Аршанском проявлении главным источником РЗЭ является бастнезит. В результате гидротермальных процессов он замещался паризитом, а затем алланитом. Так как алланит не

ш 1 ♦ 2

О 3

SC, %0 PDB

-2-

| Релеевский тренд]

ниако-Т изменения

-ю-

[метеорной воды) - s

I дегачация|

8'sO, %о SMOW

представляет промышленной значимости, доля извлекаемых редкоземельных элементов уменьшилась примерно на 15 %. При сравнении составов РЗЭ от бастнезита к паризиту и далее к алланиту фиксируется уменьшение роли лантана и увеличение - неодима.

3. Вынос части рудных компонентов за пределы карбонатитовых тел, где они выполняют трещины, пустоты во вмещающих породах (рис. 3). Примером этого служат стронцианитовые прожилки во вмещающих породах Халютинского месторождения и проявления Амба Донгар.

4. Привнос с гидротермальными растворами кремнезема и его неравномерное распределение в карбонатитах. Содержание кварца иногда достигает (как, например на Аршан-Халютинском участке) 30-75 % объема пород.

Со вторыми связано:

1. Превращение некоторых минералов (целестина и барито-целестина) в более технологичные (стронцианит). К этому же приводит рафинирование карбонатов от присутствующего в них стронция, а апатитов от РЗЭ, с выделением таких минеральных фаз как монацит и стронцианит.

2. Привнос гидротермальными растворами дополнительного количества рудных компонентов. Например, в гидротермальноизмененных карбонатитах Амба Донгар, относительно первичных пород, существенно повысилось содержание таких элементов как Ва и РЗЭ.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Бурцева М.В., Виладкар Ш.Г. Гидротермальная редкометалльная и редкоземельная минерализация щелочного карбонатитового комплекса Амба Донгар (Индия) // Материалы Всероссийской конференции с иностранным участием, посвященной 50-летию Сибирского отделения РАН и 80-летию чл.-кор. РАН Федора Петровича Кренделева. Изд-во БНЦ: Улан-Удэ, 2007. С. 44-47.

2. Бурцева М.В., Дорошкевич А.Г. Посткарбонатитовые гидротермальные процессы Аршанского редкоземельного месторождения // Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 50-летию Бурятского ордена Трудового Красного Знамени геологического управления. Изд-во БНЦ: Улан-Удэ, 2007. С. 26-28.

3. Бурцева М.В., Дорошкевич А.Г. Минерально-геохимические особенности Торейской карбонатной жилы // Труды X Международного симпозиума студентов и молодых учёных имени академика М.А. Усова. Изд-во ТПУ: Томск, 2006. С. 75-77.

4. Бурцева М.В., Дорошкевич А.Г. Посткарбонатитовые гидротермальные процессы Аршанского редкоземельного месторождения // Тру-

ды XII международного симпозиума студентов и молодых учёных имени академика М.А. Усова. Изд-во ТПУ: Томск, 2008. С. 159-161.

5. Бурцева М.В. Редкоземельная минерализация в карбонатитах Аршанского месторождения (Западное Забайкалье) // Материалы международной молодежной школы-семинара "Рудоносность ультрамафит-мафитовых и карбонатитовых комплексов складчатых областей". Изд-во БНЦ: Улан-Удэ, 2008. С. 13-16.

6. Бурцева М.В., Дорошкевич А.Г. Первые данные изучения флюидных включений в фенитах щелочно - основного карбонатитового комплекса Амба Донгар, Индия // Материалы XIII всероссийской конференции по термобарогеохимии совместно с IV симпозиумом APIFIS ... 2008. С. 82-84.

7. Бурцева М.В., Дорошкевич А.Г. Устойчивость минералов и подвижность элементов на этапе постмагматического преобразования карбо-натитов // Материалы конференции молодых ученых "Современные проблемы геохимии". Изд-во УРАН Института географии им. В.Б.Сочавы СО РАН: Иркутск, 2009. С. 124-127.

8. Doroshkevich A.G., Viladkar S.G., Ripp G.S., Burtseva M.V. Hydrothermal REE mineralization in the Amba Dongar carbonatite complex, Gujarat, India // The Canadian Mineralogist. 2009. Vol. 7. № 5. P. 1105-1116.

9. Рипп Г.С., Дорошкевич А.Г., Бурцева M.B., Ласточкин Е.И., Ви-ладкар Ш. Эндогенные постмагматические изменения в карбонатитах // Материалы Всероссийской петрографической конференции «Петрология магматических и метаморфических комплексов». ЦНТИ: Томск, 2009. С. 276-281.

10. Бурцева М.В. Гидротермальные процессы в карбонатитах Аршанского месторождения (Западное Забайкалье) // Материалы II Всероссийской молодёжной научной конференции "Минералы: строение, свойства, методы исследования". Миасс: УрО РАН, 2010. С. 106-107.

11. Бурцева М.В. Постмагматическая минерализация в карбонатитах Хамамбетту (Индия) // Материалы XLVIII Международной научной студенческой конференции "Студент и научно-технический прогресс". Новосибирск: Новосиб. гос. ун-т, 2010. С. 67.

12. Бурцева М.В., Дорошкевич А.Г., Рипп Г.С., Виладкар Ш. Эндогенные постмагматические изменения в карбонатитах // Тезисы докладов XI Всероссийского петрографического совещания с участием зарубежных ученых "Магматизм и метаморфизм в истории Земли". Екатеринбург: Институт геологии и геохимии УрО РАН, 2010. Т.1. С. 92-93.

13. Бурцева М.В. Гидротермальная минерализация в редкоземельных карбонатитах Аршанского месторождения (Западное Забайкалье) //

Геология, поиски и разведка рудных месторождений. Известия Сибирского отделения секции наук о Земле РАЕН. 2010. № 1(36). С. 34-40.

14. Burtseva M.V., Doroshkevich A.G., Ripp G.S. Endogenic carbonate mineralization in the area of Oshurkovski massif // Geochemistry of magmatic rocks-2010. Abstracts of XXVII International conference School «Geochemistry of Alkaline rocks». Moscow-Koktebei', 2010. P. 32-33.

15. Бурцева M.B., Дорошкевич А.Г., Рипп Г.С. Гидротермальная минерализация в карбонатитах Хамамбетту (Индия) // Тезисы докладов V Сибирской конференции молодых ученых по наукам о Земле. Новосибирск, 2010.

16. Бурцева М.В., Рипп Г.С., Дорошкевич А.Г., Канакин С.В. Редкоземельные минералы в карбонатитах Юго-Западного Забайкалья // Материалы всероссийской молодежной научной конференции "Геология Западного Забайкалья". Улан-Удэ: Изд-во Бурятского госуниверситета, 2011. С.17-21.

17. Бурцева М.В., Дорошкевич А.Г., Рипп Г.С. Геохимические особенности пород Ошурковского габбро-сиенитового массива И Материалы конференции молодых ученых "Современные проблемы геохимии". Изд-во Института географии им. В.Б.Сочавы СО РАН: Иркутск, 2011. С. 4549.

18. Burtseva M.V., Ripp G.S., Doroshkevich A.G., Viladkar S.G., Ram-mohan V. Features of mineral composition of the Khamambettu carbonatites (India) // Canadian Mineralogist in press).

Подписано в печать 19.01.2012 г. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Объем 1,2 печ. л. Тираж 120. Заказ № 7.

Отпечатано в типографии Изд-ва БНЦ СО РАН. 670047 г. Улан-Удэ ул. Сахьяновой, 6.

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Бурцева, Мария Владимировна, Улан-Удэ

61 12-4/73

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РАН

На правах рукописи

БУРЦЕВА Мария Владимировна

Гидротермальное минералообразование в карбонатитах Западного Забайкалья и Индии

25.00.11 - геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения

Научный руководитель: к.г.-м.н. Рипп Г.С.

Улан-Удэ 2012

Содержание Стр.

Список сокращений.............................................................................4

Введение..........................................................................................5

Глава 1. Состояние проблемы..............................................................14

Глава 2. Геологическое строение, минералогические и геохимические особенности проявлений карбонатитов Западного Забайкалья

2.1. Аршанское проявление...........................................................21

2.1.1. Геологическое строение участка и петрохимические особенности карбонатитов....................................................................................22

2.1.2. Минеральный состав карбонатитов......................................28

2.1.2.1. Минералы магматической стадии...................................29

2.1.2.2. Минералы постмагматической стадии............................33

2.1.3 Состав стабильных изотопов...............................................41

2.2. Халютинское проявление.........................................................45

2.2.1. Геологическое строение участка и петрохимические особенности карбонатитов....................................................................................46

2.2.2. Минеральный состав карбонатитов......................................52

2.2.2.1. Минералы магматической стадии...................................53

2.2.2.2. Минералы постмагматической стадии............................59

2.2.3 Состав стабильных изотопов................................................62

2.3. Южное проявление.................................................................65

2.3.1. Геологическое строение участка и петрохимические особенности карбонатитов...................................................................................65

2.3.2. Минеральный состав карбонатитов......................................70

2.3.2.1. Минералы магматической стадии...................................70

2.3.2.2. Минералы постмагматической стадии............................75

2.3.3 Состав стабильных изотопов...............................................80

2.4. Ошурковское проявление........................................................83

2.4.1. Геологическое строение участка и петрохимические особенности

карбонатитов....................................................................................83

2.4.2. Минеральный состав карбонатитов......................................88

2.4.2.1. Минералы магматической стадии...................................88

2.4.2.2. Минералы постмагматической стадии............................92

2.4.3 Состав стабильных изотопов...............................................94

Глава 3. Геологическое строение, минералогические и геохимические особенности проявлений карбонатитов Индии

3.1. Проявление Амба Донгар.........................................................97

3.1.1. Геологическое строение участка..........................................98

3.1.2. Метасоматические изменения во вмещающих породах.............99

3.1.3. Минеральный состав карбонатитов....................................102

3.1.3.1. Минералы магматической стадии.................................103

3.1.3.2. Минералы постмагматической стадии...........................106

3.2. Проявление Хамамбетту.........................................................114

3.2.1. Минеральный состав карбонатитов....................................117

3.2.1.1. Минералы магматической стадии.................................118

3.2.1.2. Минералы постмагматической стадии...........................126

3.3. Проявление Невания..............................................................131

3.3.1. Геологическое строение участка.........................................132

3.3.2. Минеральный состав карбонатитов....................................134

3.3.2.1. Минералы магматической стадии.................................134

3.3.2.2. Минералы постмагматической стадии...........................139

Глава 4. Обсуждение результатов исследований

4.1. 1-е защищаемое положение...........................................................145

4.2. 2-е защищаемое положение...........................................................149

4. 3. 3-е защищаемое положение..........................................................154

4.4. Влияние гидротермальных процессов на технологичность рудных тел.. .157

Заключение....................................................................................159

Литература.....................................................................................161

Список сокращений

Ain - алланит

Ашр - амфибол

Ank - анкерит

Ар - апатит

Bastn - бастнезит

Bi - бисмит

Brt - барит

Bt - биотит

Cal - кальцит

СЬ - карбонаты железа

Chi - хлорит

Clt - целестин

Clmb - колумбит

Dol - доломит

Fl - флюорит

Fir - флоренсит

Gn - галенит

Gr - графит

Ilm - ильменит

Mag - магнетит

Mgs - магнезит Mnz - монацит Ol - оливин Pel - пирохлор Ph - фенгит Phi — флогопит Prt — паризит Рх - пироксен Qz - кварц Ret — рихтерит Sd - сидерит Snz - синхизит Spl - шпинель Srp - серпентин Str - стронцианит Thr - торит Thrn - торианит Zrn - циркон

Н.о. - содержания ниже предела обнаружения.

Список сокращений составлен на основе Whitney and Evans (2010).

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследований

Карбонатиты являются одним из основных источников редкоземельных и редких элементов. В них концентрируются ниобий, тантал, цирконий и легкие редкоземельные элементы. Кроме того, в повышенных количествах содержатся уран, торий, стронций, барий, скандий и некоторые другие элементы. Они образуют как самостоятельные соединения, так и изоморфно входят в структуры других минералов. Рудоносность карбонатитов рассмотрена в многочисленных публикациях (Багдасаров, 2001, 2005; Карбонатиты, 1969; Капустин, 1971; Самойлов, 1977; Carbonatites, 1989 и др.). При этом на сегодняшний день наиболее изучены карбонатиты платформ и щитов, меньше внимания уделено проявлениям складчатых областей.

Говоря о повышенной концентрации редких элементов в карбонатитах, следует указать на их неравномерное распределение. В некоторых массивах редкометалльная минерализация отсутствует, в других она сосредоточена только в отдельных участках, в-третьих, установлена лишь спорадическая вкрапленность редкометалльных минералов.

Исследованиями установлено (Mariano, 1989), что часть редкоземельной и редкометалльной минерализации многих карбонатитов является гидротермальной. К числу таких примеров относятся месторождения Канганкунде (Малави) (Ngwenya, 1994; Wall & Mariano, 1996), Барра до Итапирауйа (Бразилия) (Andrade et el., 1999), Карасуг (Никифоров и др., 2006), Вуориярви (Булах и др., 1961), Себльяврское (Булах и др., 1998) и некоторые Хибинские (Zaitsev , 1996; Zaitsev et el., 1998).

На территории Западного Забайкалья в последние годы установлена карбонатитоносная провинция, сформировавшаяся в этап позднемезозойского внутриконтинентального рифтогенеза (Рипп и др., 2000). В этот период в регионе отмечается вспышка щелочно-основного вулканизма, подтверждающая правомерность выделения позднемезозойского этапа тектонической и магматической активности. Карбонатиты в ее пределах характеризуются

повышенными (до промышленных) содержаниями РЗЭ (Аршанское), стронция (Халютинское). После магматической стадии формирования карбонатиты были подвержены гидротермальным изменениям. А так как проблема преобразования рудоносных карбонатитов в связи с гидротермальными изменениями в известной нам литературе освещена еще недостаточно, то эти проявления послужили объектами специальных исследований. В целях оценки роли гидротермальных процессов в преобразовании карбонатитов нами проведено также изучение других проявлений Западного Забайкалья (Ошурковское, Южное), а также Индии, которые, в отличие от Западно-Забайкальских проявлений, сформировались в платформенных условиях. Образцы этих пород нам любезно были предоставлены доктором Ш. Виладкаром (Центр исследований карбонатитов, Индия). Результатом совместных исследований стали публикации по проявлениям Амба Донгар и Аршанскому (Canadian Mineralogist, 2009; Известия Сибирского отделения секции наук о Земле РАЕН, 2010), Невании (Mineralogy and Petrology, 2010) и Хамамбетту (Canadian Mineralogist, в печати).

Объекты исследования

Исследования были проведены на проявлениях карбонатитов Западного Забайкалья (Аршанское, Халютинское, Южное, Ошурковское) и Индии (Амба Донгар, Хамамбетту, Невания). Расположение изученных проявлений показано на рисунке 1.

Рис. 1. Участки расположения карбонатитов: а) Западное Забайкалье: 1 - Ошурковский, 2 - Хашотинский, 3 - Аршанский. 4 - Южный; б) Индия: Невания. Амба Донгар, Хамамбетту.

а

\ \ Индия//

Состав большей части изученных проявлений соответствует кальцитовым карбонатитам и только некоторые из них ложатся в поле магнезиокарбонатитов (Невания и часть Халютинских) (рис. 2).

Рис. 2. Диаграмма составов (мае. %) карбопатитов. Проявления: 1 - Аршанское, 2 -Халютинское, 3 - Южное. 4 - Ошурковское, 5 - Амба Донгар по (У11а§каг, 1996), 6 -Невания по (УПаукаг. 1998). 7 - Хамамбетту.

Цель и задачи исследований Целью исследований была оценка роли постмагматических процессов в распределении рудных компонентов в карбонатитах.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Изучение минерального, химического и изотопного состава неизмененных и измененных карбонатитов.

2. Оценка РТ-условий постмагматических процессов в карбонатитах по данным изучения минеральных парагенезисов, геотермометров и термобарогеохимического исследования включений в минералах.

3. Установление закономерностей трансформации рудной минерализации в результате наложения гидротермальных процессов на карбонатиты.

СаО

¥ 1

MgO

РеО+МпО

Научная новизна работы

1) Получены новые данные по минералогии, геохимии гидротермальноизмененных карбонатитов Западного Забайкалья и Индии, проведено их сопоставление.

2) Выявлена направленность процессов преобразования в них минералов на постмагматическом этапе. Установлено, что в связи с гидротермальными процессами происходили: перекристаллизация пород, замещение минералов, рафинирование минералов от примесей и переотложение последних с образованием новых минеральных видов, привнос гидротермальными растворами кремнезема, марганца и редкоземельных элементов.

3) Определены РТ условия постмагматических процессов в карбонатитах.

4) Выявлено, что источниками гидротерм послужили: а) флюиды, выделившиеся при магматической дистилляции материнского очага, б) вовлеченные в гидротермальный процесс вадозовые воды.

Практическая значимость

Установленные закономерности трансформации рудного вещества на постмагматической стадии вызывают необходимость учета влияния таких процессов при определении природы рудной минерализации, перспективности карбонатитовых проявлений и оценке технологических свойств карбонатитов.

Защищаемые положения

1. Минеральные ассоциации карбонатитов изученных проявлений формировались в два этапа - магматический и гидротермальный.

2. Следствием постмагматических процессов явились:

а) Перекристаллизация карбонатной матрицы, сопровождавшаяся изменением структурно-текстурных особенностей пород.

б) Растворение и замещение неустойчивых минералов.

в) Рафинирование минералов от примесей и переотложение последних в составе новообразований.

г) Дополнительный привнос гидротермальными растворами таких компонентов как РЗЭ, Мп и Si.

3. Источником гидротерм послужили: 1) продукты магматической дистилляции материнского очага, 2) воды вадозового происхождения.

Фактический материал и методы исследований

В основу работы положены данные, полученные автором при проведении работ на проявлениях Юго-Западного Забайкалья в период 2006-2011 г, материалы лаборатории Магматического рудообразования Геологического Института СО РАН, а также пробы и образцы из проявлений карбонатитов Индии, предоставленные сотрудником Центра исследований карбонатитов, доктором Виладкаром Ш. Исследования проводились по плановым темам лаборатории. Они включали петрохимическое, минералогическое, геохимическое (в том числе изотопное), термогеохимическое изучение пород.

При проведении анализа химического состава пород были использованы следующие методы: фотометрический, атомно-абсорбционный, потенциометрический и пламенно-фотометрический. Измерительные приборы: атомно-абсорбционный спектрофотометр AAS-№1 (Германия), спектрофотометр СФ-46 (Россия), иономер Анион - 4100. (аналитики Г.И. Булдаева, И.В. Боржонова, Э.М. Татьянкина). Содержания элементов-примесей определены ICP-MS (Иркутск, Институт геохимии СО РАН) и рентгено-флюоресцентным методом (VRA-30, Карл Цейс Иена, Германия) (Б.Ж. Жалсараев), редкоземельных элементов спектральным с предварительным химическим обогащением (спектрограф ДСФ-13 с решеткой 1200 штр/мм, Россия, Микроденситометр 100, Германия) (Т.И. Казанцева, JI.A. Левантуева) и ICP-MS (Иркутск, Институт геохимии СО РАН). Состав минералов определен на модернизированном рентгеновском микроанализаторе МАР-3 (C.B. Канакин). В зависимости от состава минералов съемки проводились при 15-20 kV, ускоряющем напряжении токе зонда от 20 до 40 нА, времени измерения 20 сек и диаметре зонда 2-3 мкм. С целью получения более достоверного состава

минералов, как правило, анализ проводился в нескольких точках. Микроструктурные особенности, взаимоотношения и однородность состава минералов изучались на электронном микроскопе LEO-1430 с энергодисперсионным спектрометром Inca Energy-300 (Н.С. Карманов).

Изотопному изучению были подвергнуты карбонатиты, гидротермалиты. Изотопные составы кислорода и углерода в карбонатных, кислорода в силикатных и серы в сульфатных минералах, определены в лаборатории стабильных изотопов Аналитического Центра ДВО РАН на прецизионных масс-спектрометрах Finigan МАТ-252 и 253. Погрешность анализов не превышала для оксидов ±0,05, для карбонатов ±0,02, для сульфатов ±0,01. Методика пробоподготовки и анализа приведена в работе (Игнатьев и др., 2005).

Rb-Sr изохронный возраст карбонатитов и изотопные отношения стронция в безрубидиевых минералах определены В.Ф. Посоховым на масс-спектрометре МИ-1201 (ГИН СО РАН) и Finigan МАТ (Байкальский аналитический центр коллективного пользования, г. Иркутск) и Институте геологии и геохронологии РАН (г. Санкт-Петербург) (аналитик В.М. Саватенков). В первом случае изотопный состав Sr и его концентрации устанавливались методом двойного изотопного разбавления, а содержание Rb - простым изотопным разбавлением. Для контроля измерений изотопного состава Sr использовался стандарт ВНИИМ и NBS-987 по которому получены отношения 87Sr/86Sr = 0,70798+0,00008 и 0,71026+0,00001 во время проведения данной работы. Погрешности определения отношений 87Sr/86Sr и 87Rb/86Sr с учетом параллельных измерений составили не более 0.05 и 1% (2а) соответственно. Расчет возраста выполнялся по общепринятой программе ISOPLOT. Ввиду низких Rb/Sr отношений для большинства валовых проб, использовали определение возраста по схеме вал-минерал.

U-Pb возраст карбонатитов определен по циркону (SHRIMP II) в ЦИИ ВСЕГЕИ (аналитик А.Н. Ларионов). Зерна минералов вместе с Geostandarts zircon 91500 с принятым возрастом 1065 млн. (Wiedenbeck et al., 1995) были

имплантированы в эпоксидную смолу и затем отполированы. Для выбора участков датирования на поверхности зерен использовали оптические и катодолюминесцентные изображения, отражающие внутреннюю структуру минералов. Технология измерения U-Pb отношений и расчеты возраста описаны в статье (Ронкин и др., 2005).

Изучение включений в минералах проведено в 10 полированных пластинах толщиной до 0,3 мм оптическими и термобарогеохимическими методами. При визуально-микроскопическом изучении препаратов основное внимание уделялось определению пространственного положения включений. Для исследования был использован пироксен и кварц из фенитов, монацит из карбонатитов. Для проведения термометрических опытов с включениями использовался микроскоп Olympus ВХ51 с высокотемпературной камерой "Lincam 1500". Скорость нагревания образцов варьировала в среднем 15°С/мин.

За время работы было просмотрено более 50 прозрачных шлифов, выполнено свыше 1000 микрозондовых и электронномикроскопических анализов. Использовано 115 анализов стабильных изотопов, свыше 100 химических анализов макрокомпонентов, 60 анализов микрокомпонентов. Fe3+ и Fe24" в минералах рассчитаны методом, описанным в работе (Brod et al., 2001; Robinson et al., 1982).

Оценка температур образования по апатит-флогопитовому термометру дана по (Ludington, 1993). Изотопно-кислородные температуры для пар сосуществующих (равновесных) минералов были определены по формуле: 1000

/■ л

In а = А х 10 /Т (К), где 1000 In а = разность изотопного состава кислорода, А = коэффициент фракционирования для пар минералов, Т2 = температура по Кельвину (Chacko et al., 2001). Температура и фугитивность кислорода для пары ильменит-магнетит вычислены с использованием программы ILMAT-1.20 (Powell & Powell, 1977; Spenser & Lindsley, 1981; Andersen & Lindsley, 1985).

Публикации и апробация работы

Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 18 работах: в 3 статьях (одна в печати) и 15 тезисах докладов. Основные положения работы докладывались на научных совещаниях и конференциях: X Международном Симпозиуме имени академика М.А. Усова студентов и молодых ученых "Проблемы геологии и освоения недр", г. Томск, 2006; конференции посвященной 50-летию Сибирского отделения РАН и 80-летию чл.-кор. РАН Ф.П. Кренделева, "Геохимия и рудообразование радиоактивных, благородных и редких металлов в эндогенных и экзогенных процессах", г. Улан-Удэ, 2007; Международной научно-практической конференции, посвященной 50-летию Б�