Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Вещественный состав и условия образования позднемезозойских редкоземельных карбонатитов Западного Забайкалья

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

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Дорошкевич, Анна Геннадьевна

Введение.

1 Состояние проблемы.

2 Геологическое строение, минералогические и геохимические особенности проявлений карбонатитов.

2.1 Аршанское проявление.

2.1.1 геологическое строение участка.2.

2.1.2 карбонатиты.

2.1.2.1. форма тел и структурно-текстурные особенности.

2.1.2.2. минеральный состав.

2.1.2.3. геохимические особенности.

2.1.3 Результаты термобарогеохимического изучения.

2.2 Южное проявление.

2.2.1 геологическое строение участка.6:

2.2.2 карбонатиты.

2.2.2.1. форма тел и структурно-текстурные особенности.

2.2.2.2. минеральный состав.

2.2.2.3. геохимические особенности.

2.2.3 Результаты термобарогеохимического изучения.

2.3. Улан-Удэнский участок.12:

3 Условия образования редкоземельных карбонатитов.

4 Типизация промышленных и перспективных месторождений редкоземельных карбонатитов

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Вещественный состав и условия образования позднемезозойских редкоземельных карбонатитов Западного Забайкалья"

Актуальность исследований

Проблема генезиса карбонатитовых комплексов в течение нескольких десятилетий привлекает пристальное внимание отечественных и зарубежных исследователей. И хотя к настоящему времени накоплен большой объем информации, касающейся петрологии, минералогии и геохимии этих пород из различных регионов мира, проведены экспериментальные исследования, однако еще далеко не все проблемы карбонатитов в полной мере изучены.

- Не может считаться полной информация о вещественных особенностях и условиях образования редкоземельных карбонатитов, ассоциирующих с щелочно-основными породами калиевой специализации. К таким комплексам относятся, например, Маунтин-Пасс, Мушугай-Худук, Баян-Обо, Кайзерштуль и др., генезис которых далеко не ясен.

- Немногочисленны данные по изучению состава и эволюции магм (расплавных включений) калиевых щелочных карбонатитовых комплексов. Этой проблеме посвящены работы ряда отечественных исследователей (И.П. Соловова, Л.И. Панина, И.А. Андреева, В.Б. Наумов). Поэтому изучение состава расплавных включений в редкоземельных карбонатитах Западного Забайкалья, как и в карбонатитах других типов, является несомненно актуальным.

- Формирование карбонатитов Западного Забайкалья происходило в обстановке высокой фугитивности кислорода. Свидетельством существования окислительных условий при их кристаллизации, в частности, является присутствие в породах сульфатных фаз. Выявление окислительно-восстановительных условий представляет одну из важнейших задач петрологии карбонатитов.

Перечисленные положения явились основанием для постановки исследований, направленных на проведение минералогических, петрографических, геохимических, термобарогеохимических работ, сбор, обработку и обобщение информации о генезисе редкоземельных карбонатитов Западного Забайкалья и цругих регионов.

Объект исследования

Исследования проведены на проявлениях редкоземельных карбонатитов Западного Забайкалья (Южное, Аршанское), которые включены в состав халютинского позднемезозойского щелочно-основного карбонатитового комплекса (Рипп и др., в печати), положенного в основу в 2001 году Легенды Государственной геологической карты М 1:200000. Они одновременно представляют практический интерес в качестве источников редкоземельных руд.

Цель и задачи исследований

Основной целью исследований являлось выявление на основании детального минералогического, геохимического и термобарогеохимического изучения условий формирования редкоземельных карбонатитов Западного Забайкалья.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1 Изучить геологическое строение площади проявлений карбонатитов.

2 Определить минеральный и химический состав, геохимические, в том числе и изотопные особенности, карбонатитов, ассоциирующих с ними силикатных магматических пород, различных типов метасоматически измененных пород и гидротермалитов.

3 Выявить состав первичных включений и РТ-условия формирования карбонатитов методами термобарогеохимии и по данным изучения включений в минералах.

4 Установить последовательность образования минеральных парагенезисов карбонатитов, метасоматитов и гидротермалитов и их состав, проследить эволюцию карбонатитовой системы и оценить условия формирования пород.

Научная новизна работы

1 В формировании редкоземельных карбонатитов на магматической стадии важная роль принадлежала растворимым сульфатам натрия и калия. В магматическом расплаве в составе солевой фазы участвовали также сульфаты кальция, бария и стронция.

2 Термометрические исследования первичных солевых включений в минералах из карбонатитов свидетельствуют о магматической природе редкоземельных карбонатитов Западного Забайкалья, и в том числе бастнезитов, слагающих фенокристы.

3 Свидетельства активного участия сульфатной серы в формировании пород от магматической до гидротермальной стадий позволяют ставить вопрос о существовании сульфатного подтипа в редкоземельном типе карбонатитов.

4 Получены данные о генетических особенностях образования редкоземельных карбонатитов в условиях высокого потенциала кислорода.

Практическая значимость

Результаты проведенных исследований положены в качестве материалов для выделения и включения в Легенду Государственных геологических карт России нового для региона щелочно-основного карбонатитового комплекса.

Обоснованы общегеологические, минералогические и геохимические поисковые признаки и критерии редкоземельного оруденения, связанного с карбонатитами. Результаты вещественно-минералогических исследований представляют основу для оценки технологических свойств редкоземельных руд.

Установлено, что причиной распространения сульфатных вод в прибортовых участках Оронгойской впадины являются карбонатиты, что имеет важное значение для оценки природного загрязнения подземных вод.

Защищаемые положения

Проведенные исследования позволили сформулировать наиболее важные факторы формирования позднемезозойских редкоземельных карбонатитов Западного Забайкалья, которые представляются в качестве защищаемых положений:

1 Эндогенные карбонатные породы Аршанского и Южного проявлений имеют магматическое происхождение, которые на постмагматической стадии в результате высокого содержания флюидной фазы претерпели метасоматические преобразования. Состав их обусловлен совокупностью минералов собственно карбонатитового парагенезиса, ассоциациями более поздних гидротермальных процессов и присутствием дезинтегрированных литокластов вмещающих пород.

2 Карбонатиты сформировались при высоком потенциале кислорода.

3 Формирование карбонатитов помимо углекислоты и воды контролировалось сульфатной серой, водорастворимыми соединениями щелочей и фтором

Фактический материал и методы исследований В основу работы положен материал, полученный автором при проведении работ в период 1998-2002 гг. по плановым темам лабораторий гидротермально-метасоматического и магматического рудообразования Геологического Института СО РАН, по проекту РФФИ 99-05-64435 - «Условия образования карбонатитов щелочно-основных комплексов Западного Забайкалья (происхождение, эволюция, источники вещества), по гранту Правительства Бурятии - «Изучение геологических особенностей и условий образования карбонатитов с целью обоснования рациональной методики их поисков и оценки на территории Юго-Западного Забайкалья» и по договору с Главным управлением природных ресурсов по Республике Бурятия по теме № 510 «Перспективная оценка редкоземельного оруденения Бурятии». Они включали полевые и лабораторные исследования. Были изучены карбонатиты, а также ассоциирующие с ними щелочные метасоматиты, гидротермалиты, вмещающие породы на участках Южный, Аршан и Улан-Удэнский.

Анализ химического состава пород и ряда минералов был проведен атомно-абсорбционным методом и методом «мокрой химии» А.А Цыреновой, И. В. Боржоновой, Г.И. Булдаевой, H.JI. Гусевой, редкие и рудные элементы проанализированы рентгено-флоресцентным Б.Ж. Жалсараевым, а редкоземельные - химико-спектральным методом Т.И. Казанцевой и JI.A. Левантуевой. Химический состав минералов проанализирован Н.С. Кармановым и C.B. Канакиным на модернизированном микроанализаторе МАР-3, при ускоряющем напряжении 20 кВ, токе зонда 40 нА, времени измерения 10 сек и диаметре зонда 2-3 мкм. Для повышения достоверности анализа в окрестностях каждой точки проводилось по несколько параллельных замеров. При этом анализ состава редкоземельных и редкометальных минералов проводился по специально отработанной в лаборатории микроанализа Геологического института СО РАН и апробированной методике (Карманов и др., 2001). Рентгеноструктурный анализ минералов проведен A.M. Огурцовым на аппарате ДРОН-3. Изотопный состав стронция в безрубидиевых минералах и изохронный рубидий-стронциевый возраст карбонатитов определен В.Ф. Посоховым на масс-спектрометре МИ-1201Т, а состав кислорода и углерода в карбонатах, серы в сульфатах - в лабораториях изотопных исследований ОИГГиМ СО РАН (г. Новосибирск), ТО ИГИМС (г. Томск).

В работе термин редкоземельные элементы (РЗЭ, TR, REE) и граница между легкими и тяжелыми лантаноидами (TRCe/TRY) приняты согласно «Геологическому справочнику» (Солодов и др., 1987). Цериевоземельная подгруппа (TRCe) включает La, Се, Рг и Nd, а иттриевоземельная подгруппа TRY -Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu и Y. Нормирование составов РЗЭ к хондриту проводилось согласно Sun and McDonough (1989).

Отнесение минералов к определенному минеральному виду проведено в соответствии с существующими справочниками (Минералы, 1960-1992). Номенклатура слюд соответствует с рекомендациями международной минералогической ассоциации (Номенклатура., 1998). Для большей достоверности диагностики слюд были проведены также химические анализы с определением двух- и трехвалентного железа. Полученные данные использованы для оценки потенциала кислорода. Для классификации амфиболов использованы рекомендации международной комиссии (Номенклатура., 1997). В алланитах, слюдах содержание Fe+2 и Fe+3 оценено при расчете катионно-анионного баланса в кристаллохимических формулах минерала. Валовый состав тройного полевого шпата, определенный химическим анализом был использован как геотермометр, :огласно Н. Неквасил (Nekvasil, 1992).

Работа сопровождалась детальным петрографическим изучением всех типов город. С помощью микрозондового анализа проводилось изучение состава })енокристов биотита, барито-целестина, бастнезита и кальцита для оценки »волюции состава в процессе их роста. Нетрадиционным является изучение »волюции изотопного состава С и О карбонатитов от ранних магматических •тапов до поздних гидротермальных с использованием фенокристаллов, шнералов матрикса, гидротермалитов, а также таких минералов, как бастнезит и паризит. Нетрадиционным является также и получение информации по соотношению изотопных составов стронция в безрубидиевых минералах, включая кальцит, барито-целестин и бастнезит.

Изучение включений в минералах проводилось в полированных пластинах, толщиной до 0,3 мм, оптическими (с увеличением до хЮО) и термометрическими методами. При визуально-микроскопическом исследовании препаратов основное внимание уделялось определению пространственного положения включений разных типов и их локализации относительно элементов огранки минерала-хозяина и полированных поверхностей пластины. Включения, образующие скопления (шлейфы) вдоль случайно ориентированных поверхностей (плоскостей), трассирующих залеченные микротрещины, идентифицировались как вторичные. Единичные включения, не принадлежащие ни к одной из залеченных трещин и удаленные от них на расстояние, многократно превышающее дистанцию между включениями в шлейфе, отнесены к первичным, если они к тому же значительно удалены от поверхностей пластины. При 9 несоблюдении последнего условия происхождение включения считалось невыясненным. Для термометрического изучения включений использована камера с силитовым нагревателем в комплекте с микроскопом МБИ-6, милливольтметром В7-40 и Р^Р^ЕШ термопарой, откалиброванной по точкам плавления шести химически чистых веществ и температуре гомогенизации двух флюидных включений, синтезированных при известных РТ-параметрах. Отклонение градуировочной кривой от экспериментальных точек не превышает 4°С. Скорость нагревания образцов варьировала, в среднем до 5°С/мин, проводились также эксперименты со скоростью 5-10°С/час. Химический анализ состава твердых фаз производился с помощью микроанализатора МАР-3, при ускоряющем напряжении 20 кВ и токе зонда 40нА.

За время работы было просмотрено 85 прозрачных шлифов, 25 полированных хпастин, 5 ак/шлифов, проведено 50 термометрических экспериментов, зыполнено 280 микрозондовых анализов, включая исследование твердых фаз во включениях, пройдено 4 профиля по минералам. В работе использовано 25 шализов стабильных изотопов, 82 химических анализа макрокомпонентов, 75 анализов микрокомпонентов и 20 анализов химико-спектрального определения редкоземельных элементов в силикатных и карбонатных породах, 5 рентгеноструктурных определений, 1 дериватограмма.

Апробация работы

Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в одной монографии, 25 статьях и тезисах докладов. Основные положения работы докладывались на научных совещаниях и конференциях: «Щелочной магматизм Земли», Москва, 2000 и 2002 гг.; 31-ом Международном геологическом конгрессе, Рио-де-Жанейро, 2000 г.; школе-семинаре на НИС «Академик Йоффе», 2000 г.; научно-практической конференции «Эколого-безопасные технологии освоения недр Байкальского региона: современное состояние и перспективы», Улан-Удэ 2000; ежегодных научных конференциях Геологического Института СО РАН, Улан-Удэ, 2000, 2001, 2002.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из 5 глав, Введения, Заключения, списка литературы. Работа имеет объем в количестве 175 машинописных страниц, в том числе 86 рисунков, 53 таблицы. Список литературы содержит 133 наименования.

Автор выражает искреннюю признательность и благодарность научному руководителю к.г.-м.н. Г.С. Риппу за постоянное внимание и помощь в проведении исследований, советы и многочисленные дискуссии при подготовке диссертации. Автор считает своим приятным долгом поблагодарить д.г.-м.н. Ф.Г. Рейфа за помощь в проведении термобарометрических исследований и анализе полученных данных, H.H. Егорову за помощь в петрографических исследованиях и участие в обсуждении результатов.

Особую признательность автор выражает к.г.-м.н. Н.С Карманову и C.B. ЕСанакину за выполнение высококачественных микрозондовых анализов. Автор элагодарен А. А. Цыреновой, И. В. Боржоновой, Г. И. Булдаевой, Н. Л. Гусевой,

1 Состояние проблемы

В настоящее время принято, что к карбонатитам следует относить только магматические (интрузивные, эффузивные) горные породы, имеющие в своем составе не менее 50 процентов карбонатных минералов (Классификация., 1997). С середины 50-х годов, в связи с еще недостаточной изученностью карбонатитов, многими специалистами в области щелочного петрогенезиса (J1.C. Бородин, А.Г. Булах, А.И. Гинзбург, A.A. Фролов, А.А Кухаренко, М.П. Орлова, B.C. Самойлов, JI.K. Пожарицкая и другие) высказывалось мнение о преобладающей роли гидротермально-метасоматических процессов при образовании карбонатитовых тел. К карбонатитам относили эндогенные карбонатные породы, генетически и пространственно связанные только с ультраосновными щелочными комплексами и содержащие характерный набор акцессорных второстепенных и породообразующих минералов. В настоящее время возникновение карбонатитов (Gittins, 1989; Wyllie, 1998; Gibson, 2000) связывают, во-первых, с возможностью выплавления в мантии карбонатитовых расплавов, во вторых, - со способностью первичных силикатных магм в процессе эволюции отщеплять карбонатитовую жидкость путем ликвации или фракционной кристаллизации.

Генезис карбонатных пород одного из объектов наших исследований (Аршанское проявление) неоднократно изучался К. Б. Булнаевым (1985, 1995, 1997, 2001). Образование их во всех его публикациях рассматривалось как гидротермальное.

Неординарность карбонатитов, и в том числе редкоземельных Западного Забайкалья, определяется ассоциацией их с щелочно-основными породами повышенной калиевости, высоким содержанием сульфатной серы и щелочей, формированием в субвулканических и аэральных условиях, кристаллизацией бастнезита на магматической стадии. В сравнении с другими типами количество редкоземельных карбонатитов составляет лишь незначительную часть известных в мире.

Установлено, что карбонатиты генетически связаны со специфической серией силикатных пород. Основная масса их ассоциирует с комплексами ультраосновных щелочных пород натровой специализации. Карбонатиты, ассоциирующие с комплексами основных щелочных пород калиевой и калиево-натриевой серий, к которым относятся и проявления Западного Забайкалья более редки и менее изучены. Согласно Н.В. Владыкину (1997) особенностью карбонатитов калиевой серии, в отличие от натриевой, является их специализация на редкие земли, барий, стронций и фтор. В отдельных комплексах ассоциация карбонатитов и силикатных пород проявляется в более или менее редуцированном виде, а некоторые проявления характеризуются полным отсутствием ассоциирующих интрузивных силикатных пород.

Одной из особенностей вещественного состава карбонатитов является свойство концентрации редких элементов в акцессорных минералах. Изобилие РЗЭ часто приводит к формированию редкоземельных минералов в количествах, представляющих промышленное значение. Примером редкоземельных месторождений, связанных с карбонатитами, являются Маунтин-Пасс (Калифорния) и Баян Обо (Внутренняя Монголия, Китай). Подсчитанное А.Р. Вуллеем и Д.Р.С. Кемпом (Woolley, Kempe, 1989) среднее содержание РЗЭ для кальцио-, магнезио-, феррокарбонатитов составляет 0,37 мае. %, 0,42 мае. % и 1 мае %, соответственно. В то же время термин «редкоземельные карбонатиты» точно не определен, но считается, что породы, отвечающие этому понятию, должны содержать весовые проценты РЗЭ, а также собственные редкоземельные минералы.

В карбонатитах редкоземельные элементы концентрируются в трех группах минералов: оксидах (пирохлор, перовскит), фосфатах (апатит, монацит), карбонатах (бастнезит, паризит, синхизит). Д.Д. Хогарт (Hogarth, 1989) привел перечень 27 редкоземельных минералов из карбонатитов (без месторождения Баян Обо), этот список расширен П. Байлиссом и A.A. Левинсоном (Bayliss, Levinson, 1988) и дополняется постоянно новыми минералами.

Редкоземельная минерализация формируется как на магматической (собственно карбонатитовой), так и на гидротермальной стадиях. Известны также промышленные концентрации редких земель, сформированные в корах выветривания по карбонатитам. Гидротермальная редкоземельная минерализация формируется как внутри пород карбонатитовых комплексов, так и выходит за их пределы.

Формирование редкоземельных минералов на собственно карбонатитовой стадии, исключая монацит, перовскит и небольшую группу других минералов, явление достаточно редкое. К таким примерам можно отнести месторождения Маунтин Пасс и Канганкунде. Магматическая природа редкоземельных минералов и, в частности, карбонатов в каждом конкретном случае требует серьезных доказательств, так как далеко не все исследователи соглашаются с этим.

А.П. Джонс и П. Дж. Валли (Jones, Wyllie, 1986) провели экспериментальные исследования с искусственным карбонатным расплавом, содержащем в своем составе редкоземельные элементы. Было установлено, что растворение La в искусственных расплавах необыкновенно высокое. При температуре 700°С и повышении отношения СС^НгО, растворимость Ьа(ОН)з поднималась до 40 процентов. При кристаллизации этой системы происходило соосаждение из расплава кальцита и бастнезита.

Многими исследователями (Köster van Gross, Wyllie, 1963; Tuttle, Gittins, 1966; Kjarsgaard, Hamilton, 1988, 1989; Когарко и др., 1992; Lee, Wyllie, 1997; Маракушев и др., 1998; Панина и др., 1999, 2000 и другие) признано, что карбонатитовый расплав отделяется от силикатного процессами ликвации. При магматическом силикатно-карбонатном расслоении редкоземельные элементы обогащают карбонатитовую фракцию с коэффициентом накопления 2.6-3.7 [Романчев, Соколов, 1979). Повышение содержаний РЗЭ в карбонатитовых расплавах, по мнению C.B. Соколова (2001), способствует их обогащению летучими компонентами (С02, F, Cl, Н20), с которыми эти элементы вступают в гесные комплексообразующие связи. В таком случае отделение летучих в самостоятельную фазу, сопровождается переходом в эту же фазу рассеянных в сарбонатитовом расплаве РЗЭ.

В редкоземельных карбонатитах Западного Забайкалья присутствуют участки тороды, состоящие из бастнезита, флюорита и небольших количеств карбоната и 5арита. Состав данной породы приближен к искусственной смеси СаС03

Ca(0H)2-CaF2-BaS04 изученной Ф. Дж. Кельмер (Kuellmer et al., 1966). При экспериментальных исследованиях тройная эвтектика для системы СаС03-Ca(OH)2-CaF2 была достигнута при температуре для системы СаСОз

Ca(0H)2-BaS04 - 637°С, при давлении 500 бар. "Результаты экспериментальных исследований хорошо согласуются с данными, полученными при изучении включений в бастнезите из карбонатита Южного проявления; при этом фтор присутствовал в расплаве с начальных стадий кристаллизации. По данным Б.Н. Рыженко и др. (1999) фтор совместно с кальцием может сосуществовать в растворе, образуя комплексные соединения, и его выпадение в форме флюорита происходит в надкритическом состоянии флюида.

Одной из важнейших задач петрологии является изучение процессов формирования пород в условиях различной фугитивности кислорода. В противоположность сульфидной сере, присутствие сульфатных фаз в магматических породах петрологами объясняется, а экспериментаторами доказывается (Katsura, Nagashima, 1974, Carroll, Rutherford, 1987, Luhr, 1990), как свидетельство существования окислительных условий при кристаллизации расплавов. Магматически образованные соединения серы могут принимать две стабильные валентности, в зависимости от фугитивности кислорода в системе. При восстановительных условиях она осаждается как ион S при окислительных - имеет валентность 6+ и принимает форму сульфат-иона S04

В настоящее время сульфаты установлены в вулканических и интрузивных породах различного состава (Самойлов и др., 1983, Barker, Rutherford, 1996, Рябчиков, 1987). Сульфаты Са, Ва, Sr и щелочей обнаруживаются также в составе расплавных включений щелочных силикатных пород и карбонатитов (Самойлов и др., 1988, Андреева и др., 1994, 1998, Соловова, Рябчиков, 1998, Панина, Усольцева, 1999, 2000; Соколов и др., 1999, Kogarko et al, 2001).

Содержание серы в силикатных магмах экспериментально проверено Т. Катсуро и С. Нагашимо (Katsura, Nagashima 1974). На материале обогащенной серой ангидритсодержащей магмы вулкана Пинатубо была проведена экспериментальная проверка (Baker, Rutherford, 1996) поведения серы в процессе остывания расплава. Результаты её подтвердили участие ангидрита в кристаллизации расплава.

Согласно экспериментальным данным сера в силикатных расплавах образует устойчивые сульфидные и сульфатные комплексы, которые обладают высокой растворимостью при щелочном характере флюидов (Poulson, Ohmoto, 1990; Рябчиков, 1987) или высоком давлении в системе (Luhr, 1990). Растворимость сульфата в окисленных магмах строго зависит от фугитивности кислорода и температуры силикатного расплава (Barker, Rutherford, 1996).

Л.И. Панина и JI.M. Усольцева (2000) высказали предположение о связи процессов щелочного метасоматоза с отделяющимися из расплава сульфатами щелочей, а экспериментальные исследования (Veksler, Keppler, 2000) показали, что флюиды, равновесные с карбонатитовым расплавом, действительно обогащены щелочами. При кристаллизации кальцита, отделенный флюид может трансформироваться в щелочной перенасыщенный карбонатитовый расплав (Cooper et al., 1975). Способствовать перемещению и переотложению водорастворимых щелочных карбонатов могут низкотемпературные v постмагматические циркулирующие воды. Предлагаемый вариант образования метасоматитов может быть привлечен для объяснения этого процесса в карбонатитах Западного Забайкалья. Здесь по данным исследований в расплавных включениях минералов из карбонатитов, сопровождающимися существенно биотитовыми и альбит-биотитовыми метасоматитами, установлены высокие концентрации сульфатов натрия и калия.

В мире известно более 330 проявлений карбонатитов (Woolley, Кешре 1989). Подавляющее большинство их формировалось преимущественно интрузивным способом. Лишь около 40 проявлений имеют эффузивное происхождение. Из них 24 расположено в Африке. А.Р. Вулли и A.A. Краш (Woolley, Church 2000) выделено 2 типа эффузивных карбонатитов. Первый - образует лавовые потоки, ассоциирует с большим объемом силикатных пород и характеризуется этсутствием мантийных ксенолитов. Второй - формирует экструзивные породы, ;лагающие диатремы, содержит мантийные обломки и сопровождается незначительным объемом силикатных пород. В эффузивных карбонатитах нередко встречаются мантийные ксенолиты, не обнаруженные в интрузивных карбонатитах. В подавляющем большинстве обломки имеют угловатую форму, четкие ограничения и различную ориентировку, нередко они несут следы длительного переноса, что вероятно обусловлено абразионными процессами в транспортирующей среде (Егоров, 1990). Диаметр • карбонатитовых диатрем может варьировать от нескольких до 200 метров в поперечнике. Большие диатремы зачастую состоят из нескольких меньших, объединенных диатрем, как это наблюдается на карбонатитовом комплексе Гросс Бруккарос (Kurszlaukis et al, 1998).

Одним из примеров лавовых карбонатитовых потоков является проявление Олдоиньи Ленгаи (Dawson, 1989). Лавы, образовавшиеся в результате извержений 1960-1961 гг. и извергающиеся по сей день, представлены как крайне подвижными потоками, так и вязкими глыбовыми потоками. Температура магмы составляла 500° С. Карбонатитовые лавы перемежаются здесь с силикатными лавами, представленными нефелинитами, фонолитами и меланефелинитами.

Генетические признаки экструзивных карбонатитов охарактеризованы в работах Дж. Гиттинса и Б. Яго (Gittins, Jago, 1991) и Д.К. Байлея (Bailey, 1993). Предполагается, что такие карбонатиты представляли собой расплавы, интенсивно выделявшие СО2 и сопровождавшиеся процессами декарбонатизации, оставаясь при этом в жидком (расплавном) состоянии выше солидуса до тех пор, пока не достигали вулканического Р-Т режима. Этими же авторами показано, что даже небольшое содержание фтора определяет возможность существования кальцитового расплава и кристаллизацию карбонатитов при атмосферном давлении. Решающим фактором при формировании экструзивных карбонатитов при давлении близком к атмосферному является их быстрый подъем на поверхность (Bailey, 1995).

Работы П.Дж. Уилли и О.Ф. Таттла (Wyllie, Tuttle, 1960) показали, что искусственные карбонатитовые магмы в отличие от силикатных расплавов

2 3 характеризуются чрезвычайно низкой вязкостью (1,5 (5)х10" до 5 (2,5)х10~ пуаз T)obson et al, 1996)), они весьма подвижны, текучи и легко кристаллизуются, не эбразуя стекол. Плотность карбонатитового расплава согласно экспериментам о

Genge et al., 1995) варьирует в пределах 2000-2900 кг/м при давлении, соответственно, от 0.1 до 10 GPa. Экспериментальные исследования (Bailey, 1993) показали также, что при добавлении флюсовых компонентов снижается ликвидусная и солидусная температура карбонатитов. К числу флюсовых компонентов могут относиться вода (Wyllie, Tuttle, 1960), фтор (Gittins, Tuttle, 1964), а также щелочи натрия и калия (Cooper et al, 1975). Д. Гиттинс и Б. Яго (Gittins, Jago, 1991) определили, что фтор более эффективно влияет на снижение температуры плавления кальцита, чем вода.

Так как карбонатитовые магмы могут растворять значительное количество летучих, то при охлаждении они постепенно переходят во флюидную фазу, обладающую высокой химической активностью. Обилие летучих соединений в карбонатитовой жидкости и возможность их разложения в близповерхностных условиях приводит к тому, что карбонатиты формируются в обстановке повышенного давления СОг и других компонентов, накопление которых часто приводит к формированию диатрем.

При формировании субвулканических комплексов в открытых мантийно-коровых карбонатитовых системах на первое место выступают различия в основности-кислотности редких и рудных элементов, определяющие сродство легколетучих щелочных и щелочноземельных элементов к нейтрализующим их кислотным анионам (Бородин, 1989). Поэтому главными рудообразующими минералами в этих условиях становятся фториды, карбонаты и фосфаты, но только не оксиды. Это приводит к образованию промышленных концентраций флюорита, бастнезита и других редкоземельных карбонатов и фосфатов.

Л.Л. Баркером и М.Дж. Рузерфордом (Barker, Rutñerford, 1996) показано, что при миграции карбонатитовый расплав действует как эффективный накопитель, собирая такие микроэлементы, как стронций, Nb, Ва, легкие редкоземельные элементы, Pb, Th, и U. В то же время Si, Al, Сг, и Ni практически отсутствуют в карбонатитовом расплаве.

Установлено, что карбонатные расплавы, равновесные с лерцолитовой ассоциацией, характеризуются высокой щелочностью. Экспериментальными данными И.Д. Рябчикова с соавторами (Ryabchikov et al., 1982) зафиксировано интенсивное экстрагирование натрия из мантийных минералов при 20-30 кбар. Отмечены (Wallace, Green, 1988) высокие концентрации Na2C03 в карбонатных расплавах, равновесных с оливин-пироксеновым парагенезисом при обычных концентрациях натрия в пироксене. Установлено, что с ростом давления в водно-углекислых флюидах, взаимодействующих с мантийным веществом, резко возрастают содержания калия. Последние данные послужили основанием для выдвижения тезиса о более глубинных источниках калиевых магм по сравнению с магмами, обогащенными натрием.

Фракционирование компонентов и их перераспределение между расплавом и флюидной фазой, а также селективный вынос тех или иных веществ при автометасоматическом и гидротермальном • преобразовании осложняет определение первоначального состава карбонатитовых магм. В этой связи щелочи представляют наибольший интерес, так как они обладают высокой растворимостью и подвижностью во флюидных системах. Существуют различные точки зрения на количество щелочей в исходных карбонатитовых расплавах. По мнению Дж. Гиттинса с соавторами (Gittins et al., 1975), М.Дж. Jle Баса и Дж. А. Аспдена (Le Bas, Aspden, 1981) калий и натрий являются преобладающими во всех карбонатитовых магмах. В то же время, согласно В. Тинг (Ting et al., 1994) существуют расплавы практически свободные от щелочей. В работах C.B. Соколова с соавторами (1999), Б. Бехана и А.Н. Ранкина (Btihn, Rankin, 1999) обсуждается вопрос о содержании щелочей в карбонатитовых магмах. По мнению авторов, несмотря на низкие содержания натрия и калия в валовом составе карбонатитов, исходные магмы были богаче щелочами, значительная часть которых удалялась вместе с флюидной фазой, содержащей Н20, С02, F, Cl, S. В пользу последнего предположения, как считают многие исследователи (Карбонатиты, 1969), свидетельствуют происходившие в недавнем излияния лав щелочных карбонатитов вулкана Олдоиньо Ленгаи и фенитизация, приводящая к возникновению ассоциаций щелочных минералов. По сравнению с карбонатитами содержание щелочей в фенитах возрастает в 5-20 раз (Капустин, 1984). По данным C.B. Соколова с соавторами (1999) натрий количественно превалирует над калием в расплаве, что является характерной геохимической чертой карбонатитов ассоциирующих с ультраосновными породами. По нашим исследованиям, в редкоземельных карбонатитах Западного Забайкалья калий преобладает над натрием в расплаве, что выразилось в формировании биотитовых метасоматитов, собственно биотитов в карбонатитах и составе расплавных включений в карбонатитах.

Заключение Диссертация по теме "Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения", Дорошкевич, Анна Геннадьевна

Выводы

1 Геохимическую и рудную специализацию карбонатитов щелочно-ультраосновных комплексов определяют главным образом ниобий и тантал, карбонатитов щелочно-основных комплексов - редкоземельные элементы, стронций, барий, карбонатитов нефелин-калишпатовых массивов - ниобий, тантал и редкоземельные элементы.

2 Редкоземельные элементы всех трех типов представлены легкими лантаноидами (TRCe/TRY - от 13 до 15). Наибольшая концентрация лантана и церия, и наименьшая - ниобия, самария, европия, гадолиния, отмечается в карбонатитах щелочно-основных комплексов. В направлении от карбонатитов щелочно-основных комплексов, к карбонатитам, связанных с нефелин-калишпатовыми и с ультраосновными породами, происходит уменьшение La/Ce и La/Nd.

3 Редкоземельные элементы концентрируются в фосфатах, фторкарбонатах и карбонатах редких земель, оксидах. Состав редкоземельных элементов в минералах почти исключительно лантан-цериевый.

Фосфаты (монацит, апатит) всех трех типов имеют относительно близкие отношение La/Се и La/Nd.

В карбонатах и фторкарбонатах редких земель (бастнезит, паризит, цебаит, бербанкит, карбоцернаит) отношения La/Ce варьируют в незначительно (в пределах 0.5-0.8). В этих минералах из карбонатитов ультраосновных и нефелин-калишпатовых массивов La/Nd находится в пределах 4-5, а в карбонатитах щелочно-основных комплексов отношение La/Nd значительно ниже (от 1,2 до 3).

4 На ранних стадиях формирования карбонатитов выделяются в основном оксиды, фосфаты, а на заключительных карбонаты редкоземельных элементов. Исключением являются бастнезиты месторождения Маунтин-Пасс и проявлений Западного Забайкалья (Аршанское, Южное), которые формировались на магматической стадии.

5 В карбонатитах щелочно-основных комплексов выделяется три типа редкоземельной минерализации: фосфатный, смешанный фосфатный и фторкарбонатный, и преимущественно фторкарбонатный.

Заключение

На основании проведенных исследований показано, что эндогенные карбонатные породы Аршанского и Южного проявлений имеют магматическое происхождение, которые на постмагматической стадии претерпели гидротермально-метасоматические преобразования. Состав карбонатитов обусловлен совокупностью минералов как собственно карбонатитового парагенезиса, так и присутствием дезинтегрированных литокластов вмещающих пород и ассоциациями более поздних гидротермальных процессов. Формирование карбонатитов происходило при температурах выше 500°С при росте потенциала кислорода от начальных стадий кристаллизации расплава к завершающим. Свидетельством этого является замена магнетита в карбонатитах первой фазы кристаллизации, гематитом и гетитом в более поздней фазе. Высокая активность кислорода подтверждается присутствием исключительно сульфатной формы серы, прослеживающейся от магматической до гидротермальной стадий формирования карбонатитов, широким распространением оксидов железа и высоким содержанием окисного железа в слюдах.

Вследствие высокого содержания флюидной фазы в карбонатитовом расплаве происходила ее сегрегация с образованиями шлиров. Обособление флюидной фазы могло приводить к автономности редкоземельной минерализации от карбонатитовых тел с образованием существенно флюоритовых агрегатов с бастнезитом и альбитом, как это проявлено на Улан-Удэнском участке. Взаимодействие флюидной фазы с вмещающими породами обусловило образование щелочных метасоматитов, широкое развитие околоконтактовой биотитизации, карбонатизации и альбитизации.

В формировании карбонатитов важную роль играла сульфатная сера, которая определила наличие в карбонатитах сульфатов бария и стронция, выделившихся в интервале от начальной стадий кристаллизации расплава до гидротермальной и присутствие сульфатов в составе первичных включений минералов из карбонатитов. Распространенность щелочей в карбонатитовом