ГЕОХИМИЯ, 2015, № 1, с. 3-11
ФРАКЦИОНИРОВАНИЕ ЦИРКОНИЯ В ПИРОКСЕНАХ ЩЕЛОЧНЫХ МАГМ
© 2015 г. Л. Н. Когарко
Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН 119991ГСП-1 Москва, ул. Косыгина, 19 e-mail: kogarko@geokhi.ru Поступила в редакцию 14.05.2014 г. Принята к печати 21.05.2014 г.
Пироксены Ловозерского массива (Кольский полуостров) в значительной степени концентрируют цирконий. Содержание Zr в пироксенах варьирует от 0.01 до 2.3%.
В пироксенах Эвдиалитового комплекса содержание Zr возрастают с увеличением стратиграфической высоты разреза Ловозерской интрузии в то время как в разрезе дифференцированного комплекса концентрации циркония в пироксенах распределяются очень неравномерно. Это связано с различным временем кристаллизации пироксенов и вариациями их щелочности. Распределение циркония в пироксенах Ловозерского массива определяется процессами фракционной кристаллизационной дифференциации.
Впервые определен коэффициент распределения циркония в пироксенах ультращелочной магматической системы на основании равновесия щелочной пироксен-расплав в субабиссальных порфи-ровидных луявритах. Используя эту величину и уравнения равновесной и фракционной кристаллизации построена модель возникновения циркониевых (эвдиалитовых) руд Ловозерского месторождения.
Ключевые слова: щелочной магматизм, Ловозерское месторождение, цирконий, коэффициент распределения циркония.
Б01: 10.7868/80016752515010045
Цирконий — очень ценный металл, потребление которого в промышленности непрерывно растет. Ежегодно добывается и используется более 250 тыс. т. металлического циркония. Свыше 50% мировых запасов этого металла сосредоточено в формациях щелочных пород и около 45% — в экзогенных россыпях циркона. Для циркония установлено около 22 парагенетических типов месторождений: 18 магматических, 1 метаморфо-генный и 3 осадочных. Все без исключения магматические месторождения циркония генетически связаны со щелочным магматизмом. В процессе магматической дифференциации цирконий накапливается на самых поздних стадиях, завершающихся возникновением щелочных пород. Из всех разновидностей щелочных пород формация агпаи-товых нефелиновых сиенитов характеризуется наиболее высоким накоплением циркония, достигающим первых процентов в эвдиалитовых луявритах и эвдиалитовых рудах (эвдиалититах). Потенциальные ресурсы циркония в агпаитовых нефелиновых сиенитах достигают десятков миллионов тонн. В этом типе месторождений заключена главная масса эндогенного циркония. Уникальность и практическая значимость эвдиалито-
вых руд определяется их комплексностью; они являются источником целого ряда других редких элементов в частности редких земель и гафния.
Цирконий является типичным литофильным элементом и входит в решетку исключительно кислородсодержащих минералов. Главными минералами циркония в магматических процессах, имеющими практическое значение, являются циркон, бад-делеит и эвдиалит №15Са6(Ре+2,Мп+2)^г3(81,№) (8125073)(0,0И,И20)3(С1,0И)2. Однако в природе насчитывается около 70 собственных минералов циркония, большинство которых встречается в формациях щелочных пород. В качестве изоморфных примесей цирконий входит в целый ряд породообразующих минералов, замещая титан, ниобий, тантал, редкие земли, железо и кальций благодаря близости размеров ионных радиусов (0.80);
У^ (0.98); Т14 - (0.69); №>8+ (0.72); Та5+ (0.72)). Цирконий может концентрироваться до первых процентов в пирохлоре, колумбите, ксенотиме, насту-ране, мозандрите, мурманит-ломоносовитовой группе, замещая титан, ниобий, иттрий, уран, торий. В ильмените, титаномагнетите, рутиле, титаните концентрации циркония иногда достигают
десятых долей процента. Распределение циркония в силикатных породообразующих минералах из различных типов горных пород определяется концентрациями этого элемента в магматических системах. Согласно литературным данным, величины коэффициентов распределения циркония в равновесиях расплав—кристалл для главных минералов невелики. Однако эти величины значительно выше для темноцветных минералов (слюд, амфиболов, пироксенов) по сравнению с лейкокра-товыми (полевыми шпатами, фельдшпатоидами). Степень замещения цирконием других катионов породообразующих минералов зависит от времени кристаллизации (температурный фактор) и щелочности минералообразующей среды (активности №20, К20). В щелочных магмах, по-видимому, осуществляются замещения типа Zr4+ = №+ + Ре3+, либо ЗМ = 2№+ + Zr4+, где М = Са2+, Бе2+. В щелочных пироксенах и амфиболах агпаитовых нефелиновых сиенитов может содержаться свыше 2 мас. % ZrО2 при обычном уровне в десятые доли процента для щелочных пород нормального ряда. (Когарко и др., 1988).
Главной целью настоящей работы было исследование распределения циркония в пироксенах агпаитовых нефелиновых сиенитов Ловозерского редкометального месторождения с целью оценки фракционирования и накопления циркония вплоть до промышленных масштабов в ходе эволюции щелочной магмы и определения коэффициентов распределения этого элемента в равновесии пироксен-пересыщенный щелочами расплав.
ГЕОЛОГИЯ ЛОВОЗЕРСКОГО ЩЕЛОЧНОГО МАССИВА
Массив расположен в центральной части Кольского полуострова и занимает площадь в 650 км2. Массив залегает среди архейских гранитогнейсов Возраст массива 360 ± 10 млн лет (Kramm and Kog-arko, 1994). Согласно схеме В.И. Герасимовского и др., (1966), Ловозерский щелочной массив сформировался в три главные интрузивные фазы.
Нефелиновые и нозеановые сиениты I фазы встречаются в основном в виде ксенолитов. Дифференцированный комплекс (II интрузивная фаза) представляет собой ритмически слоистую мощную (свыше 2500 м) интрузию, сложенную закономерно чередующимися в вертикальном разрезе пластами нефелиновых сиенитов различного состава — уртитами, фойяитами, луяврита-ми, состоящими в основном из нефелина, калиевого полевого шпата и эгирина. Для этих пород в целом характерно увеличение коэффициента аг-паитности Кагп (средняя величина 1.41) и появление типичных минералов агпаитового парагенезиса: виллиомита, содалита, лампрофиллита, рамзаита и др. Более высокие содержания ZrО2
(до 0.29 мас. %) в породах обусловливают появление на поздних стадиях минералообразования эвдиалита, который, кристаллизовался в интерстициях ранее выделившихся главных породообразующих минералов.
Комплекс эвдиалитовых луявритов (III фаза) — это пластообразная интрузия мощностью до 450— 500 м, прорывающая и перекрывающая породы II фазы. Этот комплекс сложен слаборасслоенной толщей эвдиалитовых луявритов от лейко- до ме-ланократовых, причем в породах верхних частей разреза возрастают содержания темноцветных минералов. Эвдиалитовые луявриты отличаются наиболее высоким К^ — 1.50 и максимальным содержанием Zr02 — 1.36 мае. %, а также ярко выраженным агпаитовым парагенезисом минералов, особенно в верхних горизонтах (мурманит-ломо-носовит, лампрофиллит, рамзаит, ловозерит и др.). Эвдиалит в этих породах становится главным породообразующим минералом и кристаллизуется одновременно с нефелином, эгирином и калиевым полевым пшатом в виде идиоморфных кристаллов. В верхней зоне в виде линз и слоев развиты редкометальные руды-эвдиалититы, состоящие на 85-90% из эвдиалита.
На контакте II и III фаз Ловозерского массива широко развиты порфировидные луявриты, являющиеся эндоконтактовой закалочной фацией комплекса эвдиалитовых луявритов. Нередко порфировидные луявриты встречаются в пределах самого комплекса в виде пластовых и жильных тел. Эти породы характеризуются наличием идио-морфных вкрапленников в основном эгирина, амфибола, калиевого полевого шпата и нефелина В мелкозернистой основной массе присутствуют калиевый полевой шпат, нефелин, эгирин, эвдиалит, лампрофиллит, амфибол, мурманит, лампро-филлит и др. В некоторых участках массива порфи-ровидные луявриты имеют большую мощность, и тогда во вкрапленниках наряду с перечисленными минералами встречаются эвдиалит, мурманит и лампрофиллит.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Для изучения состава пироксенов использовался микрозонд CAMECA 100 и CAMECA 50, в качестве стандартов брали диопсид и авгит, для определения циркония использовали циркон ZrSiO4. Распределение элементов-примесей в пи-роксенах исследовалось методом лазерной абляции MC-ICP-MS на масспектрометре Finnigan Neptune. Для проверки точности определения концентраций редких элементов в пироксенах использовался ионный зонд Cameca IMS-3f института Макса Планка по методу (Shimizu and Hart, 1982; Hellebrand et al., 2002). Источником служили отрицательные ионы кислорода с уско-
рительным напряжением 12.5 кВ и током пучка 6 нА, размер ионного луча 20 мк.
ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЦИРКОНИЯ В ПИРОКСЕНАХ В ПРОЦЕССЕ ЭВОЛЮЦИИ ЩЕЛОЧНОЙ МАГМЫ
Подробное петрографическое описание лово-зерских пород приведено в работах (Власов и др., 1966; Герасимовский и др., 1966; Буссен и Сахаров, 1972), в этой работе будет дана короткая петрографическая характеристика с акцентом на пи-роксены.
Пироксены из нефелиновых сиенитов массива являются главными темноцветными породообразующими фазами. Они присутствуют как в виде отдельных индивидов, так и в агрегатах. Зерна пироксена иногда параллельно ориентированы и придают породе трахитоидную текстуру. Во многих образцах присутствуют скелетные и тонковолокнистые кристаллы, заполняя пространство между нефелином и К-полевым шпатом. Часто кристаллы пироксена имеют четкую зональность с палево-желтой и бесцветной центральной зоной и ярко-зеленой краевой. В обратно-отраженных электронах центральная зона имеет относительно более высокий атомный номер, чем краевая (рис. 1), т.к. отношение Са/Ыа более высокое в центре по сравнению с краями. В фойяитах и уртитах Дифференцированного комплекса большинство кристаллов пироксена ксеноморфны и развиваются в интерстиции, выполняя промежутки между нефелином и полевым шпатом в то время как в луявритах II фазы и Эвдиалитовом комплексе пироксены кристаллизовались на ранних
Рис. 1. Зональность пироксена.
стадиях и образуют хорошо оформленные выделения, являясь кумулятивной минеральной фазой.
Во всех ловозерских породах нефелин и калиевый полево
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.