ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2015, том 463, № 5, с. 592-597
= ГЕОХИМИЯ
УДК 550.4.02
ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ КАРБОНАТИТОВ ФЕННОСКАНДИНАВСКОГО ЩИТА
© 2015 г. Член-корреспондент РАН Ю. Б. Шаповалов, Н. С. Горбачев, А. В. Костюк, Д. М. Султанов
Поступило 25.02.2015 г.
Изучены петрохимические особенности карбонатитов трех формационных типов: 1) ультравысоко-барные гранат-содержащие карбонатиты каледонского покрова (ИНРС), Тромсе, Норвегия; 2) кар-бонатит-щелочно-ультраосновного массива Ковдор, Кольский полуостров; 3) карбонатит-щелоч-но-габроидного массива Тикше-Озеро, северная Карелия.
Б01: 10.7868/80869565215230218
Карбонатиты представляют практический и научный интерес, так как с ними связаны месторождения апатита, магнетита, слюд, редких и редкоземельных элементов (РЗЭ). В то же время кар-бонатитовым расплавам отводится существенная роль в метасоматозе верхней мантии. Карбонатиты входят в состав платформенных зональных интрузивных комплексов ультраосновных, основных и щелочных пород натриевого, реже калиевого ряда, ультравысокобарных метаморфических комплексов (Кокчетавский массив). Карбонатные магмы изливались на поверхность в крупных рифтовых зонах (Трансафриканский, Рейнский и Байкальский рифты). Дайки и ди-атремы карбонатитов встречаются в складчатых областях (Восточный Памир, северная Норвегия) [1]. Можно ожидать, что столь разнообразная геологическая обстановка, в которой формировались карбонатиты, могла найти отражение в их составе. В связи с этим были изучены петрохимические особенности карбонатитов Балтийского щита трех формационных типов: 1) уль-травысокобарные гранатсодержащие карбонатиты (иНРС) каледонского покрова Тромсе, Норвегия; 2) карбонатит-щелочно-ультраосновного массива Ковдор, Кольский полуостров; 3) карбона-тит-щелочно-габроидного массива Тикше-Озеро, северная Карелия.
Образцы карбонатитов, отобранных в ходе полевых работ и научных командировок, изучали и анализировали на сканирующем электронном
Институт экспериментальной минералогии Российской Академии наук, Черноголовка Московской обл. E-mail: gor@iem.ac.ru
микроскопе TESCAN VEGA II XMU, оснащенном детектором вторичных и отраженных электронов, энергодисперсионным спектрометром INCA Energy 450 и волно-дисперсионным спектрометром INCA WEVE в ИЭМ РАН (Черноголовка). Микроэлементы определяли методом ICP-MS в ИПТМ РАН (Черноголовка). Учитывая, что UH-PC Тромсе содержат до 20% граната, карбонатную и силикатную компоненты карбонатитов предварительно разделяли химическими методами и анализировали методом ICP-MS раздельно.
Ниже приведена краткая характеристика особенностей объектов.
Ультравысокобарные гранатсодержащие карбонатиты Тромсе, Норвегия (UHPC). Дайки палеозойских (~452 млн лет) UHPC совместно с карбонат-биотитовыми пироксенитами и эклогитами локализованы в каледонидах метаморфического покрова Тромсе, сложенного силикатно-карбонатными породами. UHPC являются уникальным представителем мантийной карбонатитовой магмы, внедрившейся в верхние горизонты земной коры с реликтами мантийных гранатов [2]. Матрица карбонатитов кальцит(Cal)-доломитового(Dol) состава содержит включения граната (Grt). Гранаты, как правило, зональные. Центральная их часть (Grto) состава Pyr15_24—Gros25_30—Alm60_46 обеднена (менее 10-2 мас. %) РЗЭ. Кайма и изолированные выделения гранатов в карбонатной матрице Grt1-3 состава Pyr5-Gros65-69-Alm30-26 характеризуются аномально высокими концентрациями (4—6 мас. %) легких РЗЭ и низкими (менее 10-2 мас. %) тяжелых РЗЭ (рис. 1, табл. 1). По Cr-Ca-классифика-ции [3] Grt принадлежат к эклогитовому типу. Акцессорные минералы представлены апатитом (Ap), сфеном (Sph), ильменитом (Ilm), рутилом (Rt).
К С8 РЬ ТЬ N Се Рг 7г Ей ТЬ Бу Но Тт Lu V Си
Рис. 1. Нормированные по примитивной мантии [12] концентрации микроэлементов в карбонатитах. 1, 2 — Тромсе (1 — валовый состав СЬ + Ог1, 2 — СЬ), 3 — Ковдор, 4 — Тикше-Озеро.
Карбонатиты Ковдора и ТИкше-Озера относят к типу конфокальных (зональных) комплексов ультраосновных и основных щелочных плутонических пород щитов. Контакты с вмещающи-
ми породами секущие. Наблюдаются признаки механической активности при внедрении: куполовидные вздутия, радиальные разломы во вмещающих породах, интенсивный метасоматоз. Об-
Таблица 1. Представительные химические составы (мас. %) главных породообразующих минералов ИНРС Тромсе
Оксид, элемент Бо1 Са1 Ог1е Ог^ Ог12 ал3
^ 0.13 0.00 39.83 35.58 34.74 35.99
Т1О2 0.12 0.09 0 0.14 0 0.17
А12О3 0.16 0.06 21.92 22.48 22.03 22.47
FeO 6.82 2.10 25.29 9.75 8.93 9.13
МпО 0.13 0.34 0.31 0 0.02 0
МБО 16.50 1.79 5.04 0.77 1.69 0.96
СаО 28.97 49.14 10.49 19.17 15.95 17.63
№гО 0.21 0.00 0.22 0.00 0.04 0.13
К2О 0 0 0 0 0Л8 0
СГ2О3 0.10 0 0 0 0.07 0
0.31 0.74 0.40 1.40 1.05 1.27
Y 0.27 0.37 0.09 0.43 0.29 0.51
La 0.45 0.45 0 1.67 4.06 1.82
Се 0.01 0.07 0 4.63 7.41 4.98
Рг 0 0.02 0 0.33 0.54 0.77
ш 0.05 0 0 2.11 2.81 2.57
0.04 0 0 0.35 0 0.11
Сумма 54.36 55.18 103.60 98.81 99.81 98.52
Таблица 2. Представительные химические составы (мас. %) главных породообразующих минералов карбонати-тов Тикше-Озера и Ковдора
Оксид Тикше-Озеро Ковдор
Cal Dol Ap Di Cal
8Ю2 0.05 0.14 0.60 53.84 0.03
ТЮ2 0 0.26 0.11 0.45 0.02
А12О3 0 0.12 0.14 1.31 0.03
БеО 0.59 3.87 0 2.75 0.32
МпО 0.13 0.34 0.01 0.03 0
MgO 1.43 17.76 0.01 16.37 0.78
СаО 52.30 29.98 55.45 25.66 51.63
№2О 0.28 0.10 0.11 0.31 0.04
К2О 0.02 0 0.01 0.03 0
Р2О5 0 0 45.99 0 0
ЯгО 0.32 0.24 1.25 0.16 0.53
Сумма 55.33 52.81 103.68 101.27 53.52
щим для массивов является хорошо выраженная концентрическая зональность с закономерным переходом от ультрабазитов, слагающих центральную часть массивов, через клинопироксе-ниты и щелочные породы к карбонатитам. Кар-бонатитсодержащие интрузивные комплексы формируются в течение длительного промежутка времени (десятки миллионов лет) в ходе последовательного внедрения и формирования слагающих их пород [1, 4].
Ковдорский массив карбонатит-щелочно-уль-траосновных пород расположен в западной части Кольского полуострова. Это самый крупный массив в пределах Фенноскандинавской провинции. Возраст ~440—360 млн лет. Локализован в гнейсах верхнего архея—нижнего протерозоя. Ядро массива, имеющего кольцевое строение, сложено оливинитами и пироксенитами, по их периферии последовательно внедрялись щелочные ийолито-вые и турьеитовые магмы. Дайковая серия представлена нефелиновыми сиенитами, полевошпатовыми ийолитами и карбонатитами. Линзы, жилы, штоки карбонатитов развиты практически по всей территории массива, в его юго-западной части они входят в состав пород "рудного комплекса", представленного камафоритами — породами состава Сal—Ap—Mag—Fo. В северной части массива локализованы крупнозернистые пегматиты "флогопитового" комплекса диопсит(Э1)-оли-вин(01)-флогопитового(РЫ) состава [5].
Массив Тикше-Озеро относят к формации щелочных габброидов и карбонатитов. Возраст массива протерозойский, 1800—1900 млн лет [1]. Массив локализован в приполярной части Каре-
лии в гранито-гнейсах архея. Интрузив сложен последовательно формировавшимися оливини-тами, габбро, И—Mag-пироксенитами, мельтей-гит-йолитами. Карбонатиты различной морфологии — жилы, штоки, эруптированные брекчи-рованные породы — широко распространены по всему массиву. Наиболее крупная главная пластовая залежь карбонатитов, перекрытая голоцено-выми озерно-ледниковыми отложениями, наблюдается в керне скважин глубиной 450 м. Карбонатиты лейкократового облика — существенно кальцит-доломитового состава с включениями акцессорных минералов: Ар, РЫ, щелочного амфибола (АшО, стронцианита (8гСО3).
Для изучения были отобраны образцы карбона-титов иНРС Тромсе, "рудного комплекса" Ковдора и карбонатитов из скважин главной залежи Тикше-Озеро, любезно предоставленные В.В. Щипцовым.
В табл. 2 приведены представительные составы главных минералов карбонатитов, в табл. 3 и на рис. 2 — концентрации микроэлементов в их карбонатной (СЬ) компоненте. Поскольку иНРС Тромсе содержат до 20% граната, то указан (табл. 3) валовый состав карбонатита (СЬ + Ой) и его СЬ-компоненты. Учитывая существенную долю магнетита в карбонатитах Ковдора, мы привели состав только его карбонатной компоненты.
Как видно из рис. 1, карбонатиты характеризуются неравномерным распределением микроэлементов с максимумами концентраций крупноионных литофильных элементов К, ЯЬ, С8, Яг, Ва) и минимумами высокозарядных ^г, МЬ,
Та, Н£ и, ТЬ) и сидерофильных (V, Zn, Си, N1) элементов.
Карбонатиты Ковдора и Тикше-Озера характеризуются сходным отрицательным трендом всех РЗЭ при некотором обогащении ими карбо-натитов Тикше-Озера. Концентрации легких РЗЭ варьируются в пределах 300—450 ррт, тяжелых РЗЭ — 3—8 ррт. Отрицательный тренд легких РЗЭ и низкие концентрации тяжелых РЗЭ свидетельствуют о присутствии Ог! в рестите источника карбонатитовых расплавов Ковдора и Тикше-Озера. На рис. 3 приведены концентрации РЗЭ в изученных нами карбонатитах и карбонатитах других районов мира. Сравнение составов показывает, что карбонатиты Фенноскандинавского щита характеризуются наиболее высокими концентрациями РЗЭ, сравнимыми с концентрациями карбонатитов, связанных с мантийными плю-мами.
Карбонатиты иНРС Тромсе отличаются от карбонатитов Ковдора и Тикше-Озера положительным трендом и более низкими концентрациями легких РЗЭ. По тренду и концентрациям тяжелых РЗЭ кар-бонатиты иНРС сходны с карбонатитами Ковдора и Тикше-Озера. Можно предположить, что при образовании из карбонатитового расплава обогащенных легкими РЗЭ вторичных (реакционных и новообразованных) гранатов (Ог11-3) карбонати-товый расплав (и СЬ-компонента иНРС) обеднялся легкими РЗЭ. Однако этому предположению противоречат экспериментальные данные, согласно которым в равновесии с карбонатито-вым (как и с силикатным) расплавом Ог! обогащается тяжелыми РЗЭ относительно легких [6, 7]. По-видимому, образование Ог11-3, обогащенных легкими РЗЭ, происходило в неравновесных условиях, а фракционирование РЗЭ обусловлено кинетическими факторами, большей скоростью реакций с участием легких РЗЭ по сравнению со скоростью реакция с учас
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.