МАКРО- И МИКРОВАРИАЦИИ ИЗОТОПНОГО СОСТАВА УГЛЕРОДА И КИСЛОРОДА КАРБОНАТОВ ДОКЕМБРИЯ АЛДАНСКОГО ЩИТА
© 2003 г. В. Н. Гулий*, X. Вада**
* Санкт-Петербургский государственный университет 199034 Санкт-Петербург, Университетская наб., 719 e-mail: guliy@vng.usr.pu.ru **Институт геологических наук, Университет Шизуока 836 Оуа Shizuoka, 422-8529 Japan Поступила в редакцию 06.06.2001 г.
Представлены результаты изучения изотопного состава углерода и кислорода двумя методами в валовых пробах карбонатов и отдельных их зернах из пород различных морфогенетических типов докембрия Алданского щита. Выявлено общее сходство изотопных значений, полученных разными методами в однотипных карбонатах. Величины 613С и 6180 в мраморах, кальцифирах и апатит-карбонатных породах отражают их первичные значения и подобны таковым в осадочных докембрий-ских карбонатных породах других регионов. Среди изученных пород щита выделяются высокими значениями 613С (до 5.45%о, PDB) апатит-карбонатные породы, протолит которых формировался хемогенным путем в мелководных эвапоритовых бассейнах в существенно окислительных условиях при ограниченном поступлении терригенного материала. Последующие преобразования первичных пород метеорными водами и метасоматическими флюидами диагностируются по низким величинам 6180 и отрицательным значениям 613С.
Карбонатные породы широко распространены в докембрийских метаморфических комплексах Алданского щита [1-3]. Они представлены несколькими генетическими типами, среди которых выделяются первично-осадочные породы [3] и разнообразные поздние образования, связанные с метаморфическими и метасоматическими процессами [4, 5]. Обнаружение в 70-ые годы геологами ТУГРЭ специфических апатит-карбонатных пород и открытие Селигдарского апатитового месторождения показало еще большее разнообразие карбонатных пород щита и вызвало очередную волну дискуссий об их происхождении. Вслед за первыми представлениями о складчатой структуре месторождения, подтвержденных затем детальным изучением керна многих разведочных скважин, и первично-осадочном накоплении фосфора [6], появились идеи о карбонатито-вой природе Селигдара [7,8] и об образовании его в результате Са-М§ метасоматоза [9].
К настоящему времени известны результаты многочисленных исследований изотопного состава карбонатов метаморфических и метасомати-ческих пород, проведенных отечественными и зарубежными учеными [4, 5, 10-12], которые показали, что по мере усиления метаморфических и метасоматических преобразований происходит обогащение карбонатов легкими изотопами углерода и кислорода, а наибольшее смещение значений 6,3С и 5'Ю от исходных осадочных образова-
ний достигает величин свойственных скарнам и карбонатитам. Ранее было также установлено [11], что такие смещения проявляются при вовлечении углекислоты, прошедшей через магматический расплав, в процессы магматического магнезиального скарнообразования и их проявления при постмагматическом известковом скарнооб-разовании носят общий характер. Это дает возможность оценить по изотопным данным масштабы преобразований первичных пород даже в тех случаях, когда их диагностика не возможна другими методами [11, 13].
Результаты анализа изотопного состава углерода и кислорода проб карбонатов, составленных из смеси отдельных зерен или их сростков и являющихся, по существу, валовыми пробами, отражают изотопный состав карбонатной породы в целом. Вместе с тем микромасштабные изотопные исследования отдельных зерен карбонатов [14—17] показали, что распределение изотопов кислорода и углерода в них может быть зональным, вызванным устойчивыми и однонаправленными изменениями в физико-химических условиях осаждения карбонатов [16], и более сложным и незакономерным, обусловленным разномасштабным влиянием диагенетических процессов [16, 17] или флюидной инфильтрацией в течение последней стадии полиметаморфизма и последующего метасоматоза [14, 15]. При активном участии флюидов во время метаморфических или метасомати-
ческих преобразований происходит изотопный обмен кислорода и углерода карбонатов и поровой воды, фиксируемый по изменению значений 513С и 5180 карбонатов. Если масштабы таких преобразований незначительные, они могут быть незамеченными при изотопном анализе валовой пробы карбоната, но должны быть выявлены при исследовании отдельных зерен. Учитывая изложенные обстоятельства мы попытались восстановить историю кристаллизации докембрийских карбонатных пород Алданского щита в свете макро- и микровариаций соотношений изотопов углерода и кислорода в карбонатах.
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПОЛОЖЕНИЕ И ВЕЩЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ ИССЛЕДОВАННЫХ КАРБОНАТНЫХ ПОРОД АЛДАНСКОГО ЩИТА
Изученные нами карбонатные породы представлены двумя морфогенетическими типами: 1) пластовыми или линзовидными телами и 2) относительно более поздними карбонатными гнездами и жилами, развивающимися в большинстве случаев по породам первого типа, и метасомати-ческими образованиями, связанными с магнезиальными скарнами.
Пластовые и линзовидные карбонатные породы приурочены к федоровской свите Алданского щита или к ее аналогам [1,2]. Они согласно переслаиваются с диопсидовыми породами и с ассоциирующими с ними гнейсами и кристаллическими сланцами и характеризуются одинаковым структурным стилем. Мощность отдельных тел карбонатных пород варьирует от нескольких сантиметров до 100 метров и более. Породы свиты мета-морфизованы в гранулитовой и амфиболитовой фации [1, 18]. и-РЬ методом в них получен возраст 1.8-2.0 млрд. лет [19], а РЬ-РЬ изохронный возраст апатита, выделенного из апатит-карбо-натных пород, составляет 1854 ± 7 млн. лет [20].
Среди пластовых и линзовидных карбонатных пород по минеральным ассоциациям и структурно-текстурным признакам выделяются [21]: а) мраморы, содержащие более 95% карбонатов, б) каль-цифиры, в которых доля силикатов составляет от 10 до 75%, и в) апатит-карбонатные породы, отличающиеся постоянным присутствием апатита, благодаря чему рассматриваются как фосфатные руды [6].
Мы изучали изотопный состав карбонатов в мраморах и кальцифирах из карьеров, обнажений и керна разведочных скважин месторождений Медведевка, Сивагли и Марийка и в апатит-карбонатных породах из керна скважин месторождений Селигдар, Нирянджа, Левый Бурный, Бири-кээн и Чукурдан (рис. 1).
Таблица 1. Химический состав (вес. %) основных типов докембрийских карбонатных пород из месторождений Алданского щита
Месторождения
Селигдар Марийка Медведевка
Компонент Породы
Апатит-карбонатные Мраморы Кальцифиры
Сел-1 М-1 М-2 45000
БЮ2 ТЮ2 А12о3 Ре203 РеО МпО МёО СаО N320 к2о н2о Р2О5 БОз п.п.п. 5гО Сумма 9.93 0.14 1.97 5.37 0.17 14.17 29.60 0.23 0.35 0.37 6.06 2.12 29.71 0.03 99.85 8.81 0.06 2.10 0.52 0.71 0.02 8.16 42.98 0.49 0.25 0.04 36.78 0.41 99.52 7.74 0.09 2.77 0.41 0.64 0.02 10.49 41.08 0.31 0.31 0.03 37.79 03.5 99.46 18.00 0.02 4.41 0.35 0.02 2.47 41.74 0.64 0.48 0.08 0.03 32.26 0.14 100.63
В штуфных образцах мраморы и кальцифиры имеют белую, розовую или зеленоватую окраску. Текстура их массивная или слабо пятнистая, а структура - равномернозернистая, гранобласто-вая, варьирующая от среднезернистой (3^1 мм) к грубозернистой (4—8 мм).
Мраморы и кальцифиры сложены преимущественно кальцитом и доломитом, а в качестве второстепенных минералов присутствуют диоп-сид, флогопит, скаполит, шпинель, форстерит, серпентин, графит и др. Результаты полного химического анализа типичных мраморов и кальцифи-ров Алданского щита приведены в табл. 1.
Апатит-карбонатные породы чаще всего не-равномернозернистые. Текстура их массивная или, реже, пятнистая, полосчатая и брекчиевидная. Цвет пород варьирует от желтовато-красноватого и коричневатого в массивных разновидностях до зеленовато-коричневатого и темно-коричневого в пятнистых и полосчатых разновидностях. Полосчатые текстуры проявляются за счет прослоев с различными размерами, формой, окраской и содержанием апатита, карбонатов, гематита и слоистых силикатов магния. Обычно темные участки пород богаты апатитом и тонкозернистым гематитом.
Рис. 1. Схема расположения месторождений Алданского щита: 1 - Селигдар, 2 - Нирянджа, 3 - Медведевка, 4 - Си-вагли, 5 - Марийка, 6 - Левый Бурный, 7 - Бирикээн, 8 - Чукурдан. Легенда - / - метаморфизм высокой ступени: а) промежуточная между гранат-кордиерит-биотитовой и гранат-кордиерит-гиперстеновой фациями и 6) гиперстен-силлиманитовая фация; 2 - переходные метаморфические фации; 3 - метаморфизм относительно низких ступеней: а) гранулитовая фация и 6) амфиболитовая фация по [20].
Микроструктуры апатит-карбонатных пород -гранобластовые, обусловленные относительно равномерно развитыми кристаллами апатита и карбонатов, или класгические, связанные с наличием угловатых и округлых обломков диаметром 1-5 мм, сложенных фрагментами кристаллов или зерен апатита, гематита (мартита) и карбонатов, часто окруженных каймой гематита. Цемент обычно представлен карбонатами и тонкозернистым гематитом.
Главными минералами апатит-карбонатных пород являются карбонаты (от 20 до 95%) и апатит (до 25%). Как второстепенные минералы встречаются флогопит, хлорит, тальк, гематит (мар-тит), кварц и сульфаты (гипс, ангидрит), которые при содержании более 5% образуют апатит-силикатные, апатит-мартит-кварцевые и апатит-сульфатные разновидности апатит-карбонатных пород [6].
Среди карбонатов подавляющее значение имеют доломит и кальцит, а анкерит, сидерит и магнезит встречаются лишь в отдельных мелких выделениях. Доломит обычно мелкий (от 0.1 до нескольких мм), равномернозернистый и в основной массе апатит-карбонатных пород имеет коричневатую или розоватую окраску из-за пигментации
тонкозернистым сингенетичным гематитом. Кальцит чаще всего белый, и он крупнее, чем доломит, в сростках с которым кальцит обычно является относительно более поздним минералом.
Типичные апатит-карбонатные породы отличаются от мраморов и кальцифиров высокими содержаниями Р205 и БОд и высокими соотношениями Рс3+/Ре2+ (табл. 1).
Поздние карбонатные породы постоянно встречаются среди апатит-карбонатных руд в виде жил и гнезд, размером от нескольких миллиметров до первого десятка
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.