научная статья по теме РЕЖИМ СОЕДИНЕНИЙ УГЛЕРОДА АЛМАЗОНОСНЫХ КАРБОНАТИТОВ УЗБЕКИСТАНА (ДАННЫЕ ИЗОТОПИИ УГЛЕРОДА И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ) Геология

Текст научной статьи на тему «РЕЖИМ СОЕДИНЕНИЙ УГЛЕРОДА АЛМАЗОНОСНЫХ КАРБОНАТИТОВ УЗБЕКИСТАНА (ДАННЫЕ ИЗОТОПИИ УГЛЕРОДА И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ)»

ГЕОХИМИЯ, 2010, № 11, с. 1123-1131

РЕЖИМ СОЕДИНЕНИЙ УГЛЕРОДА АЛМАЗОНОСНЫХ КАРБОНАТИТОВ УЗБЕКИСТАНА (ДАННЫЕ ИЗОТОПИИ УГЛЕРОДА И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ)

© 2010 г. Л. Н. Когарко*, И. Д. Рябчиков**, Ф. К. Диваев***, Ф. Вол****

*Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН 119991, Москва, ул. Косыгина, 19, e-mail: kogarko@geokhi.ru **Институт геологии, рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН

119107, Москва, Старомонетный пер, 35, e-mail: ryabchik37@mail.ru ***Государственный комитет республики Узбекистан по геологии и минеральным ресурсам Узбекистан, Ташкент, ул. Тараса Шевченко, 10 **** Cambrone School of Mines, The University of Exter Cornwall Campus, Penryn, Carnwall, UK, TR10 9EZ Поступила в редакцию 30.01.2010 г.

Проведен термодинамический анализ равновесий с учетом составов минералов, присутствующих в карбонатитах Чагатайского комплекса. Это позволило оценить фугитивности кислорода, при которых могли сосуществовать карбонат и элементарный углерод.

Изотопные исследования и термодинамическое моделирование показало, что графит начал кристаллизоваться при 775°С и фугитивности кислорода примерно на одну логарифмическую единицу ниже буфера QMF и продолжал выделяться при дальнейшем охлаждении параллельно снижению содержания титана в равновесном магнетите. При более высоких температурах графит выделялся из карбонатитового расплава, а в более низкотемпературных условиях он, по-видимому, осаждался из гидротермального флюида. Рассчитан состав газа системы С—Н—О, равновесного с графитом при фугитивностях кислорода, оцененных для Чагатайских карбонатитов.

В связи с тем, что значения кислородного потенциала графитсодержащих и алмазоносных карбонатитов практически идентичны, наличие графита в карбонатитовых дайках и трубках взрыва можно считать поисковым критерием потенциальной алмазоносности карбонатитов.

В настоящее время генезис алмазов связывается с процессами мантийного карбонатного метасоматоза. Имеющиеся экспериментальные и геохимические данные свидетельствуют о том, что первичные алмазоносные кимберлитовые магмы могут быть получены за счет плавления С02-содержащих мантийных перидотитов при давлении не менее 6 ГПа [1—4].

Присутствие углекислоты не только значительно понижает температуру солидуса перидотита, но и приводит к выплавлению карбонатитовых расплавов при очень низких степенях плавления мантии. С увеличением температуры и степени плавления мантийного субстрата в условиях высокого давления С02 выплавляются расплавы с более высоким содержанием кремнезема - при 3 ГПа - мелилити-тового состава, а при 6 ГПа расплавы приближаются по составу к кимберлитам. [1, 5—7]. На основании экспериментальных материалов по фракционированию редких элементов в равновесиях: минералы перидоти-та-карбонатный расплав разработана новая двуста-дийная модель генезиса алмазоносных кимберлитов, предполагающая образование кимберлитов в результате взаимодействия деплетированного мантийного субстрата с метасоматическими расплавами малых степеней плавления в основании континентальной

литосферы. Недавно алмазы были обнаружены в ряде карбонатитовых комплексов: они были найдены в карбонатитах о-ва Фуэнтовентура (Канарский архипелаг), в Чагатайском комплексе — в карбонатитовых дайках и диатремах (Узбекистан, Западный Тянь-Шань) Jones et al [8], в карбонатитовых кимберлитах Гренландии (комплекс Маюага), в карбонатно-си-ликатных породах дайковой системы Снэп Лэйк, Канада [9].

Карбонатиты Чагатайского комплекса наряду с алмазом содержат также графит. Алмаз в карбонатитах распределен весьма неравномерно и образует октаэд-рические выделения желто-зеленого цвета размером от 0.05 до 0.2 мм. Алмаз находится в ассоциации с оливином, кальцитом, пироксеном (эгирин-авгит), биотитом, гранатом, апатитом. В связи с тем, что значения кислородного потенциала графитсодержащих и алмазоносных карбонатитов практически идентичны, мы провели оценки термодинамических параметров, характеризующих условия формирования карбонатитов, содержащих графит, рассматривая их как аналоги процессов алмазообразования при более низких давлениях. Мы впервые провели анализ потенциальной алмазоносности и режима флюидной фазы графит-содержащих карбонатитов Чагатайского комплекса.

Рис. 2. Фотография в отраженных электронах — крупные кристаллы титаномагнетита (белое) и графита (черное). В основной массе представлен апатит (серое) и кальцит (серое).

Рис. 1. Фотография в отраженных электронах. Поздний пластинчатый титаномагнетит (белое), практически не содержащий титана (таблица) и графит (черное). В основной массе кальцит и апатит (серое).

Впервые получены данные по изотопии углерода графита алмазоносных карбонатитов Чагатайского комплекса (Узбекистан) и оценен режим равновесной газовой фазы.

ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЧАГАТАЙСКОГО КАРБОНАТИТОВОГО КОМПЛЕКСА

Породы Чагатайского трахит-карбонатитового комплекса образуют рой даек и вулканические трубки взрыва, развитые на северных склонах гор Южный Нуратау. Вмещающие породы представлены, главным образом, терригенными образованиями силурийского возраста.

В составе Чагатайского комплекса доминируют карбонатиты, которые слагают дайки (мощность — 0.5—5.0 м, протяженность — 20—1000 м), и две трубки взрыва (размер 80 х 170 м и 200 х 250 м). Трахиты представлены единичными дайками мощностью 0.5—1.5 м протяженностью до 100 м, в тесной ассоциации с карбонатитами. Карбонатиты представлены, главным образом, севитами, и породами переходного карбонатно-силикатного состава. Как дайки, так и диатремы имеют четкие интрузивные контакты с вмещающими породами.

Карбонатиты Чагатайского комплекса сложены, главным образом, кальцитом, пироксеном, биотитом, гранатом, мелилитом, апатитом, графитом и магнетитом. В качестве вторичных минералов отмечены амфибол, хлорит, альбит, калишпат, гематит, кварц, монтмориллонит. Соотношения минералов в графитоносных карбонатитах Чагатайского комплекса показаны на рис. 1 и 2. По данным Jones et al [8] в Чагатайских карбонатитах присутствует алмаз.

Выделения самородного углерода в карбонатитах — очень интересная особенность, отражающая режим летучих компонентов и в первую очередь величину окислительно-восстановительного потенциала.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ АЛМАЗОНОСНЫХ КАРБОНАТИТОВ И РЕЖИМ ФЛЮИДНОЙ ФАЗЫ

Для оценки температуры формирования Чагатайских карбонатитов и источников углерода были проведены определения изотопного состава углерода в кальците и графите дайкового севита, содержащего алмазы по данным Jones et al [8] .

Определение изотопного состава углерода проводилось в виде CO2 на масспектрометре Delta+. Выделение углерода из графита в виде CO2 проводилось в кварцевом реакторе с окисью меди в токе кислорода. Кальцит разлагали ортофосфорной кислотой. 513С графита заметно варьирует и в среднем составило — 8.215%о Среднее 513С кальцита — 4.985%о.

Полученные данные позволяют оценить температуру равновесия кальцит-графит, используя закономерности фракционирования углерода этого равновесия в зависимости от температуры (рис 3). На основании полученных данных по изотопии углерода в графите и кальцита рассчитанная температура выделения этих минералов составляет 775°С. В настоящее время принято, что графит-кальцитовый геотермометр корректен при температурах выше 600°С, когда изотопный обмен между кальцитом и графитом осуществляется достаточно легко. Высокотемпературный характер графита подтверждается

■а

о <

12 10 8 6 4 2

300 400 500

- МопИуо

- Dunn & Valley

600 700

т, °с

800 900

Рис. 3. Зависимость фракционирования углерода (кальций—графит) от температуры (по литературным данным [10—16]).

О

1000 900 800 700

0.1 GPa Low а1Ыге

„ 600 Н

т500 400 300 200

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 X ЛЬ

Рис. 4. Состав обогащенных альбитом полевых шпатов и калиевых полевых шпатов, спроектированный на сольвус системы ЕАШ308-МаАШ308. Рассчитан на основе термодинамических данных [17].

петрографическими исследованиями, показывающими раннее выделение графита в тесной ассоциации с титаномагнетитом (рис. 1). Наличие в исследованных карбонатитах натровых полевых шпатов с высокими содержаниями калия и калиевых полевых шпатов с высокими содержаниями натрия (таблица) также свидетельствует о высоких температурах ми-нералообразующего процесса (рис. 4).

На основании полученных изотопных данных можно рассмотреть масс-балланс соединений углерода во флюидной фазе. При 775° для фракционирования изотопов углерода между С02 и кальцитом имеем 513С = 3.12%с, а между С02 и графитом 513С = 6.25%, что приводит с учетом измеренных значений изотопного состава кальцита и графита к величине 513С в С02 -1.865%о...-1.965%о. Если принять величину равновесного изотопного сдвига при 775° между С02 и СН4 равной 513С = 8.64%, то изотопный состав углерода в метане составит -10.55%.

Если принять исходный изотопный состав углерода во флюидной фазе мантийным (513С = -5%), то содержание С02 в газовой фазе составит 64%, а СН4 - 36%.

Термодинамический анализ равновесий с учетом составов минералов, присутствующих в изучаемых карбонатитах, позволяет оценить фугитивно-сти кислорода, при которых могли сосуществовать карбонат и элементарный углерод.

Анализ всех минералов проводился на электронных микрозондах ШОЬ и САМЕСА100 (см. таблицу).

Состав магнетитов варьирует в широких пределах - от Хи5р = 0.6 до почти чистого магнетита. Крупные зерна магнетита зональны с уменьшением содержания ульвошпинелевого компонента к краевым частям. Это указывает на падение содержания титана в ходе кристаллизации магнетита, что подтверждается термодинамическими расчетами (см. ниже).

Для оценки температур минеральных равновесий и фугитивностей кислорода необходимо зна-

ние активности 8Ю2, но в изучаемых породах отсутствуют минералы, позволяющие фиксировать эту величину, и поэтому мы провели расчеты для двух граничных случаев: присутствие кварца (= = 1) и парагенезис альбита вместе с нефелином.

Мы рассчитали температуры равновесий минеральных ассоциаций клинопироксен + кальцит + + титаномагнетит + титанит + г

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.

Показать целиком