ГЕОХИМИЯ, 2007, № 3, с. 307-332
УГЛЕВОДОРОДЫ И ДРУГИЕ ЛЕТУЧИЕ КОМПОНЕНТЫ В ЩЕЛОЧНЫХ ПОРОДАХ УКРАИНСКОГО ЩИТА И КОЛЬСКОГО ПОЛУОСТРОВА
© 2007 г. С. Г. Кривдик*, В. А. Нивин**, А. А. Кульчицкая*, Д. К. Возняк*, А. М. Калиниченко*, В. Н. Загнитко*, А. В. Дубина*
*Институт геохимии, минералогии и рудообразования НАН Украины Киев-142, просп. Палладина, 34, e-mail: kryvdik@igmr.relc.com; zagnitko@igmr.relc.com **Геологический институт Кольского научного центра РАН 184200 Апатиты, Мурманской обл., ул. Ферсмана, 14; e-mail - nivin@geoksc.apatity.ru Поступила в редакцию 02. 06. 2006
Газохроматографическим и другими методами исследования (ЭМР, ПМР, ИКС) изучены летучие компоненты (CH4, С2-С3, CO2, CO, H2, H2O и др.) в щелочных породах и минералах Украинского щита (8 массивов и дайки грорудитов), Хибинского и Ловозерского массивов Балтийского щита. Среди щелочных пород Украинского щита преобладают протерозойские (1.7-2.1 млрд.лет). Подтверждено высокое содержание метана (в среднем 21 ± 14 мкл/г) и других углеводородов в щелочных породах Кольского п-ва и выявлены их низкие содержания (в среднем 2.1 ± 1.6 мкл/г CH4, максимальное до 14 мкл/г) в одноименных породах Украинского щита. Последние более насыщены CO2, который является одним из главных летучих компонентов щелочных пород, в том числе и агпаитовых нефелиновых сиенитов Кольского п-ва. В породах Украинского щита нередко фиксируется повышенное содержание (до 20 мкл/г) азота. Отличия в составе летучих компонентов в щелочных породах Кольского п-ва и Украиского щита объясняются несколькими причинами (агпаитовая направленность кристаллизации крупных массивов первого региона и мелкие массивы со слабо выраженной агпа-итностью - второго, принадлежность сопоставляемых пород к разным комплексам, более глубокий эрозионный срез щелочных массивов Украины, разновозрастность пород этих регионов и др.).
Летучие компоненты играют важную или решающую роль в формировании магматических и метасоматических щелочных горных пород. При этом для таких крупных массивов агпаитовых нефелиновых сиенитов, как Хибинский, Ловозерский и Илимауссакский состав летучих компонентов оказался довольно необычным и, прежде всего, из-за высокого содержания метана (в ассоциации с другими углеводородами), хлора и фтора при подчиненной роли С02 и сравнительно низком количестве воды. С этими массивами связаны крупные месторождения апатита и редких элементов (2г, ТЯ, ТЬ и др.).
Своеобразие летучих компонентов в агпаитовых нефелиновых сиенитах и сопровождающих их породах (уртитах, ийолит-мельтейгитах) состоит в том, что резко восстановленные флюиды сосуществуют с ассоциацией темноцветных минералов (эгирин, арфведсонит, энигматит и др.), в которых трехвалентное железо преобладает над двухвалентным. По мнению многих исследователей, окисленность железа (в высоко щелочной среде) является одним из важнейших факторов образования восстановленных форм флюидов (углеводородов, водорода), углерода (графит, тонкодисперс-
ный углерод) и концентрированного органического вещества (антраксолит, керит, асфальт и др.).
В настоящее время большинство исследователей склонны считать, что восстановленные флюиды и органическое вещество (ОВ) в агпаитовых нефелиновых сиенитах образовались на поздне-или постмагматическом этапах формирования этих пород. При этом восстановленность флюидной фазы возрастает с падением температуры в процессе кристаллизации расплава и эволюции состава сосуществующего флюида [1]. Считается также, что эти восстановленные флюиды имеют абиогенное происхождение, а их углерод - глубинный источник. Предполагается, что одним из механизмов образования метана может быть реакция между С02 и Н2 (при T = 359° и P = 0.5-1.2 кбар) [2].
Данная статья посвящена сравнительной характеристике летучих компонентов с акцентом на их углеводородную составляющую в щелочных породах Украинского щита (УЩ) и Кольского полуострова (КП). Для украинских пород такие исследования проведены впервые. Только по некоторым щелочным породам Приазовья имелись данные по содержанию летучих компонентов (СН4, Н2, СО). Однако эти определения были
307
5*
выполнены по несколько отличающейся методике [3] и, вероятно, устарели.
Поскольку летучие компоненты в щелочных породах КП изучены довольно хорошо, содержания их рассматриваются нами как эталонные при сопоставлении их с таковыми в породах УЩ. Изучение газовой составляющей в сопоставляемых породах проводились одновременно и по одной и той же методике. Основным методом исследования был газохроматографический анализ продуктов пиролиза пород и минералов (кратко описан ниже), а в качестве дополнительных использовались электронный магнитный резонанс (ЭМР), инфракрасная спектроскопия (ИКС) и протонный магнитный резонанс (ПМР). Отбор некоторых минералов, содержащих ОВ, проводился в ультрафиолетовом освещении с последующей их диагностикой. Всего было исследовано свыше 200 образцов пород и минералов (около 110 с УЩ и 90 с КП). Полученные результаты показали довольно существенные отличия в составе летучих компонентов в щелочных породах УЩ и КП. Из Кольских исследовались преимущественно породы и минералы Хибинского массива и в меньшей мере - Ловозерского. На УЩ изучались щелочные и субщелочные породы и их минералы из 8 наиболее представительных массивов (Черниговский, Октябрьский, Малотерсянский, Покрово-Кире-евский, Южно-Кальчинский, включая Азовское месторождение, Проскуровский, Антоновский, Ястребецкий), а также дайки грорудитов Восточного Приазовья. В этих массивах и проявлениях имеются самые разнообразные по составу щелочные породы - по содержанию 8Ю2 от ультраосновных до кислых, а также карбонатиты. Поскольку щелочные породы УЩ меньше известны, чем КП, и сведения о них опубликованы в менее доступной литературе, ниже дается их краткая характеристика. Более подробное описание большинства из названных проявлений щелочных пород УЩ приводится в работах [4, 5].
Описание используемой методики пиролиза опубликовано ранее [6, 7]. Стандартно используют промытую водой фракцию 0.5-1 мм, высушенного и раздробленного в чугунной ступке образца. Навеску (0.3-0.6 г) помещают в стеклянную ампулу-реактор и ступенчато нагревают до 1050 или 850°С. Через каждые 200°С подъема температуры анализируют полный состав продуктов пиролиза, включая углеводороды Сх-С3. Соответственно, для каждой пробы получают по 5 составов, которые характеризуют пиролизный газ в рамках одного из температурных интервалов, а в сумме -состав пиролизного газа от 50 до 1050°С (850°С). На каждую ступень отведено фиксированное время нагрева - 5 минут.
Особенность методики состоит в том, что продукты пиролиза не накапливаются в реакторе, а
выносятся газом-носителем из горячей зоны и собираются в криоловушке - полуметровой колонке с полисорбом, погруженной в жидкий азот. Таким образом, взаимодействие между компонентами образованной газовой смеси сводится к минимуму. Криоловушка действует аналогично запирающему вентилю. Все газовые компоненты, в том числе и метан, стабильно удерживаются в криоловушке сорбентом. Постепенный нагрев крио-ловушки приводит к разделению компонентов по температуре плавления, последовательному поступлению оттаявших газов в хроматограф и их дальнейшему разделению на рабочей колонке. Использование криоловушки дает возможность определять из одной навески почти все газовые компоненты, выделяющиеся при пиролизе минералов.
КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МАССИВОВ И ПРОЯВЛЕНИЙ ИССЛЕДУЕМЫХ ЩЕЛОЧНЫХ ПОРОД УЩ
Украинский щит - уникальная провинция до-кембрийского щелочного магматизма. В этом регионе известно около 40 массивов и мелких проявлений (небольшие штоки, дайки) щелочных пород. Схема их расположения публиковалась нами ранее [4, 8]. Преобладающее большинство щелочных пород УЩ имеют протерозойский возраст и только в Приазовском геоблоке имеются как протерозойские, так и палеозойские (девонские) щелочные породы. Выделяется [4] два разновозрастных комплекса1 протерозойских щелочных пород: щелочно-ультраосновной или карбонати-товый (2.0-2.1 млрд. лет) и габбро-сиенитовый (1.7-1.8 млрд. лет). Отметим, что даже кимберлиты, расположенные во внутренней части УЩ (в районе Кировограда), имеют протерозойский (1.8 млрд. лет) возраст, тогда как в Приазовской краевой части этого региона имеются девонские кимберлиты (расположенные недалеко от По-крово-Киреевского массива щелочных пород такого же возраста). Пассивность УЩ относительно фанерозойского щелочного (а также траппового) магматизма остается неясной. На других древних платформах, в том числе и Балтийском щите, среди щелочных пород преобладают фанерозойские (палеозойские, мезозойские, кайнозойские и даже современные) образования при резко подчиненной роли или полном отсутствии докембрийских. Отметим также, что Хибинский и Ловозерский
1 Ранее в наших публикациях такие ассоциации пород мы называли формациями, как это было принято в бывшем Советском Союзе. Западные исследователи (и в целом в англоязычной литературе) этот термин применяют обычно для осадочных или стратифицированных пород, а для ассоциаций одновозрастных магматических пород используется термины комплекс или массив, как это принято и в данной статье.
плутоны отличаются, кроме всего прочего, от сопоставляемых с ними массивов щелочных пород УЩ значительно большими (гигантскими) размерами. Массивы и проявления щелочных пород УЩ обычно имеют небольшие размеры - от первых до первых десятков квадратных километров. Среди них выделяется только Южно-Кальчик-ский массив субщелочных пород (преимущественно сиенитов) площадью (по разным оценкам) около 250-330 км2, т.е. сопоставим по размеру с Ловозерским (650 км2) и в несколько раз меньше Хибинского (1327 км2) плутона.
К щелочно-ультраосновному (карбонатитово-му) комплексу мы относим такие массивы, как Черниговский, Проскуровский и Антоновский, а также небольшие штоки и ряд даек щелочно-уль-траосновных пород (якупирангитов, мельтейги-тов) и жил карбонатитов. Породы этого комплекса выявлены в приазовской и западной частях УЩ.
Наиболее представительным в этом комплексе является Черниговский (его еще наз
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.