ГЕОЛОГИЯ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ, 2008, том 50, № 6, с. 483-493
УДК 550.89
УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ КАРБОИАТИТОВ ЧЕРНИГОВСКОГО МАССИВА (ПРИАЗОВЬЕ, УКРАИНА)
© 2008 г. И. Д. Рябчиков*, Л. Н. Когарко**, С. Г. Кривдик***, Т. Нтафлос****
*Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН 119017, Москва Ж-17, Старомонетный пер., 35 **Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН
119975 Москва, ул. Косыгина, 19 ***Институт геохимии, минералогии ирудообразования НАН Украины 03680, Киев-142, просп. Палладина, 34 ****Университет Вены, Отдел литосферных исследований 1090, Вена, Австрия, Альтханштрассе, 14 Поступила в редакцию 14.03.2008 г.
Получены данные по составам сосуществующих минералов в графитсо держащих карбонатитах Черниговского массива. Термодинамический анализ этих результатов позволил установить температуру равновесия между графитом, доломитом, кальцитом, магнетитом и оливином при активности кремнезема, буферируемой парагенезисом циркон + бадделеит, которая оказалась близкой к 600°С. Минимальное давление формирования этих минеральных ассоциаций близко к 0.2 ГПа, что согласуется с оценками глубины эрозии для черниговского комплекса. Летучести кислорода, характерные для карбонатитов с графитом, ниже буфера кварц-магнетит-фаялит на 0.6-0.8 логарифмических единиц. Подобные значения типичны для магматических систем, например для базальтов срединных океанических хребтов. При 600°C преобладающими компонентами газовой фазы системы C-H-O, равновесной с минеральной ассоциацией изученного карбонатита, являются CO2 и H2O, в то время как при более низких температурах появляются флюиды, богатые метаном.
ВВЕДЕНИЕ
Черниговский массив (иногда называемый Новополтавским массивом) щелочных пород и карбонатитов расположен в Западном Приазовье и приурочен к зоне так называемого Черниговского разлома (от названия поселка Черниговка Запорожской области). Карбонатиты, входящие в состав этого массива, являются комплексными редкометально-апатитовыми рудами. Среднее содержание в них апатита близко к 10%, сумма редких земель близка к 0.15%, а средняя концентрация ниобия составляет 100-500 г/т (Шеремет и др., 2007). Массив залегает в высокометамор-физованных породах Украинского щита. Его возраст близок к 2 млрд лет.
Массив сложен силикатными щелочными породами (щелочные сиениты, нефелиновые сиениты, щелочные пироксениты, мельтейгиты) и кар-бонатитами. В числе последних присутствуют кальцитовые карбонатиты (севиты и альвикиты), а также доломит-кальцитовые и существенно доломитовые разновидности - бефорситы. Отличительная особенность карбонатитов Черниговского массива - это присутствие в них графита. Графит найден также в карбонатитах из многих
Адрес для переписки: И.Д. Рябчиков. E-mail: iryab@igem.ru
других регионов. К ним относятся карбонатиты: Гремяха-Вырмес на Кольском полуострове, месторождение Пограничное в Забайкалье, каль-цитсодержащие нефелиновые сиениты в Антарктиде, карбонатиты Хибинского плутона (БоговИ-кеуюИ вга1., 2007; №уш вг а1, 2005; Шрр вг а1, 2005; ,^г1еу вг а1, 1995).
Щелочные изверженные породы и карбонатиты Черниговского массива приурочены к зоне разлома длиной около 20 км. Массив характеризуется удлиненной формой и состоит из двух линзообразных частей. Северная более крупная часть носит название собственно Черниговка, а южная часть называется Бегим-Чокрак. Наиболее широко распространенными типами пород массива являются щелочные сиениты, твейтази-ты, породы нордмаркитовой серии, и карбонатиты, а нефелиновые сиениты (канадиты) и щелочные пироксениты имеют подчиненное значение. Другие породы, включая ийолит-мельтейгиты, флогопитовые оливиниты и перидотиты, наблюдаются либо в виде включений в карбонатитах, либо в виде спорадически встречающихся тел малого размера (кимберлитовые карбонатиты, аль-бит-баркевикитовые эссекситы). Вмещающие гранитоиды и метабазиты контактной зоны подверглись различной степени фенитизации. Кар-
бонатиты, щелочные пироксениты и канадиты встречаются в виде крутопадающих дайкообраз-ных тел, простирающихся приблизительно с севера на юг. Максимальная мощность пород комплекса, включая фениты, достигает 600-700 м. Выделяются четыре различных типа карбонати-тов - севиты, альвикиты, бефорситы и кимберли-товые карбонатиты. С бефорситами тесно ассоциируют фоскориты - породы, обогащенные апатитом и магнетитом. Карбонатно-силикатные породы, которые встречаются редко и являются промежуточными между сиенит-твейтазитами и карбонатитами, носят название рингитов. Севиты являются кальцитовыми карбонатитами, содержащими апатит, эгирин-салит, биотит и амфибол. Акцессорные минералы в них: пирохлор-гатчет-толит, редкий колумбит, циркон, титанит, монацит, ортит, магнетит и сульфиды. Несмотря на широкую распространеность севитов, они составляют лишь четвертую часть всех карбонатитов. Альвикиты являются кальцитовыми карбонатитами, содержащими апатит, оливин, диопсид или эгирин-диопсид, флогопит или тетраферрифло-гопит и магнетит. Типичные акцессорные минералы в них: циркон, ильменит (пикроильменит), сульфиды и в более редких случаях - анатаз, колумбит, пирохлор, гатчеттолит и монацит. Альвикиты составляют 15% от всех карбонатитов комплекса. Они чаще встречаются в южной части массива. Бефорситы - кальцит-доломитовые, доломит-кальцитовые и доломитовые карбонатиты, содержащие апатит, оливин, флогопит и магнетит. Акцессорные минералы в них представлены шпинелями, сульфидами, колумбитом, цериевым фергюсонитом, пирохлор-гатчеттоли-том, бадделеитом, цирконом, монацитом и анки-литом. Бефорситы - наиболее распространенный тип карбонатитов Черниговского массива, составляющий 60% от всех карбонатитов. С увеличением содержания апатита, магнетита и флогопита в бефорситах они постепенно переходят в апатитовые, апатит-магнетитовые, оливин-апатитовые и флогопит-апатитовые породы, относимые к фоскоритам. Кимберлитовые карбонатиты являются породами, промежуточными по составу между карбонатитами и кимберлитами.
В данной работе приводятся результаты детального изучения состава сосуществующих минералов в одном из графитсодержащих бефорситов. Термодинамический анализ этих данных позволил оценить условия формирования карбонатитов подобного типа.
МИНЕРАЛЬНЫЕ ПАРАГЕНЕЗИСЫ
Изученный образец карбонатита содержит кальцит, доломит, оливин, нефелин (возможно ксеногенный), амфибол (по-видимому, ксеноген-ный или наложенный) и две слюды - флогопит и
мусковит (по-видимому, ксеногенный). В заметных количествах присутствуют также магнетит и апатит. Среди акцессорных минералов встречены графит (Кривдик и др., 1997), бадделеит и циркон (Шеремет и др., 2007).
АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
Минералы исследованного образца были проанализированы с помощью электронного микрозонда "Сатеса 8X100" (Отдел литосферных исследований, Университет Вены) при ускоряющем напряжении 15 кВ и токе на образце 20 нА. Для калибровки использовались природные и синтетические минералы. Время счета для каждого из элементов составляло 20 сек. При обработке данных была использована процедура типа РАР.
СОСТАВЫ МИНЕРАЛОВ
Представительные анализы силикатов и карбонатов приведены в табл. 1 и 2. Магнетиты представлены почти чистым Бе304 - содержание Тю2 не превышает 0.2 мас. %. Магнезиальные числа -М§/(М§ + Бе) оливинов данного образца равны 0.54-0.55. Значения М§/(М§ + Бе) для доломитов (0.86 - 0.89), амфиболов (0.8-0.82) и флогопитов (0.85-0.86) существенно выше магнезиальных чисел оливинов. Кальциты и доломиты содержат заметные количества стронция.
ТЕМПЕРАТУРЫ И ДАВЛЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ РАВНОВЕСИЙ
Графитсодержащие бефорситы Черниговского массива включают достаточно много сосуществующих минералов, между компонентами которых возможна следующая обменная реакция:
6Бе28Ю4 + 2СаМ§(С03)2 + 57г02 = = 2СаС03 + Mg2Si04 + 2С + (1)
+ 4Бе304 + 52гёЮ4. В условиях равновесия
ЯТ 1п К1 = -даь
(2)
где Д01 - приращение свободной энергии Гиббса реакции (1) между чистыми компонентами при данных температуре и давлении, Т - абсолютная температура, Я - универсальная газовая постоянная, а К1 - константа равновесия для этой реакции, причем
К1 =
^Ю^^ аС аМв28Ю4 аСаСОз
6 2 5
аРе28Ю4аСаМ§( СО3)2 аЪгОг
(3)
Величины а - активности компонентов твердых растворов, причем для фаз, близких к минералам постоянного состава (циркон, бадделеит, каль-
<м № 42.737 0.043 34.551 0.000 0.237 0.000 0.183 18.518 3.186 0.007 0.015 0.000 99.477
- № 43.540 0.000 34.666 0.040 0.606 0.003 0.203 18.765 2.541 0.016 0.045 0.000 100.425
о № 43.033 0.019 34.771 0.004 0.282 0.000 0.222 17.981 3.345 0.041 0.026 0.022 99.746
о № 43.175 0.000 34.764 0.032 0.219 0.016 0.222 18.208 3.296 0.034 0.038 0.034 100.038
00 № 43.559 0.000 34.656 0.000 0.292 0.004 0.228 18.415 2.958 0.000 0.028 0.001 100.141
о № 43.276 0.000 34.708 0.003 0.556 0.003 0.220 18.732 2.841 0.000 0.025 0.023 100.387
ОЬ 34.975 0.000 0.011 0.000 35.614 24.001 0.059 0.000 0.036 0.001 3.129 0.005 97.831
ОЬ 35.021 0.000 0.001 0.045 35.923 24.200 0.029 0.019 0.000 0.011 3.123 0.008 98.380
ОЬ 35.129 0.000 0.000 0.022 35.993 23.725 0.059 0.000 0.009 0.000 3.131 0.000 98.068
СП ОЬ 35.047 0.036 0.003 0.020 36.025 23.731 0.023 0.000 0.013 0.009 3.166 0.024 98.097
<М ОЬ 35.230 0.001 0.001 0.005 35.927 24.232 0.026 0.003 0.000 0.030 3.050 0.026 98.531
- ОЬ 35.301 0.000 0.005 0.013 36.167 23.743 0.013 0.008 0.025 0.000 3.164 0.050 98.489
Компоненты се б'оЯ^О % о 9.00 9 о |
е^ос-^ооооюоооооюо с^сзслос^сзсзо^с^сзсзс^с^слсз ^'ооооооооооо-^'Ыо
СПОЮО^нООЮС-^ОООО'-ОО
оослооооооооооосло ^'ооооооооооо-^'Ыо
С-^ООООЮОЮС^С^^н^нОО^нО с^0с-~0000т00000100 СЗСЗС^СЗС^СЗС^О^гнС^СЗОСЗСЛС^
^'ооооооооооо-^'Ыо
Г^О'-О^Н'^^НЧООО^^ОО'-О'-О С^ОГ-^ОООО-^ООООО'-О^ч
^'ооооооооооо-^'Ыо
СП СП
о
00 о о
■о
^
¡0
ж . £
£ —
у
^ «о §
ОООЮОЮГ-^ОО^нОО
оюоооо-^ооооо
ООООООООООООО
о о
ооооооооооо-^е^о
С-^ООО^нОЮС^ЮО^нООС^О
С^ОС-^О^нООЮООООООЮ^н
ООСЛОООООООООООСЛО
^'ооооооооооо-^Ыо
ОООЮСПООООГ-^ОООО-^ СЗООО^ООСЗОС^ОСЗС^СЛК!
.............о
о о о о
оооооо-^е^
ОО^н'-ОО^ч^чООЮООС^Ю ОООЮСНООООС-^ООО-^ 000000000000001-0
о о о о
о
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.