ПЕТРОЛОГИЯ, 2009, том 17, № 1, с. 51-78
УДК 553.64
ЭЛЕМЕНТЫ-ПРИМЕСИ В МИНЕРАЛАХ КАК ИНДИКАТОРЫ ЭВОЛЮЦИИ ЩЕЛОЧНО-УЛЬТРАОСНОВНЫХ ДАЙКОВЫХ СЕРИЙ: LA-ICP-MS ДАННЫЕ ПО МАГМАТИЧЕСКИМ ПРОВИНЦИЯМ СЕВЕРО-ВОСТОЧНОЙ ФЕННОСКАНДИИ И ГЕРМАНИИ
© 2009 г. А. А. Арзамасцев*, Л. В. Арзамасцева*, Ф. Беа**, П. Монтеро**
*Геологический институт Кольского научного центра РАН 184209 Апатиты, Мурманская обл., ул.Ферсмана, 14, Россия; e-mail: arzamas@geoksc.apatity.ru **University of Granada, Dept. of Mineralogy and Petrology, Fuentenueva sin., 18002, Granada, Spain
Поступила в редакцию 12.04.2007 г.
Получена после доработки 17.09.2007 г.
Представлены результаты определений редкоземельных (REE), литофильных (LILE) и высокозарядных (HFSE) элементов в минералах из даек щелочных лампрофиров Кольского региона и провинции Кайзерштуль локальным методом лазерной абляции с масс-спектрометрическим анализом индуктивно-связанной плазмы. Содержания Y, Li, Rb, Ba, Th, U, Ta, Nb, Sr, Hf, Zr, Pb, Be, Sc, V, Cr, Ni, Co, Cu, Zn, Ga, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu измерены в оливине, мелилите, клинопироксене, амфиболе, флогопите, нефелине, апатите, перовските, а также в заключающем их тонкокристаллическом базисе. Полученные данные по распределению элементов-примесей в минеральных фазах из щелочно-ультраосновных пород дайковых серий показывают, что главными минералами-концентраторами высокозарядных и редкоземельных элементов в щелочных пикритах, оливиновых меланефелинитах, мелилититах являются перовскит и апатит, содержащие более 90% REE и HFSE. Среди породообразующих минералов наибольшую роль в балансе REE в ходе эволюции меланефелинитовых расплавов играли мелилит, клинопироксен и высокомагнезиальный амфибол. Рассчитаны коэффициенты распределения Ni, Co, Cu, Zn, Sc, V, Cr, Ga, Y, Li, Rb, Ba, Th, U, Ta, Nb, Sr, Hf, Zr, Pb, Be, а также полного спектра REE для оливина, клинопироксена, амфибола, флогопита, нефелина, перовскита, апатита на основе отношения минерал/матрица. Изменение состава сложных зональных фенокристов клинопироксена отражает условия полибарической кристаллизации меланефелинитового расплава, которая началась при поступлении магм в основание нижней коры и продолжалась в течение всего процесса их подъема к поверхности. Образование "зеленых" ядер в клинопироксенах является признаком смешения первичных меланефелинитовых расплавов с фонолитовыми магмами, происходившего в условиях верхней мантии. Оценка состава первичных расплавов для пород щелочно-ультраосновной серии Кольской провинции указывает на единую для всей серии родоначальную магму, производными которой явились пироксеновые куму-латы и комплементарные им мелилитолиты, фоидолиты и нефелиновые сиениты.
Петрологические исследования последнего десятилетия имеют явную тенденцию к численному моделированию трендов эволюции магматических серий, базирующемуся на прецизионных геохимических данных. Важнейшими параметрами, используемыми в этих моделях, являются коэффициенты распределения элементов минерал/расплав (D). За более чем тридцатилетний период применения локальных методов микроанализа накоплена обширная информация как о характере распределения элементов в минеральных фазах, так и о факторах, приводящих к изменениям параметра D в конкретных физико-химических обста-новках формирования пород (Philpotts, Schnetzler, 1970; Антипин и др., 1984; Green, Pearson, 1986; Green, 1994; Dalpe, Baker, 2000; O'Reilly, Vannucci, 2004 и др.). Наиболее ограниченные данные име-
ются для щелочных пород: получены значения D для ряда породообразующих (Larsen, 1979; Когар-ко и др., 1980; Onuma et al., 1981; Lemarchand et al., 1987; Foley et al., 1996) и акцессорных минералов (Irving, Price, 1981; Worner et al., 1983; Klemme, Dalpe, 2003). Вместе с тем, учитывая многообразие щелочных пород, а также слагающих их минеральных видов, многие из которых являются концентраторами крупноионных литофильных (LILE), высокозарядных (HFSE) и редкоземельных (REE) элементов, имеющегося банка данных для этих пород явно недостаточно, что тормозит решение проблемы реконструкции эволюции щелочных магматических серий и разработку на этой основе металлогенических критериев прогноза редкометалльной минерализации щелочных и карбонатитовых интрузий.
51
4*
Существующие петрологические модели эволюции конкретных магматических серий, как правило, базируются на коэффициентах распределения, либо определенных в ходе экспериментов, либо полученных для аналогичных пород других регионов, что в значительной мере обуславливает неопределенность результатов. Более корректные модели может дать использование коэффициентов распределения, определенных в результате анализа той серии пород, для которой проводится моделирование. С этих позиций ще-лочно-ультраосновные серии Кольского региона представляют наиболее благоприятный объект для проведения исследований. В пределах провинции пространственно совмещены генетически связанные плутонические и субвулканические производные щелочно-ультраосновных расплавов в составе массивов Ковдор, Турий Мыс, Вуо-риярви, Хибинский и др. Щелочные лампрофиры, нефелиниты и фонолиты геохимически близки плутоническим щелочным ультрамафитам, фои-долитам, нефелиновым сиенитам и содержат вкрапленники минеральных фаз, являющихся породообразующими в интрузивных членах серии. Вместе с тем практически все дайковые мелилит-содержащие породы, распространенные в пределах Кольского региона, подверглись интенсивным постмагматическим изменениям, что не позволило провести исследование главной минеральной фазы - мелилита. Кроме того, отдельной проблемой явилась оценка распределения редких элементов в акцессорных фазах-концентраторах REE, Y, Sr, Nb, Ta, поскольку размер зерен этих минералов в дайках кольской серии очень мал, а их распространенность крайне низка. Все это обусловило необходимость проведения исследований аналогичных дайковых пород щелочно-ультраоснов-ной серии, представленных в кайнозойском вул-каноплутоническом комплексе Кайзерштуль, Германия. Дайковые породы в этом районе в минимальной степени затронуты вторичными процессами и содержат отлично сохранившиеся фе-нокристы главных минеральных фаз - клинопи-роксена, оливина, мелилита, флогопита. Кроме того, в отдельных разновидностях пород присутствуют пригодные для изучения фенокристы апатита и перовскита, которые являются важнейшими минералами-концентраторами большинства редких элементов в щелочных ультрамафитах.
Задачей настоящей статьи явилось определение концентраций REE, LILE и HFSE методом LA-ICP-MS в фенокристах и основной массе щелочных пикритов, оливиновых меланефелинитов, мелилититов, нефелинитов из даек разных районов. Полученные данные для пород меланефели-нитовой серии были использованы для определения соотношений элементов в паре кристалл/матрица, которые в большинстве случаев можно рассматривать как коэффициенты распределе-
ния минерал/расплав. Рассчитанные коэффициенты распределения являются основой для построения количественных моделей эволюции щелочных расплавов и позволяют оценить баланс элементов в главных типах щелочных пород Кольского региона.
ГЕОЛОГО-ПЕТРОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИЗУЧЕННЫХ ОБРАЗЦОВ
Рои палеозойских щелочных даек, распространенные в пределах кольской части Балтийского щита, преимущественно локализованы в обрамлении щелочных массивов, а также пространственно приурочены к кандалакшской палеориф-тогенной зоне. Имеющиеся датировки показывают, что дайки и трубки взрыва формировались как на доинтрузивной стадии, так и на заключительных стадиях становления интрузий (Арзамасцев и др., 2003). Сходство изотопных характеристик интрузивной и субвулканической фаций ще-лочно-ультраосновной серии свидетельствует об их образовании из единого мантийного источника. По петрографическим характеристикам среди пород палеозойских даек могут быть выделены: (1) щелочные пикриты, оливиновые меланефели-ниты; (2) нефелиниты; (3) альноиты, нефелиновые мелилититы; (4) фонолиты и тингуаиты; (5) трахиты; (6) карбонатиты; (7) кальцитовые фонолит-порфиры. Первые две разновидности преобладают и широко распространены в пределах всех дайковых роев. Мелилитсодержащие разности встречены в роях, расположенных в обрамлении массивов, в составе которых преобладают мелилитовые интрузивные серии. Карбонатные дайки концентрируются в основном вблизи тел карбонатитов. Фонолиты и тингуаиты преобладают в дайках, входящих в состав Хибинского и Ловозерского массивов, но встречены также в обрамлении интрузий Ковдор и Вуорияр-ви. Для исследования из обширной коллекции были отобраны 8 образцов, представляющих наиболее типичные разновидности кольских дайковых пород из разных районов.
Вторым объектом исследования явились породы вулканоплутонического комплекса Кайзерштуль миоценового возраста. Производные ме-ланефелинитовых, мелилититовых, фонолито-вых и карбонатитовых магм представлены в комплексе преимущественно вулканитами и в меньшей степени дайковыми фациями, распространенными как непосредственно в пределах комплекса, так и на удалении от него (Keller, 1981). Для изучения были выбраны меланефели-нит (обр. KZ-5) и бергалит (обр. KZ-13) из даек района Оберберген, причем для бергалита этот район является "type locality". Петрографические
Таблица 1. Характеристика исследованных образцов
Номер образца Район Порода Фазы Примечание
A02-04 Хибины Пикрит щелочной Ol, Phl, Prv, Spl Фенокристы Ol и редко Phl заключены
(Коашва) Pct, Cal во Phl-Pct-Mag матрице.
597/945 Хибины Меланефелинит Ol, Cpx, Amph, Фенокристы Ol, зонального Amph и
(Партомчорр) оливиновый Phl, Ttn, Ti-Mag, Mg-Cr Spl Cpx. В отдельных фенокристах Cpx присутствуют "зеленые" ядра, богатые Na и Fe. Матрица состоит из микролитов Amph, Cpx, Mag, Anl.
A00-23 Турий Мыс Меланефелинит оливиновый Ol, Cpx Фенокристы Cpx и Ol слагают >40% объема породы. Матрица: Phl, Anl, Ntr, Mel (?), Cal, Mag.
99-1 Хибины (южное Меланефелинит Ol, Cpx, Amph, Фенокристы зонального Amph и спора-
обрамление) оливиновый Mag, Ntr дически Cpx и Ol. Матрица: микролиты Amph, Cpx, Mag, Anl и Ntr.
A00-26 Турий Мыс Мельт
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.