Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,969

ЛАНТАНИДНЫЙ ТЕТРАДНЫЙ ЭФФЕКТ ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ПОРОДАХ КАРБОНАТИТОВОГО КОМПЛЕКСА ЭДЕЛЬВЕЙС ГОРНОГО АЛТАЯ

Гусев А.И. 1 Гусев А.А. 1
1 Алтайская государственная академия образования им. В.М. Шукшина
Впервые для карбонатитов Алтая приводится исследование проявления тетрадного эффекта фракционирования РЗЭ. В карбонатитовом комплексе эдельвейс проявлены два типа тетрадного эффекта фракционирования РЗЭ – М и W. М – тип тетрадного эффекта отмечен в кальцитовых карбонатитах, а в более поздних доломитовых – W. Тетрадные эффекты фракционирования РЗЭ сопровождаются не заряд-радиус-контролируемым («non-CHARAC») поведением химических элементов. Предполагается проявление тетрадного эффекта фракционирования ликвацией карбонатитового расплава, обогащённого флюидами.
карбонатиты кальцитовые и доломитовые
тетрадный эффект фракционирования РЗЭ
М- тип
W- тип
ликвация
1. Гусев А.И., Гусев Н.И. Мантийно-коровое взаимодействие в процессах генерации карбонатитов по изотопным данным стронция и неодима // Успехи современного естествознания, 2011. – № 4. – С. 23-26.
2. Гусев А.А., Гусев А.И., Гусев Н.И, Гусев Е.А.Два типа тетрадного эффекта фракционирования редкоземельных элементов в шошонитовых гранитоидах Кавказских Минеральных вод // Современные наукоёмкие технологии, 2011. – № 4. – C. 17-22.
3. Гусев А.И., Гусев Н.И. Гиперсольвусные и транссольвусные анорогенные гранитоиды Солонешенского рудного района Горного Алтая // Успехи современного естествознания, 2013. – № 4. – С.45-49.
4. Коробейников А.Ф., Гусев А.И. Петрология и флюидный режим некоторых карбонатитовых массивов // Известия Томского политехнического университета, 2011. – Т. 319. – №1. – С. 24-29.
5. Маракушев А.А. Термодинамические факторы образования рудной зональности // Прогнозирование скрытого оруденения на основе зональности гидротермальных месторождений. – М. – Наука. – 1976. – С. 36-51.
6. Перетяжко И.С., Савина Е.А. Тетрад-эффекты в спектрах распределения редкоземельных элементов гранитоидных пород как индикаторы процессов фторидно-силикатной жидкостной несмесимости в магматических системах // Петрология. 2010. Т. 18. № 5. С. 536-566.
7. Anders E., Greevesse N. Abundences of the elements: meteoric and solar // Geochim. Cosmochim. Acta. 1989. – V.53. – Pp. 197-214.
8. Bau M., Dulski P. Comparative study of yttrium and rare-element behaviours in fluorine-rich hydrothermal fluids // Contrib. Mineral. Petrol. – 1995. – V.119. – Рp. 213-223.
9. Irber W. The lanthanide tetrad effect and its correlation with K/Rb, Eu/Eu*, Sr/Eu, Y/Ho, and Zr/Hf of evolving peraluminous granite suites // Geochim Cosmochim Acta. 1999. – V.63. – №3/4. Pp. 489-508.
10. Veksler I.V., Petibon C., Jenner G.A. Trace element partitioning in immiscible silicate-carbonate liquids systems: an initial experimental study using a centrifuge autoclave // Journ. Petrol., 1998. – V. 39. – № 11-12. – Р. 2095-2104.

Проявление лантанидного тетрадного эффекта хорошо изучено в сильно эволюционированных гранитоидных образованиях анорогенного и шошонитового типов [2, 6]. Проявление тетрадного эффекта фракционировния редкоземельных элементов (РЗЭ) в карбонатитах не изучено, хотя они относятся к весьма дифференцированным образованиям мантийного генезиса, испытывавшим взаимодействие с коровым материалом. Карбонатитовые магмы обладают высокой насыщенностью флюидами и в них также может проявляться разделение РЗЭ с проявлением тетрадного эффекта фракционирования лантаноидов. Актуальность исследования определяется тем, что с проявлением тетрадного эффекта фракционирования РЗЭ увязывается рудоносность магм [3]. С этой целью нами изучен геохимический состав породных типов карбонатитового комплекса эдельвейс в Горном Алтае и оценены значения тетрадного эффекта фракционирования РЗЭ.

Результаты исследований

Карбонатитовый комплекс эдельвейс локализован на южном склоне Северо-Чуйского хребта в районе рек Кускунур, Тюте и Джело. Интрузивные тела комплекса прорывают вулканогенно-осадочные образования арыджанской свиты венда.

В составе рассматриваемого комплекса, по данным Н.И. Гусева, выделяются две фазы внедрения: в первую фазу включены высокотитанистые габброиды и подчиненные им количественно пироксениты; во вторую – лейкократовые щелочные сиениты, сиенит-порфиры и сиенит-пегматиты; в качестве жильной фазы выделяются карбонатиты и шонкиниты. В составе первой фазы преобладают меланократовые габбро (70 % площади), в виде полос по периферии массива чередующиеся с лейкократовыми разновидностями габброидов, отличающиеся от первых более низкими содержаниями уралитизированного авгита. Пироксениты развиты меньше и представлены косьвитами с характерной сидеронитовой структурой и диаллагитами, сложенными авгитом и диопсидом; в значительных количествах в пироксенитах присутствуют магнетит и титаномагнетит, менее – шпинель.

Породы второй фазы включают лейкократовые щелочные сиениты, сиенит-порфиры, сиенит-пегматиты, развитые в виде даек и тел неправильной формы как в габброидах первой фазы, так и среди вулканитов арыджанской свиты. Мощность даек сиенитов варьирует от нескольких сантиметров до 5-7 м (в отдельных случаях – до 22 м) при протяженности от 20 до 80 м. По простиранию данные тела часто распадаются на несколько разобщенных жил, которые затем снова соединяются и образуют локальные раздувы, часто обнаруживая интрузивные взаимоотношения с породами первой фазы. Сиенит-порфиры характеризуются развитием бостонитовой и трахитоидной структур и доминированием калиевого полевого шпата. В сиенит-пегматитах полевые шпаты представлены ортоклазом и микроклин-пертитом, реже доминирует шахматный альбит с развитием кальцита, щелочного амфибола, астрофиллита, биотита; среди акцессориев иногда присутствуют тантало-ниобаты, циркон, монацит.

Карбонатиты в виде прямолинейных жильных тел протяженностью от одного до 25 м размещаются внутри одного из массивов и, в единичных случаях, в породах рамы. Иногда фиксируется зональное строение тел с ядерной карбонатитовой и призальбандовой сиенит-пегматитовой зонами, в других случаях субсогласные карбонатитовые жилы мощностью до 30 см насыщают тела сиенит-пегматитов, не выходя за его пределы. Карбонатиты представляют собой массивные породы, реже полосчатые со скоплениями флогопита и кварца, существенно или кальцитового, или реже – доломитового состава с переменными количествами апатита (от единичных зерен до 20 %) и, реже – граната. Возраст карбонатитового комплекса по нашим данным кембрийский [1, 4]. Среди карбонатитов преобладают кальцитовые разности, хотя отмечены и доломитовые. Карбонатиты мелкозернистые (существенно кальцитовые), редко – среднезернистые (доломитовые). Доломитовые карбонатиты более поздние и образуют прожилковидные обособления среди кальцитовых.

В кальцитовых разностях карбонатитов преобладающий кальцит достигает (85-97 %) по объёму. В меньших количествах отмечаются флогопит (2-13 %), а также единичные зёрна апатита, доломита, пирита, монацита, циркона, пирохлора. Монацит представлен трудно диагностируемой светлой разновидностью. Пирохлор образует октаэдрические кристаллики размерами от 0,5 до 2,5 мм буровато-зеленоватого цвета и ассоциирует с монацитом и цирконом. В местах где, монацит образует густую вкрапленность, наблюдаются корочки рабдофанита жёлтого цвета.

Доломитовые карбонатиты состоят из ангедрального доломита (80-87 %), кальцита (1-3 %), феррифлогопита (1-2 %) и редких акцессориев – магнетита, ильменита, пирротина, пирита, пирохлора.

Микроэлементный состав породных типов комплекса эдельвейс приведен в табл. 1.

Таблица 1

Микроэлементный состав породных типов карбонатитового комплекса эдельвейс (г/т)

Элементы

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Nb

6,5

7,0

258

260

22

40

2,5

1,5

2,0

31

32

33

Ta

0,33

0,36

6,5

2,8

1,3

0,5

0,2

0,25

0,3

6,5

6,8

6,9

Zr

72

78

220

210

65

70

85

73

46

4,0

4,2

4,5

Hf

4,5

4,7

3,6

1,3

3,9

0,08

0,3

0,1

1,6

0,2

0,3

0,35

Y

34

35

26

25

31

5,5

90

17,2

32

10

11

12

Th

5,0

4,9

4,0

5

9,2

3,9

6,5

8,8

7,1

9

10

10

U

2,8

2,8

2,4

1,9

2,3

3,1

0,5

0,8

1,8

1,2

2,1

2,2

La

62,8

67,0

27,1

97

355

145

525

205

277

26,1

26,1

26

Ce

190

180

54,2

185

1094

277

992

663

837

56,3

56,0

54,0

Pr

22

23

3,4

5,0

7,8

20,5

110

33

36

6,3

6,3

6,3

Nd

109

110

8,7

10

13,0

55

293

48

49

22,5

22,6

23,0

Sm

24

23

1,0

6,4

34

8,0

38,4

16

27

3,2

3,3

3,2

Eu

9,5

12

0,5

1,9

14

3,1

9,9

4,4

10,5

0,91

0,83

0,9

Gd

16,0

17

0,7

1,0

2,0

3,4

32

3,9

4,2

2,48

2,5

2,45

Tb

7,8

7,2

0,1

1,0

4

3,5

3,8

1,9

3,3

0,3

0,33

0,21

Dy

8,1

7,1

0,4

0,7

1,0

0,9

17,0

1,0

1,2

1,30

1,32

1,3

Ho

1,3

1,2

0,07

0,1

0,2

0,1

2,8

0,3

0,4

0,23

0,24

0,22

Er

3,0

3,1

0,2

0,3

0,32

0,2

7,5

0,25

0,3

0,44

0,45

0,44

Tm

0,3

0,32

0,04

0,06

0,07

0,03

0,9

0,6

0,7

0,27

0,3

0,28

Yb

2,1

3,3

0,9

1,0

3,2

3,1

5,0

3,2

3,3

0,20

0,32

0,21

Lu

0,82

1,2

0,03

0,05

0,8

0,75

0,6

0,65

0,66

0,02

0,03

0,022

ΣРЗЭ

456,7

455,4

97,3

309,5

1529

520,6

2038

981

1250

120,6

120,6

118,5

(La/Yb)N

19,7

13,8

19,9

64,1

73,2

30,7

69,4

42,0

55,1

86,3

53,8

83,2

(La/Sm)N

1,6

1,77

16,5

9,27

6,4

11,0

8,4

7,81

6,26

5,0

4,84

5,0

(Gd/Yb)N

6,11

4,26

19,9

0,8

0,5

8,81

5,15

42,9

54,0

9,9

6,27

9,46

Примечание. Содержания элементов определены методом ICP-MS в аналитическом центре ИМГРЭ (г. Москва). 1, 2 – флогопитовые пироксениты; 3, 4 – сиениты; 5-9 – карбонатиты кальцитовые; 10, 11, 12 – карбонатиты доломитовые. N – значения РЗЭ нормированы по хондриту по [7].

Сумма редких земель в породах заметно дифференцирована. Из горных пород, сиениты обладают самыми малыми концентрациями суммы РЗЭ. В то же время кальцитовые карбонатиты характеризуются самыми высокими суммарными величинами РЗЭ (520-2038 г/т) за счёт группы лёгких редких земель. Вероятно, это связано с тем, что последовательная дифференциация родоначального расплава на этапе разделения на сиенитовую силикатную и карбонатную части обеспечивала значительное обогащение кальцитовых ликватов. Это вполне согласуется с данными экспериментальных исследований о предпочтительном обогащении лёгкими РЗЭ карбонатных дифференциатов, по сравнению с силикатными [10]. Суммарные концентрации РЗЭ в доломитовых карбонатитах намного меньше, чем в кальцитовых. Породные типы (отношение (La/Yb)N варьирует от 13,9 до 86,3, что свидетельствует о сильно дифференцированном типе распределении РЗЭ. Отношения лёгких к средним РЗЭ ((La/Sm)N также весьма высоки (4,84-16,5), кроме флогопитовых пироксенитов.

Рассчитанные значения тетрадного эффекта и некоторых соотношений элементов приведены в табл. 2. Анализ таблицы показывает, что в составе комплекса эдельвейс выделяются две контрастные группы по значениям тетрадного эффекта фракционирования РЗЭ ТЕ1, ТЕ3 и ТЕ1,3. Все породные типы и кальцитовые карбонатиты объединяются в группу с проявлением М- типа тетрадного эффекта, а доломитовые карбонатиты обособляются в группу с проявлением тетрадного эффекта W – типа. Для последних свойственны более низкие отношения отношения La/Ta и La/Nb (табл. 2).

Таблица 2

Значения тетрадного эффекта фракционирования РЗЭ и отношения некоторых элементов

Параметры

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

ТЕ1

1,11

1,06

1,24

1,38

1,93

1,2

1,19

2,11

2,11

0,74

1,08

1,06

ТЕ3

1,89

1,72

0,97

2,88

3,43

1,06

0,91

3,54

4,4

0,89

1,03

0,77

ТЕ1,3

1,5

1,39

1,11

2,13

2,68

1,13

1,05

2,83

3,26

0,81

1,05

0,91

Zr/Hf

16,0

16,6

61,1

161,5

16,7

875

283,3

730

28,8

20,0

14,0

12,8

La/Nb

9,7

9,6

0,1

0,37

16,1

3,6

210

136,7

138,5

0,84

0,81

0,79

La/Ta

190,3

186,1

4,2

34,6

273,1

290

2625

820

923,3

4,0

3,8

3,7

Y/Ho

26,1

29,2

371,4

250

155

55

32,1

57,3

80

43,5

45,8

54,5

La/Lu

76,6

55,8

903,3

1940

443,8

193,3

875

315,4

419,7

1305

870

1181

Eu/Eu*

1,49

1,94

1,45

1,42

2,1

0,49

0,86

1,27

1,97

1,18

0,86

0,86

Примечание. ТЕ1,3 – тетрадный эффект по В. Ирбер [9]. Eu*= (SmN+GdN)/2. Значения РЗЭ нормированы по хондриту по [7].

Анализ табл. 2 показывает также, что отношения многих элементов в породах комплекса эдельвейс обнаруживают не заряд-радиус-контролируемое («non-CHARAC» в англо-язычной литературе) по [8] поведение химических элементов. Так, в доломитовых карбонатитах отношения Zr/Hf намного меньше хондритовых хначений (36,0), а в кальцитовых карбонатитах эти отношения имеют широкий интервал значений от 16,7 до 875. Отношения Y/Ho в пироксенитах близки хондритовым значениям (29,0), а во всех остальных породных типах они намного выше хондритовых значений. Вероятно, различные типы тетрадного эффекта фракционирования редкоземельных элементов (М- тип для породных типов и кальцитовых карбонатитов и W- тип для доломитовых карбонатитов) обязаны: 1- различным активностям, насыщенностям и обогащенностям летучими компонентами, такими как H2O, CO2, и такими элементами, как Li, B, F и/или Cl; и 2 – возможными процессами ликвации карбонатитовой магмы на различные дифференциаты с последующей трансформацией в распределении лантанидов в тетрадах [6].

На диаграмме ТЕ1,3 – Eu/Eu* кальцитовые и доломитовые карбонатиты образуют различные тренды относительно хондритовых значений. Общим для указанных трендов является то, что увеличение тетрадного эффекта М-типа и уменьшение тетрадного эффекта W – типа связано с увеличением величины отношения Eu/Eu*.

geo1.tif

Риc. 1. Диаграмма Eu/Eu* – ТЕ1,3 для породных типов карбонатитового комплекса эдельвейс: 1 – флогопитовые пироксениты, 2 – сиениты, 3 – кальцитовые карбонатиты, 4 – доломитовые карбонатиты

Сравнение величин отношений Eu/Eu* для разных по составу карбоанатитов (кальцитовых и доломитовых) показывает, что чем выше указанное отношение, тем выше кислотность среды, согласно рядам кислотности-щёлочности А.А. Маракушева [5] для ряда элементов Sm, Gd, Eu в водно-сероводородных растворах при стандартных условиях, которые участвуют в расчёте величины отношения Eu/Eu*.

На диаграмме Zr/Hf – ТЕ1,3 тренды составов карбонатитов располагаются по разные стороны от от хондритовых значений и имеют противоположные направления (рис. 2).

geo2.tif

Рис. 2. Диаграмма Zr/Hf – ТЕ1,3 для породных типов карбонатитового комплекса эдельвейс

Cерая область отвечает только отношениям элементов (Zr и Hf), но не TE1,3. Условные обозначения те же, что на рис. 1.

Zr и Hf имеют близкое геохимическое поведение и их отношение (Zr/Hf) в большнстве земных и внеземных пород являются почти постоянными, составляя около 38±2; в хондритах оно составляет 36,0. Однако Zr/Hf отношения редуцированы для доломитовых карбонатитов и имеют весьма широкий разброс для всех остальных породных типов комплекса эдельвейс и кальцитовых карбонатитов.

На диаграмме Y/Ho – ТЕ1,3 составы породных типов имеют различные поля фигуративных точек. Уменьшение тетрадного эффекта фракционирования РЗЭ W-типа связано с уменьшением величины отношений Y/Ho, а увеличение тетрадного эффекта фракционирования М-типа – с увеличением отношения Y/Ho. Кроме того, пироксениты и единичный анализ кальцитовых карбонатитов располагаются в поле составов магматических пород (рис. 3).

geo3.tif

Рис. 3. Диаграмма Y/Ho – ТЕ1,3 для породных типов карбонатитового комплекса эдельвейс. Условные обозначения те же, что на рис. 1

Обсуждение результатов и выводы

В карбонатитах комплекса эдельвейс проявлены два типа тетрадного эффекта W и М. Подобная картина нами выявлена в разных массивах гиперсольвусных и транссольвусных гранитоидов Горного Алтая [3]. Аналогичные результаты по проявлению двух типов тетрадного эффекта фракционирования РЗЭ получены нами по шошонитовым гранитоидам Кавказских минеральных вод [2]. В обоих случаях проявление тетрадного эффекта фракционирования РЗЭ объяснялась нами показано, что проявление тетрадного эффекта фракционирования РЗЭ связано с высоководными, обогащенными летучими компонентами флюидами, и, в первую очередь, фтором, бором, углекислотой, фосфором, хлором. Такие летучие компоненты имеют значительное влияние на эволюцию магматизма, температур солидуса и ликвидуса магм, вязкости силикатного расплава, кристаллизационной последовательности минералов из расплавов, а также на поведение рассеянных элементов и их разделение между флюидом и расплавом. Фракционирование РЗЭ при тетрад-эффекте происходит при участии сложных комплексных соединений – фтор-комплексов. В случае же каронатитов, проявление тетрад-эффекта, вероятно, связано с гетерогенизацией расплавов, несмесимостью силикатной части и флюидной и проявлением ликвации [6] в глубинном очаге. В большей степени это характерно для наиболее ранних кальцитовых карбонатитов.

Таким образом, в карбонатитах комплекса эдельвейс проявлены два типа тетрадного эффекта фракционирования РЗЭ – W и М. Вероятно, тетрад-эффект фракционирования РЗЭ обязан ликвации сильно обогащённой летучими компонентами карбонатитовой магмы.


Библиографическая ссылка

Гусев А.И., Гусев А.А. ЛАНТАНИДНЫЙ ТЕТРАДНЫЙ ЭФФЕКТ ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ПОРОДАХ КАРБОНАТИТОВОГО КОМПЛЕКСА ЭДЕЛЬВЕЙС ГОРНОГО АЛТАЯ // Современные наукоемкие технологии. – 2013. – № 8-2. – С. 347-352;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=32370 (дата обращения: 18.06.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252