Научный журнал

Современные наукоемкие технологии

ISSN 1812-7320

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,940

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

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.

Статья в формате PDF

898 KB

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)

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

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*.

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).

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).

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