Содержание к диссертации
Список сокращенийГлава 1. Состояние проблемы
Глава 2. Геолого-петрографическая характеристика площади проявления карбонатитов
2.1.1. Геологическая характеристика района проявления карбонатитов Веселого
2.1.2. Геологическая характеристика проявления карбонатитов Пограничного
2.2. Петрографическая характеристика вмещающих пород проявления Веселого
2.3. Метаморфизм пород
Глава 3. Карбонатиты
3.1.1. Общая характеристика карбонатитов проявления Веселого
3.1.2. Характеристика карбонатитов проявления Пограничного
3.2.1. Минеральный состав карбонатитов
3.2.2. Собственно карбонатитовая ассоциация
3.2.3. Ксеногенные минералы
3.2.4. Ассоциация метаморфических минералов
3.2.5. Ассоциация гидротермальных минералов не связанных с карбонатитами
3.3. Результаты изучения включений в минералах из карбонатитов
3.4. Геохимические особенности карбонатитов
3.5. Изотопная характеристика пород проявлений Веселого и Пограничного
Глава 4. Генетические особенности карбонатитов
4.1. Особенности генезиса доломитовых карбонатитов
4.2. Проблема комагматичности карбонатитов с силикатными породами
1-е защищаемое положение
2-е защищаемое положение
3-е защищаемое положение
Введение к работе
Актуальность исследований Проблема концентрации рудных элементов в эндогенных карбонатных породах привлекает внимание исследователей с момента их открытия до настоящего времени. Особенности рудоносности этих пород рассмотрены в многочисленных публикациях (Багдасаров, 2001; Карбонатиты, 1969; Капустин, 1971; Самойлов, 1977; Carbonatites, 1989 и др.). Большая часть их посвящена карбонатитам платформ и щитов, значительно меньше проявлений складчатых областей.
В Северном Забайкалье в последние годы обоснована новая карбонатитоносная площадь. Карбонатиты в ее пределах характеризуются повышенными (до промышленных) содержаниями РЗЭ, стронция, апатита.
После своего формирования карбонатиты были подвержены метаморфизму. А так как проблема преобразования рудных компонентов в связи с метаморфизмом в известной нам литературе еще не изучена, то выявленные объекты явились модельными для изучения этого процесса. Кроме того, сопоставление минеральных составов, изотопно-геохимических особенностей карбонатитов и метаморфизованных осадочных карбонатных пород позволяет обосновать критерии их диагностики и проводить перспективную оценку кристаллических карбонатных пород.
Карбонатиты проявления Веселого характеризуются следующими наиболее важными особенностями:
1) они расположены в складчатом обрамлении Сибирского кратона, в пределах Байкало-Муйского пояса рифейской островодужной области;
2) в ассоциации с карбонатитами не обнаружены силикатные комагматы;
3) в них установлены хромшпинель и минералы с высокими концентрациями хрома, что является редким случаем для интрузивных карбонатитов и потому они представляются важным объектом для петрогенетических исследований, как возможный представитель выплавки непосредственно из мантийного источника;
4) карбонатиты испытали метаморфические преобразования, оказавшие большое влияние на специфику состава и характер распределения рудных компонентов.
Изложенные особенности карбонатитов еще недостаточно освещ;ены в научной литературе, что и послужило основанием для постанрвки петрографических, минералогических, геохимических и термометрических исследований. Это же определило необходимость сбора и анализа информации по метаморфизованным карбонатитам России и за рубежом.
Объект исследования Исследования были проведены в Северном Забайкалье на< проявлении карбонатитов Веселое (и в качестве сравнения Пограничное О обнаруженных в 2002-2003 гг в пределах новой карбонатитоносной площади.
Цель и задачи исследований Целью исследований было определение на основании минералогического, геохимического, изотопного и термобарогеохимического изз^ения условий формирования карбонатитов, их метаморфического преобразования и установление особенностей состава и распределения в них рудных компонентов на постмагматическом этапе.
В задачи исследований входило:
1. Изучение минерального, химического и изотопного состава карбонатитов и вмещающих пород.
2. Установление РТ-условий формирования карбонатитов.
3. Оценка РТ-условий метаморфизма вмещающих пород и карбонатитов по данным изучения минеральных парагенезисов, минеральных геотермометров и барометров.
4. Выявление признаков, конвергентности и отличия между метаморфизованными осадочными карбонатными породами и карбонатитами.
5. Установление типоморфных особенностей рудной минерализации сформировавшейся на этапах кристаллизации карбонатитов и их последующего метаморфического преобразования.
Научная новизна работы
1) Установлены минералого-геохимические и петрографические особенности метаморфизованных карбонатитов Северного Забайкалья.
2) Выявлена направленность процессов преобразования в них рудных компонентов в процессе метаморфизма.
3) Сформулированы диагностические критерии (минералогические, геохимические, изотопные) отличия метаморфизованных осадочных карбонатных пород и карбонатитов.
Практическая значимость
1) Установлено, что процессы преобразования рудного вещества в результате метаморфизма определяют петрохимические, минеральные, изотопно-геохимические особенности и технологические свойства карбонатитов. Происходившее при метаморфизме перераспределение редких и редкоземельных элементов, появление новых минеральных фаз, вызывает необходимость учета влияния таких процессов, при определении природы рудной минерализации и оценке перспективности карбонатитовых проявлений.
2) Выявленные закономерности трансформации рудного вещества при метаморфизме могут быть использованы при оценке технологических свойств карбонатитов.
3) Обоснованный комплекс признаков диагностики и отличия метаморфизованных карбонатных пород от карбонатитов представляется важным для определения перспективности проявлений.
Защищаемые положения
1. Минеральные ассоциации карбонатитов проявления Веселого сформировались в три этапа — собственно карбонатитовый (магматический), метаморфический и гидротермальный (не связанный с карбонатитами).
2. Метаморфизм карбонатитов обусловил:
а) Перекристаллизацию карбонатной матрицы (изменение структурнотекстурных особенностей).
б) Рафинирование минералов от примесей и переотлоэюение компонентов с образованием новых минеральных фаз (стронцианит, монацит, синхизит).
в) Появление минералов нетипичных для карбонатитов (хлорит, фенгит, тальк, кварц, тремолит-актинолит, антофиллит).
3. Кристаллические и в том числе метаморфизованные первичноосадочные карбонатные породы (фосфориты, кальцифиры, мраморы), имея некоторые черты конвергентности с карбонатитами, сохраняют минералогические и изотопно-геохимические признаки, позволяющие проводить их диагностику.
Фактический материал и методы исследований В основу работы положены данные, полученные автором при проведении работ в период 2003-2009 гг, а также материалы лаборатории магматического рудообразования Геологического Института СО' РАН. Исследования проводились по плановой теме лаборатории и включали петрохимическое, минералогическое, геохимическое изучение пород.
При проведении анализа химического состава пород были использованы следующ;ие методы: фотометрический, атомно-абсорбционный, потенциометрический и пламенно-фотометрический. Измерительные приборы: атомно-абсорбционный спектрофотометр AAS-№1 (Германия), спектрофотометр СФ-46 (Россия), иономер Анион - 4100. (аналитики Г.И. Булдаева, И.В. Боржонова, Э.М. Татьянкина). Содержания элементов-примесей определены рентгено-флюоресцентным (VRA-30, Карл Цейс Иена, Германия) (Б.Ж. Жалсараев) и ICP-MS (Иркутск, Институт геохимии), редкоземельных элементов спектральным с предварительным химическим обогаш;ением (спектрограф ДСФ-13 с решеткой 1200 штр/мм, Россия, Микроденситометр 100, Германия) (Т.Н. Казанцева, Л.А. Левантуева) и ICP-AES&ICP-MS
(Лондон). Состав минералов определен на модернизированном рентгеновском микроанализаторе МАР-3 (СВ. Канакин). В зависимости от состава минералов съемки проводились при 15-20 kV, ускоряющем напряжении токе зонда от 20 до 40 нА, времени измерения 20 сек и диаметре зонда 2-3 мкм. Для повышения достоверности анализа в окрестностях каждой точки проводились по несколько параллельных замеров. Микроструктурные особенности, взаимоотношения и однородность состава минералов изучались на электронном микроскопе LEO- 1430 с энергодисперсионным спектрометром Jnca Energy-300 (Н.С. Карманов) и Probe SBM - Jeol5900LV Analytical SEM с катодолюминесценцией, Отделе Минералогии Британского Музея Естественной Истории (Лондон).
Изотопному изучению были подвергнуты карбонатиты, доломитовые мраморы, измененные ультрабазиты. Изотопные составы кислорода и углерода в карбонатных минералах, кислорода в магнетите, апатите, рутиле, а также кислорода в минералах метаморфического происхождения - кварце, фенгите и хлорите определены в лаборатории стабильных изотопов Аналитического Центра ДВО РАН на прецизионных масс-спектрометрах Finigan МАТ-252 и 253. Погрешность анализов не превышала для оксидов ±0,05, для карбонатов ±0,02. Методика пробоподготовки и анализа приведена в работе (Игнатьев и др., 2005).
Rb-Sr изохронный возраст метаморфизма и изотопные отношения стронция в безрубидиевых минералах определены в Геологическом институте СО РАН на масс-спектрометре МИ-1201 (аналитик В.Ф. Посохов). Изотопный состав Sr и его концентрации устанавливались методом двойного изотопного разбавления, а содержание Rb - простым изотопным разбавлением. Для, контроля измерений изотопного состава Sr использовался стандарт ВНИИМ и NBS-987 по которому получены отношения 87Sr/86Sr = 0,70798±0,00008 и
0,71026+0,00001 во время проведения данной работы. Погрешности определения отношений 87Sr/86Sr и 87Rb/86Sr с учетом параллельных измерений составили не более 0.05 и-1% (2а) соответственно. Расчет возраста выполнялся по общепринятой программе ISOPLOT. Ввиду очень низких Rb/Sr отношений для большинства валовых проб, использовали определение возраста по схеме вал-минерал.
U-Pb возраст карбонатитов определен по циркону (SHRIMP II) в ЦИИ* ВСЕГЕИ (аналитик А.Н. Ларионов). Зерна минералов вместе с Geostandarts zircon 91500 с принятым возрастом 1065 млн. (Wiedenbeck et al., 1995) были имплантированы в эпоксидную смолу и затем отполированы. Для выбора участков датирования на поверхности зерен использовали оптические и катодолюминесцентные изображения, отражающие внутреннюю структуру минералов. Измерения U-Pb отношений на SHRIMP II проводились по методике, описанной в (Williams, 1998). Технология измерения U-Pb отношений и расчеты возраста описаны в статье (Ронкин и др., 2005).
Изучение включений в минералах проведено в 10 полированных пластинах толщиной до 0,3 мм оптическими и термометрическими методами.
При визуально-микроскопическом изучении препаратов основное внимание уделялось определению пространственного положения включений. Для исследования включений был использован метаморфический кварц, как в сланцах, так и в карбонатитах, находящийся в ассоциации с хлоритом. Для проведения термометрических опытов с включениями использовался микроскоп Olympus ВХ51 с высокотемпературной камерой "Lincam 1500".
Работы сопровождались детальным петрографическим изучением всех типов пород (более 60 прозрачных шлифов). Изучение взаимоотношений минералов и исследование их химического состава проведено в специально приготовленных препаратах, шлифах и аншлифах. В процессе работы было выполнено свыше 800 микрозондовых и электронномикроскопических анализов.
Изотопно-кислородные температуры для пар сосуществующих
(равновесных) минералов были определены по формуле: 1000 In а = А X 10 /Т (К), где 1000 In а = разность изотопного состава кислорода, А = коэффициент фракционирования для пар минералов, Т = температура по Кельвину (Chacko et al., 2001).
Оценка температур образования по магнетит-ильменитовому термометру дана по (Haddington et al., 1964).
Для оценки температур карбонатного парагенезиса использован геотермометр основанный на величине магнезиальности кальцита (Голдсмит, 1989). Для этого проводилось сканирование по площади зерен кальцита, содержащих ламеллии доломита (структуры распада) с определением содержаний магния.
Для расчета давления, существовавшего на этапе метаморфизма пород, использован геобарометр Массоне (Massone et al., 1989), основанный на содержании кремния (ф. е.) в фенгитах.
Публикации и апробация работы Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 12 работах, из них 5 статей (одна в печати) и 7 тезисов доюгадов. Основные положения работы докладывались на научных совещаниях и конференциях: X Международном Симпозиуме имени академика М.А. Усова студентов и молодых ученых "Проблемы геологии и освоения недр", г. Томск, 2006; XXII Всероссийской молодежной конференции, "Строение литосферы и геодинамика", г. Иркутск, 2007; конференции посвященной 50-летию Сибирского отделения РАН и 80-летию чл.-кор. РАН Ф.П. Кренделева, "Геохимия и рудообразование радиоактивных, благородных и редких металлов в эндогенных и экзогенных процессах", г. Улан-Удэ, 2007; Международной научно-практической конференции, посвященной 50-летию Бурятского ордена Трудового Красного Знамени геологического управления «Проблемы геологии, минеральных ресурсов и геоэкологии Западного Забайкалья» г. Улан-Удэ, 2007; Научной сессии Геологического Института СО РАН 2008.
Структура и объем работы Диссертация состоит из 4 глав, введения, заключения и списка литературы. Работа имеет объем 173 машинописные страницы, в том числе 70 рисунков, 48 таблиц. Список литературы состоит из 184 наименований, включая 73 публикации в зарубежных изданиях.
Благодарности Автор выражает глубокую признательность и благодарность научному руководителю к.г.-м.н. Г.С. Риппу за помощь, советы и долготерпение в проведении исследований и при подготовке работы. Автор искренне благодарен Н.Н. Егоровой за консультации при проведении петрографического изучения пород и А.Г. Дорошкевич за помощь в термометрических исследованиях, консультациях.
Автор признателен к.г.-м.н. Н.С. Карманову и С В . Канакину за выполнение электронно-микроскопических исследований и высококачественных микрозондовых анализов, а также А.А. Цыреновой, И.В. Боржоновой, Г.И. Булдаевой, Н.Л. Гусевой, Б.Ж. Жалсараеву, Т.И. Казанцевой, Л.А. Левантуевой и В.Ф. Посохову.
Работа выполнена в Геологическом институте СО РАН, г. Улан-Удэ при финансовой поддержке ИНТАС 05-1000008-7938, проекта РФФИ 08-05-98028, Интеграционного проекта 6.15 СО РАН, научных школ (НШ - 2284. 2003.5, НШ-2339. 2006.5).
