762

 

Устинов В. И. ^*, Гриненко В. А. ^*, Котельников А. Р. ^**, Сук Н. И.^**,

Ковальская Т. Н. ^**, Смирнова^* Е. П.

 

Для щелочных массивов выделяют два характерных процесса формирования магматических пород [1]: (1) с отделением летучих (и рудных) компонентов в отдельную флюидную фазу (при этом формируются месторождения в экзоконтактовой зоне массива – грейзены, скарны и др., связанные, как правило, с постмагматическими (гидротермальными) процессами); (2) без отделения летучих (при определенных физико-химических параметрах в процессе кристаллизации высокощелочных магм возможен постепенный переход от магматического расплава к гидротермальному раствору без отделения воды в газовую фазу.

В данной работе для оценки температурного режима формирования содалитсодержащих ассоциаций применен комплексный подход, основанный на сочетании изотопных и минеральных геотермометров: мономинерального изотопно-кислородного термометра (сульфат-содалит) [2] и инфраструктурных изотопно-кислородного и изотопно-серного геотермометров, а также основанных на фазовых равновесиях минеральных геотермометров как темноцветных, так и лейкократовых минералов переменного состава (Bi-Cpx; Amf-Cpx; Amf-Bi; Fsp-Ne); для парагенезисов Cl – и сульфат-содалитов использовали распределение хлора и серы между сосуществующими фазами [3, 4].

Для исследования минеральных парагенезисов и условий их образования нами были отобраны образцы содалитовых сиенитов. В пределах массива содалитовые сиениты встречаются как в виде отдельных тел, так и в виде прослоев среди пород дифференцированного комплекса и комплекса эвдиалитовых луявритов. Исследовались содалитовые сиениты, образцы которых были отобраны из 2-х скважин, пересекающих породы дифференцированного комплекса и располагающихся соответственно в северной и южной частях массива. В этих породах содалит является одним из породообразующих минералов. Среди акцессорных минералов выделяются: сфен, апатит, эвдиалит, карбонаты, сульфиды железа (пирит и пирротин), титаномагнетит, мангано-ильменит, флюорит, натролит, иногда лопарит. Кроме этих образцов, был изучен также образец, взятый из тела содалитового нефелинового сиенита, расположенного в центральной части массива. В этом образце представлены следующие породообразующие минералы: клинопироксены, амфибол, образующий включения в клинопироксене, нефелин, полевой шпат, сильно измененный замещенный канкринитом содалит, натролит. Акцессорные минералы представлены магнетитом и ильменитом, эвдиалитом, апатитом и сфеном.

На основе генетических взаимоотношений минералов в содалитовых пойкилитовых сиенитах выделяются 4 стадии кристаллизации минералов этих пород. В первую (магматически-флюидную) стадию кристаллизовались клинопироксен I, затем ранний содалит и нефелин и позднее – калиевый полевой шпат, параллельно с которым образовывались апатит, лопарит и сфен. Во вторую (флюидно-газообразную) стадию происходила кристаллизация клинопироксена II, щелочного амфибола и высокотемпературных редкометальных минералов (лампрофиллита, рамзаита, эвдиалита и др.). К третьей (флюидно-гидротермальной) стадии относят кристаллизацию альбита и минералов, содержащих летучие (поздний содалит, пектолит, канкринит). В четвертую (гидротермальную) стадию происходят уссингитизация и натролитизация пород, при этом натролит является самым поздним минералом пойкилитовых сиенитов. Такая стадийность кристаллизации отражает длительный процесс формирования этих пород, в ходе которого выделялось несколько генераций отдельных минералов (клинопироксена, содалита).

Ловозерский массив. Температуры минералогенеза отвечают различным стадиям кристаллизации пород Ловозерского массива и охватывают интервал температур от 990 до 510°С. Кроме того, наличие в образцах признаков низкотемпературных процессов (канкринитизация содалитов, присутствие натролита и других минералов группы цеолитов), указывает на интенсивную стадию гидротермальной переработки пород (при температуре < 400°С). Таким образом, данные минеральной термометрии подтверждают схему хода кристаллизации пород Ловозерского массива без отделения летучих и с постепенным переходом от магматической стадии к гидротермальной.

Результаты оценки температур минералогенеза по данным распределения изотопов кислорода и серы между минералами показали следующее: в образце из северной части массива для сульфатсодержащего содалита определены величины d¹⁸O_{силикат}= +3.3‰, d¹⁸O_{сульфат} = +6.7‰; а разница D¹⁸O, равна величине +3.4‰, что соответствует по мономинеральному изотопному термометру 700°С [4].

Клинопироксены в этом образце представлены тремя генерациями, которые кристаллизовались вместе с амфиболом и биотитом. Определенные по минеральным термометрам (пары CPx-Am и CPx-Bi) температуры первой генерации пироксена отвечает температура 990°С, второй 700°С и третьей – 595°С.

Температура, определенная по инфраструктурному распределению изотопов кислорода в сульфат-содалите (700°С), хорошо коррелирует с температурой образования второй генерации клинопироксена с биотитом (расчет температуры образования этой пары минералов по распределению железа и магния между ними индицирует температуру 700°С. В этом же образце по распределению изотопов серы в паре пирит–сульфат-содалит (содалит – d³⁴S = 5.9‰; парагенный сульфид железа d³⁴S= -0.3‰) определена температура 780°С. В тоже время, температура, определенная по составам сосуществуюших фаз хлор- и сульфат- содалитов, составляет 580-620°С. Это несоответствие объясняется тем, что распад твердого раствора содалита на отдельные фазы хлор- и сульфат- содалитов осуществляется при температуре ниже 780°С, а температура, фиксируемая по распределению хлора и серы между сосуществующими содалитами, отвечает остановке обменных процессов (распределения анионов Cl^-1 и SO₄^-2 между фазами). Можно заключить, что содалит кристаллизовался при 780°С (что и фиксирует распределение изотопов серы между пиритом и содалитом), а при снижении температуры произошел распад твердого раствора содалита на две фазы (при температуре 580-620°С). Следует отметить, что эти температуры, рассчитанные по составам сосуществующих содалитовых фаз, близки к температуре образования третьей генерации клинопироксенов (595°С). Таким образом, комплекс минеральных и изотопных термометров показал, что процесс кристаллизации минералов в образце из северной части массива протекал в несколько этапов при температурах от 990 до 500-440°С.

В образце из центральной части распределение изотопов кислорода между нефелином и клинопироксеном показывает температуру 480°С. Эта температура близка к температуре, полученной из распределения натрия и калия между нефелином и полевым шпатом (520-560°С). При дальнейшем снижении температуры в этом образце протекали процессы канкринитизации содалита и образования натролита (замещающего полевой шпат и нефелин).

Для образца из южной части массива распределение изотопов кислорода между клинопироксеном и полевым шпатом (D¹⁸O = 2.9‰) фиксирует температуру 520°С. Эта температура сопоставима с температурой 520°С, рассчитанной по распределению натрия и калия в паре нефелин–полевой шпат. Клинопироксен-амфиболовый геотермометр, основанный на распределении магния и железа, дает температуру 740°С. Очевидно, что изотопный термометр (CPx-Fsp) устанавливает температуру остановки процессов изотопного обмена в данной минеральной паре. Двусодалитовый термометр по составам сосуществующих содалитов показывает температуру 510-540°С. Эти значения близки к определенным по распределению изотопов серы в паре сульфат-содалит-пирит (570°С).

Из приведенных данных по результатам изотопной и минеральной термометрии минеральных парагенезисов Ловозерского массива можно сделать вывод о многостадийном процессе образования минеральных ассоциаций пород. Выделяются три главных этапа процессов минералогенеза.

Первый этап связан с кристаллизацией минералов из первичного расплава – он охватывает температурный интервал 990–700°С, на этом этапе кристаллизовались такие главные породообразующие минералы как клинопироксен (1-й и 2-й генераций), нефелин, амфибол, биотит. Видимо, при снижении температуры остаточный расплав обогащался водой и солевыми компонентами (хлоридами и фторидами натрия, сульфатом и карбонатом натрия).

На втором этапе (620-500°С) из высокощелочного и обогащенного летучими компонентами остаточного раствора-расплава кристаллизовались содалиты, проходили интенсивные реакции изотопного и катионного обмена между минеральными фазами. Именно этот этап, в основном, фиксируется равновесиями лейкократовых минералов (содалитов, полевых шпатов и нефелина). Высокие концентрации солевых компонентов способствовали перекристаллизации ранее образованных фаз (пироксенов, нефелинов, полевых шпатов), при этом шли интенсивные процессы изотопного обмена.

Третья генерация пироксенов (образец из северной части)также образовалась на этом этапе при Т = 595°С. Третий этап – гидротермальный, характеризуется температурами ниже 400°С. На этом этапе шла кристаллизация водосодержащих минералов группы цеолитов (натролита, анальцима и др.), протекали процессы канкринитизации содалитов. Этот этап характерен относительно невысокими концентрациями солей в растворе. Такая схема кристаллизации минералов соответствует постепенному переходу от магматической стадии к гидротермальной.

Тикшеозерский массив относят к формации ультраосновных щелочных массивов c карбонатитами. В отличие от широко известных массивов щелочного типа с карбонатитами каледонско-герцинского периода (Хибинская группа, Ковдорский массив и др.), Тикшеозерский массив относится к наиболее раннему протерозойскому субплатформенному комплексу на территории Фенноскандинавского щита. Наличие большого количества карбонатных жил в пироксенитах и габбро, а так же наличие в их составе таких низкотемпературных гидроксилсодержащих минералов, как содалит, натролит, канкринит, указывает на активную вторичную переработку пород массива.

С целью определения особенностей минералогенеза щелочных пород Тикшеозерского массива и отличия их от пород других щелочно-карбонатитовых комплексов Карело-Кольской провинции проведено микрозондовое исследование породообразующих и акцессорных минералов в образцах пород Тикшеозерского массива. В ходе работы были проанализированы образцы кернового материала, хранящегося в пос. Чупа и в Геологическом институте КарНЦ РАН, а также образцы пород, отобранные в ходе экспедиционных работ непосредственно на массиве. В ходе парагенетического анализа были установлены ассоциации сингенетичных минералов в пироксенитах, габбро и ийолитах: клинопироксен + флогопит + амфибол; клинопироксен + амфибол; клинопироксен + флогопит. На основе этих ассоциаций с помощью минеральных геотермометров [5] были рассчитаны температуры образования парагенезисов: 600–650°С.

Изучение вмещающих пород массива (гранито-гнейсов) показало, что в позднепротерозойское время имел место региональный метаморфизм. Данные термометрии на основе равновесия гранат-биотит показывают, что температура метаморфизма составляла примерно 500°С.

Для подробного исследования были взяты образцы ийолитов из щелочных пород Тикшеозерского массива.

В одном образце по распределению изотопов кислорода в паре биотит–амфибол оценена температура 100°С. Величина D³⁴S между сульфатной группой содалита и сульфидом железа, равная 14.4%, фиксирует температуру 440°С. В тоже время, минеральные термометры, основанные на распределении магния и двухвалентного железа между сосуществующими минералами (CPx, Bi, Amf), дают значения температур 600-650°С.

В другом образце температуру оценили по распределению изотопов кислорода в паре Cl-Sod–Amf (D¹⁸O = 3.1‰), что соответствует температуре 540°С. Минералов, пригодных для расчета температур по минеральным термометрам, в данном образце нет.

В целом, можно отметить, что температуры, определенные по парагенетичным минеральным парам (CPx-Amf, CPx-Bi, Bi-Amf), хорошо согласуются друг с другом и составляют 600-650°С. Эти температуры соответствуют этапу кристаллизации водосодержащих минералов (амфибола и биотита) из остаточного расплава. Возможно, что в конце этого этапа при участии высокотемпературного флюида, обогащенного NaCl, кристаллизовался содалит. После завершения магматического этапа Тикшеозерский массив подвергался интенсивному воздействию метаморфогенных флюидов в период тектоно-магматической активизации, имевшей место в Северной Карелии 1.6 млрд. лет назад. Как указано выше, анализы минералов из метаморфических вмещающих пород указывают на температуры этого этапа метаморфизма 500-550°С. Именно на этом этапе происходило образование канкринита, натролита, происходила рекристаллизация карбонатов (за счет карбонатитовых пород массива) и повсеместное отложение кальцита. Очевидно, что при этом происходил интенсивный подток гидротермальных растворов, способствовавший рекристаллизации ранее образовавшихся минеральных фаз. Эти температуры и фиксируются в 2-х образцах изотопными термометрами (540 и 440°). Такие относительно невысокие температуры не затронули распределение магния и железа между темноцветными минералами, в то время, как лейкократовые минералы интенсивно рекристаллизовывались и преобразовывались (процессы канкринитизации и образования натролита по нефелину и содалиту).

 

       Выводы

1. На базе изучения инфра- и инфраструктурного распределения изотопов кислорода в содалитсодержащих ассоциациях, а также изотопов серы в сульфатной группе содалитов и парагенных сульфидов разработан комплексный метод определения температур минералогенеза.

2. На основе комплексного изучения минеральных парагенезисов образцов пород Ловозерского и Тикшеозерского щелочных массивов показан сложный характер процессов их кристаллизации и последующего гидротермального преобразования. Показано, что методы минеральной и изотопной термометрии хорошо согласуются и дополняют друг друга.

 

 

1. Когарко Л.Н. Проблемы генезиса гигантских редкометальных месторождений Кольского полуострова // Российская Арктика: геологическая история, минерагения, геоэкология. Санкт-Петербург, 2002. С. 773-787.

2. Устинов В.И., Котельников А.Р., Гриненко В.А. Температурный диапазон формирования содалитсодержащих ассоциаций // Геохимия, 2006, №2. С. 230-232.

3. Сук Н.И., Котельников А.Р., Ковальский А.М. Условия образования содалитовых сиенитов Ловозерского щелочного массива по данным изучения составов минералов // Петрология. 2006. (в печати).

4. Котельников А.Р., Ковальский А.М., Сук Н.И. Экспериментальное изучение твердых растворов содалита с анионным изоморфизмом хлора и серы // Геохимия. 2005, № 6. С. 599-613.

5. Перчук Л.Л., Рябчиков И.Д. Фазовое соответствие в минеральных системах. М.: Недра, 1976. 287 с.