Блог

Расс И. Т., Серебряков Н.С., Кононкова Н.Н.
Состав и зональность сосуществующих минералов миаскитов, фенитов и карбонатитов Вишневогорского комплекса

СОСТАВ И ЗОНАЛЬНОСТЬ СОСУЩЕСТВУЮЩИХ МИНЕРАЛОВ

МИАСКИТОВ, ФЕНИТОВ И КАРБОНАТИТОВ ВИШНЕВОГОРСКОГО КОМПЛЕКСА

И. Т. Расс¹, Н. С. Серебряков¹, Н. Н. Кононкова²

¹Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН, Москва;

²Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН, Москва

В результате геохимического исследования магматических и метасоматических пород Вишневогорского нефелин-сиенит-карбонатитового комплекса Урала [1], относящегося к формации глубинных линейных зон, выявлены особенности фракционирования редких элементов при образовании миаскитов и карбонатитов, которые не определяются ни дифференциацией какого-либо исходного расплава, ни жидкостной несмесимостью. Судя по имеющимся немногочисленным и фрагментарным экспериментальным данным, эти закономерности можно рассматривать как возможный индикатор фракционирования элементов при взаимодействии щелочно-карбонатного флюида со щелочным расплавом. Отношения некоторых редких элементов (Sr/Rb, Y/Ho, LREE/HREE, Eu*, и др.) в миаскитах и карбонатитах, обусловленные участием в их фракционировании метасоматизирующих флюидов, подтверждают представления о том, что выплавление миаскитов обусловлены фильтрацией высокотемпературного флюида через породы и образующуюся магму щелочного состава [2–4].

В корневой части комплекса, в Потаниных горах, исследована геохимия пород, представляющих собой последовательные зоны фенитизации плагиогнейсов, щелочные мигматиты и миаскиты: плагиогнейс – фенитизированный плагиогнейс – пироксеновый фенит – биотит-полевошпатовая порода – нефелиновый мигматит – антипертитовый миаскит. Также исследована геохимия пород, представляющих собой последовательные зоны метасоматического изменения амфиболитов с образованием меланократовых биотитовых карбонатитов: амфиболит – амфибол-плагиоклаз-биотитовая порода – плагиоклаз-биотит-кальцитовая порода – биотит-кальцитовая порода с плагиоклазом – биотитовый карбонатит. В апикальной части (собственно в Вишневых горах) исследованы апоплагиогнейсовые фениты, миаскиты, включая кальцитовые миаскиты, и карбонатиты.

И в корневой, и в апикальной части комплекса в Потаниных и Вишневых горах, соответственно, при фенитизации плагиогнейсов от передовых, менее измененных зон к тыловым зонам уменьшаются концентрации SiO₂, и увеличиваются – щелочей и Al₂O₃. Концентрации МnO, Fe₂O₃, СаО, P₂O₅, TiO₂ также увеличиваются, но в корневой части при переходе к зоне мигматитов – уменьшаются. Концентрации MgO в фенитах Потаниных гор также возрастают в последовательных зонах, тогда как в Вишневых горах – уменьшаются по сравнению с неизмененными плагиогнейсами. При метасоматическом изменении амфиболитов в Потаниных горах характерны те же тенденции, но слабее выраженные для щелочей и Al₂O₃, и гораздо сильнее – для Fe₂O₃, СаО, P₂O₅, TiO₂. Различия концентраций редких элементов в метасоматитах, образованных по амфиболитам и по плагиогнейсам в корневой, а также по плагиогнейсам в апикальной частях комплекса, гораздо более значительны. Во всех случаях к тыловым зонам возрастают концентрации Sr и отношения Sr/Ba, Sr/Rb, Ba/Rb. Отношения Ti/Nb, Mn/Nb уменьшаются также во всех исследованных метасоматитах от неизмененных пород (амфиболитов или плагиогнейсов) к тыловым зонам и карбонатитам. Однако эти величины существенно различны в апоамфиболитовых и апоплагиогнейсовых метасоматитах. Концентрации REE возрастают в последовательных зонах метасоматической колонки, образованной по амфиболитам, от амфиболитов к карбонатитам, и также – от передовых зон (фенитизированных плагиогнейсов) к тыловым – в фенитах корневой части комплекса.В мигматитах, как и в антипертитовых миаскитах, распределение РЗЭ характеризуется резкой отрицательной Eu-аномалией, в отличие от предшествующих метасоматических зон (собственно фенитов). В фенитах апикальной части концентрации редких земель, наоборот, уменьшаются по сравнению с плагиогнейсами. Анализ распределения редкоземельных элементов в последовательных зонах метасоматической колонки, образованной по плагиогнейсам в корневой части комплекса, позволил разграничить собственно метасоматический процесс и процесс выплавления миаскитов как образование тыловой зоны метасоматической колонки магматической стадии. Резкое уменьшение концентраций REE при переходе от биотит-полевошпатовых пород к мигматитам и наличие глубокой отрицательной Eu-аномалии в спектрах REE мигматитов и антипертитовых миаскитов не может быть объяснено ни реакциями флюид–порода, ни закономерностями фракционной кристаллизации[5].

В корневой части комплекса были исследованы состав и зональность сосуществующих минералов – калиевого полевого шпата, биотита, апатита, кальцита, титанита – в последовательных зонах метасоматических колонок:

апоплагиогнейсовой: фенит (обр. 601) – биотит-полевошпатовая порода (обр. 566) – нефелиновый мигматит (обр. 320, 318) – автохтонный антипертитовый миаскит (обр. 316);

апоамфиболитовой: амфибол-плагиоклаз-биотитовая порода (обр. 411) – плагиоклаз-биотит-кальцитовая порода (обр. 312) – биотит-кальцитовая порода с плагиоклазом (обр. 420) – биотитовый карбонатит (обр. 565).

В апикальной части были исследованы состав и зональность тех же сосуществующих минералов, исключая титанит, в фенитах (обр. 423), образованных по плагиогнейсам той же вишневогорской свиты, в миаскитах (обр. 424), включая кальцитсодержащие (обр. 580, 581), и в карбонатитах (обр. 578).

Удалось выявить следующие закономерности распределения BaO, F, MnO, FeO, SrO, Ce₂O₃ в исследованных минералах.

В корневой части комплекса (Потаниных горах) в апоплагигнейсовой метасоматической колонке резкое изменение составов минералов имеет место на границе фенита и биотит-калишпатовой зоны, а также на границе мигматита и антипертитового миаскита. Заметной зональностью обладают калиевый полевой шпат, апатит и титанит фенита и, отчасти, калиевый полевой шпат, биотит и апатит миаскита. Большинство минералов незональны (рис. 1).

В апоамфиболитовой метасоматической колонке изменение составов минералов наблюдается на границах всех зон, а зональность отмечается только в некоторых зернах биотита и кальцита.

При фенитизации плагиогнейсов концентрации BaO в биотите и калиевом полевом шпате резко увеличиваются от фенита (0.1 мас. % в биотите, в полевом шпате 0.38 → 0.85 мас. % с выраженной зональностью; здесь и далее стрелки означают изменение концентраций от центра к периферии зерна) к биотит-полевошпатовой породе (1.8 и 3.6 мас. %, соответственно) и мигматиту (до 1.9 и 4.2). При образовании автохтонных миаскитов имеет место резкое уменьшение концентраций BaO и в биотите, и в калишпате (0.2 и 0.4 мас. %), которые незональны (оба).

При метасоматозе амфиболитов (карбонатизации) концентрации BaO в биотите остаются неизменными около 0.5 мас. %, а в калишпате несколько возрастают (от 0.7 до 1.1 мас. %). Концентрации F в биотите резко уменьшаются от фенитов к биотит-полевошпатовой зоне (от 3.3 до 0.15 мас. %), а в мигматитах и миаскитах F составляет 0.3–0.2 мас. %. В сосуществующем апатите концентрации F незначительно увеличиваются от 3.2 → 3.45 мас. % в апатите фенита до 3.6 → 3.3 в апатите последующих зон и 3.6 мас. % в апатите миаскита. При карбонатизации амфиболитов концентрации F в биотитах от амфибол-биотит-плагиоклазовой зоны (передовой, менее измененной) уменьшаются от 0.5 мас. % до 0. 37 → 0.07 мас. % в биотитовом карбонатите; апатит во всех зонах этой метасоматической колонки содержит 3.3 мас. % F.

Следует отметить, что в высокофтористом биотите фенита в Потаниных горах выявлена максимальная магнезиальность и минимальные концентрации титана. Повышенные концентрации кремнезема в апатите фенита (с противоположной зональностью 0.72 → 1.48 и 0.9 → 0.37 мас. %) и в биотит-полевошпатовой зоне 0.46 → 0.06 (тогда как в апатитах всех остальных зон не более 0.2 мас. % SiO₂) могут свидетельствовать о меньшей активности СО₂.

Характерно также, что железистость и титанистость биотита в апоплагигнейсовой колонке изменяется резко от фенита к биотит-калишпатовой зоне (от 1.10 до 0.35 – отношение MgO/FeO, и от 0.6 до 5.4 мас. % TiO₂) и далее в мигматите 0.42 и 3.8 мас. % TiO₂, в миаските – 0.23 и 5.1 → 5.5. В кальците же концентрации FeO незакономерно колеблются около 0.4 мас. %. В апоамфиболитовой метасоматической колонке отношение MgO/FeO в биотите от передовой зоны к карбонатиту изменяется 0.47 – 0.92 – 0.34 – 0.54, концентрации TiO₂ – 4.1 – 4.0 → 3.7 – 4.8 – 4.6 мас. % (в биотите карбонатита); содержание железа в кальците от передовой зоны к карбонатиту растет (0.25 – 0.38 – 0.97 → 0.7 и 0.9 → 1.1).

Концентрации MnO в биотите апоплагиогнейсовой колонки от фенита через мигматиты к автохтонному миаскиту изменяется незначительно (0.65 – 0.4 – 0.55 мас. %); в кальците фенита концентрации MnO 0.5 → 0.7 мас. %, а в биотит-полевошпатовой зоне, мигматитах и миаскитах – 0.3–0.4 мас. %. В апоамфиболитовой метасоматической колонке концентрации MnO в биотите от передовой зоны к карбонатиту изменяются от 0.65 до 0.16 мас. %, а в кальците – от 0.45 до 0.9 → 0.5 мас. %. При фенитизации плагиогнейсов концентрации SrO в калишпате возрастают от 0.06 к 0.6 мас. %, а в биотит-полевошпатовой зоне, мигматитах и автохтонном миаските составляют 0.4–0.5 мас. %; в апатите фенита – 0.52 → 1.36 мас. % SrO, биотит-полевошпатовой породы и мигматита – 0.45 мас. % и в апатите миаскита – 0.16 мас. % SrO; концентрации SrO в кальците биотит-полевошпатовой породы – мигматита – миаскита равны соответственно: 0.5; 0.7 → 0.4 и 0.35 → 0.5 мас. %. В апоамфиболитовой метасоматической колонке содержания SrO в калишпате практически одинаковые (0.4–0.5 мас. %), в апатите последовательных зон – 0.71, 0.56, 1.02 и 0.83 (в биотитовом карбонатите), в кальцитах изменяются от 1.2 → 0.9 мас. % SrO в менее измененной зоне до 2.6 → 1.3 в кальцит-биотитовой зоне с плагиоклазом и 1.2→1.5 мас. % SrO в кальците карбонатита.

В метасоматических породах при фенитизации плагиогнейсов концентрации редких земель в апатите из фенита составляют 1.46 → 0.46 мас. % Ce₂O₃, из биотит-полевошпатовой породы 0.84 → 0.54 мас. %, из мигматитов и вовсе 0.3 мас. % и в апатите миаскита 0.7 → 0.4 мас. % Ce₂O₃; в кальцитах – от 0.1 мас. % из биотит-полевошпатовой породы, сотые доли % – из мигматита, 0.12 → 0.29 мас. % Ce₂O₃ в кальците миаскита. В апоамфиболитовой метасоматической колонке наибольшие содержания Ce₂O₃ в апатите кальцит-биотитовой породы с плагиоклазом – 0.8 → 0.7 мас. % (в апатите карбонатита – 0.3 мас. % Ce₂O₃); в кальците всех зон и карбонатита – сотые доли % Ce₂O₃. Уменьшение концентраций редких земель в апатитах и кальцитах от передовых (наименее измененных) зон метасоматических колонок к тыловым объясняется сосуществованием с пирохлором и цирконом разных генераций во всех зонах.

В апикальной части комплекса концентрации BaO в биотите (не более 0.1 мас. %) и калиевом полевом шпате (до 0.2 мас. %) и фенитов, и миаскитов, и карбонатитов минимальны. По-видимому, содержание Ва во флюиде, метасоматизирующем плагиогнейс в апикальной части комплекса, существенно меньше.

Незональный биотит фенита содержит 1.7 мас. % F, биотит миаскита от центра к периферии – 0.7 → 0.2, а в кальцитсодержащих миаскитах и карбонатите до 1.0 мас. % F; в апатитах же из этих пород содержание F колеблется незакономерно от 3.12 до 3.6 мас. %.

Железистость биотитов несколько выше, титанистость биотита фенитов выше, а миаскитов и карбонатитов заметно ниже, чем эти показатели для биотитов Потаниных гор; тогда как концентрации FeO в кальцитах пород апикальной части существенно выше: в кальците из фенита 0.75 мас. %, из миаскита 2.3 → 1.8, из кальцитовых миаскитов 0.9 → 1.3, из карбонатита 0.9 → 1.2 мас. % FeO.

Концентрации MnO в биотите из фенита, миаскита, кальцитового миаскита и карбонатита равны, соответственно: 1.2; 0.4–0.5; 1.1 и 0.7 мас. %; в кальците – 2.7; 4.1 → 3.2; 2.2 → 2.9 и 2.6 → 3.2 мас. % MnO (рис. 2).

Содержания SrO в калишпате из фенита 0.1 мас. %, миаскита – 0.2–0.3, кальцитового миаскита и карбонатита 0.6–0.7 мас. % SrO. В апатите концентрации SrO 2.24 мас. % в фените, от 1.47 до 2.07 в кальцитсодержащих миаскитах и 1.64 → 0.05 мас. % SrO в карбонатите (гораздо более высокие, чем в апатите обеих метасоматических колонок Потаниных гор). Концентрации SrO в кальцитах также более высокие: 3.4 → 3.15 мас. % в кальците из фенита, 2.0 → 1.7 – из миаскита, 1.7 → 3.0 – из кальцитового миаскита и около 2.1 мас. % SrO в кальците из карбонатита (см. рис. 2).

Содержания Ce₂O₃ в апатитах из фенита 1.0 мас. %, 0.75 → 0.57 мас. % Ce₂O₃ кальцитовых миаскитов и 0.9→0.67 мас. % Ce₂O₃ в апатите из карбонатита. Тогда как в кальцитах из фенита 0.4 мас. % Ce₂O₃, миаскитов – 0.26, кальцитовых миаскитов – 0.37→0.08, в кальцитах карбонатита 0.17 → 0.26 мас. % Ce₂O₃.

Таким образом, при анализе составов и зональности исследованных минералов миаскитов следует отметить большую магнезиальность, меньшую титанистость, меньшие содержания Ва и несколько большие – F биотита автохтонного миаскита (произведенного из плагиогнейса карбонат-щелочным флюидом) по сравнению с биотитом аллохтонного миаскита. Следует отметить также резко большие концентрации Sr и Ce в апатите аллохтонного миаскита, на порядок большие концентрации Mn и на полпорядка – Fe и Sr в кальците аллохтонного миаскита.

При сравнении составов и зональности исследованных минералов карбонатитов Потаниных и Вишневых горах можно отметить на порядок меньшие концентрации Ва в калиевом шпате последних; там же заметно более железистые, марганцовистые, фтористые, и менее титанистые и бариевые биотиты; апатиты более стронциевые и редкоземельные; кальциты – более марганцовистые и стронциевые, и менее магнезиальные.

Различия составов и зональности исследованных минералов апоплагиогнейсовых фенитов в корневой и апикальной частях комплекса могут объясняться различием состава фенитизирующих флюидов. Представляется вероятным, что фениты корневой части производились карбонатитом (флюидом?), а апикальной – флюидом, равновесным с миаскитом. Ранее выявленные геохимические особенности апоплагиогнейсовых фенитов [1] также свидетельствуют в пользу такого предположения: в частности, концентрации редких земель в фенитах корневой части комплекса растут от передовых зон – фенитизированных плагиогнейсов – к тыловым (так же, как при метасоматозе амфиболитов). В фенитах апикальной части концентрации редких земель, наоборот, уменьшаются по сравнению с плагиогнейсами.

Авторы благодарны РФФИ за финансовую поддержку (грант № 06-05-64192).

Литература 

1. Расс И. Т., Абрамов С. С., Утенков В. А., Козловский В. М., Корпечков Д. И.Роль флюидов в петрогенезе карбонатитов и щелочных пород: геохимические индикаторы // Геохимия, 2006. №7. С. 692–711.
2. Роненсон Б. М.Происхождение миаскитов и связь с ними редкометального оруденения. М.: Недра, 1966. 173 с.
3. Самойлов В. С., Роненсон Б. М.Геохимические особенности щелочного палингенеза // Геохимия, 1987. № 11. C. 1537–1544.
4. Щелочно-карбонатитовые комплексы Урала / Левин В. Я., Роненсон Б. М., Самков и др. Екатеринбург: Уралгеолком, 1997.272с.
5. Bau M.Controls on the fractionation of isovalent trace elements in magmatic and aqueous systems: evidence from Y/Ho, Zr/Hf, and lanthanide tetrad effect // Contribs. Mineral. Petrol., 1996. V. 123. P. 323–333.

Подписи к рисункам

Рис. 1. Концентрации SrO (а), BaO (б) и F (в) в сосуществующих минералах фенита (601), биотит-калишпатовой породы (566), мигматита (320, 318) и автохтонного миаскита (316).

Kfs – калишпат, Ap – апатит, Cc – кальцит, Bt – биотит.

Рис. 2. Концентрации MnO в сосуществующих биотите и кальците (а) и SrO в сосуществующих апатите и кальците (б).

1 – биотит-калишпатовая порода; 2, 3 – мигматиты; 4 – миаскиты; 5 – амфибол-биотит-плагиоклазовая порода; 6 – плагиоклаз-биотитовая порода с кальцитом; 7 – биотит-кальцитовая порода с плагиоклазом; 8 – карбонатит; 9 – фенит; 10, 11 – кальцитовый миаскит.