Закономерности концентрирования и рассеяния циркония и гафния в щелочно-карбонатитовых системах
- Авторы: Когарко Л.Н.1
-
Учреждения:
- Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН
- Выпуск: Том 64, № 12 (2019)
- Страницы: 1215-1221
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.eco-vector.com/0016-7525/article/view/18741
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0016-752564121215-1221
- ID: 18741
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Установлены закономерности распределения и фракционирования стратегических металлов (Zr, Hf) в интрузии Кугда (Полярная Сибирь). Содержания исследованных элементов заметно превышают концентрации этих элементов других формаций (Zr 246 ppm, Hf 7.4 ppm). Отмечается значительный рост Zr и Hf от ранних пород (оливиниты, мелилитовые породы) к более поздним продуктам дифференциации (сиенитам) до 570 ppm Zr и 16 ppm Hf. В процессе эволюции магматической системы Кугда отмечается заметное фракционирование Zr и Hf. Отношение Zr/Hf в дайковой породе, приближающейся по составу к первичной магме массива Кугда, и ранних интрузиях довольно близко к хондритовому (Zr/Hf=37) (McDonough, Sun, 1995), в то время как в самых поздних фазах это отношение резко возрастает — почти в 5 раз. Наши исследования показали, что коэффициент распределения Hf (Kd=0.58) в щелочных пироксенах заметно выше по сравнению с Zr (Kd=0.40). Отсюда следует, что фракционирование этого минерала приводит к росту Zr/Hf отношения в остаточных жидкостях.
Другим минералом, концентрирующим цирконий до 400 ppm и Hf до 15–20 ppm, является перовскит, который имеет очень широкое поле кристаллизации в породах массива Кугда, в особенности в наиболее ранних породах — оливинитах. Наши данные показали, что отношение Zr/Hf в перовскитах оливинитов колеблется в пределах 23–27, то есть заметно ниже хондритового и этой величины в первичной магме. Ранняя кристаллизация перовскита является главной причиной повышения Zr/ Hf отношения в мелилитолитах (до 54). Таким образом, главным процессом формирования массива Кугда была непрерывная кристаллизационная дифференциация, сопровождавшаяся заметным фракционированием породообразующих и акцессорных минералов (пироксен и перовскит).
Ключевые слова
Полный текст
ВВЕДЕНИЕ
Цирконий и гафний являются ценными металлами и относятся к группе стратегических, их потребление непрерывно растет в индустрии высоких технологий. Концентрации этих элементов наиболее высокие в щелочных породах. В этой связи проведение экспертизы по запасам этих металлов в комплексах щелочных пород важно для роста рудного потенциала России.
Были проведены исследования химического состава всех пород (табл. 1, 2) и геохимии циркония и гафния в ультраосновном щелочно-карбонатитовом массиве Кугда (Полярная Сибирь) (табл. 3). Особенностью массива Кугда является резко недосыщенный в отношении кремнезема и высококальциевый состав исходной магмы. Это привело к широкому развитию оливинитов и ларнит-нормативных мелилитовых разностей.
Геология массива Кугда
Крупнейшая в мире ультраосновная-щелочная Маймеча-Котуйская провинция занимает площадь около 74300 км2 и располагается к северовостоку от Сибирских платобазальтов. Она включает 32 ультраосновные щелочные интрузии, крупный объем щелочных лав и даек, а также несколько карбонатитовых тел.
Массив Кугда представляет собой изометричное воронкообразное тело площадью 16 км 2 (рис. 1).
Вмещающие породы представлены горизонтально залегающими доломитами среднего кембрия. Центральный тип строения массива подчеркивается грубоконцентрическим расположением интрузивных фаз массива. В развитии комплекса Кугда выделяется шесть интрузивных фаз, в результате которых последовательно возникли (Егоров, 1991):
1) шток оливинитов (оливиниты, рудные оливиниты, перовскитовые магнетититы, магнетититы). Эта интрузия характеризуется магматической расслоенностью местами переходящей в ритмичную расслоенность;
2) кольцевая интрузия мелилитолитов, также с проявлением магматической расслоенности — чередованием турьяитов, ункомпагритов и окаитов;
3) мощное кольцевое тело меланократовых фоидолитов и фоидитов (мельтейгиты, якупирангиты, меланефелиниты, оливиновые меланефелиниты, нефелиновые пикриты);
4) небольшие штокообразные тела ийолитов; главная масса этих пород, вероятно, консолидирована ниже уровня современного среза;
5) мелкие штоки и жилы щелочных и редко нефелиновых сиенитов;
6) мощное полукольцевое тело форстерититов, которые, по нашему мнению, являются кумулятами фоскоритовой интрузии, так как в определенных зонах этой фазы преобладают фоскориты. К этому комплексу относятся маломощные кальцитовые жилы, пересекающие форстерититы.
В процессе многофазной интрузивной деятельности и по ее завершении массив претерпел многократные блоковые подвижки, в основном по вертикали. Контактовые изменения доломитов кембрия, вмещающих массив, ограничены термальной перекристаллизацией (в зоне до 300 м мощностью) с превращением вблизи контакта в форстерит-периклазовые мраморы.
Методом ICPMS и РФА был исследован 41 образец всех разновидностей пород массива Кугда на главные элементы, а также содержания Zr и Hf (табл. 1-4).
Таблица 1. Средние содержания главных элементов в породах массива Кугда, мас. % (46 анализов)
Окислы | Мельтейгит | Сиенит | Оливинит | Мелилитолит | Ийолит | Форстеритит | Дайка |
SiO2 | 45.64 | 60.05 | 32.84 | 39.58 | 43.51 | 32.2 | 42.99 |
TiO2 | 3.42 | 1.15 | 7.19 | 2.7 | 2.37 | 3.54 | 3.78 |
Al2O3 | 8.7 | 13.07 | 1.1 | 4.29 | 16.6 | 8.31 | 8.93 |
FeO | 12.56 | 8.4 | 19.39 | 10.45 | 8.07 | 9.86 | 13.02 |
MnO | 0.28 | 0.08 | 0.24 | 0.11 | 0.13 | 0.22 | 0.2 |
MgO | 11.6 | 1.44 | 32.16 | 12.55 | 4.64 | 39.37 | 10.07 |
CaO | 12.04 | 2.53 | 3.72 | 26.92 | 10.66 | 2.51 | 13.22 |
Na2O | 3.22 | 5.84 | 0.09 | 2.09 | 9.82 | 0.39 | 2.31 |
K2O | 2.16 | 6.75 | 0.2 | 0.49 | 3.23 | 2.24 | 2.91 |
P2O5 | 0.4 | 0.11 | 0.05 | 0.06 | 0.92 | 0.06 | 0.41 |
Sобщ | 0.02 | 0.01 | - | 0.02 | 0.08 | - | - |
Сумма | 100.04 | 99.43 | 96.98 | 99.26 | 100.03 | 98.7 | 97.84 |
Таблица 2. Отношение Zr/Hf в перовскитах массива Кугда, ppm (46 анализов)
№ образца | Минерал | Zr | Hf | Zr/Hf |
кх-6 | Оливинит | 243 | 11 | 22 |
кх-12 | Оливинит | 283 | 11.8 | 24 |
кх-35 | Оливинит | 193.3 | 8.2 | 93.7 |
кх-14 | Оливинит | 212.2 | 8.3 | 25.4 |
кх-9 | Оливинит | 442 | 17 | 25.9 |
кх-114 | Оливинит | 337.2 | 13.8 | 24.2 |
кх-97 | Мелилитолит | 449.3 | 16.8 | 26.6 |
кх-52 | Мелилитолит | 308.5 | 12.5 | 24.5 |
кх-21 | Мелилитолит | 425.6 | 16 | 26.4 |
кх-61 | Мелилитолит | 333.1 | 13.6 | 24.4 |
кх-45 | Фоскорит | 3111 | 99 | 31.4 |
кх-90 | Фоскорит | 443.2 | 15.1 | 28 |
кх-43 | Фоскорит | 511.7 | 18.8 | 27.1 |
Таблица 3. Примеры распределения циркония и гафния в ряде пород массива Кугда, ppm (31 образец)
№ образцов | Порода | Zr | Hf | Zr/Hf |
Kx-86 | Мельтейгит | 301.00 | 9.00 | 33.44 |
Kx-47 | Мельтейгит | 215.00 | 4.90 | 43.88 |
Kx-135 | Мельтейгит | 330.00 | 6.80 | 48.53 |
Kx-80 | Мельтейгит | 30.00 | 3.60 | 8.33 |
Kx-27 | Мельтейгит | 135.00 | 3.70 | 36.49 |
Kx-85а | Сиенит | 263.00 | 7.20 | 36.53 |
Kx-29 | Сиенит | 500.00 | 10.00 | 50.00 |
Kx-30 | Сиенит | 310.00 | 5.00 | 62.00 |
Kx-85б | Сиенит | 260.00 | 6.10 | 42.62 |
Kx-125 | Сиенит | 145.00 | 3.10 | 46.77 |
Kx-35 | Оливинит | 19.90 | 0.89 | 22.36 |
Kx-12 | Оливинит | 83.60 | 4.70 | 17.79 |
Kx-9 | Оливинит | 26.70 | 1.20 | 22.25 |
Kx-0 | Оливинит | 34.80 | 1.70 | 20.47 |
Kx-35 | Оливинит | 23.60 | 1.80 | 13.11 |
Kx-14 | Оливинит | 94.00 | 4.90 | 19.18 |
Kx-97 | Мелилитолит | 400.00 | 7.20 | 55.56 |
Kx-52 | Мелилитолит | 95.00 | 4.10 | 23.17 |
Kx-21 | Мелилитолит | 13.90 | 0.51 | 27.25 |
Kx-61 | Мелилитолит | 13.10 | 0.54 | 24.26 |
Kx-84 | Ийолит | 550.00 | 7.70 | 71.43 |
Kx-28 | Ийолит | 80.00 | 9.90 | 8.08 |
Kx-32 | Ийолит | 240.00 | 3.60 | 66.67 |
Kx-34 | Уртит | 147.00 | 4.00 | 36.75 |
Kx-88 | Фоскорит | 98.00 | 1.90 | 51.58 |
Kx-90 | Фоскорит | 166.00 | 4.80 | 34.58 |
Kx-43 | Фоскорит | 75.00 | 0.50 | 150 |
Kx-45 | Фоскорит | 480.00 | 2.10 | 228.57 |
Kx-99-10 | Дайка | 399.17 | 8.98 | 44.44 |
Kx-110-15 | Дайка | 421.38 | 9.23 | 45.66 |
Kx-87 | Якупирангит | 234.00 | 6.90 | 33.91 |
Рис. 1. Схематическая геологическая карта массива Кугда. Составил С.Л. Егоров с частичным использованием материалов Т.Л. Гольдбурт и К.М. Шихориной. 1 — аллювиальные и флювиогляциальные отложения; 2—12 раннетриасовые образования массива: 2 — жилы хризолитоносных пегматоидных оливинитов, 3 — породы фоскоритовой серии с обильными включениями всех более ранних пород массива; а — флогопитизированные форстерититы; б — флогопитизированные форстерититы, каль- цит-флогопит-монтичеллитовые (монтичеллититы) и кальцит-флогопит-диопсидовые породы, 4 — мелилитизиро- ванные якупирангиты и мельтейгиты, 5 — биметасоматические образования на контакте форстерититов со щелочными сиенитами (апофорстерититовые слюдиты и апосиенитовые нефелин-пироксеновые породы), б — брекчия щелочных сиенитов с мелкозернистым флогопит-титанит-пироксеновым цементом, 7 — щелочные эгириновые сиениты, 8 — ийолиты, 9 — порфировые оливинсодержащие фации меланократовых щелочных пород (а — мелане- фелиниты, оливиновые меланефелиниты и мельтейгиты; б — нефелиновые пикриты и оливиновые мельтейгиты), 10 — мелилитовые породы (мелилитолиты, кугдиты, ункомпагриты), 11 — оливиниты, перовскитовые руды (а) и их фации, обогащенные перовскитом (б); 12 — доломиты кембрия (а) и их мраморизованные фации (б); 13 — разломы.
Средние содержания Zr и Hf в исследованных образцах заметно превышают концентрации этих элементов других формаций. Средние содержания циркония и гафния в породах массива Кугда превышают концентрацию в хондритах Zr в 27 раз, Hf — в 14 раз. В некоторых разновидностях массива (сиениты) содержание циркония 3750 ppm превышает хондритовую величину в 300 раз и близко к концентрации в нефелиновых сиенитах Ловозерского массива, с которыми связаны суперкрупные месторождения циркония и гафния. В процессе эволюции щелочной магматической системы Кугды отмечается рост концентраций Zr и Hf от ранних пород массива (оливиниты, мелилитовые породы) к остаточным продуктам дифференциации (сиенитам и фоскоритам) в карбонатитовом комплексе (рис. 2а,б,в).
Таблица 4. Распределение главных элементов (мас. %) в породах массива Кугда (41 образец)
№ Образца | Порода | SiO2 | TiO2 | Al2O3 | FeO | MnO | MgO | CaO | Na2O | K2O | P2O5 | Сумма |
КХ-86 | Мельтейгит | 43.40 | 4.37 | 8.30 | 13.87 | 0.17 | 8.76 | 13.55 | 3.48 | 2.90 | 1.06 | 99.86 |
КХ-81a | Мельтейгит | 44.92 | 4.93 | 8.57 | 12.56 | 0.163 | 7.71 | 12.94 | 4.88 | 2.77 | 0.53 | 99.97 |
Kx-47 | Мельтейгит | 43.11 | 2.45 | 3.28 | 14.14 | 0.22 | 24.36 | 10.37 | 1.95 | 1.02 | 0.07 | 100.97 |
Kx-135 | Мельтейгит | 45.04 | 3.69 | 9.77 | 12.16 | 0.61 | 8.85 | 11.57 | 3.99 | 3.71 | 0.37 | 99.76 |
КХ-81б | Мельтейгит | 46.90 | 2.64 | 12.32 | 11.78 | 0.40 | 8.47 | 11.71 | 3.08 | 2.28 | 0.29 | 99.87 |
KX-27 | Мельтейгит | 37.35 | 2.45 | 13.55 | 7.92 | 0.20 | 25.27 | 8.26 | 2.64 | 2.25 | 0.09 | 99.98 |
КХ-85а | Сиенит | 61.64 | 0.42 | 15.48 | 5.15 | 0.046 | 1.40 | 2.60 | 4.51 | 8.20 | 0.08 | 99.53 |
Kx-29 | Сиенит | 57.75 | 1.95 | 9.58 | 10.50 | 0.12 | 2.15 | 4.07 | 6.00 | 6.40 | 0.09 | 98.61 |
Kx-30 | Сиенит | 60.45 | 1.04 | 11.74 | 9.23 | 0.11 | 1.43 | 2.51 | 5.05 | 8.01 | 0.20 | 99.77 |
Kx-85б | Сиенит | 61.64 | 0.42 | 15.48 | 5.15 | 0.05 | 1.40 | 2.60 | 4.51 | 8.20 | 0.08 | 99.53 |
Kx-122 | Сиенит | 59.18 | 1.91 | 9.51 | 12.89 | 0.09 | 1.00 | 1.85 | 8.59 | 4.43 | 0.05 | 99.50 |
Kx-125 | Сиенит | 61.21 | 1.20 | 17.71 | 4.25 | 0.06 | 1.15 | 1.54 | 6.58 | 5.35 | 0.20 | 99.25 |
КХ-35 | Оливинит | 32.78 | 3.65 | 0.8 | 18.45 | 0.241 | 41.57 | 2.16 | 0.15 | 0.04 | 0.05 | 99.89 |
КХ-12 | Перовскитовя руда | 12.33 | 27.72 | 0.89 | 22.36 | 0.158 | 18.44 | 17.91 | 0.13 | 0.03 | 0.07 | 100.03 |
КХ-9 | Оливинит | 27.98 | 4.98 | 1.13 | 27.94 | 0.26 | 36.13 | 1.32 | 0.07 | 0.11 | 0.06 | 99.98 |
КХ-0 | Оливинит | 21.37 | 7.78 | 1.45 | 34.91 | 0.309 | 32.29 | 1.49 | 0.04 | 0.03 | 0.13 | 99.80 |
Kx-114 | Оливинит | 32.90 | 1.49 | 2.50 | 20.33 | 0.29 | 40.67 | 0.77 | 0.08 | 0.97 | 0.06 | 100.06 |
Kx-35 | Оливинит | 32.78 | 3.65 | 0.80 | 18.45 | 0.24 | 41.57 | 2.16 | 0.15 | 0.04 | 0.05 | 99.89 |
KX-14 | Перовскитовя руда | 32.90 | 1.49 | 2.50 | 20.33 | 0.29 | 40.67 | 0.77 | 0.08 | 0.97 | 0.06 | 100.06 |
КХ-51 | Мелилитолит | 35.85 | 4.82 | 8.26 | 13.8 | 0.131 | 7.3 | 24.64 | 3.57 | 1.58 | 0.08 | 100.03 |
Kx-20 | Мелилитолит | 34.44 | 5.40 | 3.33 | 15.00 | 0.11 | 9.34 | 30.61 | 1.62 | 0.10 | 0.06 | 100.01 |
Kx-25 | Мелилитолит | 43.12 | 0.50 | 2.83 | 5.82 | 0.06 | 14.27 | 31.60 | 1.53 | 0.12 | 0.07 | 99.92 |
Kx-24 | Мелилитолит | 41.35 | 0.58 | 2.75 | 7.50 | 0.09 | 17.61 | 26.73 | 3.11 | 0.15 | 0.05 | 99.92 |
Kx-97 | Мелилитолит | 40.54 | 3.76 | 7.33 | 13.49 | 0.14 | 9.68 | 20.82 | 2.72 | 1.26 | 0.09 | 99.83 |
Kx-63 | Мелилитолит | 41.00 | 0.81 | 3.23 | 9.62 | 0.08 | 13.47 | 30.30 | 1.29 | 0.11 | 0.05 | 99.96 |
Kx-23/1 | Мелилитолит | 41.91 | 0.65 | 2.67 | 8.13 | 0.10 | 19.09 | 26.05 | 1.13 | 0.11 | 0.05 | 99.89 |
Kx-31 | Мелилитолит | 34.72 | 4.83 | 4.61 | 13.56 | 0.14 | 9.71 | 24.46 | 1.98 | 0.68 | 0.13 | 94.82 |
КХ-52 | Мелилитолит | 42.24 | 0.54 | 2.79 | 6.66 | 0.08 | 15.94 | 29.17 | 2.32 | 0.14 | 0.06 | 99.94 |
Kx-84 | Ийолит | 46.66 | 3.03 | 14.18 | 9.11 | 0.10 | 4.28 | 10.08 | 10.33 | 2.22 | 0.06 | 100.05 |
Kx-28 | Ийолит | 41.70 | 2.10 | 17.37 | 5.45 | 0.11 | 3.76 | 12.10 | 12.30 | 3.13 | 1.97 | 99.99 |
Kx-32 | Ийолит | 42.18 | 2.34 | 17.05 | 9.64 | 0.17 | 5.51 | 10.65 | 8.23 | 3.75 | 0.46 | 99.98 |
KX-21 | Ункомпагрит | 42.24 | 0.54 | 2.79 | 6.66 | 0.08 | 15.94 | 29.17 | 2.32 | 0.14 | 0.06 | 99.94 |
КХ-34 | Уртит | 41.17 | 1.96 | 19.57 | 8.4 | 0.13 | 5.13 | 10.18 | 9.18 | 4.10 | 0.13 | 99.95 |
Kx-43 | Форстеритит | 35.17 | 0.22 | 6.06 | 8.38 | 0.25 | 47.57 | 0.83 | 0.44 | 1.02 | 0.05 | 99.99 |
Kx-45 | Форстеритит | 24.31 | 9.54 | 13.90 | 12.91 | 0.20 | 30.05 | 5.95 | 0.27 | 2.92 | 0.07 | 100.12 |
Kx-88 | Форстеритит | 37.13 | 0.85 | 4.96 | 8.29 | 0.20 | 40.48 | 0.76 | 0.46 | 2.77 | 0.05 | 95.95 |
КХ-90 | Фоскорит | 36.48 | 0.64 | 5.33 | 8.32 | 0.22 | 42.84 | 0.78 | 0.45 | 2.19 | 0.05 | 97.30 |
KX-99-10 | Дайка | 42.97 | 3.72 | 8.01 | 12.62 | 0.17 | 11.44 | 13.33 | 1.38 | 3.73 | 0.43 | 97.80 |
KX-110-15 | Дайка | 43.01 | 3.85 | 9.84 | 13.41 | 0.22 | 8.70 | 13.11 | 3.23 | 2.08 | 0.39 | 97.84 |
КХ-61 | Кугдит | 42.24 | 0.54 | 2.79 | 6.66 | 0.08 | 15.94 | 29.17 | 2.32 | 0.14 | 0.06 | 99.94 |
КХ-87 | Якупирангит | 41.70 | 2.10 | 17.37 | 5.45 | 0.11 | 3.76 | 12.10 | 12.30 | 3.13 | 1.97 | 99.99 |
Рис. 2. (а) – график распределения Zr/Hf в зависимости от SiO2 в породах массива Кугда; (б) – график распределения Zr в зависимости от MgO в породах массива Кугда; (в) – график распределения Hf в зависимости от MgO в породах массива Кугда.
В процессе эволюции магматической системы Кугда отмечается заметное фракционирование Zr и Hf: отношение в более поздних продуктах дифференциации, например в некоторых сиенитах, возрастает почти в пятнадцать раз по отношению к хондритовому (McDonough, Sun, 1995).
Эволюция ультраосновной — щелочной — магматической системы комплекса Кугда определялась процессами кристаллизационной дифференциации, сопряженной с явлениями магматической расслоенности, которая в большинстве случаев является следствием гравитационно-конвективного механизма (Cawthorn, 1986).
Необходимо отметить, что некоторые разновидности пород массива Кугда не являются расплавами, а носят кумулятивный характер, т.е. являются скоплением отдельных минералов, что, несомненно, влияет на распределения Zr и Hf и может несколько изменить установленные закономерности.
Отношение Zr/Hf в дайковой породе, приближающейся по составу к первичной магме массива Кугда, довольно близко к хондритовому отношению – 37. Интересно отметить, что более ранние интрузивные фазы Кугды – перовскитовые руды, оливиниты, мелилитолиты, мельтейгиты и ийолиты — имеют близкие к хондритовому отношению Zr/Hf (табл. 3), в то время как в самых поздних фазах это отношение возрастает. Наши исследования (Когарко, 2016) показали, что коэффициент распределения Hf в щелочных пироксенах заметно выше по сравнению с Zr. Отсюда следует, что фракционирование этого минерала приводит к росту Zr/Hf отношения в остаточных жидкостях. Малые вариации Zr/Hf отношения в более ранних интрузивных фазах и их близость к хондритовой величине свидетельствуют о близости коэффициентов распределения Zr и Hf главных минералов этих пород — оливинов и мелилитов.
В третьей и четвертой фазах массива Кугда роль пироксенов резко возрастает: например, в мельтейгитах, якупирантитах и ийолитах пироксен является важным породообразующим минералом. В качестве геохимического следствия активного фракционирования пироксена в более поздних продуктах дифференциации — сиенитах и форстерититах — резко возрастает отношение Zr/Hf (табл. 3). Другим минералом, концентрирующим цирконий до 400 ppm и Hf до 15–20 ppm, является перовскит, который имеет очень широкое поле кристаллизации в породах массива Кугда, в особенности в наиболее ранних породах — оливинитах. Наши данные показали, что отношение Zr/Hf в перовскитах оливинитов колеблется в пределах 23–27, то есть заметно ниже хондритового и этой величины в первичной магме. Учитывая, что перовскит в оливинитах является породообразующим минералом, достигая рудных концентраций, можно заключить, что именно кристаллизация этого минерала привела к заметному фракционированию Zr и Hf и является главной причиной некоторого повышения Zr/Hf отношения во 2-й фазе интрузии — мелилитолитах (до 54).
Таким образом, проведенные исследования убедительно показали, что главным процессом формирования массива Кугда была непрерывная кристаллизационная дифференциация, сопровождавшаяся заметным фракционированием породообразующих и акцессорных минералов (пироксен, перовскит).
В процессе эволюции магматической системы Кугды установлено значительное фракционирование Zr и Hf. Благодаря более высокому коэффициенту распределения гафния в пироксенах и перовскитах в конечных продуктах дифференциации значительно возрастает отношение Zr/Hf.
Около 200 км к северо-западу от комплекса Кугда располагается самый крупный в мире щелочно-карбонатитовый Гулинский комплекс. Сопоставление геохимии стратегических металлов Zr и Hf в обоих массивах показало целый ряд общих закономерностей. 1. Оба массива характеризуются повышенными содержаниями Zr и Нf, причем концентрации увеличиваются в процессе длительной дифференциации магматической системы и достигают максимальных значений в фоскоритах и нефелиновых сиенитах, в которых концентраци Zr и Hf становятся близкими к экономически значимым; 2. Отношение Zr/Hf закономерно возрастает от ранних пород — дунитов к более поздним породам — мельтейгитам, ийолитам и на заключительных этапах дифференциации — сиенитам и фоскоритам. В карбонатитовых массивах Гулинского комплекса отношение Zr/Hf существенно выше; 3. Главной причиной роста Zr/Hf отношения является широкое поле магматической кристаллизации щелочного пироксена (и амфибола), в которых, согласно нашим данным (Когарко, 2016), коэффициент распределения гафния (0.58) выше по сравнению с цирконием (0.40). Мы применили уравнение Релея, позволяющее рассчитать вариации концентраций микрокомпонента в расплаве в ходе фракционной кристаллизации, и уравнение баланса масс, описывающее процесс равновесной и фракционной кристаллизации:
CL=C0(FL)K-1
(фракционная кристаллизация),
CL=C0/(FL+K(1-FL))
(равновесная кристаллизация),
где CL – концентрация в расплаве в данный момент; C0 – концентрация в расплаве до начала кристаллизации, FL – доля оставшегося расплава, К – коэффициент распределения. Используя эти уравнения и принимая величину коэффициентов распределения Zr и Hf, оцененную нами в равновесии пироксен–щелочной расплав (Когарко, 2006), мы оценили количество клинопироксена, которое должно отфракционировать, чтобы обеспечить увеличение отношения Zr/Hf от 31 в первичных магмах Гулинского массива до 51 в конечных продуктах – фоскоритах. Полученные величины – 0.26 в случае равновесной кристаллизации и 0.21 при фракционной кристаллизационной дифференциации — согласуются с петрографическими исследованиями, показавшими, что эти значения реалистичны, в особенности на средних этапах эволюции щелочно-карбонатитовой системы при формировании мельтейгитов и ийолитов. Таким образом, главным процессом, ответственным за накопление Zr и Hf, а также рост отношения Zr/Hf в поздних продуктах дифференциации первичных магм Полярной Сибири, является кристаллизационная дифференциация.
Существенным отличием дифференциации Гулинского массива и комплекса Кугда являются различия в первичных магмах. Большинство исследователей полагают, что первичная магма Гулинского массива имела меймечитовый состав, в то время как первичная магма Кугды была близка по составу к нефелиновому мелилититу, обогащенному углекислотой. Наши экспериментальные данные фазовых равновесий мелилитовых расплавов показали, что поле кристаллизации перовскита заметно расширяется в ларнит-нормативных составах, оливинитах, обогащенных углекислотой. Действительно, в самых ранних породах Кугды – оливинитах — достигается поле кристаллизации перовскита. Генезис перовскитовых руд связан с процессами магматической расслоенности оливинитов. Интересно отметить, что в Гулинском массиве перовскит выделяется только в карбонатитовом комплексе на значительно поздних стадиях. Перовскит массива Кугда, обладая значительно более низким отношением Zr/Hf по сравнению с хондритом, заметно влияет вместе с пироксеном на уменьшение этого отношения в более поздних породах.
Таким образом, главным процессом рассеяния и концентрирования циркония и гафния в магматических системах массивов Гули и Кугда была непрерывная кристаллизационная дифференциация, сопровождавшаяся заметным фракционированием породообразующих и акцессорных минералов (пироксена и перовскита).
Источник финансирования
Работа выполнена при финансовой поддержке Программы РАН 8.
Об авторах
Л. Н. Когарко
Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: kogarko@geokhi.ru
Россия, Москва
Список литературы
- Егоров Л.С. (1991) Ийолит-карбонатитовый плутонизм (на примере Маймеча-Котуйского комплекса Полярной Сибири). Л.: Недра, 260 с.
- Когарко Л.Н. (2016) Геохимия процессов разделения когерентных элементов (Zr, Hf) при глубокой дифференциации высокощелочных магматических систем (Ловозерский комплекс). Геохимия (1), 4-10.
- Kogarko L.N. (2016) Geochemistry of fractionation of coherent elements (Zr and Hf) during the profound differentiation of peralkaline magmatic systems: a case study of the Lovozero complex. Geochem. Int. 54(1), 1-6.
- Когарко Л.Н. (2006) Щелочной магматизм и обогащенные мантийные резервуары. Механизмы возникновения, время появления и глубины формирования. Геохимия (1), 5-13.
- Kogarko L.N. (2006) Alkaline magmatism and enriched mantle reservoirs: mechanisms, time, and depth of formation. Geochem. Int. 44(1), 3-10.
- Когарко Л.Н. (2015) Экспериментальные исследования полей кристаллизации перовскита в ларнит-нормативных высококальциевых магмах, аналогичных кимберлитам. ВЕСЭМПГ-2015. Москва, 21-22 апреля 2015 г. 33.
- Cawthorn R.G. (1996) Layering intrusions. Developments in Petrology. Amsterdam - Lausanne - New York - Oxford - Shannon - Tokyo, Elsevier Science B.V. All rights reserved., 531, ISBN Hardbound 0 444 81768 9.
- McDonough W.F., Sun S. (1995) The composition of the Earth. Chem. Geol. 120, 223-253.
Дополнительные файлы
![](/img/style/loading.gif)