Лекция 6 (2 часа). Карбонатитовые месторождения

Общая характеристика. Генетические гипотезы, этапы и стадии формирования рудоносных массивов. Форма карбонатитовых тел, зональность карбонатитовых массивов. Примеры месторождений (апатит-магнетитовых, флогопитовых, медных).

Вопрос 1. Общая характеристика (минеральные типы карбонатитов, связь с магматизмом, распространение, геологические структуры). Карбонатиты — это эндогенные скопления карбонатов (преимущественно кальцита, реже доломита, анкерита), которые пространственно и генетически связаны с массивами ультраосновных — щелочных пород.

Карбонатиты на 80−90% состоят из карбонатных минералов. В них также присутствует апатит, флогопит, титаномагнетит, магнетит и редкие минералы бадделит (ZrO₂), пирохлор (сложный оксид редких и редкоземельных элементов), перовскит (титанат редких земель), монацит (фосфат редких земель), а также карбонаты редких земель (паризит, бастнезит).

Карбонатитовые месторождения сравнительно редки и содержат специфический комплекс полезных ископаемых, интерес к которым проявился относительно недавно. К настоящему времени обнаружено около 200 массивов карбонатитоносных ультраосновных — щелочных пород. Из них только 20 служат объектами для разработки. На территории России подобные массивы выявлены в Карелии, на Кольском полуострове, в Восточной Сибири, Приморье. За рубежом они известны в США, Канаде, Бразилии, ФРГ, Швеции, Норвегии, Финляндии, Гренландии, Австралии, Индии, Афганистане, ряде районов Африки. В плане штокообразные интрузивы ультраосновного — щелочного состава с карбонатитами занимают километры, десятки километров. Например, Кондерский массив (Алдан) в диаметре — 5,5 км. Ковдорский массив (Кольский полуостров) имеет площадь 40 км². Возраст карбонатитов разнообразный: на Алдане — докембрийский, на Кольском полуострове — герцинский, в Бразилии, Канаде — киммерийский, в Африке — альпийский. Образование связано с тектономагматической активизацией древних континентов.

Карбонатитовые массивы относятся к многофазовым интрузиям центрального типа и характеризуются концентрически зональным строением. Среди карбонатитов встречаются «открытые» — когда ультраосновная магма достигает поверхности Земли и изливается, и «закрытые» — не доходившие в момент образования до поверхности. Вертикальный размах карбонатитов не менее 10 км. В СССР карбонатитовые тела вскрывались скважинами на глубинах порядка 0,5 км, при этом они не выклинивались.

Вопрос 2. Генетические гипотезы, этапы и стадии формирования рудоносных массивов. Ведущими являются магматическая и гидротермальная гипотезы.

Магматическая гипотеза предполагает, что карбонатиты образуются на позднемагматической стадии из карбонатного расплава, который является продуктом дифференциации щелочно-ультраосновной магмы. Подтверждением являются: экспериментальные исследования, извержения кальциево-углекислых лав на современных Африканских вулканах (Олдонио), высокие температуры гомогенизации флюидных включений в карбонатных минералах (800−600С), ксенолиты обломков ультраосновных и щелочных пород, изотопы O, C, Mg, Sr, указывающие на мантийный источник, флюидальная текстура карбонатитов.

Согласно магматической гипотезе ультраосновные магмы формируются на глубинах более 100 км. При их обогащении Ca, Na, CO₂ и остывании до температуры 900С возможна ликвация с отделением карбонатного расплава. Это возможно по пути следования в промежуточных магматических камерах на глубинах не менее 30−40 км.

Вулкан Ол Доньо Ленгаи (Ol Doinyo Lengai). Фото Clem23.
Высота.	2,960 метров.
Минимальная глубина (для подводных вулканов).	[1]}.
Местоположение.	Танзания.
Координаты.	2°45?5?S, 35°54?8?E.
Геодинамическая обстановка.	Рифт.
Последнее извержение.

Ол Доньо Ленгаи (Ol Doinyo Lengai) активный стратовулкан, находится в рифте Грегори на севере Танзании. Единственный в мире действующий вулкан, который изливает натрокарбонатную лаву. Изливающаяся лава достаточно холодная — порядка 500−600 C.

Исторические извержения

Первые описания извержений Ол Доньо Ленгаи относятся к 1883 г. Так же описаны периоды активности между 1904 и 1910 гг. и позднее между 1913 и 1915 гг. Сильное извержение произошло в июне 1917 г., в результате которого вулканический пепел выпадал на расстоянии до 48 км от вершины вулкана. Подобные сильные извержения происходили в 1926 г. и между июлем и декабрем 1940 г., во время которых вулканический пепел летел до 100 км от Ол Доньо Ленгаи.

Гидротермальная гипотеза. На всех карбонатитовых месторождениях имеются признаки гидротермально-метасоматического происхождения карбонатов:

• а) постепенные переходы от карбонатов к замещаемым породам, наличие типичных гидротермальных прожилков;
• б) температуры образования карбонатных минералов бывают более низкими, чем в магматических образованиях (от 600 до 200С);
• в) зависимость состава темноцветных и акцессорных минералов от состава замещаемых силикатных пород.

Так, Л. Бородин полагает, что все карбонатиты метасоматические. И только ультраосновные породы в карбонатитовых массивах имеют интрузивную природу. Щелочные разности пород образуются за счет нефелинизации пироксенитов.

Комплексная гипотеза. Карбонатиты имеют комбинированное происхождение, их образование начинается на магматическом этапе и продолжается на гидротермальном. Каждый этап включает несколько стадий, связанных с последовательным внедрением порций магматических расплавов: ультраосновного, щелочного, карбонатного, а также различных по составу и температурам порций гидротермальных растворов. Внедрение расплавов и растворов осуществляется по цилиндрическим, коническим, радиальным трещинам в остывающем многофазовом интрузиве.

Вопрос 3. Форма карбонатитовых тел, зональность карбонатитовых массивов. Залежи карбонатитов образуют штоки, конические дайки, падающие к центру массива, кольцевые дайки, падающие в противоположную сторону, радиальные дайки. Трубообразные карбонатитоносные интрузии ультраосновного — щелочного состава в плане характеризуются концентрически зональным строением за счет многофазового внедрения магмы. Причем зональность может быть различна. Так, на Ковдорском массиве от периферии к центру наблюдаются дуниты-перидотиты, щелочные породы, ореолы метасоматических пород — фенитов, карбонатиты. На Кондерском массиве зональность обратная — в центре ультраосновные породы, на периферии щелочные породы и карбонатиты.

Вопрос 4. Примеры месторождений (апатит-магнетитовых, флогопитовых, медных). Карбонатиты имеют важное промышленное значение. С ними связаны основные ресурсы тантала, ниобия, редких земель, существенные запасы титана, железных руд, флюорита, флогопита, апатита и др.

Полезные ископаемые карбонатитового генезиса можно представить в виде обобщенной модели, где определенный тип полезного ископаемого соответствует разной глубине формирования в трубообразном магматическом теле. На глубине 3−6 км от поверхности формируются железо, ниобий, фосфор. В средней зоне (3−2,5 км) — ниобий, тантал, редкие земли, церий, селен, фосфор, железо, флогопит. В верхней зоне из постмагматических (посткарбонатитовых) растворов образуются флюорит, барит, стронцианит. И в приповерхностной зоне накапливаются торий, редкие земли.

Главными типами промышленных месторождений являются следующие:

• 1) апатит-магнетитовые карбонатиты на Кольском полуострове (Ковдорское), в Африке, Канаде, Бразилии; запасы железной руды достигают сотен миллионов тонн при содержании железа от 20 до 70%; запасы апатита сопоставимы по масштабам при содержании P₂O₅ 10 — 15%;
• 2) флогопитовые карбонатиты, образованные на контакте железо-магнезиальных пород со щелочными и представленные крупными зонами слюд, флогопитовыми жилами и прожилками, неравномерной вкрапленностью; качество слюды невысокое, содержание её от десятков и сотен килограммов в кубическом метре до сплошных слюдяных масс (Ковдорское месторождение); в коре выветривания по флогопитам на Ковдорском месторождении образовываются богатые залежи вермикулитовых руд;
• 3) карбонатиты с медными рудами — месторождение Палабора (ЮАР) с запасами меди 1,5 млн. т; массив ультраосновных — щелочных пород представлен трубообразным телом в диаметре 0,5−0,7 км; центральная часть — карбонатиты, периферическая — магнетит-апатитовые руды; в карбонатитах — вкрапленники борнита, халькопирита

Литература

: [1], с. 82−90; [2] с. 66−77; [3], с. 103−108.

Проектные задания студентам по самостоятельной работе по теме 6.

Проанализировать сильные и слабые стороны различных генетических гипотез формирования карбонатитовых месторождений. Дать характеристику строения и практической ценности карбонатитов.

Вопросы для самоконтроля знаний:

• 1. Из каких минералов состоят карбонатиты?
• 2. С какими комплексами магматических пород связаны карбонатиты?
• 3. В каких геологических обстановках образуются карбонатиты?
• 4. Какое строение имеют карбонатитовые массивы?
• 5. При каких температурах формируются карбонатиты?
• 6. В чем заключается магматическая гипотеза образования карбонатитов?
• 7. Какие данные свидетельствуют о гидротермально-метасоматическом происхождении карбонатитов?
• 8. Привести пример полезных ископаемых карбонатитового генезиса.