книги из ГПНТБ / Ланда Э.А. Апатитовые месторождения карбонатитовых комплексов

виниты и карбонатнты (Одихинча). В таких массивах металлогеническая специализация определяется отсутствием сопряжен­ ности ультрабазитов и карбонатитов, преимущественным распространением и характером взаимодействия других серий пород. Они малоперспективны в отношении фоскоритового и флогопит-пироксен-оливинового типов месторождений. Для них бо­ лее характерны ранний и поздний апатит-силикатные типы, в ко­ торых нередко главным компонентом является флогопит (Тулин­ ское, Одихинча), а при широком развитии карбонатитов (Тулин­ ский массив) 1 — месторождения карбонатитового типа и типа магнетит-апатитовых брекчий.

Нельсонитовые месторождения характерны для массивов про­ межуточного и карбонатитового типов ' (Ыраас, Ессей, НемегосЛэкнер). Не исключено, что присутствие магнетит-апатитовых

туры, возникающие при формировании комплексов. Такие струк­ туры или рассекают ранее сформированные тела, или приурочи­ ваются к кольцевым зонам контактов пород разного состава. Кольцевые структуры характеризуются практически вертикаль­ ным падением и большой протяженностью на глубину. Конические

индивидуализированных тел, образованных при процессах выпол­ нения полостей. Они характерны для месторождений нельсонитов (Ессей, Немегос), фоскоритов (Палабора) и карбонатитов (Ондуракоруме, Туидулу). Ко вторым структурам приурочены зоны метасоматической переработки пород, в результате которой воз­ никают месторождения позднего и раннего апатит-силикатного

же возможно образование довольно четко очерченных тел (Шпиц­ коп). Однако податливость исходных пород метасоматизму мо­ жет привести к отклонению их формы от кольцевой.

2.Вторым типом являются линейные структуры, тесно связан­

ные с общерегиональными нарушениями и с общерегиональной

1 Отличительной металлогеиической особенностью Тулинского массива, где представлены практически все серии пород щелочно-ультраосновной формации, является изолированность ультрабазитов и карбонатитов, разделенных щелоч­ ными породами. Поэтому в металлогеническом отношении массив распадается как бы на два: а) ультрабазптового типа; б) промежуточного типа со слабым развитием ультрабазитов.

120

Г л а в а 5

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ АПАТИТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

ОБЩИЕ УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ АПАТИТСОДЕРЖАЩИХ УЛЬТРАОСНОВНЫХ ЩЕЛОЧНЫХ ПОРОД

Источник фосфора. Эта проблема тесно связана с другой — проблемой источника вещества карбонатитов. Действительно, об­ разование большинства месторождений апатита совершилось на карбонатитовом этапе, а сами карбонатиты наиболее богаты фос­ фором по сравнению с другими породами ультраосновных щелоч­ ных комплексов. Существуют две точки зрения в отношении карбонатитов. Одна впервые высказана А. Хёгбомом [139], пред­ положившим их ювенильную природу. Другая в несколько отли­ чающихся вариантах обоснована В. Брёггером [118], Р. Дэлп [121] и С. Шэндом [155], посчитавшими карбонатиты продуктом палин­ генеза или метаморфизма осадочных известняков и доломитов. Последняя гипотеза распространена и на апатитовые сегрегации: по Д . П. Сердюченко [91], расплавы, давшие начало апатитовым породам и карбонатитам, возникали в результате глубинного палингенного плавления осадочных карбонатных пород, содержа­ щих фосфатные и железистые накопления. Гипотеза, однако на­ ходится в противоречии с рядом особенностей ультраосновных щелочных пород. Их интрузии приурочиваются к областям раз­ вития древних кристаллических пород, среди которых карбонатные или фосфатные, отложения встречаются редко или вообще не встречаются (Скандинавия, некоторые районы Африки). Данные геохимического и в особенности изотопного изучения вещества карбонатитов указывают на его существенные отличия от веще­ ства осадочных пород [134]. Поэтому наиболее вероятной следует считать гипотезу ювенильного мантийного происхождения карбо­ натитов и, соответственно, полагать, что из мантии совершалась транспортировка фосфора, расходовавшегося при образованіи месторождений апатита '.1

1 Не исключено, однако, что вещество, шедшее впоследствии па образование карбонатитов, поступало в мантию при погружении туда блоков коры в резуль­ тате глобального в основном конвективного массопереноса в системе мантия — кора.

122

Исходная магма. Фосфор доставлялся в земную кору вместе с расплавами, производными от некоторой первичной магмы. По поводу ее состава специалисты расходятся во мнениях. Не останавливаясь на существующих гипотезах, обсуждение ко­ торых проведено в ряде работ [12, 16, 23, 59, 134, 159 и др.], от­ метим, что наиболее соответствуют геологическим и эксперимен­ тальным данным представления о специфической первичной уль­ траосновной щелочной магмы. Причем более всего вероятно, что ее состав промежуточен между составами перидотита и нефели­ нового базальта [69] и примерно соответствует составу нефелино­ вого пикрита. Из подобного исходного субстрата относительно просто могут быть выведены все штградиенты щелочно-ультра­ основной серии. Он же, судя по экспериментальным иссле­ дованиям [99], является вероятнейшим производителем остаточных карбонатитовых флюидов. Пока трудно говорить о мантийном веществе, при плавлении которого мог возникнуть расплав указан­ ного состава. Не исключено, что таковым является пиролит типа гранатового перидотита. Весьма вероятно также, что само плавле­ ние происходило в специфических условиях, когда выплавка особо насыщалась углекислотой и так называемыми некогерентными элементами (калий, титан, барий, стронций, уран, торий, а также фосфор), дефицитными для мантии вследствие особенностей их атомно-ионного строения. Такие элементы в условиях мантии могут удаляться из нее в самые ранние стадии плавления [86]. Совокупность условий, при которых они могли накопиться и удер­ жаться в выплавке, являлась определяющей для появления имен­ но ультраосновной щелочной магмы, а не какой-либо иной. Воз­ можно, что условия зависели от тектонической обстановки магмообразования.

Тектоническая обстановка магмообразования. Формированию ультраосновных щелочных комплексов предшествовало длитель­ ное эволюционное развитие жестких участков земной коры, вы­ ражавшееся в их преимущественном воздыманин сводового или глыбово-сводового типа. Согласно современным представлениям причина роста сводов (и вообще глыбово-сводовых движений) за­ ключалась в разогреве и разуплотнении вещества верхней ман­ тии, а точнее —■ одного из ее слоев на глубине [10, 83, 105, 106]. Такой процесс требовал накопления большого количества тепло­ вой энергии и растягивался в значительном даже по геологиче­ ским масштабам ' интервале времени. Плавление в мантии вызывало увеличение ее мощности и, как следствие, сводообразо­ вание, что в свою очередь обусловливало появление в коре участ­ ков растяжения и способствовало возникновению разломов. Присутствие на глубине слоя частично жидкого материала с низ­ кой плотностью приводило к нарушению гравитационного равно­ весия и стремлению жидкости занять наиболее высокое положе­ ние. Это стремление в конечном итоге реализовалось путем ее всплывания в более плотном субстрате. Возможность подобного

123

чей способствовал преимущественной концентрации элемента во

вследствие разрушения комплексных соединений, чему способство­ вали резкое повышение кислотности растворов при снижении температуры, при взаимодействии с ультракислыми породами (апатитовая минерализация фенитового типа) и обменные реакции растворов с богатыми кальцием ультрабазитами, приводящие к связыванию щелочей в силикатах и алюмосиликатах (эгприн, флогопит) и одновременному осаждению фосфата кальция.

Происхождение фоскоритов. В ранний период изучения фоскорнты считались продуктами метаморфизма или ассимиляции известняков гранитной магмой. Позднее появились представления о магматической их природе, а еще позднее было обращено вни­

на месте вмещающих пород под действием растворов, обогащен­ ных железом, фосфором, магнезией и другими компонентами.

Метасоматическая концепция правильно отражала ряд особен­ ностей пород, но уже в некоторых работах [59, 85] обращалось внимание на важную роль в их генезисе процессов выполнения полостей. Дальнейший анализ в ходе разведки Ковдорского место­ рождения привел специалистов к выводу о решающей роли по­ добных процессов [96, 97]. А накопление данных, свидетельствую­ щих о магматической природе карбонатитов, обусловило возрож­ дение магматической гипотезы и в отношении фоскоритов. В свое время Г. Рассел, С. Хиемстра, Д . Грёнволд [153], развивая пред­ ставления А. Холмса [138], пришли к выводу, что фоскориты обязаны своим образованием глубинному взаимодействию первич­ ной карбонатитовой магмы с гранитами, в результате чего воз­ никала вторичная магматическая жидкость, интрузия которой и приводила к становлению тел фоскоритов. Идеи А. Холмса с учетом современных знаний о происхождении ультраосновных щелочных комплексов использовал Л. С. Егоров [47]. Обсуждая генезис флогопит-оливиновых пород массива Кугда, близких фоскоритам, он высказал соображения о возможности их кри­ сталлизации из контаминированной рудными гипербазитами кар­

125

потезы хорошо согласуется с геолого-петрографической специфи­ кой фоскоритов (резкость контактов, обилие глубинных ксеноли­ тов и др.) и ассоциирующихся с ними карбонатитов. Имеются и доказательства агрессивности карбонатитовых расплавов, которые при воздействии на силикатные породы могут насыщаться рудосиликатным материалом [72]. Развивая эти представления, можно полагать, что в докрнсталлизационный период карбонатитовый расплав особенно активно взаимодействовал с вмещающими по­ родами, в результате чего появлялась карбонат-фосфат-силикат- ная жидкость, обладавшая определенной автономией, способ­ ностью интрудировать и образовывать самостоятельные тела, со­ провождаемые однако карбонатитамн. Другой вариант магмати­ ческой гипотезы предложил В. Фервурд [159]. Он допустил воз­ можность единой интрузии фоскоритов и карбонатитов в виде гетерогенной системы из двух несмешивающихся жидкостей с по­ следовательной кристаллизацией — сначала фоскоритов, затем карбонатитов. Важное значение ликвации в системе фоскорит— карбонатит предположил и В. В. Фиженко [100] после изучения орбикулярных фоскоритов Вуориярви.

Рассмотренные гипотезы имеют однако существенный недоста­ ток. Дело в том, что химический состав неизмененных фоскоритов довольно далек от состава карбонатитов, и относительно близок составу рудных ультрабазитов. Р. Джонсон [39] на этом основании включил фоскориты в одно семейство с дунптами и серпентини­ тами. Существование же ультраосновных магм требует особых условий — в частности температуры, превышающей 1000° С . Ре­ зультаты экспериментального изучения системы С аО —M gO —БЮг НгО—С 0 2 [99] свидетельствуют о том, что в этой синтетической модели природной системы фоскорит— карбонатит есть четко вы­ раженный температурный барьер, разделяющий высокотемпера­ турные магнезиально-силикатные жидкости, из которых может кристаллизоваться оливин, от относительно низкотемпературных карбонатных жидкостей. Поэтому карбонатно-перидотитовая маг­ ма не может в результате кристаллизационной дифференциации дать остаточную карбонатитовую жидкость. Естественно, что еще более труден обратный переход от карбонатитовой жидкости к существенно оливиновой, требующий и повышения температуры и больших тепловых затрат. Сказанное не означает, что существует экспериментальное доказательство невозможности насыщения карбонатных расплавов силикатным материалом. Силикаты в синтетических системах могут кристаллизоваться совместно с кар­ бонатами при температурах, наиболее вероятных для карбонатитового процесса (600—800°С ). Но их количество не может быть большим, что и наблюдается в природе. Допущение подобного способа образования фоскоритов требует особых оговорок о на­ личии у карбонатитовых расплавов запасов тепловой и химиче­ ской энергии неизвестного еще происхождения.

Значительная часть отмеченных трудностей преодолена в гипо-

!,гѵ6

тезе, высказанной Э. А. Ланда [71] и основывающейся на тех чертах фоскоритов, которые свидетельствуют о существенной роли в их происхождении явлений типа эксплозии, газовой или флюид­ ной абразии (широкое развитие брекчий, присутствие вынесенных с глубины обломков оливинитов, их окатанность, пластический облик части зерен форстерита). Соответственно предполагается активное участие в процессе газовой фазы, сосуществовавшей с

карбонатитовым расплавом, насыщенной СОо, Р 2О5, Н 20 и агрес­ сивной по отношению к вмещающим ультраосновным породам. Агрессивность могла выражаться в химическом взаимодействии с последними и обогащении магнезией и железом, но главным об­ разом в механическом воздействии, реализовавшемся в форме эксплозий, абразии, обрушения и т. д. В результате возникала флюидизированная система из газовой фазы и твердого ультраосиоЕНого материала (форстерит), как известно, система газ — твердая фаза обладает свойствами жидкости и, в частности, спо­ собностью к интрузии [152]. Этим сейчас объясняется генезис

играют существенную роль в генезисе альнеитов и кимберлитов — дамкьернитов комплекса Фен. Они также указали, что флюидиза­ ция и высверливание трубчатых каналов газами — главные про­ цессы, обусловливающие формирование кольцевых карбонатитовых комплексов с их разнообразной серией даек, брекчий, штоков. В еще большей мере такие соображения справедливы в отноше­ нии фоскоритов.

Происхождение флогопит-пироксен-оливиновых пегматоидов.

Среди ранних представлений о происхождении флогопит-пироксен- оливиновых пегматоидов наиболее примечательны идеи А. Холмса [138], который считал, что породы так называемой серии О. В. Р. (оливин + биотит + пироксен) образовались в ре­ зультате реакции карбонатитовой магмы с гранитами. Сходный механизм формирования был предположен для объяснения гене­ зиса пегматоидов массива Палабора [153]. Дальнейшее исследо­ вание однако показало, что пегматоиды и вмещающие их флого- пит-пироксеновые породы возникли на месте ультрабазнтов, входящих в состав щелочно-ультраосновных комплексов [2, 13, 31, 59, 85, 96, 97]. Такой метасоматический процесс был обуслов­ лен действием растворов, генерированных интрузиями ийолитмельтейгитов, или действием ийолитизирующих растворов, подроб­ на проанализированным в ряде работ [13, 30].

Позднее на примере Ковдорского месторождения был доказан более сложный и многоэтапный характер формирования пегматои­ дов [96, 97]. Было установлено, что флогопитовый комплекс про­ должал формироваться на самых поздних этапах становления массива, и было обращено внимание на петрографическую и гене­ тическую близость пород слюдяного и железорудного (фоскори-

127

товото) месторождения. Анализ материалов по другим комплек­ сам (Палабора, Арбарастах) подтверждает такой вывод. Обе группы пород образовались в связи с карбонатитовым минерагеиическим этапом, но если фоскориты являлись продуктами реакционно-магматического или реакционно-флюидизацнонного взаимодействия карбонатитовых расплавов с вмещающими поро­ дами, то пегматопды возникали преимущественно реакционно-ме- тасоматнческим и реакцпонно-бластическим путем. В Ковдорском месторождении (а частично и в месторождении Арбарастах) устанавливается, что пегматопды сформировались на месте флогопитизпрованных и дпопсидизнрованпых пород под действием щелочной интрузии (или ийолнтизнрующих растворов) ультрабазитов. Соответственно может быть предложена следующая схема, учитывающая двухэтапность их образования:

Перекристаллизация флогопит-пироксеновой породы частично совершалась на фронте оливинизацпн в соответствии с механиз­ мом роста друз растворения [65].

Однако процесс формирования пегматоидов не сводился только к метасоматизму и перекристаллизации. Существовал еще и механизм, обусловивший гетероморфность таких пород, бли­ зость их оливнновых агрегатов к фоскорптам и наличие у них признаков, свойственных продуктам кристаллизации из жидкости. Н . И . Краснова [67], впервые подметившая подобные признаки, указала и на высокую температуру кристаллизации минералов пегматоидов. Изучая структуры распада оливинов (вростки диопсида и магнетита), она установила, что оливин кристаллизо­ вался при температурах, превышающих 800° С. Гомогенизация включений в апатите дала температуры порядка 500—750° С. Основываясь на подобных данных, Н. И. Краснова предположила, что гигантозернистые флогопит-ппроксен-оливниовые сегрегации являются продуктом кристаллизации расплав-растворов пегмати­ тового типа, перерождавшихся с падением температуры в над­ критические, а затем в гидротермальные растворы. Признаки ориентированного роста минералов пегматоидов, по Н. И. Крас­ новой, — довод в пользу предложенной гипотезы.

Гипотеза Н. И. Красновой справедлива в отношении того, что среди флогопит-пироксен-оливиновых пород существовали особые участки, в которых имела место кристаллизация из высокотемпе­ ратурных флюидов. Однако она не объясняет идентичности всех свойств (кроме размеров) флогопита и диопсида собственно пег­ матоидов и средне- и крупнозернистых флогопит-пироксеповых по­ род, имеющих метасоматическую природу и переходящих в слабо

128

измененные оливиниты. Более вероятно допустить, что в генезисе месторождения существенную роль играли фоскоритовые флюиды. Их влияние приводило к метасоматическому замещению и час­ тичной перекристаллизации флогопита и диопсида апооливинитов, а также способствовало росту ее отдельных бластокристаллов на фронте замещения, и ориентированного роста кристаллов в по­ лостях, занятых флюидом. В результате механической активности флюидов происходило дробление и захват апатит-форстеритовым агрегатом блоков пироксена и флогопита, а их движение в про­ цессе кристаллизации было причиной появления ориентировки в форстеритовой породе. Насыщенность летучими компонентами способствовала росту особо крупных минералов.

Наряду с фоскоритовыми жидкостями, в процессе формирова­ ния пегматоидов существовали и жидкости существенно апатито­ вого состава. Н. И. Краснова предположила, что из такой жидкости сформировано крупное округлой формы апатитовое тело в центральной части флогопитового месторождения Ковдор. Вы­ сокие температуры кристаллизации апатита допускают такую воз­ можность, хотя большая часть апатита в месторождении возникла метасоматическим путем.

Происхождение апатитовых сегрегаций в карбонатитах. Под­ ход к толкованию природы апатитовой минерализации этого типа целиком определяется представлениями о происхождении самих карбонатитов. Длительная дискуссия еще не закончена. Но на­ метился определенный сдвиг в сторону признания обоснованности магматической концепции. Этому в немалой степени способстовало обнаружение современных карбонатитовых лав в Танзании [37] и успехи экспериментального изучения упрощенных карбонатито­

Первые наиболее обильны в ранних карбонатитах. При относи­ тельно равномерном распределении апатита по всему карбонатитовому телу трудно решить вопрос о возрастных соотношениях его с породообразующим карбонатом. Сторонники метасоматического происхождения карбонатитов нередко относят апатит к ре­ ликтовым минералам, унаследованным от предкарбонатитовых метасоматитов [31]. Однако высказываются мнения и о наложен­ ной природе апатита [42]. Эта точка зрения справедлива для слу­ чаев локальной концентрации сахаровидного апатита в структурно ослабленных зонах (часто в ассоциации с редкометальной мине­ рализацией и магнетитом). Сравнительно равномерно рассеянный апатит, по-видимому, чаще сингенетичен карбонатам, т. е. обра-