2014

Высокозарядные и редкоземельные элементы в фенитах массивов палеозойской Кольской щелочной провинции.

Козлов Е.Н.^1,2, Арзамасцев А.А.^2,3

¹ Геологический институт Кольского научного центра РАН, г. Апатиты, Россия

 kozlov_en@geoksc.apatity.ru

² Апатитский филиал Мурманского государственного университета, г. Апатиты, Россия

³ Институт геологии и геохронологии докембрия РАН, Санкт-Петербург, Россия

Геохимическая специфика щелочных алюмосиликатных и карбонатитовых магм заключается в их обогащенности большинством некогерентных компонентов, в том числе высокозарядными (HFSE) и редкоземельными (REE) элементами, что делает массивы щелочно-ультраосновной формации потенциально рудоносными. Вокруг большинства подобных массивов наблюдаются широкие ореолы метасоматически переработанных пород, объемы которых сопоставимы с объемами магматитов данных комплексов, что свидетельствует о значительном перераспределении петрогенных компонентов из магматических камер в породы обрамления под действием флюидных потоков. В связи с этим теоретический и практический интерес привлекает вопрос о масштабах метасоматического переноса редких и рассеянных элементов на различных этапах становления щелочно-ультраосновных массивов. Палеозойская Кольская щелочная провинция (КЩП) из-за высокого уровня изученности и легкодоступности большинства входящих в нее объектов является удобным полигоном для проведения исследования, направленного на решение данного вопроса. Однако и здесь при выборе объекта для изучения возникают некоторые трудности. Дело в том, что большинство щелочно-ультраосновных комплексов КЩП представляют собой многофазные интрузивные тела, причем внедрение каждой последующей фазы сопровождалось очередным актом метасоматического воздействия на уже сформировавшиеся породы. Из-за этого первичные петрохимические характеристики метасоматитов, связанных с внедрением щелочно-ультраосновных магм, затушеваны поздними наложенными процессами. Поэтому для оценки масштабов метасоматического массопереноса на синмагматическом этапе становления щелочно-ультраосновных комплексов в качестве эталонного объекта нами был выбран интрузив Озерная Варака, в структуре которого фоидолиты (преимущественно ийолиты) занимают доминирующую роль. Кроме того, нами был изучены породы северо-западного фланга массива Большой Ковдор и приконтактовые породы его сателлита – агпаитового массива Малый Ковдор. Это позволило сопоставить результаты проведенных исследований с ранее полученными данными по контактовому взаимодействию агпаитовых магм с гнейсами фундамента (Арзамасцев и др., 2011).

В качестве протолита для метасоматитов контактового ореола Озерной Вараки послужили  биотит-олигоклазовые гнейсы беломорского комплекса, среди которых в подчиненном количестве присутствуют биотит-амфиболовые гнейсы и гранат-плагиоклазовые амфиболиты. Обобщая полученную в ходе исследования информацию, все метасоматиты экзоконтакта данного массива можно разделить на три группы (в зависимости от последовательности их формирования):

1) синмагматические щелочные метасоматиты (фенитизированные гнейсы, апогнейсовые полевошпат-клинопироксеновые фениты);

2) гидротермально-метасоматические породы карбонатитового этапа – преимущественно оснóвные (волластонит-клинопироксеновые породы, карбонатиты калишпат-кальцитовой и альбит-кальцитовой температурных фаций и генетически связанный с ними комплекс метасоматитов);

3) щелочные постмагматические гидротермально-метасоматические породы – преимущественно щелочные (флогопитовые слюдиты, альбититы, калишпатолиты, эгириниты, карбонатиты хлорит-серицит-анкеритовой температурной фации).

Аналогичная картина наблюдается и в пределах экзоконтактов прочих щелочно-ультраосновных комплексов КЩП, например, массивов Ковдора и Вуориярви. Таким образом, породы контактового ореола щелочно-ультраосновных интрузий Кольской провинции подверглись полиметасоматической переработке в ходе трёх последовательных процессов: синмагматического щелочного метасоматоза, метасоматоза карбонатитового этапа и постмагматического щелочного метасоматоза. Проведенное комплексное минералого-геохимическое исследование позволило выявить три парагенетических ассоциации, отвечающих различным этапам метасоматической переработки пород контактового ореола Озерной Вараки. Входящие в них «сквозные» минеральные фазы (клинопироксен, щелочные полевые шпаты, апатит, титанит), присутствующие в большинстве изученных образцов пород, характеризуются индивидуальным составом как петрогенных, так и примесных компонентов. Так, составы клинопироксенов раннего щелочного и основного парагенезисов из фенитизированных гнейсов, апогнейсовых фенитов и карбонатитов ложатся на два непересекающихся тренда: диопсид - эгирин-авгитовый («ийолитовый») и поздний геденбергит - эгирин-авгитовый («карбонатитовый»). Щелочные шпаты выделенных парагенезисов отчетливо различаются как по соотношениям Na к K, так и по содержаниям Ва и Sr, составы апатита – по концентрациям Sr и REE, титанита – по Na, Sr, Nb, Zr, отношению Fe^3+/Al.  Правомерность отнесения той или иной минеральной фазы к парагенезису была подкреплена данными по различным изотопным систематикам. Например, при изучении волластонит-клинопироксеновых пород во флюиде, захваченном эгирин-авгитом «ийолитового» тренда, установлено высокое отношение He³/He⁴ (5.9×10^–6), отвечающее содержанию 50 % мантийной компоненты. В то же время для газа из флюидных включений волластонита, однозначно относимого к основному парагенезису, значение He³/He⁴ на порядок ниже (0.5×10^–6), что отвечает 9 % мантийной составляющей. Такие же оценки отношения He³/He⁴ (0.8×10^–6) получены и для газа из флюидных включений в кальците из карбонатитов альбит-кальцитовой температурной фации. Использование в качестве индикаторов наложенных процессов выше описанных типохимических особенностей минералов позволило произвести отбраковку образцов, претерпевших полиметасоматическое воздействие, и выполнить количественную оценку привноса-выноса компонентов на различных этапах метасоматической переработки. Проведенные модельные расчеты показали, что магматическая камера интрузива Озерная Варака была «закрытой» для метасоматического выноса HFSE и REE в породы обрамления, что, вероятней всего, связано с примитивным анионным составом флюида синмагматической стадии. Установленная локальная обогащенность контактовых пород редкоземельными элементами обусловлена метасоматическими процессами карбонатитового этапа. Вероятно, именно анионный состав и определял металлогеническую специализацию флюидов, воздействовавших на породы контактового ореола на различных этапах становления комплекса.

Сопоставление результатов проведенных нами исследований с данными по зонам контактового взаимодействия Хибинского и Ловозерского агпаитовых массивов выявили ряд существенных различий:

1. Диспропорция размеров фенитовых ореолов. Ширина зон контактового взаимодействия гигантских массивов Хибин и Ловозера составляет первые десятки метров, в то время как аналогичные зоны вокруг щелочно-ультраосновных комплексов по масштабам часто сопоставимы с размерами самих интрузий.

2. В отличие от щелочно-ультраосновных массивов, у которых в приконтактовом флюиде преобладают H₂O и CO₂, экзоконтактовые породы агпаитовых массивов обогащены фтором. В фенитизированных породах Ловозерского массива присутствует флюорит, а содержания F достигают 0.58 – 0.70 мас. %.

3. Различная степень подвижности HFSE и REE в процессах контактового взаимодействия щелочно-ультраосновных и агпаитовых магм с гнейсами обрамления. Проведенный расчет баланса масс показал, что при близких концентрациях данных компонентов в «протолитах», значения абсолютного привноса для моделей формирования фенитов агпаитовых комплексов в 3 – 10 раз превышают аналогичные оценки для фенитов щелочно-ультраосновного массива Озерная Варака. Следствием этого стало вхождение HFSE в состав породообразующих минералов фенитов Хибин и Ловозера (например, установлено присутствие цирконий-содержащего эгирина), чего в фенитах Озерной Вараки не наблюдается.

Сходные результаты были получены и при изучении пород северо-восточного фланга массива Ковдор. В пределах данного разреза гнейсы чупинской свиты беломорского комплекса были метасоматически изменены под воздействием флюидов из двух источников. Первым были щелочно-ультраосновные расплавы, образовавшие ийолиты Большого Ковдора, вторым – агпаитовые магмы, при раскристаллизации которых сформировались ювиты и полевошпатовые ийолиты массива Малый Ковдор (коэффициент агпаитности ювитов (K+Na)/Al = 1.25). Проведенные петрографические исследования показали отсутствие признаков наложенного на породы данного участка карбонатитового метасоматоза. Как и для агпаитовых сиенитов Хибин и Ловозера, одной из петрохимических особенностей ювитов Малого Ковдора является их относительная обогащенность фтором (0.32 мас. % по сравнению с 0.02 мас. % в фоидолитах Большого Ковдора). Несмотря на то, что данные ювиты по содержаниям HFSE и REE сходны с ийолитами Большого Ковдора и значительно уступают по концентрациям данных элементов сиенитам Хибин и Ловозера, модельные расчеты показали, что значения относительного привноса HFSE и REE при формировании фенитов в обрамлении Малого Ковдора существенно превышают аналогичные величины для фенитов, примыкающих к ийолитам Большого Ковдора. При этом по абсолютным значениям привноса Nb, Ta и REE фениты Малого Ковдора аналогичны фенитам Хибин и Ловозера. По всей видимости, различия в геологическом строении, вещественном составе и распределении элементов-примесей в породах контактовых ореолов щелочно-ультраосновных интрузий и массивов агпаитовых сиенитов Кольской провинции связаны с разным составом и объемом отделившейся флюидной фазы. В отличие от гетерофазного флюида, отделявшегося от массивов агпаитовых сиенитов на позднемагматическом этапе и состоящего из гидротермального водного раствора и высокоплотного фторидного рассола, способного эффективно экстрагировать высокозарядные и редкоземельные элементы, при внедрении щелочно-ультраосновных магм в породы обрамления инъецировался огромный объем существенно водного флюида, бедного элементами-примесями.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ 12-05-00244-а

Литература:

Арзамасцев А.А., Арзамасцева Л.В., Зарайский Г.П. Контактовое взаимодействие агпаитовых магм с гнейсами фундамента: на примере Хибинского и Ловозерского массивов. Петрология. 2011. Т.19. № 2. С. 115–139.