Карбонатит ( / k ɑːr ˈ b ɒ n ə ˌ t aɪ t / ) — тип интрузивной или экструзивной магматической породы, определяемой по минералогическому составу, состоящему более чем на 50 % из карбонатных минералов . [1] Карбонатиты можно спутать с мрамором , поэтому может потребоваться геохимическая проверка.
Карбонатиты обычно встречаются в виде небольших пробок в зональных щелочных интрузивных комплексах или в виде даек , силлов , брекчий и жил . [2] Они почти исключительно связаны с тектоническими обстановками, связанными с континентальными рифтами . Кажется, что наблюдался устойчивый рост карбонатитовой магматической активности на протяжении всей истории Земли, от архейского эона до настоящего времени.
Почти все карбонатитовые залежи являются интрузивными или субвулканическими интрузивными. Это происходит потому, что потоки карбонатитовой лавы , состоящие в основном из растворимых карбонатов, легко выветриваются и поэтому вряд ли сохранятся в геологической летописи. Извержения карбонатитовой лавы, таким образом, могут быть не такими уж редкими, как считалось, но они плохо сохранялись на протяжении всей истории Земли . [3]
Состав карбонатитовой жидкости значительно более щелочной, чем тот, который сохранился в ископаемых карбонатитовых породах, как показывает состав расплавных включений. [4]
Известно только об одном карбонатитовом вулкане, извергавшемся в историческое время, это действующий вулкан Ол-Доиньо-Ленгаи в Танзании . Он извергается с самой холодной лавой в мире, при температуре 500–600 °C (932–1112 °F). Лава представляет собой натрокарбонатит, в котором преобладают ньеререит и грегориит .
Магматическое происхождение карбонатита было подробно обосновано шведским геологом Гарри фон Эккерманном в 1948 году на основе его исследования комплекса Альнё . [5] [6] Однако извержение вулкана Ол-Доиньо-Ленгаи в Танзании в 1960 году привело к геологическим исследованиям, которые окончательно подтвердили точку зрения о том, что карбонатит образовался из магмы . [5]
Карбонатиты — редкие , своеобразные магматические породы, образованные необычными процессами и из необычных исходных пород. Существуют три модели их образования:
Существуют доказательства для каждого процесса, но ключ в том, что это необычные явления. Исторически считалось, что карбонатиты образовались путем плавления известняка или мрамора путем внедрения магмы , но геохимические и минералогические данные это опровергают. Например, изотопный состав углерода карбонатитов подобен мантии, а не осадочному известняку. [7]
Возраст карбонатитов варьируется от архея до настоящего времени: самый древний карбонатит, Туперталик в Гренландии, имеет возраст 3007 млн лет, а вулкан Ол-Доиньо-Ленгаи в Танзании в настоящее время активен. [8]
Первичная минералогия сильно варьируется, но может включать натролит , содалит , апатит , магнетит , барит , флюорит , минералы группы анкилита и другие редкие минералы, не встречающиеся в более распространенных магматических породах. Распознавание карбонатитов может быть затруднено, особенно потому, что их минералогия и текстура могут не сильно отличаться от мрамора, за исключением присутствия магматических минералов. Они также могут быть источниками слюды или вермикулита .
Карбонатиты классифицируются как кальцитовые совитовые (груботекстурированные) и альвикитовые (более тонкотекстурированные) разновидности или фации . Эти два вида также различаются по составу второстепенных и следовых элементов . [9] [10] Термины раухаугит и бефорсит относятся к богатым доломитом и анкеритом месторождениям соответственно. Щелочные карбонатиты называются ленгаитами . Примеры с 50–70% карбонатных минералов называются силикокарбонатитами . [10] Кроме того, карбонатиты могут быть обогащены либо магнетитом и апатитом , либо редкоземельными элементами , фтором и барием . [11]
Натрокарбонатит в основном состоит из двух минералов, ньеререита (названного в честь Джулиуса Ньерере , первого президента независимой Танзании ) и грегориита (названного в честь Джона Уолтера Грегори , одного из первых геологов, изучавших Восточно-Африканский разлом и автора книги «Великая рифтовая долина »). Оба эти минерала являются карбонатами , в которыхв значительных количествах присутствуют натрий и калий . Оба безводны , и когда они вступают в контакт с влагой в атмосфере, они начинают реагировать чрезвычайно быстро. Черная или темно-коричневая лава и извергающийся пепел начинают белеть в течение нескольких часов, затем сереют через несколько дней, затем коричневеют через несколько недель. [12]
Карбонатиты — необычные магматические породы, состоящие преимущественно из карбонатных минералов . Большинство карбонатитов, как правило, включают некоторую фракцию силикатных минералов; по определению магматическая порода, содержащая >50% карбонатных минералов, классифицируется как карбонатит. Силикатные минералы, связанные с такими составами, — это пироксен , оливин и недонасыщенные кремнием минералы, такие как нефелин и другие фельдшпатоиды .
Геохимически карбонатиты характеризуются преобладанием несовместимых элементов (Ba, Cs, Rb) и обеднением совместимых элементов (Hf, Zr, Ti). Это, вместе с их недосыщенным кремнеземом составом, подтверждает выводы о том, что карбонатиты образуются при низких степенях частичного плавления .
Особый тип гидротермального изменения , называемый фенитизацией , обычно ассоциируется с карбонатитовыми интрузиями. Эта группа изменений создает уникальную минералогию горных пород, называемую фенитом по названию ее типового местонахождения, комплекса Фен в Норвегии . Изменение состоит из метасоматических ореолов, состоящих из богатых натрием силикатов арфведсонита , баркевикита и глаукофана вместе с фосфатами , гематитом и другими оксидами железа и титана. [11]
В целом, на Земле известно 527 местонахождений карбонатитов, и они встречаются на всех континентах, а также на океанических островах. Большинство карбонатитов представляют собой неглубокие интрузивные тела магматических пород, богатых кальцитом, в форме вулканических некков, даек и конусных покровов. Они обычно встречаются в сочетании с более крупными интрузиями магматических пород, богатых щелочами и силикатами. Экструзивные карбонатиты особенно редки, известно всего 49, и они, по-видимому, ограничены несколькими континентальными рифтовыми зонами, такими как долина Рейна и Восточно-Африканская рифтовая система. [13]
Сопутствующие магматические породы обычно включают ийолит , мельтейгит , тешенит , лампрофиры , фонолит , фойяит, шонкинит , кремнеземистый недосыщенный фоидсодержащий пироксенит ( эссексит ) и нефелиновый сиенит .
Карбонатиты обычно связаны с недосыщенными (с низким содержанием кремния) магматическими породами, которые представляют собой либо щелочные (Na2O и K2O), железистые (Fe2O3 ) и богатые цирконием агпаитовые породы , либо бедные щелочами , богатые FeO-CaO-MgO и бедные цирконием миаскитовые породы. [11]
Карбонатит горы Уэлд не связан с поясом или свитой щелочных магматических пород, хотя в регионе известны известково-щелочные магмы. Генезис этого архейского карбонатита остается спорным, поскольку это единственный пример архейского карбонатита в Австралии.
Известно, что карбонатит образуется в сочетании с концентрически зональными комплексами щелочно-магматических пород, типичным примером которых является Фалаборва в Южной Африке .
Карбонатиты в виде силлов, лополитов и редких даек отмечены на Гайанском щите .
Карбонатиты Mud Tank и Mount Weld принимают форму многоступенчатых цилиндрических интрузивных тел с несколькими отчетливыми фазами внедрения карбонатитов. Более мелкие карбонатитовые силлы и дайки присутствуют в других протерозойских подвижных поясах в Австралии, как правило, в виде даек и прерывистых стручков.
Известны десятки карбонатитов, в том числе:
В 2017 году было подтверждено открытие нового месторождения карбонатита к северо-западу от города Принс-Джордж, Британская Колумбия , в регионе, называемом «Пояс редких металлов Скалистых гор». [16]
Вулкан Ол-Доиньо-Ленгаи в Восточно-Африканском разломе — единственный в мире действующий карбонатитовый вулкан. В том же регионе расположены и другие более старые карбонатитовые вулканы, включая гору Хома .
Карбонатиты могут содержать экономические или аномальные концентрации редкоземельных элементов , фосфора , ниобия - тантала , урана , тория , меди , железа , титана , ванадия , бария , фтора , циркония и других редких или несовместимых элементов. Апатит , барит и вермикулит входят в число промышленно важных минералов, связанных с некоторыми карбонатитами. [11]
Карбонатиты чрезвычайно обогащены микроэлементами, и они имеют самую высокую концентрацию лантаноидов среди всех известных типов пород. [17] Крупнейшие месторождения редкоземельных элементов и карбонатитов — это Баян-Обо, [18] Маунтин-Пасс, [19] Маониупинг, [20] и Маунт-Велд. [21]
Жильные месторождения тория , флюорита или редкоземельных элементов могут быть связаны с карбонатитами и могут располагаться внутри или внутри метасоматизированного ореола карбонатита.
Например, комплекс Палабора в Южной Африке производит значительное количество меди (в виде халькопирита , борнита и халькозина ), апатита, вермикулита, а также меньше магнетита, линнеита ( кобальта ), бадделеита (цирконий-гафния) и побочные продукты — золото , серебро , никель и платину . [11]
