Карбонатит ( / k ɑːr ˈ b ɒ n ə ˌ t aɪ t / ) — это тип интрузивной или экструзивной магматической породы , минералогический состав которой состоит из более чем 50% карбонатных минералов . [1] Карбонатиты можно спутать с мрамором и потребовать геохимической проверки.
Карбонатиты обычно встречаются в виде небольших пробок внутри зональных щелочных интрузивных комплексов или в виде даек , силлов , брекчий и жил . [2] Они почти исключительно связаны с тектоническими условиями, связанными с континентальными рифтами . Похоже, что на протяжении всей истории Земли, с архейского эона до наших дней, наблюдался устойчивый рост карбонатитовой магматической активности.
Почти все проявления карбонатитов являются интрузивными или субвулканическими интрузивами. Это связано с тем, что потоки карбонатитовой лавы , состоящие в основном из растворимых карбонатов, легко выветриваются и поэтому вряд ли сохранятся в геологической летописи. Поэтому извержения карбонатита в виде лавы, возможно, не так уж редки, как считалось, но они плохо сохранились на протяжении всей истории Земли . [3]
Состав карбонатитовой жидкости значительно более щелочной, чем тот, который сохранился в летописях ископаемых карбонатитовых пород, как показывает состав расплавных включений. [4]
Известно, что в историческое время извергался только один карбонатитовый вулкан — действующий вулкан Ол Дойньо Ленгаи в Танзании . Он извергает самую холодную лаву в мире, температуру 500–600 ° C (932–1112 ° F). Лава представляет собой натрокарбонатит с преобладанием ньерерита и грегориита .
Магматическое происхождение карбонатита было подробно аргументировано шведским геологом Гарри фон Эккерманном в 1948 году на основе его исследования комплекса Альнё . [5] [6] Однако именно извержение Ол Дойньо Ленгаи в Танзании в 1960 году привело к геологическим исследованиям, которые окончательно подтвердили мнение о том, что карбонатит образовался из магмы . [5]
Карбонатиты — редкие , своеобразные магматические породы, образовавшиеся в результате необычных процессов и из необычных нефтематеринских пород. Существуют три модели их формирования:
Доказательства существования каждого процесса существуют, но главное в том, что это необычные явления. Исторически считалось, что карбонатиты образовались в результате плавления известняка или мрамора в результате внедрения магмы , но геохимические и минералогические данные не учитывают это. Например, изотопный состав углерода карбонатитов мантийный, а не осадочный известняк. [7]
Возраст карбонатитов варьируется от архея до настоящего времени: возраст самого старого карбонатита Туперталик в Гренландии составляет 3007 млн лет, а вулкан Ол Дойньо Ленгаи в Танзании в настоящее время активен. [8]
Первичная минералогия весьма разнообразна, но может включать натролит , содалит , апатит , магнетит , барит , флюорит , минералы группы ансилита и другие редкие минералы, не встречающиеся в более распространенных магматических породах. Распознавание карбонатитов может быть затруднено, тем более 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 подразделяются на кальцитовые совитовые (крупнотекстурированные) и альвикитовые (более тонкотекстурированные) разновидности или фации . Они также отличаются минорным и микроэлементным составом. [9] [10] Термины «раухаугит» и «бефорсит» относятся к месторождениям, богатым доломитом и анкеритом , соответственно. Щелочные карбонатиты называются ленгаитами . Примеры с 50–70% карбонатных минералов называются кремнекарбонатитами . [10] Кроме того, карбонатиты могут быть обогащены магнетитом и апатитом или редкоземельными элементами , фтором и барием . [11]
Натрокарбонатит состоит в основном из двух минералов: ньерерита (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 «Великий рифт») . Рифтовая долина ). Оба эти минерала представляют собой карбонаты , в которыхв значительных количествах присутствуют натрий и калий . Оба безводны , и при контакте с влагой атмосферы начинают чрезвычайно быстро реагировать. Черная или темно-коричневая извергнутая лава и пепел начинают становиться белыми в течение нескольких часов, затем серыми через несколько дней, а затем коричневыми 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, представляют собой пироксен , оливин и недонасыщенные кремнеземом минералы, такие как нефелин и другие полевые шпатоиды .
В геохимическом отношении в карбонатитах преобладают несовместимые элементы (Ba, Cs, Rb) и наблюдается обеднение совместимыми элементами (Hf, Zr, Ti). Это вместе с их недонасыщенным кремнеземом составом подтверждает вывод о том, что карбонатиты образуются в результате низких степеней частичного плавления .
Особый тип гидротермальных изменений , называемый фенитизацией , обычно связан с интрузиями карбонатитов. Этот комплекс изменений образует уникальную минералогию горной породы, названную фенитом по названию ее типового местонахождения - комплекса Фен в Норвегии . Изменения состоят из метасоматических ореолов, состоящих из богатых натрием силикатов арфведсонита , баркевикита и глаукофана, а также фосфатов , гематита и других оксидов железа и титана. [11]
Всего на Земле известно 527 местонахождений карбонатитов, они встречаются на всех континентах, а также на океанических островах. Большинство карбонатитов представляют собой неглубокие интрузивные тела богатых кальцитом магматических пород в виде вулканических нек, даек и конусных пластин. Обычно они возникают в сочетании с более крупными интрузиями силикатных магматических пород, богатых щелочью. 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 , недонасыщенный кремнеземом фоидсодержащий пироксенит ( эссексит ) и нефелиновый сиенит .
Карбонатиты обычно связаны с недонасыщенными (с низким содержанием кремнезема ) магматическими породами, которые представляют собой либо щелочные (Na 2 O и K 2 O), трехвалентное железо (Fe 2 O 3 ) и богатые цирконием агпаитовые породы, либо бедные щелочью FeO-CaO-MgO. -богатые и бедные цирконием миаскитовые породы. [11]
Карбонатит Маунт -Уэлд не связан с поясом или свитой щелочных магматических пород, хотя в регионе известны известково-щелочные магмы. Происхождение этого архейского карбонатита остается спорным, поскольку это единственный пример архейского карбонатита в Австралии.
Известно, что карбонатит образуется в ассоциации с концентрически-зональными комплексами щелочно-магматических пород, типичным примером этого является Пхалаборва, Южная Африка .
Карбонатиты в виде силлов, лополитов и редких даек отмечены на Гайанском щите .
Карбонатиты Mud Tank и Mount Weld представляют собой многоступенчатые цилиндрические интрузивные тела с несколькими четко выраженными фазами внедрения карбонатитов. Более мелкие карбонатитовые силлы и дайки присутствуют в других протерозойских подвижных поясах Австралии, обычно в виде даек и прерывистых капсул.
Известны десятки карбонатитов, в том числе:
В 2017 году было подтверждено открытие нового месторождения карбонатита к северо-западу от Принс-Джорджа, Британская Колумбия , в регионе, получившем название «Пояс редких металлов Скалистых гор». [16]
Вулкан Ол Дойньо 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 относятся к числу промышленно важных минералов, связанных с некоторыми карбонатитами. [11]
Карбонатиты чрезвычайно обогащены микроэлементами и имеют самую высокую концентрацию лантаноидов среди всех известных типов пород. [17] Крупнейшими месторождениями редкоземельных карбонатитов являются Баян-Обо, [18] Маунтин-Пасс, [19] Маониупинг, [20] и Маунт-Уэлд. [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 произвел значительное количество меди (в виде халькопирита , борнита и халькоцита ), апатита, вермикулята, а также меньшего количества магнетита, линнеита ( кобальта ), бадделеита (цирконий-гафний) и побочного продукта золота , серебра . , никель и платина . [11]
