Минералого-геохимические особенности редкометальных щелочных пород Северного Прибайкалья тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.09, кандидат геолого-минералогических наук Сотникова, Ирина Александровна

• Сотникова, Ирина Александровна
• кандидат геолого-минералогических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат геолого-минералогических наук Сотникова, Ирина Александровна

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ БУРПАЛИНСКОГО И АКИТСКОГО

МАССИВОВ.

Глава 2. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ, ВОЗРАСТ МАССИВОВ И МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ ПОРОД.

2.1 Акитский массив.

2.2 Бурпалинский массив.

2 3 Данные возраста.

Глава 3. ПЕТРОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПОРОД.

3.1 Акитский массив.

3.2 Бурпалинский массив.

Глава 4. МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ БУРПАЛИНСКОГО И АКИТСКОГО МАССИВОВ.

4.1 Химический состав породообразующих минералов.

4.1.1. Слюды Акитского массива.

4.1.2. Слюды Бурпалинского массива.

4.1.3. Амфиболы Бурпалинского и Акитского массивов.

4.1.4. Пироксены Акитского массива.

4.1.5. Пироксены Бурпалинского массива.

4.2 Минералогическая характеристика пород Акитского массива.

4.3 Типохимизм цирконосиликатов массива Бурпала.

Глава 5. ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПОРОД.

5.1 Геохимия редкоземельных элементов.

5.1.1 Бурпалинский массив.

5.1.2 Акитский массив.

5.2 Геохимия других редких элементов.

Глава 6. ГЕНЕЗИС ПОРОД, ТЕРМОБАРОГЕОХИМИЯ И МАНТИЙНЫЕ ИСТОЧНИКИ.

6.1 Генезис пород.

6.2 Термобарогеохимия.

6.3 Мантийные источники по данным геохимии изотопов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Минералого-геохимические особенности редкометальных щелочных пород Северного Прибайкалья»

Актуальность работы.

Определяется тем, что с данными массивами связаны уникальные редко-метальные месторождения Та, Nb, Zr, Y, TR без которых не может обойтись современная электронная и космическая промышленность. Поэтому изучение закономерности их формирования поможет разработать критерии поисков месторождений полезного сырья. Цели и задачи работы.

Диссертация посвящена изучению минералого-геохимических особенностей двух уникальных массивов щелочных пород - Бурпалинского и Акитского, расположенных в Сев. Прибайкалье, которые помогут понять причины появления подобных месторождений в щелочных породах. Для достижения этой цели решались следующие задачи:

1. Уточнение схемы формирования пород и возрастов массивов. Построение петрохимических и геохимических трендов составов пород массива, выявление эволюции щелочной магмы при дифференциации от ранних пород к поздним, которая приводит к накоплению редких элементов.

2. Исследование химизма породообразующих минералов: пироксенов, амфиболов и слюд, и на основе закономерностей изменения их состава (от ранних пород к поздним), уточнение редкометальной эволюции первичной магмы.

3. Исследование редких разновидностей слюд в необычных карбонатитах Акитского массива и подтверждение их карбонатитовой природы.

4. Выявление структурных закономерностей цирконосиликатов Бурпалинского массива и их эволюции при изменении химизма в расплавах.

5. Выяснение геохимических и генетических особенностей изученных редкометальных пород и определение источников их магм. Фактический материал и методы исследований.

Материал для изучения Акитского массива был собран в 2001 г. Изучение материала Бурпалинского массива базировалось на пробах, собранных Владыкиным Н.В. в 1991г. и находящихся в музее щелочных пород. Исследования проводились в рамках планов НИР института, проектов РФФИ и интеграционного проекта СО РАН, одним из исполнителей которых являлся автор диссертации.

Проведено изучение более 100 образцов и более 200 шлифов пород массивов содержащих редкометальные минералы. Проведен химический анализ более 300 геохимических проб пород, более 200 силикатных и микрозондовых анализов породообразующих минералов и 50 микрозондовых анализов цирко-носиликатов и акцессорных минералов. Кроме того, получены данные более 300 количественных эмиссионно-спектральных определений редких элементов в породах массива и 90 определений редких элементов методом ICP-MC. Получены изотопные данные (Sr-Nd, Pb, О.) двух проб Акитского и четырех проб Бурпалинского массива, на основе которого делались выводы о глубинном источнике магм массивов. Аналитические результаты обрабатывались петрохи-мическими, геохимическими методами с помощью ЭВМ. Основные защищаемые положения.

1. По геологическим и петрохимическим данным кристаллизация пород Бурпалинского и Акитского массивов идет по следующей схеме: шонкини-ты-^ №-сиениты-> щелочные сиениты-> Qu-сиениты-^ сиенитовые пегматиты-^ апатит-флюоритовые породы-^ щелочные граниты~> карбонатиты. Возраст Акитского сиенитов массива - 200 млн. лет, карбонатитов - 186 млн. лет, а пегматитов Бурпалинского массива - 287 млн. лет.

2. В процессе дифференциации щелочной магмы в породообразующих пироксенах и амфиболах идет возрастание Na-Fe составляющих и Fe относительно Mg в слюдах, а в карбонатитах образуется Li-F-Mg слюда - тайниолит.

3. Редкометальная специфика рудоносных щелочных пегматитов массива Бурпала реализуется образованием специфичных Zr-силикатов, повышение кремнекислотности которых согласуется в них с образованием ряда [Si04]-> [Si207]-> [Si309]-> [Si4On]-> [Si60i5] и с увеличением кремнекислотности пород.

4 Поведение редких элементов в породах массивов закономерно меняется от ранних пород к поздним. В пегматитах Бурпалинского массива 6 различных типов спектров TR определяется парагенезисами определенных редко-метальных минералов.

5. По геологическим и термобарогеохимическим данным силикатные породы обоих массивов образовались из магматического расплава, а апатит-флюоритовые породы - из остаточного флюид-расплава при Т-800-560°С. По изотопным данным Nd-Sr и РЬ их первичные магмы образовались из обогащенного мантийного источника ЕМ-2. Научная новизна.

Данные массивы детально исследовались в 60-е гг. XX века. Нами предложена новая схема формирования массивов, которая подтверждена петрохи-мическими методами исследования пород и изучением химизма породообразующих минералов. Получены новые современные аналитические данные о петрохимических и геохимических особенностях пород массивов и редкоме-тальных пегматитов. Впервые детально исследованы составы породообразующих минералов во всех разновидностях интрузивных пород массивов, пегматитов и карбонатитов. Детально изучены редкие разновидности Li-Mg слюд -тайниолитов. Получены новые данные о цирконосиликатах Бурпалинского массива, они систематизированы по кристаллохимическим параметрам и показана связь их кремнекислотности с химизмом пород. Впервые получены данные температур образования апатит-флюоритовых пород методом термобарогеохи-мии. Определен возраст пород Бурпалинского массива по цирконам, впервые получены данные по изотопии Sr-Nd и определен тип мантийного источника обоих массивов.

Практическая значимость работы.

1. В процессе исследования дана детальная характеристика вещественного состава: как самих пород массива, так и редкометальных руд, имеющих большое практическое применение.

2. Выяснены генетические условия образования пород и минералов массивов и типы их мантийных источников, что можно использовать в прогнозировании поисков подобных месторождений. Апробация работы и основные публикации.

Основные научные результаты представлялись на Молодежных научных конференциях «Современные проблемы геохимии» (Иркутск, 2002, 2006, 2007, 2009), Сибирской Международной конференции по наукам о Земле (Новосибирск, 2006), Международном семинаре «Глубинный магматизм, его источники и плюмы» (Иркутск, 2006), XXIII Всероссийской молодежной конференции «Строение литосферы и геодинамика» (Иркутск, 2009) и т.д.

По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, из них 2 статьи в рецензируемых российских журналах. Объем и структура работы.

Работа общим объемом 137 страниц состоит из введения, шести глав, заключения, и списка литературы из 67 наименований. Материал сопровождается 64 рисунками и 22 таблицами. Благодарности.

Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю д.г.-м.н. Н.В. Владыкину за участие в формировании научных взглядов, руководство в проведении исследовательской работы, всестороннюю поддержку и предоставленную коллекцию образцов. За оказанное плодотворное влияние на работу, ценные советы и всестороннюю помощь автор признателен Т.С. Тор-беевой. За обсуждение различных вопросов автор выражает благодарность А.Б. Перепелову (ИГХ СО РАН). За поддержку, сотрудничество и обсуждения различных вопросов автор признателен коллективу Лаборатории щелочных пород.

Автор благодарен аналитикам Института геохимии: A.JI. Финкельштейну (рентгено-спектральные анализы), Е.В. Смирновой и М.В. Пажитных (количественные эмиссионно-спектральные анализа TR и ICP-MS), JI.H. Матвеевой (химические анализы), А.Ю. Митрофановой (ICP-MS). Автор искренне благодарит А.Б. Котова (ИГиГД РАН) и Т. Миуазаки (Шинши Университет, Япония),

Г.П. Сандимирову и Ю.А. Пахольченко (ИГХ СО РАН) за изотопные определения, В.Ю. Прокофьева (ИГЕМ РАН) за термобарогеохимический анализ рас-плавных включений, а также Г.С. Риппа (ГИ СО РАН) и Н.В. Владыкина (ИГХ СО РАН - Шинши университет, Япония) за анализы минералов на электронном микроскопе.

Заключение диссертации по теме «Геохимия, геохимические методы поисков полезных ископаемых», Сотникова, Ирина Александровна

Основные выводы работы можно сформулировать следующим образом:

1. По геологическим и петрохимическим данным кристаллизация пород Бурпалинского и Акитского массивов идет по следующим схеме: шонки ниты-> Ne- сиениты -> щелочные сиениты -> Qu- сиениты -> щелочные граниты -> щелочные пегматиты-^ апатит-флюоритовые породы -> кар бонатиты. Возраст Акитского сиенитов массива - 200 млн. лет, карбона титов - 186 млн. лет, а пегматитов Бурпалинского массива - 287 млн. лет.2. В процессе дифференциации щелочной магмы в породообразующих пи роксенах и амфиболах идет возрастание Na-Fe составляющих и Fe отно сительно Mg в слюдах, а в карбонатитах образуется Li-F-Mg слюда — тай ниолит.4. Поведение редких элементов закономерно меняется от ранних пород к поздним. В пегматитах Бурпалинского массива 6 различных типов спек тров TR определяется парагенезисами редкометальных минералов.5. По геологическим и термобарогеохимическим данным силикатные поро ды обоих массивов образовались из магматического расплава, а апатит флюоритовые породы - из остаточного флюид-расплава при Т-900-560 По изотопным данным Nd-Sr и РЬ их первичные магмы образовались из мантийного источника ЕМ-2

Список литературы диссертационного исследования кандидат геолого-минералогических наук Сотникова, Ирина Александровна, 2009 год

1. Андреев Г.В. Петрология формации калиевых, нефелиновых и щелочныхсиенитов. Новосибирск, Наука, 1981, 85 с.

2. Андреев Г.В., Дворкин-Самарский В.А. Акитский щелочной массив // Магматические формации и связанные с ними полезные ископаемые. Тр. БКНИИ СО РАН, 1966, вып. 22, с. 96-103.

3. Архангельская В.В. О длительности становления некоторых щелочных массивов Байкальской горной области // Докл. АН СССР, 1967, т. 175, № 3, с. 605-607.

4. Бабанский А.Д., Рябчиков И.Д., Богатиков О.А. Эволюция щелочноземельных магм. М., Наука, 1983, 96 с.

5. Багдасаров Ю.А., Власова Е.В., Скосырева М.В. Типоморфизм слюд ультраосновных щелочных пород и карбонатитов // Изв. АН СССР, сер. геол., 1985, №6, с. 677-679.

6. Бородин Л.С. Карбонатитовые месторождения редких элементов // Геохимия, минералогия и генетические типы месторождений редких элементов. М., 1966., т. 3., с. 215-256.

7. Буланов В.А., Сизых А.И. Кристаллохимизм породообразующих минералов.Иркутск, 2005.

8. Булах А.Г. Руководство и таблицы для расчета формул минералов // М., Недра, 1967 г., 145 с.

9. Виноградов А.П. Средние содержания химических элементов в главных типах изверженных пород земной коры // Геохимия, 1962, №7, с. 555-571.

10. Власов К.А. Геохимия, минералогия и генетические типы месторожденийредких элементов. М., Наука, 1964.

11. Владыкин Н.В., Дусматов В.Д., Коваленко В.И. Полилитиониты: состав игенезис // Докл. РАН, 1995, Т.345, № 2, с. 223-227.

12. Владыкин Н.В., Дусматов В.Д. Химический состав слюд массива ДарайПиоз ( Таджикистан) // ЗВМО, 1996, № 3, с. 84-94.

13. Владыкин Н.В., Миузаки Т. Уникальный массив щелочных пород — Бурпала// Труды научной школы «Щелочной магматизм земли», ГЕОХИ РАН, М., 2001, с. 73-75.

14. Владыкин Н.В., Миузаки Т. Петрохимические и геохимические особенностиультраредкометального массива Бурпала // Геология, геохимия и геофизика на рубеже XX-XXI веков. Материалы конференции РФФИ, Иркутск, 2002, с. 193-195.

15. Владыкин Н.В, Коваленко В.И., Дофман М.Д. Типоморфизм цирконо- и титаносиликатов из агпаитовых щелочных пород.

16. Войткевич Г.В., Кокин А.В., Мирошников А.Е., Прохоров В.Г. Справочникпо геохимии, М., Недра, 1990, 480 с.

17. Галимов Э.М. Геохимия стабильных изотопов углерода. М., Недра., 1968,226 с.

18. Главнейшие провинции и формации щелочных пород, (под ред. Л.С. Бородина), М., Наука, 1974, 375 с.

19. Геологический словарь. М., Недра, 1978, т. 2, 437 с.

20. Геохимия редкоземельных элементов в эндогенных процессах (под ред.В.С.Самойлова), Новосибирск, Наука, 1982, 209 с.

21. Жидков А.Я. Щелочные интрузии Сынныр и Бурпала Северного Прибайкалья. // Автореф. дис. канд.. геол. наук, Л., 1956, 21с.

22. Жидков А.Я. Новая Северо-Байкальская щелочная провинция и некоторыечерты нефелиносности ее пород // ДАН СССР, 1961, т. 140, №1, с. 181-184.

23. Жидков А.Я., Мирнина Л., Голубчина М.И. Об абсолютном возрасте щелочных и нефелиновых сиенитов Северо-Байкальского нагорья // ДАН СССР, 1963, т. 149, №1, с. 152-157.

24. Когарко Л.Н. Проблемы генезиса агпаитовых магм. М., Наука, 1977, 294 с.

25. Когарко Л.Н. Щелочной магматизм в истории Земли и эволюция флюидногорежима мантии // ДАН, 1997, т. 348, №5, с. 665-667.

26. Когарко Л.Н., Хаин В.Е. Щелочной магматизм в истории Земли: опыт геодинамической интерпретации // ДАН, 2001, т.37, № 5, с. 677-679.

27. Конев А.А. Нефелиновые породы Саяно-Байкальской горной области. Новосибирск, Наука, 1982, 201 с.

28. Костюк В.П., Панина Л.И., Жидков А.Я., Орлова М.П., Базарова Т.Ю. Калиевый щелочной магматизм Байкало-Становой рифтогенной системы. Новосибирск, Наука, 1990, 239 с.

29. Минералогия щелочных массивов и их месторождений (под ред.Е.И. Семенова), М., Наука, 1974, 247 с.

30. Минералы. Справочник, М., Наука, Т. 4, Вып. 1, 1992, с. 543-548.

31. Минералы (под ред. Ф.В. Чухрова), М., Наука, т. 3, 1974, 399 с.

32. Панина Л.И. Минералого-генетическая характеристика некоторых щелочных массивов Прибайкалья. Новосибирск, Наука, 1972, 122 с.

33. Плюснин Г.С, Самойлов B.C., Голышев С И . Метод изотопных пар а 1 3С,1 Я а О и температурные фации карбонатитов // ДАН СССР, 1980, т. 254, №5, с.1241-1245.

34. Покровский Б.Г. Коровая контаминация мантийных магм по данным изотопной геохимии. М., Наука, 2000, 228 с.

35. Портнов A.M. Кальциевый катаплеит - новая разновидность катаплеита //ДАН СССР, 1964, т. 154, №3, с. 603-609.

36. Портнов A.M. Кальциевый сейдозерит - новая разновидность сейдозерита //ДАН СССР, сер. геол., 1964, т. 156, №2, с. 338-340.

37. Портнов A.M., Нечаева Е.А. Нефелинизация в приконтактовых зонах щелочного массива Бурпала // Известия АН СССР, сер. геол., 1967, №5, с. 7175.

38. Портнов A.M. Ромбический ловенит- новая разновидность ловенита // ДАНСССР, сер. геол., 1966, т. 166, №5, с. 199-201.

39. Портнов A.M., Расцветаева Р.К. Власовит и марганцевый астрофиллит вщелочных сиенит-пегматитах Сев. Прибайкалья // ДАН СССР, сер. геол., 1966, т. 166,№4,с.941-943.

40. Рипп Г.С, Владыкин Н.В., Дорошкевич А.Г., Сотникова И.А. Акитскиймассив щелочных пород и ассоциирующее с ним оруденение (Северное Прибайкалье) // Глубинный магматизм, его источники и плюмы, 2006, т.2, с. 285-304

41. Ронов А.Б., Ярошевский А.А., Мигдисов А.А. Химическое строение земнойкоры и геохимический баланс главных элементов. М., Наука, 1990, 180 с.

42. Рябчиков И.Д. Геохимическая эволюция мантии Земли. М., Наука, 1988, 37с.

43. Самойлов B.C. Геохимия карбонатитов. М., Наука, 1984, 190 с.

44. Справочник по геохимии / Г.В. Войткевич и др. - М., Недра, 1990, 278 с.

45. Скляров Е.В., Гладкочуб Д.П., Донская Т.В., Иванов А.В. и др. Интерпретация геохимических данных. М.: Интермет Инжиниринг, 2001, 288 с.

46. Флейшер М. Словарь минеральных видов. М., Мир, 1990, 204 с.

47. Ярмолюк В.В., Коваленко В.И. Рифтогенный магматизм активных континентальных окраин и его рудоносность. М., Наука, 1991, 184 с.

48. Ярошевский А.А. Кларки геосфер // Справочник по геохимии поисков полезных ископаемых. // М., Недра, 1990, с. 7-14.

49. Bell К. Preface // Carbonatites: genesis and evolution / ed: K. Bell L. UnwinHuman, 1989, p/ vii-viii.

50. Bell K., Blenkinsop J. Neodymium and strontium isotope geochemistry ofcarbonatites // in Carbonatites: genesis and evolution (ed. By K. Bell). LondonBoston-Sydney-Wellington. Unwin Hyman, 1989, p. 278-300.

51. Bell K., Dawson J.B. An assessment of the allerged role of evaporates and salinebrines in the origin of natrocarbonatite // Ibid, 1995, p. 137-147.

52. Chakhmouradian A.R. et. all. Loparite and «metaloparite» from the Burpalaalkaline complex, Baikal Alkaline Province (Russia). MINERALOGICAL MAGAZINE 63, 1999, p. 519-534.

53. Kogarko L.N., Kononova V.A., Orlova M.P., Wooley A.R. Alkaline Rocks andCarbonatites of the world. Part 2 // Former USSR. Chapman and Hall, London, 1995.

54. Kogarko L.N. Problem of the genesis of agpaitic magmas (in Russian) //Moskow, Nauka Publishers, 1977, 294 p.

55. Krogh Т.Е. A low-contamination method for hydrothermal decomposition ofzircon and extraction of U and Pb for isotopic age determination // Geochim. et cosmochim. acta, 1973, V.37, p.485-494.

56. Ludwig K.R. PbDat for MS-DOS, version 1.21 // U.S. Geol. Survey Open-FileRept, 88-542, 1991,35р.

57. Ludwig K.R. ISOPLOT/Ex.Version 2.06. A geochronological toolkit forMicrosoft Excel. Berkley Geochronology Center Sp.Publ, 1999, № la, 49 p.

58. Mattinson J.M. A study of complex discordance in zircons using step-wisedissolution techniques // Contrib. Mineral. Petrol., 1994, V.116, p. 117-129.

59. Merlino S., Pekchiazzi N., Khomyakov A.P., Pushcharovsky D.Y., Kulikova

60. M., Kuzmin V.I. (1990): Burpalite, a new mineral from Burpalinskii massif,north Transbaikal, USSR: its crystal structure and OD character // Eur. J. Mineral, 2, p. 177-185.

61. Morimoto, Nobuo. Nomenclature of Pyroxenes // Canadian Mineralogist, 1989,27, p. 143-156.

62. Morimoto, Nobuo. Nomenclature of Pyroxenes // Canadian Mineralogist, 1989,27, с 143-156.

63. Nelson D.R. Isotopic characteristics of potassic rocks: evidence for theinvolvement of subducted sediments in magma genesis // Lithos, 1992, V. 28, p. 403-420.

64. Portnov A. Mineralogy of the Burpala Alkaline Massif// (Abstract) Mineralogicalrecord, 32, 2001,42 c.

65. Stacey J.S., Kramers I.D. Approximation of terrestrial lead isotope evolution by atwo-stage model // Earth Planet. Sci. Lett, 1975, V. 26, N.2, p. 207-221.

66. Steiger R.H., Jager E. Subcomission of Geochronology: convension of the use ofdecay constants in geo- and cosmochronology // Earth Planet. Sci. Lett, 1976, V. 36, N. 2, p. 359-362.

67. Woolley A.R. Igneous silicate rocks associated with carbonatites: their diversity,relative abundances and implications for carbonatite genesis // Periodico di Mineralogia, 72, 2003, p. 9-17. ©ь

68. Wooley A.R., Kempe D.R.C. Carbonatite: nomenclature, average chemicalcompositions, and element distributions // In Bell K. (ed) carbonatites: genesis and evolution, Unwin Hyman, London, 1989, p. 1-14.