CC BY
64
УДК 549.742 (470.21) Я А. Франтц
Вестник СПбГУ. Сер. 7, 2006, вып. 3
ЩЕЛОЧНО-УЛЬТРАОСНОВНЫЕ ДАЙКИ ТИКШЕОЗЕРСКОГО КАРБОНАТИТОВОГО МАССИВА (СЕВЕРНАЯ КАРЕЛИЯ) И ИХ ПЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ
Раннепротерозойский Тикшеозерский карбонатитовый комплекс-плутон является частью сложного поли-формационного массива, включающего породы различных магматических серий (ультрабазитовой, расслоенной ультрамафит-мафитовой и фоидолит-фоидосиенит-карбонатитовой) [1].
Ранее было высказано предположение, что повсеместно распространенные дайки оливиновых мельтейгитов Тикшеозерского массива могут рассматриваться в качестве модельного состава родоначальной магмы карбонати-тового комплекса [2]. В настоящей статье даны петрографическая и геохимическая характеристики щелочно-ультраосновных пород дайковой фации этого массива, проведено сопоставление их с близкими породами Кольской щелочной провинции, оценена глубина источника щелочно-ультраосновной магмы.
Геология и петрография. Порфировидные оливиновые мельтейгиты, образующие дайки мощностью 0,3-1,6 м, прорывают породы якупирангит-уртитового ряда и одновременно встречаются в виде ксенолитов в карбона-титах. Это темные, почти черные породы, иногда с оливковым оттенком, обычно мелкозернистого, почти афанито-вого, сложения с порфировидной структурой. Вкрапленники в них состоят из оливина и клинопироксена, примерно в равных соотношениях. Основная масса тонкопризматическизернистой структуры сложена преимущественно клинопироксеном, по которому развивается бурый амфибол, а также оливином, биотитом, магнетитом и апатитом, интерегиции заполнены нефелином, продуктами его изменения и карбонатом.
Вкрапленники оливина, размером до 1,5 мм в поперечнике, часто зональны: внутренние их части обычно округлены, а тонкая внешняя кайма стремится к характерному для оливина габитусу или же имеет неправильную форму. Судя по положительному углу оптических осей, оливин в ядре содержит не более 10% фаялитового компонента. Состав внешних частей вкрапленников остался не определенным. Можно предположить, что он несколько более железистый, но не сильно отличается от состава ядер (рис. 1). Некоторые вкрапленники оливина, кроме того, обнаруживают реакционные соотношения с основной массой породы, что выражается в образовании тонких каемок из мелких зерен клинопироксена. В оливине часто наблюдаются очень мелкие (сотые доли миллиметра) включения магнетита и коричневой шпинели.
Рис. 1. Порфировидный оливиновый мельтейгит (образец 1 в табл. 1; увел. 10, без анализатора). Ар - апатит, Рх - пироксен, 01 оливин, Neph - нефелин. Bit - биотит.
© Н. А. Франтц, 2006
Таблица 1. Содержание петрогенных и редких элементов шелочно-ультраосновных дайковых породах Тикшеозерского массива
Компонент Образцы
1 2 3[6] 4 [6] 5 [6] 6 [6] 7 [6]
$¡02 39,7 39,30 41,1 42,2 40,2 37,59 42,33
ТЮ2 1,06 1,20 1,64 1,64 2,26 1,81 0,45
А120, 8,4 11,20 10,23 9,46 14,37 7,52 10,25
ИегО, 3,82 5,23 2,82 2,72 6,25 6,04 2,38
ИеО 6,96 6,63 8,26 8,71 8,05 7,53 6,5
МпО 0,218 0,21 0,194 0,2 0,2 0,284 0,114
Мё0 19,7 14,30 15,11 16,16 7,2 22,24 17,66
СаО 12,2 13,30 13,82 13,56 13,44 10,93 13,12
N320 2,38 2,40 2,15 1,65 4,25 1,03 1,72
К20 1,22 1,30 1,16 1,21 2,83 1,4 2,28
н2о 0,09 0,08 0,09 0,31 0,36
П.П.П. 2,65 3,43 2,43 1,83 1,3 2,99 2.99
р2о5 0,51 0,42 0,35
Сг20, 0,167 0,123 0,143 0,027 0,16
У20, 0,049 0,046 0,038 0,02
С у м м а 98,99 98,92 99,53 99,61 100,51 99,67 100,33
Со 790 111 95
N1 111 577 521
Си 56 16
гп 80 80 80 104 72
РЬ 10,8
и 6 8 19 2 4
яь 45 35 51 121 7 5
Сэ 0,68 0,66 0,75 0,36 0,66 0,47
Ва 762
Бг 1020
Ъх 141
Ш 2,94
ыь 65,2
Та 2,4
ГЬ 7,86
У 21,8
и 1,74
и 62,3
Се 123
Рг 14,2
ыа 52,3
Бш 8,54
Ей 2,54
бс! 7,41
ТЬ 0,91
оу 4,53
Но 0,72
Ег 1,88
Тш 0,26
УЬ 1,69
Ьи 0,23
0,77 0,69 0,71 0,72 0,68 0,75 0,78
КУЫа+К. 0,25 0,26 0,27 0,33 0,30 0,48 0,47
Примечание. 1-5 - порфировидные оливиновые мельтейгиты, 6,7 - щелочные ликриты.
Вкрапленники пироксена имеют правильные призматические формы, часто зональны: в центральных частях наблюдается почти бесцветный диопсид, а во внешних - буроватый авгит, видимо, титансодержащий. Некоторые вкрапленники имеют структуру песочных часов. Пироксен в основной массе близок по составу к пироксену внешних частей фенокристов, в обоих случаях замещается амфиболом, а иногда флогопитом-биотитом.
Зональное строение характерно также для тонких призматических кристаллов апатита, характерного второстепенного минерала описываемых пород.
Для всех изученных образцов порфировидных оливиновых мельтейгитов типично повышенное содержание карбоната. Помимо отмеченных интерстиционных форм, он нередко наблюдается в виде агрегатов типа заполнения пустот или миндалин, а также монокристальных выделений округлой формы, скорее напоминающих глобули или вкрапленники.
Важно отметить, что охарактеризованные петрографические особенности дайковых оливиновых мельтейгитов, в частности зональность в оливине и его реакционные соотношения с расплавом, глобулярные (оцелярные) формы кальцита, тесно сближают описываемые породы с оливиновыми мельтейгит-порфирами Турьинского карбонати-тового плутона [3, 4] и с оливино-мелилитовыми мелансфелинитами турьинской лайковой серии на Кольском полуострове [5].
В литературе описан еще один вид дайковых щелочно-ультраосновных пород Тикшеозерского массива, обозначенный термином «щелочные пикриты» [6]. Они наблюдаются в виде небольших даек мощностью до 0,5 м с резкими интрузивными контактами и иногда выраженными зонами закалки. Возрастное положение этих даек определяется тем, что они срезают жилы нефелиновых сиенитов, но сами пересечены карбонатитами.
Слагающие дайки - мелкозернистые, до микрозернистых в зальбандах, зеленовато-черные или темно-серые породы, в целом по приведенному описанию в [6] похожи на порфировидные оливиновые мельтейгиты, но содержат более крупные вкрапленники оливина и пироксена (до 1,5 см в поперечнике). В основной массе пород нефелин не выявлен, вероятно, из-за значительных вторичных изменений. Характерно широкое развитие флогопита в виде мелких чешуек и их афегатов, а также более крупных пойкилитических зерен. Так же как и в порфировидных оливиновых мельтейгнтах, наблюдаются глобулевидные выделения кальцита. В приконтактовой части одной из даек в плотном стекловатом базисе обнаружены нацело замещенные вытянутые, прямоугольные в сечении шлифа зерна, по характеру выделения напоминающие мелилит [6].
Геохимия. По химическому составу породы лайковой фации являются ультраосновными щелочными породами. сильно обедненными кремнеземом и соответственно обогащенными щелочами (табл. 1). В распределении щелочей в рассматриваемых породах наблюдаются следующие соотношения: в порфировидных оливиновых мельтейгнтах №гО преобладает над К20, а в щелочных пикритах отношение обратное - значительно преобладает калий над натрием.
Характерно повышенное содержание в исследуемых породах, достигающее в щелочных пикритах
22,24%, что значительно выше, чем в щелочных силикатных породах массива [6] и оливино-мелилитовых мелане-фелинитах Турьег о полуострова [7].
Количество СаО колеблется около 13% в оливиновых мельтейгитах, в щелочных пикритах оно достигает 16,61% при среднем содержании 12,79%. Эти значения несколько ниже, чем в щелочных силикатных породах фоидолитовой серии Тикшеозерского массива [6]. Однако такие содержания дают при расчете достаточно большое количество нормативного ларнита.
Высокое содержание КгО выражается в присутствии нормативного лейцита (табл. 2).
Таблица 2. Нормативные составы дайковых пород Тикшеозерского массива
Компонент Образцы
4 [б]
1 2 3[6] 5 [6] 6Г61 7 ¡6]
ар 1,44 1,1 0,69
¡1 2,11 2,4 3,29 3,26 4,34 3,61 0,94
1Т|1 5,94 7,9 4,30 4.03 9,21 9,12 3,58
1с 6,06 6,4 5,40 5,80 13,35 6,78 10,80
пе 11,53 11,5 10,24 7,85 19,99 5,00 8,20
ап 9,21 16,5 15,18 15,08 11,91 12,10 14,06
\УО (¿¡) 7,32 14,6 16,75 18,06 14,45 2,53 12,83
еп (¿0 5,26 10,2 10,86 11,81 10,24 11,44 9,64
Те (Ш) 1,41 3,2 4,76 4,99 2,96 1,37 1,91
¡0 (о1) 33,07 18,7 19,57 20,51 5,67 32,21 25,04
Га (01) 5,88 2,5 4,61 5,10 1,14 4,01 5,96
се 10,30 4,6 3,99 3,43 6,67 11,70 6,93
Сумма 99,53 99,58 99,62 99,92 99,94 99,87 99,90
Примечание. Объяснение 1-7 см. в табл. 1; ар - апатит, ¡1 - ильменит, пи - магнетит, 1с - лейцит, пе - нефелин, ап - анортит, - диопсид, \уо - волластонит, еп - энста-тит, Гэ - ферросилит, К> - форстерит, {а - фаялит, се - ларнит.
а
§• юо
ж о
X
я
и
Й а О
О
Ьа Се Рг N(1 8т Ей СМ ТЬ Оу Но Ег Тш \Ъ Ьи
Элемент
_1_I_1_I_I_I_I_I_I_I_1_1_I_I_1_I_I_I_|_
СзЯЪВаТЬ и К ТаМэЬа Се НГггБт'ПТЬ У
Элемент
Рис. 2. Распределение редких земель (а) и спайдер-диаграмма распределения редких элементов (б) в
породах Тикшеозерского массива. / - порфировидный оливиновый мельтейгит; 2 - мельтейгит; 3 - карбонатит; 4 - оливиновый меланефелинит
турьинской лайковой серии [5].
По распределению микроэлементов рассматриваемые породы соответствуют щелочным магматическим ассоциациям, для которых свойственна повышенная концентрация 1ЛЬ и НРБ элементов (рис. 2). На диаграммах показаны также тренды распределения соответствующих элементов для пород карбонатитового комплекса Тикшеозер-ского массива. Прослеживается закономерное увеличение концентраций микроэлементов от порфировидных оли-виновых мельтейгитов даек к мельтейгитам и карбонатитам массива. Распределение редкоземельных элементов в целом носит сильно фракционированный характер, при значительном содержании легких редких земель, что типично для большинства щелочных магм, сопровождаемых карбонатитами. В частности, на рис. 2, а видно, что тренд распределения соответствует таковому в оливиновых меланефелинитах турьинской дайковой серии [7].
Обсуждение результатов. Рассмотренные петрографические и геохимические особенности щелочно-ультраосновных дайковых пород Тикшеозерского массива, а также рассчитанный на основе химических анализов нормативный состав этих пород дают основание сопоставлять порфировидные оливиновые мельтейгиты с оливи-но-мелилитовыми меланефелинитами. Кроме того, известно, что при содержании в химическом составе породы 10% нормативного ларнита породу относят к мелилититам [8]. Отмеченное присутствие мелилита в эндоконтактах даек подтверждает возможную принадлежность тикшеозерских щелочных пикритов к мелилитовым пикритам, выделяемым в качестве самостоятельного вида в ряде классификации [9].
По нашему мнению, важно, что магнезиальное число + Ре) в щелочно-ультраосновных дайковых по-
родах массива равно в среднем 0,75, т. е. эти породы являются слабо дифференцированными и, вероятно, достаточно примитивными, чтобы находиться в равновесных условиях с мантийным перидотитом [10]. Очень близкие по составу оливиновые мельтейгит-порфиры на Турьем полуострове рассматриваются в качестве родоначальной магмы палеозойского комплекса ультраосновных щелочных пород и карбонатитов Кольского полуострова и Северной Карелии [И].
Все это наряду с геологическими данными, свидетельствующими о принадлежности гипабиссальных порфировидных оливиновых мельтейгитов к Тикшеозерскому фоидолит-карбонатитовому комплексу, дает нам право рассматривать указанные породы как модельные составы исходной магмы этого комплекса.
В работе был использован предложенный Д. Эгглером [10] на основе экспериментальных данных способ оценки глубины-давления магмогенерации путем расчета «мантийной нормы» в породах и последующих графических построений (рис. 3). Согласно расчету', давление и глубина образования порфировидных оливиновых мельтейгитов составляет приблизительно 25-30 кбар и 80-100 км. Таким образом, можно предполагать, что первичные расплавы протерозойского Тикшеозерского фоидолит-карбонатитового комплекса несколько более глубинные, чем первичные расплавы палеозойских карбонатитовых комплексов Кольского полуострова и Северной Карелии [7,11].
Dol Mag
Рис. 3. Состав вероятной первичной магмы фоидолит-карбонатитового комплекса Тикшеозерского массива (порфировидный оливиновый мельтейгит, см. табл. 1)
в проекции Ca0-Mg0(+Fe0)-Si02 (CMS). Пунктирными линиями показан экспериментальный полибарический солидус в системе пери-дотит-НгО-СОг. Калибровочные экспериментальные расплавы включают базанитовое стекло (bas), нефслинит (neph), оливиновый мелилитит (mel), систему Ca0-Mg0-Si02 и кимберлит (kimb). В скобках указано давление [10]. Срх - клинопироксен, Орх - ортопироксен, Ol - оливин, Dol - доломит, Mag - магнезит.
Автор благодарит В. В. Иваникова за ценные советы и замечания при обсуждении работы.
Summary
Frantz N. A. Alkaline-ultrabasic dykes of the Tiksheozero massif (Northern Karelia) and their petrologycal sense. There are olivine-melanephelinites and alkaline pikrites between rocks of the dyke series of the Tiksheozero massive. Much attention is given to petrographical and geochemical characteristics of these rocks. Some conclusion of their pedogenesis is made on the basis of, the chemical and normative composition of rocks of the dyke series.
Литература
1. Кащеева H. A. (Франту H. А.) Некоторые особенности геохимии и минералогии карбонатитов Тикшеозерского массива (Северная Карелия) // Материалы конференции «Геология и геоэкология Фенноскандии, Северо-Запада и Центра России» / Под ред. А. И. Голубева. Петрозаводск, 2000. 2. Иваников В. В., Франтц И. А. О возрасте, тектонической позиции и происхождении карбонатитов Тикшеозерского массива в Северной Карелии // Материалы конференции «Глубинное строение и геодинамика Фенноскандии, окраинных и внутриплатформенных транзитных зон» / Под ред. А. И. Голубева. Петрозаводск, 2002. 3. Кочурова Р. Н„ Иваников В.В. О природе оливиновых мель-тейгит-порфиров Турьего полуострова // Вестн. Ленингр. ун-та. 1976. № 12. 4. Кухаренко А. А.. Орлова М. П., Бу-лахА. Г. и др. Каледонский комплекс ультраосновных, щелочных пород и карбонатитов Кольского полуострова и Северной Карелии. М., 1965. 5. Рухлов А. С. Дайки и трубки взрыва Кандалакшского грабена (Кольская щелочная провинция): модели магматических процессов и эволюции субконтинентальной мантии: Канд. дис. СПб., 1999. 6. Сафронова Г. П., Богачев А. И. Щелочные комплексы Карелии, их рудоносность и локальное прогнозирование (Северная Карелия, Приладожье): Промежугочный отчет Ин-та геологии Карельского филиала АН СССР. Петрозаводск, 1988. 7. Ivanikov V. V., Rukchlov А. С., Bell К. Magmatic evolution of the melilite-carbonatite-nephelinitc dyke series of the Turiy peninsula (Kandalaksha Bay, White Sea, Russia) // J. of Petrology. 1998. Vol. 39, N 11-12. 8. Классификация магматических (изверженных) пород и слова терминов / Пер. с англ.; Под ред. С. В. Ефремовой. М., 1997.
9. Магматические горные породы. Классификация и номенклатура / Под ред. О. А. Богатикова. М., 1983.
10. Egglcr D. II. Carbonatites, primaiy melts, and mantle dynamics И Carbonanites. Evolution and genesis /' Ed. by K. Bell. London, 1989. 11. Bulah A. G., Ivanikov V. V., Orluva M. P. Overview of carbonatite-phoskorite complexes of the Kola Alkaline Province in the context of a Scandinavian North Atlantic Alkaline Province // Phoskorites and carbonatites from mantle to mine: the key of the Kola Alkaline Province / Eds. F. Wall, A. N. Zaitsev. London, 2004.
Статья поступила в редакцию 10 апреля 2006 г.
