Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2020, T. 495, № 2, стр. 23-27

Ультракалиевые породы (УКП), состоящие более чем на 90% из калиевого полевого шпата (КПШ), известны в составе ассоциаций щелочных пород и карбонатитов, в частности, среди щелочных кальдерных комплексов (Уганда) [1, 2]. Согласно схеме [1], УКП формируются на поздней стадии становления комплекса щелочных пород и карбонатитов, являются конечными производными процессов фенитизации и проявляются в виде секущих тел (даек). Предполагалось, что калий в щелочно-карбонатитовой системе является мантийным элементом [1], что подтверждено экспериментами, показывающими его хорошую растворимость в карбонатитовом расплаве [3]. Нами впервые установлены УКП в Томторском комплексе щелочных пород и карбонатитов (ТК) и приводятся результаты исследований с целью выяснения роли этих пород в формировании ТК и ультрабогатых Nb‒REE-руд.

ТК известен уникальными Nb‒REE-рудами ([4, 5] и др.). Геология массива Томтор описана ранее ([4, 5] и др.). УКП обнаружены при разведочном бурении участка Южный между двух впадин, заполненных тонкослоистыми Nb‒REE-рудами (скв. 324). Под юрскими отложениями (в интервале 29.7‒34 м) залегают плотные, массивные, до сих пор не диагностированные породы с содержанием REE до 8%. Ниже них располагается каолинизированная выветрелая порода с сохранившейся порфировой текстурой. В интервале 47‒62 м скважина вскрывает серую пористую порфировую породу. Порфировые выделения и основная масса породы сложены КПШ, крупные (8 × 1.5 мм) кристаллы которого дважды сдвойникованы (рис. 1). Выделяются крупные агрегаты оксидов титана черного цвета с зональными кристаллами, края которых обогащены Nb (до 10 мас. %) и содержат включения Nb-минерала (<5 мкм), соответствующего ферсмиту (Ca,Ce,Na)(Nb,Ta,Ti)₂(O,OH,F)₆.

Рис. 1.

Внешний вид и типичное строение ультракалиевых пород из Томторского комплекса щелочных пород и карбонатитов. Длина 5 см.

Акцессорные минералы УКП приурочены, главным образом, к полостям, внутри которых развиваются Ce-бастнезит (Ce – 51‒52%, La – 2‒2.9%, Pr – 1%, Nd – 2‒2.5%, Ba – 0.8%, Ca – 1%, Y ‒ 1.4%, Th ‒ 0.3%), Ce-монацит (Ce – 28%, La – 15%, Pr – 2.5%, Nd – 7.9%, Th ‒ 0.7%), кальцит. В крупных кристаллах КПШ наблюдаются мелкие (<5 мкм) включения барита, стронцианита и бастнезита. КПШ неравномерно замещается мусковитом.

УКП характеризуются повышенным содержанием Al₂O₃ ‒ 22.4 относительно 18.4 мас. % в минерале, пониженным SiO₂ ‒ 55.7 и 65 мас. % (табл. 1). УКП Томтора обогащена Ti. Содержание REE₂O₃ составляет 0.22%, с резким преобладанием LREE (табл. 1), что характерно для большинства пород ТК.

По совокупности геохимических данных УКП занимают промежуточное положение между REE-карбонатитами и микроклин-слюдистыми породами (фенитами), но ближе к последним, исключая Ta, Zr, Hf, которые ближе к карбонатитам (рис. 2а). Существенные отличия наблюдаются в закономерном более высоком содержании K, Rb, Ba, а также Ti. Судя по соотношениям SiO₂, Al₂O₃ и K₂O, УКП содержит кальсилит.

Рис. 2.

а ‒ Сравнение геохимических особенностей УКП (KFsp-P ‒ ромбы), с полями значений для микроклин-слюдистых пород (Mi-Flg) и редкометалльных карбонатитов (Nb-REE-руды и REE-Carb) ТК. Нормировано по примитивной мантии (PM) [6]. б ‒ распределение REE в УКП массива Томтор (KFsp-P), в сравнении с REE (REE-Carb) и кальцитовыми (Cat-Carb) карбонатитами, сиенитом, микроклин-слюдистыми породами (Mi-Flg) и богатыми рудами (Nb‒REE-руды). б – нормировано на хондрит [6].

Спектры REE основных типов пород массива Томтор и богатых Nb‒REE-руд характеризуются резким преобладанием LREE (La, Ce, Pr, Nd) (рис. 2б). Однако отношение La_CH/Lu_CH варьирует в разных породах от 14 до 300. Минимальное La_CH/Lu_CH установлено в сиените, максимальное ‒ в УКП. Различны и наклоны нормированных графиков легких (LREE), средних (MREE) и тяжелых (HREE) лантаноидов. В некоторых образцах богатых руд наблюдается положительная Ce-аномалия. Наиболее ярко различия проявляются при нормировании содержаний в УКП к другим породам. Относительно сиенита УКП на порядок обогащена LREE, от 8 до 2 раз ‒ MREE, но имеет близкие содержания HREE. Также порода обогащена относительно микроклин-слюдистых пород (фенитов) LREE, при близких содержаниях MREE и незначительно обеднена HREE. Содержания REE в УКП ниже, чем в кальцитовых карбонатитах, но закономерность распределения элементов однотипная, особенно для карбонатитов с жилками кварца и флюорита. Рудные карбонатиты также содержат более высокие концентрации REE, но MREE УКП обеднена относительно них в большей степени, чем LREE и HREE. Несмотря на различия в содержаниях, очень близкие закономерности распределения лантаноидов установлены в УКП и богатых Nb‒REE-тонкослоистых рудах. Характерным отличием пород, содержащих КПШ, является положительная аномалия Y. Отношение Y/Ho составляет 64.4, что характерно, в большей степени, для гидротермально измененных карбонатитов.

На проявление гидротермального низкотемпературного процесса указывает также δ¹⁸O (22.4 ‰) карбонатов, которые развиваются в полостях УКП. При этом δ¹³C (‒14.2 ‰) карбоната отражает влияние биогенно-метаногенных процессов, которые рассматривались на ТК ранее [7‒9]. Несмотря на гидротермальные процессы, первичный изотопный состав стронция (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_I по валовой породе УКП находится в области мантийных значений и составляет 0.7041738, что немного выше, чем (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_I карбонатов из карбонатитов (по нашим неопубликованным данным ∼0.7032), и входит в интервал (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_I рудных горизонтов (0.70371‒0.70421 [7]) (табл. 1).

На данный момент надежно установлены 2 основных магматических этапа, сформировавших породы ТК: ∼700 и ∼400 млн лет [10]. Безрудные (кальцитовые) карбонатиты отнесены к первому временному интервалу, рудные – ко второму. Возрастные характеристики КПШ из УКП не вписываются в эту схему. В ⁴⁰Ar/³⁹Ar-возрастном спектре КПШ из порфировых выделений УКП наблюдается плато, характеризующее 70% извлеченного ³⁹Ar со значением возраста 323.5 ± 3.9 млн лет (рис. 3). В высокотемпературной области – ступень 361 млн лет, возможно, свидетельствует о более древнем возрасте субстрата, который может быть связан с ранними этапами воздействия Вилюйского плюма на восточный край Сибирского кратона, что привело к разрывам литосферы и образованию Вилюйской LIP с радиальной системой рифтов, разломов, дайковых поясов и кимберлитовых трубок [10].

Рис. 3.

Результаты ⁴⁰Ar/³⁹Ar-датирования методом ступенчатого прогрева для порфировых выделений КПШ из УКП.

Можно предположить, что 323 млн лет назад произошло внедрение силлов ультракалиевых порфиров на краю Вилюйского плюма, что привело к “омоложению” изотопной системы уже существующих руд. Такое воздействие должно было отразиться на изотопных системах минералов других пород ТК, в частности биотитов [10], тем не менее, это не наблюдается. В таком случае датировка 323 млн лет соответствует возрасту метасоматического (автометасоматического) изменения УКП в результате флюидного воздействия. Полученный возраст совпадает с возрастом формирования эксплозивных брекчий и активного Mg‒K-метасоматоза по бортам щелочных базитов в пределах Накынского кимберлитового поля [12], кимберлитов Далдынского, Восточно-Укукитского, Дюкенского кимберлитовых полей и временем образования нефелиновых сиенитов и щелочных ультраосновных пород ТК [13, 14].

В низкотемпературной части спектра присутствует псевдоплато из двух ступеней, характеризующееся значением 220 млн лет, которое согласуется с завершающей фазой тектоно-магматических событий, связанных с проявлением Сибирского плюма [11].

Приведенные данные показывают широкое проявление гидротермально-метасоматических процессов на минеральном (серицитизация выделений КПШ), изотопном (два этапа теплового воздействия) и геохимическом (распределение РЗЭ, Y/Ho-отношение) уровнях. Результаты свидетельствуют о полихронности REE‒Nb-минерализации на ТК, при этом один из последних этапов ее формирования, вероятно, связан с процессом реювинации на начальной и финальной стадиях проявления Сибирского плюма. Проявление внутриплитного магматизма (Kennedy–Connors–Auburn LIP) в период 320‒280 млн лет зафиксировано также на северо-восточной окраине Австралии [15]. Карбоновый возраст УКП хорошо сопоставляется со временем формирования ультрабогатых REE‒Nb-руд участков Буранный, Северный и Южный ТК, о чем свидетельствует, в частности, возраст, равный 324 млн лет, определенный Rb‒Sr-методом для франколита из гетит-сидерит-франколитового горизонта [13]. По геологическим данным REE‒Nb-руды образовались чуть ранее или близодновременно с угленосными отложениями Р‒С-возраста. Полученные данные свидетельствуют о магматической и гидротермальной активизации в этот период в регионе, которая отчетливо проявилась и в ТК.