Механизм образования поздних редкометальных (РЗЭ, Nb) карбонатитов: от магмогенерации до гипергенеза

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 19-77-10039

НазваниеМеханизм образования поздних редкометальных (РЗЭ, Nb) карбонатитов: от магмогенерации до гипергенеза

Руководитель Козлов Евгений Николаевич, Кандидат геолого-минералогических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр «Кольский научный центр Российской академии наук» , Мурманская обл

Конкурс №41 - Конкурс 2019 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-108 - Петрология магматических пород

Ключевые слова щелочной магматизм, карбонатиты, редкоземельные элементы, ниобий, метасоматоз, Кольская щелочная провинция, Арктическая зона Российской Федерации

Код ГРНТИ38.49.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В рамках Проекта будет решаться фундаментальная проблема формирования редкометальных карбонатитов, на настоящий момент являющихся основным источником ниобия и редкоземельных элементов (РЗЭ), критически важных для современной промышленности. Актуальность исследования заключается в том, что дефицит месторождений РЗЭ и Nb, а также низкие содержания этих элементов в большинстве поставленных на баланс месторождений вынуждает Россию импортировать их большую часть из Китая и Бразилии. Кроме того, Проект является специализированным геолого-геохимическим исследованием приоритетной территории (Арктической зоны Российской Федерации), направленным на создание «поискового задела наиболее востребованных видов полезных ископаемых». Тем самым, Проект полностью отвечает интересам «Стратегии развития минерально-сырьевой базы РФ до 2035 года» и «Стратегии научно-технологического развития РФ» (Направление 6). С поздними карбонатитами в первую очередь связана добыча РЗЭ, как например, в крупнейшем в мире месторождении Баян-Обо в Китае. Однако и самое крупное в мире Ti-Nb-Fe месторождение Морро дос Сейс Лагос (Бразилия) также ассоциирует с поздними карбонатитами. Большой научный и практический интерес к рудоносным карбонатитам привел к накоплению обширной и детальной информации о геологическом строении и вещественном составе этих пород и включающих их интрузивных комплексов. Однако интерпретации накопленной эмпирической информации и построению моделей образования редкометальных руд препятствует нехватка комплексных минералого-геохимических и термобарогеохимических исследований объектов, содержащих породы всех этапов карбонатитогенеза, а также малое количество работ, основанных на сопоставлении карбонатитовых массивов, входящих в единую провинцию (т.е. имеющих единый источник), но различающихся по своей рудоносности. Ценная дополнительная эмпирическая информация для разработки генетических моделей может быть также получена путем привлечения современных методик исследования, разработанных для других классов геологических объектов (например, расслоенных ультрамафитовых комплексах) и активно используемых в петрологическом изучении последних, но до сих пор мало применявшихся к рудоносным карбонатитам. Ведущую роль в формировании поздних (в т.ч. рудоносных) карбонатитов играет метасоматическая переработка, обычно протекающая многостадийно из-за мультиимпульсного поступления флюидов, что сопровождается изменением состава флюидной фазы. Проект ориентирован на установление процессов, ведущих к формированию поздних рудоносных флюидов, определение условий отделения и составов последних, а также выявление индикаторов этих процессов. Достижение этой цели тесно связано с решением наиболее острых проблем петрогенезиса поздних карбонатитов, важнейшими из которых являются: 1) механизм разделения карбонатного, богатого титаном калий-алюмосиликатного, фосфатного и Ba-Sr-REE-S-вещества, 2) выявление агентов транспортировки PЗЭ, Ti, Nb, 3) схема совместной миграции РЗЭ и Ba, 4) механизм обогащения поздних карбонатитов тяжелыми редкоземельными элементами, 5) образование поздних пересыщенных кремнеземом растворов, ремобилизующих РЗЭ и способствующих их вторичному концентрированию, 6) роль серы и других летучих (F, Cl, P, CO2, H2O) компонентов в карбонатито- и рудогенезе. Для поиска решений этих проблем будут (а) проведены комплексные исследования пород объектов, содержащих редкометальные и безрудные поздние карбонатиты, с применением широкого спектра современных минералогических, петрофизических и геохимических методов, (b) выполнены исследования изотопно-геохимических (Sr, Nd, Pb, S, O, C) характеристик минералов и валовых проб карбонатитов, (c) поставлены экспериментальные работы по оценке растворимости РЗЭ и высокозарядных элементов в фазах карбонатитовых систем, содержащих в различных соотношениях летучие компоненты и (d) определены термобарогеохимическими методами состав, редокс-потенциал и РТ-параметры флюидов, формировавших минеральные ассоциации. Важной частью Проекта будет всестороннее исследование сульфидной минерализации карбонатитов. В её изучении есть существенный пробел, представляющийся значимым в свете новых данных о ведущей роли серы в транспортировке РЗЭ. В связи с этим аспектом исследования будут задействованы "нетрадиционные" методы: изучение Re-Os системы, анализ распределения ЭПГ и халькофильных элементов в карбонатитах и сосуществующих с ними силикатных породах, а также исследование изотопного состава благородных газов в сульфидах. Новизна проекта заключается в комплексном подходе к решению задач планируемых исследований с применением широкого спектра современных аналитических методов (минералогические, термобарогеохимические, геохимические, изотопные и экспериментальные), во взаимосвязи фундаментальных и прикладных задач и целенаправленном выборе объектов исследования, которые на сегодняшний день изучены недостаточно, хотя и несут в себе промышленно-значимое редкометальное оруденение. Уникальным с точки зрения возможности проведения дифференцированного исследования процессов позднего карбонатитогенеза является массив Вуориярви, выбранный в качестве реперного объекта: (1) в большинстве комплексов мира для наблюдения доступна лишь часть естественного ряда от кальцио- через магнезио- до ферро- и Ba-Sr-REE-карбонатитов, а в Вуориярви широко представлены все члены последовательности дифференциации; (2) в пределах комплекса Вуоряирви помимо Ba-Sr-REE карбонатитов участка Петяйян-Вара есть еще три поля карбонатитов, имеющих тот же глубинный источник, но иную металлогеническую специализацию (Тухта-Вара – P, Fe и Zr (магнетит-апатит-бадделеит), Неске-Вара – Nb (пирохлор) и Нама-Вара – кварц; карбонатиты всех этих полей имеют статус поставленных на баланс месторождений). Таким образом, Вуориярви является редким примером щелочно-карбонатитового массива, в котором все основные рудогенерирующие процессы карбонатитогенеза привели к образованию комплексных месторождений; (3) Ba-Sr-REE карбонатиты Петяйян-Вары сформировались в результате серии метасоматических событий. Однако если в других подобных комплексах продукты такой многостадийной переработки обычно наложены друг на друга, то в поле Петяйян-Вара эти продукты пространственно разделены, формируя индивидуальные разновидности пород. Помимо Вуориярви будут изучены поздние карбонатиты массивов Ковдор, Лесная Варака, Озерная Варака, Себльявр и Салланлатва (в т.ч., специфическая эксплозивная карбонатитовая брекчия с сульфатно-сульфидным цементом и муассонитом), а также ранее не исследовавшиеся карбонатитовые вулканиты Контозерской палеокальдеры. Таким образом, в ходе выполнения проекта единообразным комплексом методов будут изучены поздние карбонатиты множества щелочно-карбонатитовых комплексов единой крупной провинции, различающиеся по своим минералого-геохимическим характеристикам, рудоносности и уровню генерации (от сформированных в абиссальных условиях до вулканитов). Совокупность результатов указанных исследований позволит создать единую физико-химическую (и генетическую) модель формирования поздних редкометальных (РЗЭ, Nb) карбонатитов.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Козлов Е., Фомина Е., Сидоров М., Шиловских В., Бочаров В., Чернявский А., Хубер М. The Petyayan-Vara Carbonatite-Hosted Rare Earth Deposit (Vuoriyarvi, NW Russia): Mineralogy and Geochemistry Minerals, Volume 10, Issue 1, P. 73 (год публикации - 2020)
10.3390/min10010073

2. Прокопьев И.Р., Козлов Е.Н., Фомина Е.Н., Дорошкевич А.Г., Дёмкин М.Г Mineralogy and Fluid Regime of Formation of the REE-Late-Stage Hydrothermal Mineralization of Petyayan-Vara Carbonatites (Vuoriyarvi, Kola Region, NW Russia) Minerals, Volume 10, Issue 5, P. 405 (год публикации - 2020)
10.3390/min10050405

3. Козлов Е.Н., Фомина Е.Н. Sr-Nd-C-O isotope composition of carbonatites of the Petyayan-Vara REE deposit (Vuoriyarvi, Kola Region, NW Russia): Insight to the origin Geophysical Research Abstracts. Volume 21 – EGU General Assembly 2020 (год публикации - 2020)
10.5194/egusphere-egu2020-13114

4. Сидоров М.Ю.,Фомина Е.Н., Козлов Е.Н. К минералогии эксплозивных брекчий массива Салланлатва, Кольский регион Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН (год публикации - 2020)

5. Фомина Е.Н., Козлов Е.Н., Базай А.В. Factor Analysis of XRF and XRPD data on the Example of the Rocks of the Kontozero Carbonatite Complex (NW Russia). Part I: Algorithm Crystals, Vol. 10, no. 10, p. 874 (год публикации - 2020)
10.3390/cryst10100874

6. Козлов Е.Н., Фомина Е.Н., Хворов П.В. Factor Analysis of XRF and XRPD Data on the Example of the Rocks of the Kontozero Carbonatite Complex (NW Russia). Part II: Geological Interpretation Crystals, Vol. 10, no. 10, p. 873 (год публикации - 2020)
10.3390/cryst10100873

7. Фомина Е.Н., Козлов Е.Н. Geological Interpretation of the Results of Factor Analysis of XRF- and XRD-Data on Carbonatites and Aluminosilicate Rocks of the Kontozero Alkaline Complex (Kola Peninsula, NW Russia) IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, Vol. 609 (год публикации - 2020)
10.1088/1755-1315/609/1/012049

8. Козлов Е.Н., Фомина Е.Н. Geological Interpretation of the Results of Factor Analysis of XRF-and XRD-Data on Carbonatites and Aluminosilicate Rocks of the Kontozero Alkaline Complex (Kola Peninsula, NW Russia) IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, Vol.609 (год публикации - 2020)
10.1088/1755-1315/609/1/012049

9. Козлов Е.Н., Фомина Е.Н., Бочаров В.Н., Сидоров М.Ю., Власенко Н.С., Шиловских В.В. A Raman spectroscopic study of the natural carbonophosphates Na3MCO3PO4 (M is Mn, Fe, and Mg) European Journal of Mineralogy (год публикации - 2021)
10.5194/ejm-33-283-2021

10. Сидоров М.Ю., Козлов Е.Н., Фомина Е.Н. Геология, петрография и минералогия эксплозивных брекчий массива Салланлатва, Кольский регион Вестник МГТУ, Т. 24, No 1. С. 57–68 (год публикации - 2021)
10.21443/1560-9278-2021-24-1-57-68

11. Фомина Е.Н., Козлов Е.Н. Stable (C, O) and radiogenic (Sr, Nd) isotopic evidence for REE-carbonatite formation processes in Petyayan-Vara (Vuoriyarvi massif, NW Russia) Lithos, Volumes 398–399, Article number: 106282 (год публикации - 2021)
10.1016/j.lithos.2021.106282

12. Козлов Е.Н., Скиба В.И., Фомина Е.Н., Сидоров М.Ю. Noble gas isotopic signatures of sulfides in carbonatites of the Vuoriyarvi alkaline-ultrabasic complex (Kola Region, NW Russia) Arabian Journal of Geosciences, Volumes 14, Article number: 1725 (год публикации - 2021)
10.1007/s12517-021-07884-9

13. Козлов Е.Н., Фомина Е.Н. Mass balance of complementary metasomatic processes using isocon analysis MethodsX, Volume 9, Article number: 101609 (год публикации - 2021)
10.1016/j.mex.2021.101609

14. Сидоров М.Ю., Компанченко А.А., Фомина Е.Н., Козлов Е.Н. Рамановская спектроскопия минералов группы нортупита (тихит, манганотихит и ферротихит) Записки Российского минералогического общества, Том 151, выпуск 1, c. 1-8 (год публикации - 2022)
10.31857/S0869605522020046

Публикации