määritelmät ja luokitukset

Karbonatiitit, jotka nykyään tunnetaan karbonatiitteina, on alun perin kuvattu Bosen (1884) toimesta Narbadan laaksosta Intiasta, mutta vasta Högbohmin (1895) Alnössä, Ruotsissa, ja Brøggerin (1921) Fenissä, Norjassa, tehdyissä tutkimuksissa näiden karbonatiittien sisältämien karbonatiittien magmaattisesta alkuperästä on oletettu komplekseja. Kaikki eivät olleet samaa mieltä tästä konseptista; erityisesti erittäin vaikutusvaltaiset petrologit Reginald Daly (1933) ja James Shand (1943) pysyivät vakaina siitä, että nämä ”magmakivet” olivat vain sedimenttiaineksen megaksenoliitteja. Tämä petrologinen jako säilyi, kunnes Wyllie & Tuttle (1960) osoitti, että kalsiitti saattoi kiteytyä nestefaasiksi niinkin alhaisissa lämpötiloissa kuin ∼650°C lämpötilassa 0,1 GPa. Tämä tutkimus kuulosti kuolinkellon kalkkikiveä syntexis hypoteesi (Shand 1943) syntyyn undersaturated emäksisiä kiviä, ja työ aloitti vuosikymmenen uudelleen kiinnostusta karbonatiitit yleensä (Heinrich 1966, Tuttle & Gittins 1966), korostettu löytö natrocarbonatite lavas at Oldoinyo Lengai, Tansania (Guest 1956, Dawson 1962).
Karbonatiitit määritellään IUGS-luokittelujärjestelmässä seuraavasti: ”magmaattiset kivet, jotka koostuvat yli 50 modaaliprosentista primaarista (eli magmaattisesta) karbonaatista (sensu lato) ja sisältävät alle 20 painoprosenttia.% SiO2” (Le Maitre 2002).
vallitsevasta karbonaattimineraalista riippuen karbonatiitista käytetään nimitystä kalsiittikarbonatiitti, dolomiittikarbonatiitti tai ferrokarbonatiitti, jossa pääkarbonaatti on rautapitoinen (viikuna.1 a). Jos karbonaattimineraalia on enemmän kuin yksi, karbonaatit nimetään modaalipitoisuuksien nousujärjestyksessä. Esimerkiksi kalsiittidolomiittikarbonatiitti koostuu pääosin dolomiitista. Jos epäolennaisia mineraaleja (esimerkiksi biotiittia) esiintyy, tämä voi näkyä nimessä biotiitti-kalsiittikarbonatiittina.
Jos modaaliluokitusta ei voida soveltaa, voidaan käyttää IUGS-kemiallista luokitusta (Kuva.1). Tämä luokitus perustuu wt. prosentuaalinen suhdeluku jakaa karbonatiitit kalsiokarbonatiitteihin, magnesiokarbonatiitteihin ja ferrokarbonatiitteihin. Kalkiokarbonaateilla cao/: n(CaO + MGO + FeO + Fe2O3 + MNO) suhde on suurempi kuin 0,8. Loput karbonatiitit jaetaan magnesiokarbonaattiin ja ferrokarbonatiittiin (Woolley and Kempe 1989; Le Maitre 2002). Jos kiven SiO2-pitoisuus ylittää 20%, siitä käytetään nimitystä piikarbonatiitti. Natrokarbonatiitti on erityinen karbonatiittilajike, joka koostuu pääasiassa Na-K-Ca-karbonaateista, kuten nyerereiitista ja gregoryiitista, jotka tunnetaan Ol Doinyo Lengai-tulivuoresta (Tansania).

a refinement to the IUGS chemical classification based on molar proportions, proposed by Gittins and Harmer (1997), proposed to the term ferruginous calciocarbonatites (Fig.1). Raja, joka erottaa kalsiokarbonatiitit magnesiumkarbonatiiteista ja ferruginoidisista kalsiokarbonatiiteista, on 0,75, jonka yläpuolella karbonatiitit sisältävät molaarisesti yli 50% kalsiittia. Vaikka ei yleisesti hyväksytty, Gittins ja Harmer luokittelu on yleisesti käytetty tutkimuksissa karbonatiitti isännöi malmiesiintymiä (esim. Trofanenko et al. 2016).

Fig.1 karbonatiittiluokitukset a) WT: hen perustuvien KIERUKKALUOKKIEN mukaan.% (Le Maitre 2002) ja b) Gittins and Harmer (1997) molaaristen osuuksien perusteella. C / CMF on moolisuhde cao/; FeO* ilmaistuna moolina FeO, jos sekä Feo että Fe2O3 määritetään. From Simandl, G. J., & Paradis, S. (2018).

Mitchell ehdotti mineralogis-geneettistä karbonatiittiluokitusta (2005). Hänen vertailupaperinsa viittaa IUGS-luokittelun sudenkuoppiin ja jakaa karbonatiitit primaarisiin karbonatiitteihin ja karbotermisiin residuoihin. Termin karbohydrotermiset karbonatiitit määrittelevät Woolley ja Kjarsgaard (2008b) karbonatiitiksi, joka saostui subsolidus-lämpötiloissa CO2-H2O-nesteestä, joka voi olla joko CO2-rikas (eli karbotermiset) tai H2o-rikas (eli hydrotermiset).

Karbonatiittien alkuperä

tällä hetkellä on olemassa kolme päähypoteesia, jotka selittävät karbonatiittien sulamisen alkuperän:
(1) vanhempien hiilihapotettujen silikaattimagmojen erottuminen kiinteästi kuoren tai vaipan paineessa.
(2) vanhempien hiilihapotettujen silikaattimagmojen, kuten oliviinimeliliittien tai kamafugiittien, kiderakennus.
(3) Hiilihapotetun vaipan peridotiitin matala-asteinen osittainen sulaminen Alle 70 km: n syvyydessä.
on esitetty myös hypoteeseja, joissa vedotaan tai tuetaan karbonatiittien mahdollista johtamista maankuoresta tai Maan vaipasta, jolla on jokin maankuoren osuus. Lisäksi tuore, maailman karbonatiittien boori-isotooppeihin perustuva tutkimus viittaa siihen, että vaikka useimmat karbonatiitit saattavat olla peräisin ylemmästä vaipasta, nuoremmat karbonatiitit (
kuitenkin, niiden muodostumistavasta riippumatta, useimmat tutkijat ovat yhtä mieltä siitä, että alka-lisillä (Na ja K) on tärkeä rooli kalsiitti-ja dolomiittikarbonatiittien sekä ferrokarbonatiittien intruusioiden synnyssä. Emästen merkitys karbonatiittien synnyssä on yhtäpitävä matalalämpöisten (2o ja K2O, 4,5 wt) tutkimusten kanssa.% F, 5,7 paino.% Cl, noin 15 paino -%.% Ca ja alle 1 paino.% yhdistetty Mg ja Fe. Ekstrusiivisista karbonatiiteista saatava petrografinen ja geokemiallinen hyöty sekä intrusiivisista karbonatiiteista saatu näyttö viittaavat siihen, että kalsiittipitoiset ja dolomiittipitoiset karbonatiitit ovat emäspitoisista (kohtalaisen emäksisistä) sulista poistettuja jäännöksiä tai kumulaatteja.

tektoninen asetelma

useimmat karbonatiitit ja alkalikarbonatiittikompleksit ovat emplatoituneet kontinentaaleihin (88% kratonisia, 10.5% ei-kratoniset) asetukset (Kuva.2) arkeaan ja Proterotsooisella kalliolla tai Faanerotsooisella kalliolla prekambrisen kellarin alla.

Fig.2: karbonatiittien ja karbonatiitteihin liittyvien REE-positioiden tärkeimmät maailmanlaajuiset esiintymät maailmassa. From Liu, Y., & Hou, Z. (2017).

Karbonatiitit muodostuvat ekstensionaalisissa tektonisissa asetelmissa suurten lineaaristen suuntausten mukaisesti, jotka on uudelleensuunnattu laajoiksi laatan sisäisiksi murtumavyöhykkeiksi, yhdessä kupumaisten piirteiden (maankuoren kaaren) kanssa tai suhteessa laatan ikkunoihin subduktiivisissa levyissä. Näiden tektonisten piirteiden ja voimakkaan magmaattisen toiminnan välinen yhteys merkitsee sitä, että myös monet autobonatiitit liittyvät ajallisesti ja alueellisesti suuriin magmaattisiin provinsseihin. Orogeenisissa asetelmissa esiintyviä karbonatiitteja kutsutaan joskus Post-collisionaalisiksi (Chakmouradian et al. 2008). Tämä on valitettava termi, koska orogeenisissa asetelmissa esiintyvät karbonatiitit ovat saattaneet emplasioitua ennen siirtymistä ekstensionaalisesta kompressiiviseen tektoniseen systeemiin tai orogeenisen Ex-t-ulotteisen relaksaation ja romahduksen aikana ennen dynamo-termistä metamorfista kliimaksia.
karbonatiitteja tavataan kolmella Oseanian saarialueella: 1) Kanariansaaret, 2) Kap Verden saaret ja 3) Kergueleninsaaret, jotka kaikki sijaitsevat Afrikan mantereella. On kuitenkin mahdollista, että näiden saarten alla on Mannerlitosfäärin jäänteitä, jotka ovat jääneet jumiin Afrikan laatan ajelehtimisen aikana.

Karbonatiittiin liittyvät magmakivet

lähes kaikki karbonatiitit liittyvät emäksisiin komplekseihin. Maailmanlaajuisesti vain 24% karbonatiittikivistä ei kuulu alkalikarbonatiittikomplekseihin. Karboatiitti-silikaattikiviyhdisteitä esiintyy num-ber: ssä, johon kuuluvat meliliitti-söviitti, nefeliniitti-söviitti, pyrokseniitti-söviitti ja oliviinipitoinen ultrabasiitti-dolomiittikarbonatiitti. Karbonatiittien ja niiden assosioituneiden silikaattikivien väliset suhteet ovat monimutkaisia, eikä niitä vieläkään täysin ymmärretä. Riippumatta siitä, syntyivätkö molemmat sulat samasta vanhempien magmasta, vai syntyivätkö molemmat toisistaan riippumatta, on edelleen yksi karbonatiittipetrogeneesin perusongelmista.
Foskoriitit: Foskoriitit ovat magnetiittia, oliviinia, yleensä karbonatiitteihin liittyviä apatiittikiviä (Le Maitre 2002) ja alkalikarbonatiittikomplekseihin kuuluvia ultramafisia kiviä. Joissakin tapauksissa ultramafisten kivien ja foskoriitin välillä on porrastus.

Le Maitren (2002) esittämä määritelmä: ”magnetiitti, oliviini, apatiittikivi, joka yleensä liittyy karbonatiitteihin”, on hyvin rajoittava, koska oliviini retrogradoituu yleensä pyrokseeniksi, amfiboliksi ja serpentiiniksi. Paljon laajempi foskoriittien määritelmä ja luokittelu on ankkuroitu venäläiseen kirjallisuuteen (esim. Jegorov 1993; Krasnova ym. 2004) ja ehdottaa, että foskoriitti määriteltäisiin uudelleen ”plutoniseksi ultramafiseksi kiveksi, joka koostuu magnetiitista, apatiitista ja yhdestä silikaateista, forsteriitista, diopsidista tai flogopiitista”. Termi foskoriitti on mnemonic, johdettu alun perin Phosphate Development Corporationin nimestä ja viittaa magnetiitti-oliviini-apatiitti kiviä, jotka soivat Loolekop karbonatiitti elin Phalaborwa monimutkainen, Etelä-Afrikka.

Alkalimetasomatismi

useimmat intrusiiviset karbonatiitit, alkalikarbonatiittikompleksit ja monet agpaitiset ja miaskiittiset emäksiset intruusiot ympäröivät intruusioon liittyvää metasomatismia. Metasomatismi määritellään seuraavasti: ”kiinteän olomuodon prosessi, jossa kiven kemiallinen koostumus muuttuu läpitunkevalla tavalla ja johon liittyy kemiallisten komponenttien kulkeutuminen ja/tai poistaminen kiven ja nesteiden vuorovaikutuksen seurauksena”.
useimmille karbonatiittikomplekseille ominaista alkalista metasomatismia kutsutaan fenitisaatioksi tai fenitisaatiotyyppiseksi metasomatismiksi. Fenitisaatiotyyppinen meta-somatismi koostuu yleensä desilitaatiosta, johon liittyy Na, K, Fe3+, ± Ca, ± Al: n lisääminen karbonatiitteja tai karbonatiitti-emäksisiä komplekseja ympäröivään isäntäkiveen. Muita elementtejä, joita voidaan tuoda country rockiin fenitisaatiotyyppisellä metasomatismilla, ovat Ba, Nb, Sr, Sc, Rb, Zn, V ja joissakin tapauksissa REE ja Nb. Tällainen metasomatismi voi ilmetä Na – ja K-amfibolien, aegiriini-augiitin, k-maasälvän, albiitin, pertiitin, mesopertiitin, an-tippertiitin, nefeliinin ja vaaleanruskean kiille-ja albiitin (viikuna.3).

Fig.3: Kaavamainen esitys bi-metasomaattisen fenitisaation tyypin vuorovaikutuksesta karbonatiitin sulan ja siihen liittyvien nesteiden kanssa country rock. Alkuaineiden siirtosuunta on merkitty nuolilla. Luettelossa on mineraalit, joita on yleisesti havaittu fenitisoitumistyyppisen metasomatismin vaikutuspiirissä. From Simandl, G. J., & Paradis, S. (2018).

karbonatiitteihin ja alkalikarbonatiittikomplekseihin liittyvän metasomatismin laajuus ja voimakkuus riippuu useista parametreista, mukaan lukien (1) nesteiden kemiallinen koostumus, lämpötila ja pH; (2) maalaiskiven (protoliitin) Kemiallinen ja pienin eroavaisuus; (3) maalaiskiven läpäisevyys ja huokoisuus; (4) lämpötilagradientti nesteen lähteen ja maan kallion välillä, (5) Neste/Kallio-suhde; (6) nesteen liikkeen kesto.

alkalikarbonatiittikompleksien morfologia ja geometria

Karbonatiitit voivat esiintyä vulkaanisina tai intrusiivisina kappaleina. Karbonatiittifaasi tulee yleensä myöhään intrusiivisessa sarjassa, emäksisten silikaattimagmojen jälkeen. Moniin karbonatiitteihin ei kuitenkaan liity silikaattikiviä. Karbonatiittisia kom-pleksejä on yleensä 2, ja ne ovat komposiitteja, joissa on useita intruusioita sekä silikaatti-että karbonatiittimagmaa. Paljastuneita tunkeilevia karbonatiitteja ovat esimerkiksi pienet tulpat, kartio-arkit ja satunnaiset rengasvallit. Sekä silikaattikivien että karbonatiittien tasomaiset vallit tai patoparvet leikkaavat yleensä koko intrusiivisen kompleksin.
klassinen karbonatiittimalli (Kuva.4 a) ehdotti Garson ja Smith (1958) on popularisoitu Heinrich (1980) ja Bowden (1985) ja on edelleen käytössä. Tämä malli sopii moniin Itä-Afrikan karbonatiittikomplekseista ja muualtakin peräisin oleviin komplekseihin:
tyypillisessä järjestyksessä varhaisemman silikaattikompleksin leikkaavat karbonatiitit fol-lowaavat matalia varhaisia ijoliitti-ja/tai nefeliinisyeniittitulppia. Soviitit (tyypillisesti yli 90% kalsiittia) ovat näissä komplekseissa yleisin karbonatiittityyppi ja saattavat edustaa paikkakunnan ainoaa karbonatiittia. Magmaattisuuden myöhempiä ilmentymiä monissa komplekseissa on rautapitoisten karbonatiittien, joita kutsutaan yhteisesti ferrokarbonatiitiksi, dikejen tai kartiolevyjen emplataatio. Karbonatiittikompleksien lähes yleismaailmallinen ominaisuus on tunnusomainen metaso-matic aureole, jossa seinäkivet (yleisimmin kvartzo-maasälpäinen gneissi) on muutettu aegiriinipitoisiksi ja emäksisiksi amfibolipitoisiksi kiviksi, ja joissakin tapauksissa K-maasälpärikkaiksi kiviksi. Metasomaattisia kiviä kutsutaan yleisesti feniiteiksi.

Fig.4: Morphology of karbonatite complexes as proposed by: (a) Garson and Smith (1958); (B) Le Bas (1987); ja (C) hieman muutettu Sage ja Wat-kinson (1991) osoittaa kupera ja kovera luonne rengas patojen ja kartio arkkia, vastaavasti. From Simandl, G. J., & Paradis, S. (2018).

uudemmat mallit (Kuva.4 b-c: tä ovat ehdottaneet Le Bas (1977, 1987) ja Sage and Watkinson (1991). Le Basin (1987) malli näyttää hyvin litologisten yksiköiden väliset ikäsuhteet ja korostaa fenitisaatiotyyppisiä ylijälkiä. Sagen ja Watkinsonin (1991) valmistamassa mallissa on rajallinen määrä sukulaisuutta Garson and Smithin (1958) malliin; se kuvaa kuitenkin paremmin vulkaanisen rakennelman ja kraatterin välistä suhdetta. Mikään malli ei kuvaa kaikkia mahdollisia kiviyhdisteitä, joita esiintyy emäksisissä karbonatiittikomplekseissa, eikä ole yleisesti sovellettavissa. Syvillä eroosiotasoilla karbonatiitit liittyvät yleisesti ultramafisiin kiviin. Kohtalaisilla tasoilla ne liittyvät spatiaalisesti pyrokseniitteihin ja jacupirangiitteihin sekä ijoliitteihin ja nefeliinisyeniitteihin asteittain matalammilla tasoilla (Garson and Smith 1958).

Ferrocarbonatite (calcite, ankerite, siderite, iron oxides and iron silicates) from the Ice River Complex of British Columbia. From James St. John

Calciocarbonatite (sövite) from Hot Spring County, central Arkansas, USA. From James St. John

Calciocarbonatite dikes from Firesand River Carbonatite Complex, Wawa Lake East roadcut, Ontario, Canada. From James St. John

Kalsiokarbonatiitti (söviitti), jota hallitsevat mineraalikalsiitti (vaalea tai hyvin vaaleanharmaa) ja tumma magnetiitti. Magnet Cove Carbonatite, Arkansas, USA. Alkaen James St. John

kalsiitti-karbonatiitti (sövite) tyypistä paikkakunta. Søve, Fen Complex, Norja. Sand Atlas

Foskoriitti magnetiitin (musta) ja albiitin (valkoinen) kanssa. kovdor, Venäjä. From École des Mines de Saint-Étienne

bibliografia

• Bell, K., Kjarsgaard, B. A., & Simonetti, A. (1998). Karbonatiitit-2000-luvulle. Journal of Petrology, 39 (11-12), 1839-1845.
• Krasnova, N. I., Petrov, T. G., Balaganskaja, E. G., Garcia, D., Moutte, J., Zai-tsev, A. N., & Wall, F. (2004). Johdanto foskoriitteihin: esiintyminen, koostumus, nimikkeistö ja petrogeneesi. In Phoskorites and carbonatites from mantle to mine: the Key example of the Kuola Alkaline Province (Vol. 10, s. 45-74). Mineraloginen Yhdistys Lontoo.
* Liu, Y., & Hou, Z. (2017). Mineralisaatiotyylien synteesi, jossa on integroitu geneettinen malli karbonatiitti-syeniitti-isännöidyistä ree-esiintymistä kenotsooisella Mian-ning-Dechang REE-metallogeenisella vyöhykkeellä, Itä-Tiibetin ylängöllä, Lounais-Kiinassa. Journal of Asian Earth Sciences, 137, 35-79.Mitchell, R. H. (2005). Karbonatiitit ja karbonatiitit ja karbonatiitit. Ca-nadian Mineralogisti, 43 (6), 2049-2068.