Definities en classificaties

De rotsen, nu bekend als carbonatites oorspronkelijk beschreven door Bose (1884) van de Lagere Narbada Valley van India, maar het was niet tot het onderzoeken van Högbohm (1895) op Alnö, Zweden, en van Brøgger (1921) op Fen, in Noorwegen, dat een magmatische oorsprong was vooropgesteld voor de carbonaat-dragende gesteenten gevonden in deze alkaline complexen. Niet iedereen was het eens met dit concept; in het bijzonder bleven de invloedrijke petrologen Reginald Daly (1933) en James Shand (1943) onvermurwbaar dat deze “stollingskalkstenen” slechts megaxenolieten van sedimentair materiaal waren. Deze petrologische kloof bleef bestaan tot het proefwerk van Wyllie & Tuttle (1960), die aantoonde dat calciet als liquidusfase kon kristalliseren bij temperaturen zo laag als ∼650°C bij 0,1 GPa. Deze studie klonken de doodsklok van de kalksteen Syntex hypothese (Shand 1943) voor het ontstaan van onderverzadigde alkalische rotsen, en het werk luidde een decennium van hernieuwde interesse in carbonatieten in het algemeen in (Heinrich 1966, Tuttle & Gittins 1966), benadrukt door de ontdekking van de natrocarbonatiet lava ‘ s in Oldoinyo Lengai, Tanzania (gast 1956, Dawson 1962).Carbonatieten worden in het IUGS-classificatiesysteem gedefinieerd als: “stollingsgesteente dat bestaat uit meer dan 50% primair (d.w.z. magmatisch) carbonaat (sensu lato) en dat minder dan 20 gew.bevat.% SiO2 ” (Le Maitre 2002).
afhankelijk van het overheersende carbonaatmineraal wordt een carbonatiet aangeduid als calciet-carbonatiet, dolomiet-carbonatiet of ferrocarbonatiet, waarbij het belangrijkste carbonaat ijzerrijk is (Fig.1 a). Als er meer dan één carbonaatmineraal aanwezig is, worden de carbonaten genoemd in volgorde van toenemende modale concentraties. Bijvoorbeeld, een calciet-dolomiet carbonatiet is voornamelijk samengesteld uit dolomiet. Als er niet-essentiële mineralen (bijvoorbeeld biotiet) aanwezig zijn, kan dit worden weerspiegeld in de naam biotiet-calciet carbonatiet.
Wanneer de modale classificatie niet kan worden toegepast, kan de chemische classificatie van IUGS worden gebruikt (Fig.1 b). Deze classificatie, gebaseerd op wt.% ratio ‘ s verdelen carbonatiet in calciocarbonatiet, magnesiumcarbonatiet en ferrocarbonatiet. Voor calciocarbonatites is de verhouding CaO / (CaO + MgO + FeO + Fe2O3 + MnO) groter dan 0,8. De overige carbonatieten zijn onderverdeeld in magnesiocarbonatiet en ferrocarbonatiet (Woolley and Kempe 1989; Le Maitre 2002). Als het SiO2-gehalte van het gesteente meer dan 20% bedraagt, wordt het silicocarbonatiet genoemd. Een natrocarbonatiet is een speciale variëteit van carbonatiet die voornamelijk bestaat uit na-K-Ca carbonaten, zoals nyerereiet en gregoryiet, bekend van de Ol Doinyo Lengai vulkaan (Tanzania).een verfijning van de chemische classificatie van IUGS op basis van Molaire verhoudingen, voorgesteld door Gittins en Harmer (1997), introduceert de term ferrugineuze calciocarbonatites (Fig.1 b). De grens tussen calciocarbonatiet en magnesiumcarbonatiet en ferrugineuze calciocarbonatiet is vastgesteld op 0,75, waarboven carbonatiet op Molaire basis meer dan 50% calciet bevat. Hoewel niet algemeen aanvaard, worden Gittins en Harmer ‘ s classificatie vaak gebruikt in studies van koolstofatiet-gehoste ertsafzettingen (bijvoorbeeld Trofanenko et al. 2016).

Fig.1 Carbonatietclassificaties volgens (a)IUGS op basis van gew.% (Le Maitre 2002) en b) Gittins en Harmer (1997) op basis van Molaire verhoudingen. C / CMF is de molaire verhouding van CaO/; FeO * uitgedrukt als Molaire FeO als zowel FeO als Fe2O3 worden bepaald. Uit Simandl, G. J., & Paradis, S. (2018).een mineralogisch-genetische classificatie van carbonatieten werd voorgesteld door Mitchell (2005). Zijn benchmark paper wijst op valkuilen van de IUGS classificatie en verdeelt carbonatieten in primaire carbonatieten en carbothermal residua. De term carbohydrothermale carbonatiet wordt door Woolley en Kjarsgaard (2008b) gedefinieerd als carbonatiet dat bij subsolidus temperaturen neersloeg uit een gemengde CO2-H2O vloeistof die ofwel CO2-rijk (dat wil zeggen carbothermaal), ofwel H2o-rijk (dat wil zeggen hydrothermaal) kan zijn.

oorsprong van carbonatieten

er zijn momenteel drie hoofdhypothesen die de oorsprong van carbonatietsmelt verklaren:
(1) niet mengbare scheiding van magma ‘ s met koolzuurhoudend Silicaat van de ouders bij druk op de korst of de mantel.
(2) kristalfractionering van magma ‘ s met koolzuurhoudend Silicaat van de ouder, zoals olivine melilitites of kamafugieten.
(3) gedeeltelijk smelten van koolzuurhoudende mantelperidotiet in geringe mate Onder 70 km diepte.er zijn ook hypothesen voorgesteld die een mogelijke afleiding van carbonatieten uit de aardkorst, of uit de aardmantel met enige bijdrage van de aardkorst, inroepen of ondersteunen. Verder suggereert een recente studie gebaseerd op boorisotopen van carbonatieten wereldwijd dat, hoewel de meeste carbonatieten kunnen ontstaan in de bovenste mantel, jongere carbonatieten (
echter, ongeacht hun wijze van vorming, de meeste onderzoekers het erover eens dat alka-lis (Na en K) een belangrijke rol spelen in het ontstaan van calciet-en dolomietkar-bonatieten, en ferrocarbonatiet intrusies. Het belang van alkaliën in het ontstaan van carbonatieten is consistent met studies van lage temperatuur (2o en K2O, 4,5 wt.% F, 5,7 gew.% Cl, ongeveer 15 wt.% Ca, en minder dan 1 wt.% gecombineerde Mg en Fe. Petrografische en geochemische evi-dentie van extrusieve carbonatieten, evenals bewijsmateriaal van intrusieve carbonatieten suggereert dat calciet – en dolomiet-rijke carbonatieten residuen of cumulaten zijn die worden verwijderd uit alkali-dragende (matig alkalische) smelt.

tektonische instelling

de meeste carbonatieten en alkalische carbonatietcomplexen worden in continentaal (88% cratonisch, 10.5% niet-cratonisch) instellingen (Fig.2) in Archeaans en Proterozoïcum gesteenten, of in Fanerozoïcum gesteenten underlain door een Precambrium Kelder.

Fig.2: belangrijkste wereldwijde gevallen van carbonatieten en aan carbonatiet gerelateerde REE-onthoudingen in de wereld. Uit Liu, Y., & Hou, Z. (2017).

Carbonatieten vormen zich in extensionele tektonische omgevingen, langs belangrijke lineaire trends die worden gerefereerd aan grootschalige intra-plaat breukzones, in combinatie met doming kenmerken (korstbogen), of in relatie tot plakvensters in subducterende platen. De link tussen deze tektonische kenmerken en intense magmatische activiteit betekent dat veel auto-bonatites ook tijdelijk en ruimtelijk gerelateerd zijn aan grote stollingsprovincies. Carbonatieten in orogene settings worden soms aangeduid als post-collisional (Chakmouradian et al. 2008). Dit is een ongelukkige term omdat carbonatieten die worden gevonden in orogene settings kunnen zijn geplaatst vóór een overgang van extenties naar compressionele tektonische regimes, of tijdens post-orogene ex-spanning ontspanning en instorting voorafgaand aan dynamo-thermische metamorfe climax.Carbonatieten worden geïdentificeerd in drie oceanische eilandregio ‘ s: (1) de Canarische Eilanden, (2) De Kaapverdische Eilanden, en (3) de Kerguelen eilanden, die allemaal op het Afrikaanse continent liggen. Echter, het is mogelijk dat deze eilanden zijn underlain door overblijfselen van continentale lithosfeer strandde tijdens het drijven van de Afrikaanse plaat.

met Carbonatiet geassocieerd stollingsgesteente

bijna alle carbonatieten zijn geassocieerd met alkalische complexen. Wereldwijd maakt slechts 24% van de carbonatietrotsen geen deel uit van alkalische carbonatietcomplexen. Een aantal verschillende carboatiet-silicaat Rock associaties komen voor, waaronder melilitiet-sövite, nefeliniet-sövite, pyroxeniet-sövite, en olivijn-rijke ultrabasieten-dolomiet carbonatiet. De relaties tussen carbonatieten en hun geassocieerde silicaatgesteenten zijn complex en worden nog steeds niet volledig begrepen. Of beide smelt werden gegenereerd uit hetzelfde ouderlijk magma, of dat beide onafhankelijk van elkaar werden gegenereerd, blijft een van de fundamentele problemen in carbonatiet petrogenese.Phoscorieten: Phoscorieten zijn magnetiet -, olivijn-en apatietrotsen die gewoonlijk geassocieerd worden met carbonatieten (Le Maitre 2002) en ultramafisch gesteente van alkalische carbonatietcomplexen. In sommige gevallen is er gradatie tussen ultramafische rotsen en phoscoriet. de definitie van Le Maitre (2002): “A magnetite, olivine, apatiet rock usually associated with carbonatites”, is zeer restrictief omdat olivine vaak retrogradeert tot pyroxeen, amphibole, en serpentine. Een veel bredere definitie en classificatie van phoscorieten zijn verankerd in de Russische literatuur (bijv. Jegorov 1993; Krasnova et al. 2004) en stelt voor om phoscoriet opnieuw te definiëren als een”plutonisch ultramafisch gesteente bestaande uit magnetiet, apatiet, en een van de silicaten, forsteriet, diopside, of phlogopiet”. De term phoscoriet is een ezelsbruggetje, oorspronkelijk afgeleid van de naam van de Phosphate Development Corporation en verwijst naar magnetiet-olivijn-apatiet rotsen die de Loolekop carbonatiet lichaam van het Phalaborwa Complex in Zuid-Afrika.

Alkali-Metasomatisme

de meest intrusieve carbonatieten, alkalisch-carbonatietcomplexen en vele agpaitische en miaskitische alkalische intrusies zijn omgeven door landgesteente dat wordt beïnvloed door intrusiegerelateerd metasomatisme. Metasomatisme wordt gedefinieerd als: “een proces in vaste toestand waarbij de chemische samenstelling van een gesteente op een alomtegenwoordige wijze wordt gewijzigd en waarbij chemische componenten worden geïntroduceerd en / of verwijderd als gevolg van de interactie van het gesteente met vloeistoffen”.het alkali-metasomatisme dat de meeste carbonatitencomplexen kenmerkt, staat bekend als fenitisatie of fenitisatie-type metasomatisme. Fenitisatie – type meta-somatisme bestaat gewoonlijk uit desilication vergezeld van de toevoeging van Na, K, Fe3+, ± Ca, ± Al aan het gastheergesteente dat carbonatites of carbonatiet-alkalische complexen omringt. Andere elementen die in country rock kunnen worden geïntroduceerd door fenitisatie-type metasomatisme zijn Ba, Nb, Sr, Sc, Rb, Zn, V en in sommige gevallen REE, en Nb. Dergelijke metasomatiek kan zich manifesteren door de ontwikkeling van Na-en K-amfibolen, aegirine-augite, K-veldspaat, albiet, perthiet, mesoperthiet, an-tiperthiet, nefelien, en lichtbruin mica, en albiet (Fig.3).

Fig.3: schematische weergave van bi-metasomatische fenitisatie interactie tussen carbonatietsmelt en verwante vloeistoffen met country rock. De richting van de migratie van de elementen wordt aangegeven door pijlen. Mineralen die vaak worden waargenomen in landgesteente dat wordt beïnvloed door fenitisation type metasomatisme worden vermeld. Uit Simandl, G. J., & Paradis, S. (2018).de omvang en intensiteit van metasomatiek gerelateerd aan carbonatieten en alkalisch-carbonatietcomplexen hangt af van een groot aantal parameters, waaronder (1) chemische samenstelling, temperatuur en pH van de vloeistoffen; (2) Chemische en min-eralogische samenstelling van landgesteente (protoliet); (3) permeabiliteit en porositeit van het landgesteente; (4) temperatuurgradiënt tussen de bron van vloeistoffen en het landgesteente, (5) vloeistof/rots verhouding; (6) duur van de vloeistofbeweging.

morfologie en geometrie van alkalische carbonatietcomplexen

Carbonatieten kunnen voorkomen als vulkanen of indringende lichamen. De carbonatietfase komt meestal laat in een opdringerige serie, na de alkalische silicaat magma ‘ s. Veel carbonatieten hebben echter geen geassocieerd silicaatgesteente. Carbonatiet com-samenstellingen zijn over het algemeen 2, en zijn samengesteld, met meerdere intrusies van zowel silicaat en carbonatiet magma. Blootgestelde opdringerige carbonatites omvatten kleine pluggen, kegel platen, en af en toe ringdijken. Vlakke dijken of dijkzwermen van zowel silicaatgesteente als carbonatiet snijden gewoonlijk het gehele intrusieve complex door. het klassieke carbonatietmodel (Fig.4 A) voorgesteld door Garson en Smith (1958) werd gepopulariseerd door Heinrich (1980) en Bowden (1985) en is nog steeds in gebruik. Dit model past op veel complexen uit Oost-Afrika carbonatietcomplexen, en elders:

in een typische sequentie worden ondiepe vroeg-ijoliet-en/of nefelien-syenietpluggen volgestouwd door carbonatieten die het vroegere silicaatcomplex doorsnijden. Sovieten (meestal met meer dan 90% calciet) zijn het meest voorkomende type carbonatiet in deze complexen en kunnen de enige carbonatiet op een plaats vertegenwoordigen. De latere manifestaties van stollingsactiviteit in veel complexen is het plaatsen van dijken of kegelplaten van ijzerrijke carbonatieten, gezamenlijk ferrocarbonatiet genoemd. Een bijna universeel kenmerk van carbonatietcomplexen is de aanwezigheid van een onderscheidend metaso-matisch aureool waarin de wandrotsen (meestal quartzo-feldspathisch gneis) zijn omgezet in aegirine-en alkali-amphibole-rijke rotsen, en in sommige gevallen in K-feldspar-rijke rotsen. De metasomatische rotsen worden vaak fenieten genoemd.

Fig.4: morfologie van carbonatietcomplexen zoals voorgesteld door: (A) Garson en Smith (1958); (B) Le Bas (1987); en (c) licht gewijzigd van Sage en wat-kinson (1991) om de convexe en concave aard van ringdijken en kegelplaten te tonen, respectievelijk. Uit Simandl, G. J., & Paradis, S. (2018).

recentere modellen (Fig.4 b-c) zijn voorgesteld door Le Bas (1977, 1987), en Sage en Watkinson (1991). Het model van Le Bas (1987) toont goed de leeftijdsverhoudingen tussen lithologische eenheden en belicht fenitisatie type overdrukken. Het model geproduceerd door Sage en Watkinson (1991) toont een beperkt aantal ten opzichte van de Garson en Smith (1958) model; het toont echter beter de relatie tussen het vulkanische bouwwerk en Krater facies. Geen enkel model toont alle mogelijke rotsassociaties in alkalische carbonatietcomplexen of is universeel toepasbaar. Bij diepe erosieniveaus worden carbonatieten meestal ruimtelijk geassocieerd met ultramafisch gesteente. Op gematigde niveaus worden ze ruimtelijk geassocieerd met pyroxenieten en jacupirangieten, en met ijolieten en nefelien syenieten op geleidelijk ondiepere niveaus (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

Calciocarbonatiet (söviet), gedomineerd door het mineraal calciet (witachtig tot zeer lichtgrijs) en donker magnetiet. Magnet Cove Carbonatite, Arkansas, USA. Uit James St. John

calciet-carbonatiet (söviet) uit de typelocatie. Søve, Fen Complex, Noorwegen. Uit Zandatlas

Phoscoriet met magnetiet (Zwart) en albiet (Wit). kovdor, Rusland. From École des Mines de Saint-Étienne

Bibliography

* Bell, K., Kjarsgaard, B. A., & Simonetti, A. (1998). Carbonatites-in de eenentwintigste eeuw. Journal of Petrology, 39 (11-12), 1839-1845.* Krasnova, N. I., Petrov, T. G., Balaganskaya, E. G., Garcia, D., Moutte, J., Zai-tsev, A. N., & Wall, F. (2004). Inleiding tot phoscorieten: voorkomen, samenstelling, nomenclatuur en petrogenese. In Phoscorieten en carbonatieten van mantel tot mijn: Het belangrijkste voorbeeld van de Kola alkalische provincie (Vol. 10, blz. 45-74). Mineralogical Society London.*Liu, Y., & Hou, Z. (2017). Een synthese van mineralisatie stijlen met een geïntegreerd genetisch model van carbonatiet-syeniet-gehost ree afzettingen in de Cenozoïcum Mian-ning-Dechang REE metallogene belt, het oostelijke Tibetaanse Plateau, Zuidwest China. Journal of Asian Earth Sciences, 137, 35-79.Mitchell, R. H. (2005). Carbonatiet en carbonatiet en carbonatiet. De CA-nadiaanse mineraloog, 43 (6), 2049-2068.