definiții și clasificări

rocile cunoscute acum sub numele de carbonatite au fost descrise inițial de Bose (1884) din valea inferioară Narbada din India, dar nu a fost până la investigațiile lui H Inktaktgbohm (1895) la ALN Inktakt, Suedia, și de BR Inktaktgger (1921) la Fen, în Norvegia, că o origine magmatică a fost postulată pentru rocile complexe alcaline. Nu toată lumea a fost de acord cu acest concept; în special, petrologii foarte influenți Reginald Daly (1933) și James Shand (1943) au rămas fermi că aceste „calcare magmatice” erau doar megaxenoliti de material sedimentar. Această diviziune petrologică a rămas până la lucrarea experimentală seminală a lui Wyllie& Tuttle (1960), care a arătat că calcitul poate cristaliza ca o fază lichidă la temperaturi de până la 650 de grade C la 0,1 GPA. Acest studiu a sunat la moartea ipotezei calcarului syntexis (Shand 1943) pentru geneza rocilor alcaline nesaturate, iar lucrarea a inaugurat un deceniu de interes reînnoit pentru carbonatite în general (Heinrich 1966, Tuttle & Gittins 1966), evidențiată prin descoperirea lavelor natrocarbonatite la Oldoinyo Lengai, Tanzania (invitat 1956, Dawson 1962).Carbonatitele sunt definite în sistemul de clasificare IUGS ca: „roci magmatice compuse din mai mult de 50% modal primar (adică magmatic) carbonat (sensu lato) și care conțin mai puțin de 20 wt.% SiO2 ” (Le Maitre 2002).în funcție de mineralul carbonat predominant, o carbonatită este denumită carbonatită calcită, carbonatită dolomită sau ferocarbonatită, unde carbonatul principal este bogat în fier (Fig.1 a). Dacă este prezent mai mult de un mineral carbonat, carbonații sunt denumiți în ordinea creșterii concentrațiilor modale. De exemplu, un carbonatit calcit-dolomit este compus predominant din dolomit. Dacă sunt prezente minerale neesențiale (de exemplu, biotit), acest lucru se poate reflecta în nume ca biotit-calcit carbonatit.
În cazul în care clasificarea modală nu poate fi aplicată, se poate utiliza clasificarea chimică IUGS (Fig.1 b). Această clasificare, bazată pe wt. raporturile % subdivizează carbonatitele în calciocarbonatite, magneziocarbonatite și ferocarbonatite. Pentru calciocarbonatite, raportul dintre CaO/(CaO + MgO + FeO + Fe2O3 + MNO) este mai mare de 0,8. Carbonatitele rămase sunt împărțite în magneziocarbonatită și ferocarbonatită (Woolley și Kempe 1989; Le Maitre 2002). Dacă conținutul de SiO2 al rocii depășește 20%, Acesta este denumit silicocarbonatit. Un natrocarbonatit este o varietate specială de carbonatit constând în principal din carbonați Na-K-Ca, cum ar fi nyerereite și gregoryite, cunoscut din vulcanul ol Doinyo Lengai (Tanzania).

o rafinare a clasificării chimice IUGS pe baza proporțiilor molare, propusă de Gittins și Harmer (1997), introduce termenul calciocarbonatite feruginoase (Fig.1 b). Limita care separă calciocarbonatitele de magneziocarbonatite și calciocarbonatitele feruginoase este stabilită la 0,75, peste care carbonatitele conțin mai mult de 50% calcit pe bază molară. Deși nu este universal acceptată, clasificarea lui Gittins și Harmer este frecvent utilizată în studiile zăcămintelor de minereu găzduite de carbonatită (de ex.Trofanenko și colab. 2016).

Fig.1 clasificări Carbonatite Conform (a) IUGS bazate pe wt.% (Le Maitre 2002) și (b) Gittins și Harmer (1997) pe baza proporțiilor molare. C / CMF este raportul molar al CaO/; FeO * exprimat ca Feo molar dacă se determină atât FeO, cât și Fe2O3. Din Simandl, G. J.,& Paradis, S. (2018).o clasificare mineralogico-genetică a carbonatitelor a fost propusă de Mitchell (2005). Lucrarea sa de referință indică capcanele clasificării IUGS și subdivizează carbonatitele în carbonatite primare și reziduuri carbotermale. Termenul carbohidrotermal carbonatită este definit de Woolley și Kjarsgaard (2008B) ca carbonatită care a precipitat la temperaturi subsolide dintr-un fluid mixt CO2-H2O care poate fi fie bogat în CO2 (adică carbotermal), fie bogat în H2O (adică hidrotermal).

originea carbonatitelor

există în prezent trei ipoteze principale care explică originea topiturilor de carbonatită:
(1) separarea nemiscibilă a magmelor silicate carbogazoase parentale la presiuni de crustă sau manta.(2) fracționarea cristalelor de magme silicate carbogazoase parentale, cum ar fi melilititele de olivină sau kamafugitele.(3) gradul scăzut de topire parțială a peridotitei mantalei carbonatate sub adâncimea de 70 km.de asemenea, au fost propuse ipoteze care invocă sau susțin o posibilă derivare a carbonatitelor din scoarța terestră sau din mantaua Pământului cu o contribuție crustală. Mai mult, un studiu recent bazat pe izotopii de bor ai carbonatitelor la nivel mondial sugerează că, deși majoritatea carbonatitelor pot proveni din mantaua superioară, carbonatitele mai tinere (cu toate acestea, indiferent de modul lor de formare, majoritatea cercetătorilor sunt de acord că alka-lis (Na și K) joacă un rol important în geneza car-bonatitelor calcite și dolomite și a intruziunilor ferocarbonatite. Importanța alcalinelor în geneza carbonatitelor este în concordanță cu studiile de temperatură scăzută (2o și K2O, 4,5 wt.% F, 5,7 greutate.% Cl, aproximativ 15 în greutate.% Ca și mai puțin de 1 Greutate.% Mg și Fe combinate. Prezența petrografică și geochimică din carbonatitele extruzive, precum și dovezile provenite din carbonatitele intruzive sugerează că carbonatitele bogate în calcit și dolomit sunt reziduuri sau cumulate desprinse din topiturile purtătoare de alcali (moderat alcaline).

setarea tectonică

majoritatea carbonatiților și complexelor alcalin-carbonatite sunt amplasate în continen-tal (88% cratonic, 10.5% setări non-cratonice) (Fig.2) în Archean și Proterozoic roci, sau în Fanerozoic roci subiacente de un subsol Precambrian.

Fig.2: principalele apariții globale ale carbonatitelor și ale ree-pozițiilor legate de carbonatită în lume. Din Liu, Y.,& Hou, Z. (2017).

Carbonatitele se formează în Setări tectonice extensionale, de-a lungul tendințelor liniare majore re-late la zone de fractură intra-placă la scară largă, în asociere cu caracteristici de doming (arcuire crustală) sau în raport cu ferestrele plăcilor din plăcile subductoare. Legătura dintre aceste trăsături tectonice și activitatea magmatică intensă înseamnă că multe car-bonatite sunt, de asemenea, legate temporal și spațial de provinciile magmatice mari. Carbonatitele în setările orogene sunt uneori denumite post-colizionale (Chakmouradian și colab. 2008). Acesta este un termen nefericit, deoarece carbonatitele care se găsesc în setările orogene ar fi putut fi amplasate înainte de o tranziție de la regimurile tectonice extensionale la compresionale sau în timpul relaxării ex-tensionale post-orogene și colapsului înainte de climaxul metamorfic Dinamo-termic.Carbonatitele sunt identificate în trei regiuni insulare oceanice: (1) Insulele Canare; (2) Insulele Capului Verde și (3) Insulele Kerguelen; toate acestea sunt situate pe continentul African. Cu toate acestea, este posibil ca aceste insule să fie subiacente de rămășițe ale litosferei continentale blocate în timpul derivării plăcii africane.

roci magmatice asociate Carbonatitei

aproape toate carbonatitele sunt asociate cu complexe alcaline. La nivel mondial, doar 24% din rocile carbonatite nu fac parte din complexele alcalin-carbonatite. Un număr de asociații distincte de roci Carbo-silicate apar care includ melilitit-s-uri, nefelinit-s-uri, piroxenit-s-uri și ultrabasite bogate în olivină-dolomitic carbonatit. Relațiile dintre carbonatiți și rocile lor de silicat asociate sunt complexe și încă nu sunt pe deplin înțelese. Dacă ambele topituri au fost generate din aceeași magmă parentală sau dacă ambele au fost generate independent una de cealaltă, rămâne încă una dintre problemele fundamentale ale petrogenezei carbonatite.
Phoscorites: Phoscorites sunt magnetit, olivină, roci apatite asociate de obicei cu carbonatite (Le Maitre 2002) și roci ultramafice ale complexelor alcalin-carbonatite. În unele cazuri, există gradație între rocile ultramafice și foscorit.

definiția prezentată de Le Maitre (2002): „o magnetită, olivină, rocă apatită asociată de obicei cu carbonatite”, este foarte restrictivă, deoarece olivina retrogradă în mod obișnuit în piroxen, amfibol și serpentină. O definiție și o clasificare mult mai largă a foscoritelor sunt ancorate în literatura rusă (de exemplu, Egorov 1993; Krasnova și colab. 2004) și propune ca foscoritul să fie redefinit ca o”rocă ultramafică plutonică cuprinzând magnetit, apatit și unul dintre silicați, forsterit, diopsid, sau flogopit”. Termenul phoscorite este un mnemonic, derivat inițial din numele Phosphate Development Corporation și se referă la roci de magnetit-olivină-apatită care sună corpul carbonatit Loolekop al complexului Phalaborwa, Africa de Sud.

metasomatismul alcalin

cele mai intruzive carbonatite, complexe alcalin-carbonatite și multe intruziuni alcaline agpaitice și miaskitice sunt înconjurate de roci de țară afectate de metasomatismul legat de intruziune. Metasomatismul este definit ca: „un proces în stare solidă prin care compoziția chimică a unei roci este modificată într-o manieră omniprezentă și care implică introducerea și/sau îndepărtarea componentelor chimice ca urmare a interacțiunii rocii cu fluidele”.metasomatismul alcalin care caracterizează majoritatea complexelor carbonatite este cunoscut sub numele de fenitizare sau metasomatism de tip fenitizare. Meta-somatismul de tip fenitizare constă în mod obișnuit în desilicare însoțită de adăugarea de Na, K, Fe3+, Ca, Ca, Ca, Al La Roca gazdă care înconjoară carbonatitele sau complexele carbonatite-alcaline. Alte elemente care pot fi introduse în country rock prin metasomatism de tip fenitizare sunt Ba, NB, Sr, Sc, Rb, Zn, V și, în unele cazuri, REE și Nb. Un astfel de metasomatism se poate manifesta prin dezvoltarea na – și K-amfiboli, aegirină-augit, K-feldspat, albit, pertit, mezopertit, an-tipertit, nefelină și mica maro pal și albit (Fig.3).

Fig.3: Reprezentarea schematică a interacțiunii de tip fenitizare bi-metasomatică între topirea carbonatitei și fluidele conexe cu roca de țară. Direcția de migrare a elementelor este indicată de săgeți. Sunt enumerate mineralele observate frecvent în roca de țară afectată de metasomatismul de tip fenitizare. Din Simandl, G. J.,& Paradis, S. (2018).

amploarea și intensitatea metasomatismului legat de carbonatiți și complexe alcalin-carbonatite depinde de numărul mare de parametri, inclusiv (1) Compoziția chimică, temperatura și pH-ul fluidelor; (2) Compoziția chimică și mineralogică a rocii de țară (protolit); (3) permeabilitatea și porozitatea rocii de țară; (4) gradient de temperatură între sursa de fluide și roca de țară, (5) raportul Fluid/rocă; (6) durata mișcării fluidului.

morfologia și geometria complexelor alcalin-carbonatite

Carbonatitele pot apărea ca vulcanici sau corpuri intruzive. Faza carbonatită vine de obicei târziu într-o serie intruzivă, după magmele de silicat alcalin. Cu toate acestea, multe carbonatite nu au roci silicate asociate. Com-plexurile Carbonatite sunt în general 2 și sunt compozite, cu intruziuni multiple atât de silicat, cât și de magmă carbonatită. Carbonatitele intruzive expuse includ dopuri mici, foi de con și diguri inelare ocazionale. Diguri plane sau roiuri de diguri atât de roci silicate, cât și de carbonatite taie în mod obișnuit întregul complex intruziv.
modelul clasic de carbonatită (Fig.4 a) propus de Garson și Smith (1958) a fost popularizat de Heinrich (1980) și Bowden (1985) și este încă în uz. Acest model se potrivește multor complexe din Africa de Est carbonatite complexe, și în altă parte:
într-o secvență tipică, ijolitul timpuriu superficial și/sau nefelina syenit dopurile sunt followed de carbonatite care taie complexul silicat anterior. Sovitele (de obicei cu peste 90% calcit) sunt cel mai frecvent tip de carbonatită în aceste complexe și pot reprezenta singurul carbonatit dintr-o localitate. Manifestările ulterioare ale activității magmatice în multe complexe sunt amplasarea digurilor sau a foilor conice de carbonatite bogate în fier, denumite colectiv ferocarbonatită. O caracteristică aproape universală a complexelor carbonatite este prezența unei aureole metaso-matice distinctive în care rocile de perete (cel mai frecvent gnais-feldspatic) au fost transformate în roci bogate în aegirină și alcaline bogate în amfiboli și, în unele cazuri, în roci bogate în K-feldspat. Rocile metasomatice sunt denumite în mod obișnuit fenite.

Fig.4: morfologia complexelor de carbonatită propusă de: (a) Garson și Smith (1958); (b) Le Bas (1987); și (c) ușor modificat de la Sage și Wat-kinson (1991) pentru a arăta natura convexă și concavă a digurilor inelare și, respectiv, a foilor conice. Din Simandl, G. J.,& Paradis, S. (2018).

modele mai recente (Fig.4 b-c) au fost propuse de Le Bas (1977, 1987) și Sage și Watkinson (1991). Modelul lui Le Bas (1987) prezintă bine relațiile de vârstă dintre unitățile litologice și evidențiază supratipăririle de tip fenitizare. Modelul produs de Sage și Watkinson (1991) afișează un număr limitat de relativ la modelul Garson și Smith (1958; cu toate acestea, descrie mai bine relația dintre edificiul vulcanic și craterul facies. Niciun model nu descrie toate asociațiile posibile de rocă întâlnite în complexele carbonatite alcaline sau este universal aplicabil. La niveluri de eroziune profundă, carbonatitele sunt frecvent asociate spațial cu roci ultramafice. La niveluri moderate, acestea sunt asociate spațial cu piroxeniți și jacupirangiți și cu ijoliți și nefeline syeniți la niveluri progresiv mai puțin adânci (Garson și 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

Calciocarbonatit (s inktvite), dominat de calcit mineral (albicios la foarte Gri deschis) și magnetit întuneric. Magnet Cove Carbonatite, Arkansas, Statele Unite ale Americii. De la James St. John

calcit-carbonatit (s inktvite) din localitatea tip. S-A IV-A, Complexul Fen, Norvegia. Din nisip Atlas

Foscorit cu magnetit (negru) și albit (alb). kovdor, Rusia. De la Xvcole des Mines de Saint-Xvtienne

Bibliografie

• Bell, K., Kjarsgaard, B. A.,& Simonetti, A. (1998). Carbonatite-în secolul XXI. Jurnalul de Petrologie, 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). Introducere în phoscorite: apariție, compoziție, nomenclatură și petrogeneză. În Foscorite și carbonatite de la manta la a mea: exemplul cheie al provinciei alcaline Kola (Vol. 10, pp. 45-74). Societatea Mineralogică Din Londra.
• Liu, Y., & Hou, Z. (2017). O sinteză a stilurilor de mineralizare cu un model genetic integrat de depozite ree găzduite de carbonatită-sienită în centura metalogenică Cenozoică mian-Ning-Dechang REE, platoul Tibetan de est, sud-vestul Chinei. Jurnalul științelor Pământului Asiatic, 137, 35-79.Mitchell, R. H. (2005). Carbonatite și carbonatite și carbonatite. Mineralogul ca-nadian, 43 (6), 2049-2068.