definitioner och klassificeringar

klipporna som nu kallas carbonatites beskrevs ursprungligen av Bose (1884) från den nedre Narbada-dalen i Indien, men det var inte förrän undersökningarna av H Baborigbohm (1895) vid aln Bab, Sverige, och av BR Baborigger (1921) vid Fen, i Norge, att ett magmatiskt ursprung postulerades för de karbonatbärande bergarterna finns i dessa alkaliska komplex. Inte alla var överens med detta koncept; i synnerhet förblev de mycket inflytelserika petrologerna Reginald Daly (1933) och James Shand (1943) övertygade om att dessa ”magmatiska kalkstenar” bara var megaxenoliter av sedimentärt material. Denna petrologiska uppdelning förblev tills Wyllies experimentella arbete & Tuttle (1960), som visade att kalcit kunde kristallisera som en liquidus-fas vid temperaturer så låga som 650 6cg C vid 0,1 GPA. Denna studie lät dödsstöten av kalksten syntexis hypotes (Shand 1943) för uppkomsten av underomättade alkaliska bergarter, och arbetet inledde ett decennium av förnyat intresse för karbonatiter i allmänhet (Heinrich 1966, Tuttle & Gittins 1966), framhävd av upptäckten av natrocarbonatite lavas vid Oldoinyo Lengai, Tanzania (gäst 1956, Dawson 1962).Karbonatiter definieras i IUGS-klassificeringssystemet som: ”magmatiska bergarter som består av mer än 50 modala procent primärt (dvs magmatiskt) karbonat (sensu lato) och innehåller mindre än 20 vikt.% SiO2 ”(Le Maitre 2002).beroende på det dominerande karbonatmineralet kallas en karbonatit som en kalcitkarbonatit, dolomitkarbonatit eller ferrokarbonatit, där huvudkarbonatet är järnrikt (Fig.1 a). Om mer än ett karbonatmineral är närvarande, namnges karbonaterna i ordning för ökande modala koncentrationer. Till exempel består en kalcit-dolomitkarbonatit huvudsakligen av dolomit. Om icke-väsentliga mineraler (t.ex. biotit) är närvarande kan detta återspeglas i namnet som biotit-kalcitkarbonatit.
om den modala klassificeringen inte kan tillämpas kan IUGS kemiska klassificering användas (Fig.1 b). Denna klassificering, baserad på wt.% – förhållanden dela upp karbonatiter i kalciokarbonatiter, magnesiokarbonatiter och ferrokarbonatiter. För kalciokarbonatiter är förhållandet CaO / (CaO + MgO + FeO + Fe2O3 + MnO) större än 0,8. De återstående karbonatiterna är indelade i magnesiokarbonatit och ferrokarbonatit (Woolley och Kempe 1989; Le Maitre 2002). Om SiO2-innehållet i berget överstiger 20% kallas det silikonkarbonatit. En natrokarbonatit är en speciell variation av karbonatit som huvudsakligen består av Na-K-Ca-karbonater, såsom nyerereite och gregoryite, känd från vulkanen Ol Doinyo Lengai (Tanzania).

en förfining till IUGS kemiska klassificering baserad på molära proportioner, föreslagen av Gittins och Harmer (1997), introducerar termen ferruginösa kalciokarbonatiter (Fig.1 b). Gränsen som skiljer kalciokarbonatiter från magnesiokarbonatiter och ferruginösa kalciokarbonatiter sätts till 0,75, över vilka karbonatiter innehåller mer än 50% kalcit på molär basis. Även om det inte är allmänt accepterat, används gittiner och Harmers klassificering ofta i studier av karbonatithostade malmfyndigheter (t.ex. Trofanenko et al. 2016).

Fig.1 karbonatitklassificeringar enligt (a) IUGS baserat på vikt.% (Le Maitre 2002) och (b) Gittins och Harmer (1997) baserat på molära proportioner. C / CMF är det molära förhållandet mellan CaO/; FeO* uttryckt som molar FeO om både FeO och Fe2O3 bestäms. Från Simandl, gj, & Paradis, S. (2018).

En mineralogisk-genetisk klassificering av karbonatiter föreslogs av Mitchell (2005). Hans referenspapper pekar på fallgropar i IUGS-klassificeringen och delar upp karbonatiter i primära karbonatiter och karbotermiska rester. Termen karbohydrotermisk karbonatit definieras av Woolley och Kjarsgaard (2008b) som karbonatit som utfälldes vid subsolidustemperaturer från en blandad CO2-H2O-vätska som kan vara antingen CO2-rik (dvs. karbotermisk) eller H2O-rik (dvs. hydrotermisk).

ursprung för karbonatiter

det finns för närvarande tre huvudhypoteser som förklarar ursprunget för karbonatitsmältningar:
(1) oblandbar separation av föräldra kolsyrade silikatmagmas vid jordskorpans eller manteltryck.
(2) kristall fraktionering av föräldra kolsyrade silikat magmas såsom olivin melilitites eller kamafugites.
(3) låg grad partiell smältning av kolsyrad mantel peridotit Under 70 km djup.hypoteser som åberopar eller stöder en möjlig härledning av karbonatiter från jordskorpan, eller från jordens mantel med något jordskorpans bidrag, har också föreslagits. Vidare föreslår en ny studie baserad på borisotoper av karbonatiter över hela världen att även om de flesta karbonatiter kan ha sitt ursprung i den övre manteln, yngre karbonatiter (
men oavsett deras formationssätt är de flesta forskare överens om att alka-lis (Na och K) spelar en viktig roll i uppkomsten av kalcit och dolomitbilbonatiter och ferrokarbonatitintrång. Betydelsen av alkalier i uppkomsten av karbonatiter överensstämmer med studier av låg temperatur (2o och K2O, 4,5 wt.% F, 5,7 vikt.% Cl, cirka 15 vikt.% Ca, och mindre än 1 vikt.% kombinerad Mg och Fe. Petrografisk och geokemisk evidence från extrusiva karbonatiter, liksom bevis från påträngande karbonatiter tyder på att kalcit – och dolomitrika karbonatiter är rester eller kumulat som avlägsnas från alkalibärande (måttligt alkaliska) smälter.

tektonisk inställning

de flesta karbonatiter och alkaliska karbonatitkomplex placeras i kontinent (88% cratonic, 10.5% icke-kratoniska) inställningar (Fig.2) i arkeiska och proterozoiska bergarter, eller i Fanerozoiska bergarter som ligger under en prekambrisk källare.

Fig.2: huvudsakliga globala förekomster av karbonatiter och karbonatitrelaterade REE-positioner i världen. Från Liu, Y., & Hou, Z. (2017).

Karbonatiter bildas i töjningstektoniska inställningar, längs stora linjära trender som återförs till storskaliga frakturzoner inom plattan, i samband med domingfunktioner (skorpbågning) eller i förhållande till plattfönster i subduktionsplattor. Länken mellan dessa tektoniska drag och intensiv magmatisk aktivitet innebär att många bilbonatiter också är tidsmässigt och rumsligt relaterade till stora magmatiska provinser. Karbonatiter i orogena inställningar kallas ibland post-collisional (Chakmouradian et al. 2008). Detta är en olycklig term eftersom karbonatiter som finns i orogena inställningar kan ha placerats före en övergång från extensional till compressional tektoniska regimer, eller under post-orogen ex-tensional avkoppling och kollaps före dynamo-termisk metamorf klimax.Karbonatiter identifieras i tre oceaniska öregioner: (1) Kanarieöarna; (2) Kap Verdeöarna och (3) Kerguelenöarna; som alla ligger på den afrikanska kontinenten. Det är dock möjligt att dessa öar är underlain av rester av kontinental litosfär strandsatta under drift av den afrikanska plattan.

Karbonatitassocierade igneösa bergarter

nästan alla karbonatiter är associerade med alkaliska komplex. Över hela världen är endast 24% av karbonatitstenar inte en del av alkaliska karbonatitkomplex. En num-ber av distinkta karboatit-silikat bergföreningar förekommer som inkluderar melilitit-s exceptionalvite, nephelinite-s exceptionalvite, pyroxenit-s exceptionalvite, och olivinrika ultrabasiter-dolomitisk karbonatit. Förhållandena mellan karbonatiter och deras associerade silikatstenar är komplexa och är fortfarande inte helt förstådda. Huruvida båda smältorna genererades från samma föräldramagma, eller om båda genererades oberoende av varandra, är fortfarande ett av de grundläggande problemen i karbonatit petrogenes.
Phoscorites: Phoscorites är magnetit, olivin, apatit bergarter vanligtvis förknippas med karbonatiter (Le Maitre 2002) och ultramafiska bergarter av alkaliska-karbonatit komplex. I vissa fall finns det gradering mellan ultramafiska stenar och foskorit.
definitionen som presenteras av Le Maitre (2002):” en magnetit, olivin, apatitsten som vanligtvis förknippas med karbonatiter”, är mycket restriktiv eftersom olivin ofta retrograderar till pyroxen, amfibol och serpentin. En mycket bredare definition och klassificering av foskoriter är förankrade i rysk litteratur (t.ex. Yegorov 1993; Krasnova et al. 2004) och föreslår att foskorit bör definieras om som en”plutonisk ultramafisk sten bestående av magnetit, apatit och en av silikater, forsterit, Diopsid eller phlogopite”. Termen phoscorite är en mnemonic, härledd ursprungligen från namnet på Phosphate Development Corporation och hänvisar till magnetit-olivin-apatit stenar ringer Loolekop karbonatit kroppen av Phalaborwa komplex, Sydafrika.

Alkali metasomatism

de flesta påträngande karbonatiter, alkaliska karbonatitkomplex och många agpaitiska och miaskitiska alkaliska intrång omges av landsten som påverkas av intrångsrelaterad metasomatism. Metasomatism definieras som: ”en fast tillståndsprocess genom vilken en bergs kemiska sammansättning förändras på ett genomgripande sätt och som innefattar införande och/eller avlägsnande av kemiska komponenter som ett resultat av bergets interaktion med vätskor”.
alkalimetasomatismen som kännetecknar de flesta karbonatiterkomplex är känd som fenitisering eller fenitiseringstyp metasomatism. Fenitisering – typ meta-somatism består vanligen av desilication åtföljd av tillsatsen av Na, K, Fe3+, Sac, Sac, Sac Al till värdstenen som omger karbonatiter eller karbonatit-alkaliska komplex. Andra element som kan introduceras i countryrock av fenitiseringstyp metasomatism är Ba, Nb, Sr, Sc, Rb, Zn, V och i vissa fall REE och Nb. Sådan metasomatism kan manifestera sig genom utvecklingen av Na-och K-amfiboler, aegirin-augit, K-fältspat, albit, pertit, mesopertit, an-tipertit, nefelin och ljusbrun glimmer och albit (Fig.3).

Fig.3: Schematisk representation av bi-metasomatisk fenitiseringstyp interaktion mellan karbonatitsmältning och relaterade vätskor med countryrock. Riktning för migrering av element indikeras med pilar. Mineraler som vanligtvis observeras i lantsten som påverkas av fenitiseringstyp metasomatism listas. Från Simandl, gj, & Paradis, S. (2018).

omfattningen och intensiteten av metasomatism relaterad till karbonatiter och alkaliska karbonatitkomplex beror på ett stort antal parametrar inklusive (1) kemisk sammansättning, temperatur och pH hos vätskorna; (2) kemisk och min-eralogisk sammansättning av Landrock (protolith); (3) permeabilitet och porositet hos landstenen; (4) temperaturgradient mellan vätskekällan och landstenen, (5) vätska/bergförhållande; (6) varaktighet för vätskerörelse.

morfologi och geometri för alkaliska karbonatitkomplex

Karbonatiter kan förekomma som vulkaner eller påträngande kroppar. Karbonatitfasen kommer vanligtvis sent i en påträngande serie, efter alkaliska silikatmagmas. Många karbonatiter har emellertid inte associerade silikatstenar. Karbonatitkomplexer är i allmänhet 2, och är sammansatta, med flera intrång av både silikat-och karbonatitmagma. Exponerade påträngande karbonatiter inkluderar små pluggar, Konark och enstaka ringdikar. Plana vallar eller vallsvärmar av både silikatstenar och karbonatiter skär vanligtvis hela påträngande komplexet.

den klassiska karbonatitmodellen (Fig.4 A) föreslagen av Garson och Smith (1958) populariserades av Heinrich (1980) och Bowden (1985) och används fortfarande. Denna modell passar många komplex från östra Afrika karbonatiter komplex, och på andra håll:
i en typisk sekvens, grunda tidiga ijolit och/eller nefelinsyenit pluggar är followed av karbonatiter som skär den tidigare silikat komplex. Soviter (vanligtvis med över 90% kalcit) är den vanligaste typen av karbonatit i dessa komplex och kan representera den enda karbonatiten på en ort. De senare manifestationerna av magmatisk aktivitet i många komplex är placeringen av vallar eller Konark av järnrika karbonatiter, kollektivt kallade ferrokarbonatit. En nästan universell egenskap hos karbonatitkomplex är närvaron av en distinkt metaso-matisk aureole där väggstenarna (oftast kvartzo-feldspatisk gnejs) har omvandlats till aegirinrika och alkaliska amfibolrika bergarter, och i vissa fall till K-fältspatrika bergarter. De metasomatiska klipporna kallas vanligtvis feniter.

Fig.4: morfologi av karbonatitkomplex som föreslagits av: (A) Garson och Smith (1958); (b) Le Bas (1987); och (c) något modifierad från salvia och Wat-kinson (1991) för att visa konvex och konkav natur hos ringdikar respektive Konark. Från Simandl, gj, & Paradis, S. (2018).

nyare modeller (Fig.4 b-c) har föreslagits av Le Bas (1977, 1987) och Sage och Watkinson (1991). Modellen av Le Bas (1987) visar väl åldersförhållandena mellan litologiska enheter och belyser övertryck av fenitiseringstyp. Modellen producerad av Sage och Watkinson (1991) visar ett begränsat antal i förhållande till Garson och Smith (1958) modell; det visar emellertid bättre förhållandet mellan vulkanbyggnaden och kraterfacierna. Ingen modell visar alla möjliga bergföreningar som påträffas i alkaliska karbonatitkomplex eller är universellt tillämpliga. Vid djupa erosionsnivåer är karbonatiter vanligtvis rumsligt associerade med ultramafiska bergarter. På måttliga nivåer är de rumsligt associerade med pyroxeniter och jacupirangiter, och med ijoliter och nefelin syeniter på gradvis grundare nivåer (Garson och 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 jacobvite), dominerad av mineralkalciten (vitaktig till mycket ljusgrå) och mörk magnetit. Magnet Cove Carbonatit, Arkansas, USA. Från James St.John

kalcit-karbonatit (s jacobvite) från typen lokalitet. S Usci, Fen Complex, Norge. Från Sand Atlas

Phoscorite med magnetit (svart) och albit (vit). kovdor, Ryssland. Från Mines de Sactubilienne

bibliografi

* Bell, K., Kjarsgaard, B. A., & Simonetti, A. (1998). Carbonatites-in i det tjugoförsta århundradet. 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., & vägg, F. (2004). Introduktion till foskoriter: förekomst, sammansättning, nomenklatur och petrogenes. I Phoscorites och carbonatites från mantel till gruva: det viktigaste exemplet på Kola Alkaliska provinsen (Vol. 10, s. 45-74). Mineralogiska Samhället London.
* Liu, Y., & Hou, Z. (2017). En syntes av mineraliseringsstilar med en integrerad genetisk modell av karbonatit-syenit-värd REE-insättningar i Cenozoic Mian-ning-Dechang ree metallogenic belt, den östra tibetanska platån, sydvästra Kina. Tidskrift för asiatiska geovetenskaper, 137, 35-79.Mitchell, R. H. (2005). Karbonatiter och karbonatiter och karbonatiter. Den Ca-nadiska Mineralogisten, 43 (6), 2049-2068.