Лейцитсодержащие парабазальты Челябинского угольного бассейна

Шарыгин В.В., Сокол Э.В.

Институт минералогии и петрографии  СО РАН, Новосибирск, Россия

В процессе самопроизвольного горения наиболее крупных терриконов Челябинского угольного бассейна достигались температуры порядка 1000-1300^оС. При этих параметрах в зонах отвалов с восстановительным газовым режимом обжига происходило полное расплавление смеси тонкоизмельченных аргиллитов, карбонато-глинистых пород и сидеритов, что привело к появлению высокожелезистых базитовых расплавов (Сокол и др., 2001). В ходе их раскристаллизации в сухих восстановительных средах (fO₂=10^-9-10^-12 и T=1200-1000^оС) при общем давлении, близком к 1 атм., сформировались техногенные базитовые паралавы (парабазальты). Основными породообразующими минералами в этих породах являются плагиоклаз An_100-90, Mg-Fe-клинопироксен (диопсид, низко- и высокоглиноземистый авгит) и Mg-Fe-оливин Fo_60-15. Второстепенные фазы представлены фаялитом Fo_10-3, титаномагнетитом, алюмошпинелью, лейцитом, геденбергитом, кирштейнитом, пирротином, калишпатом, F-апатитом, ильменитом и стеклом. В качестве редких акцессорных минералов выявлены низкокальциевые пироксены (ортопироксен, пижонит), тридимит и другие полиморфы SiO₂, муллит, халькопирит, пирит, самородное железо и шунгит (Шарыгин и др. 1999).

Изучение расплавных включений и петрографические наблюдения позволили реконструировать порядок и температурные интервалы кристаллизации минералов парабазальтов: Al-шпинель ╝ плагиоклаз (1260-1125^оС) ╝ Mg-Fe-клинопироксен (1220-1160^оС), Mg-Fe-оливин (>1140^oС) ╝ лейцит (>1150^оС) ╝ Ti-магнетит, пирротин, апатит ╝ фаялит, кирштейнит, геденбергит ╝ калишпат (1060-1050^оС), ильменит (Sokol et al., 2002).

Некоторые минералы в парабазальтах характеризуются присутствием нетипичных элементов-примесей. Оливины содержат до 15 мол.% ларнитового минала, в некоторых оливинах и кирштейнитах присутствует P₂O₅ (до 0.8 мас.%), для апатита типичны высокие концентрации SiO₂ (до 6 мас.%), а калишпат обогащен BaO (до 7.5 мас.%). В процессе кристаллизации исходный парабазальтовый расплав постепенно эволюционировал в сторону риолитовых составов.

В целом, по структурно-текстурным признакам, набору минералов, их соотношению и порядку кристаллизации техногенные парабазальты Ю.Урала соответствуют малоглубинным породам основного состава. Следует отметить, что паралавы базитового состава встречаются и в природных комплексах горельников (Рават, Таджикистан; Кендерлык, В.Казахстан; Повдер Ривер, США и др.). Однако парабазальты Ю.Урала существенно отличаются от всех описанных ранее природных паралав повышенными содержаниями Al₂O₃, FeO, CaO, P₂O₅ и пониженными концентрациями SiO₂, MgO, Fe₂O₃, Na₂O.

Присутствие лейцита (до 5 об. %) и Ва-калишпата (1-2 об. %) указывает на щелочной характер парабазальтов Ю.Урала. Кроме того, изучение включений расплава в ранних минералах позволило выявить и другие фазы, характерные для щелочных пород. Так, в раскристаллизованных включениях в оливине был обнаружен кальсилит (SiO₂ - 39.1; Al₂O₃ - 29.7; FeO - 2.2; MgO - 1.2; CaO - 1.3; Na₂O - 2; K₂O - 23.9 мас. %), а во включениях в клинопироксене - нефелин (SiO₂ - 44.2; Al₂O₃ - 31.4; FeO - 0.9; CaO - 1.5; Na₂O - 13; K₂O - 8.9 мас. %) и гиалофан (SiO₂ - 44.3; Al₂O₃ - 29.2; FeO - 1; CaO - 1.3; BaO - 8.3; Na₂O - 7.3; K₂O - 7.9 мас. %). Во включениях в анортите и фаялите был идентифицирован K-Ca-полевой шпат, который не имеет аналогов в природных магматитах (SiO₂ - 55.1-61.8; Al₂O₃ - 20.5-25.6; FeO - 0.4-3; CaO - 8.7-9.3; BaO - 0.1-0.6; Na₂O - до 0.5; K₂O - 4.2-8 мас. %). Следует отметить, что лейцит, нефелин и K-Ba полевой шпат были выявлены в акцессорных количествах и в некоторых природных паралавах (McLintock, 1932; Cosca et al., 1989).

Лейцитсодержащие паралавы Челябинского угольного бассейна являются все-таки техногенными образованиями, хотя роль человека здесь минимальна и заключалась только лишь в создании террикона. Появление этих пород ярко иллюстрирует возможность зарождения калиевых щелочных расплавов в приповерхностных условиях за счет полного плавления осадочного субстрата. Такой же процесс генерации и эволюции щелочных расплавов вполне возможен и в природных комплексах горельников.

Сокол Э.В., Калугин В.М., Шарыгин В.В., Нигматулина Е.Н. (2001): Происхождение железистых паралав. Материалы конференции ╚Минералогия техногенеза-2001╩, Миасс: Имин УрО РАН, с. 148-170.

Шарыгин В.В., Сокол Э.В., Нигматулина Е.Н., Лепезин Г.Г., Калугин В.М., Френкель А.Э. (1999): Минералогия и петрография техногенных парабазальтов Челябинского буроугольного бассейна. Геология и геофизика, т. 40, ╧ 6, с. 896-915.

Cosca M.A., Essene E.J., Geissman J.W., Simmons W.B., Coates D.A. (1989): Pyrometamorphic rocks associated with naturally burned coal beds, Powder River Basin, Wyoming. Amer. Miner., v.74, p. 85√100.

McLintock W.E.P. (1932): On the metamorphism produced by the combustion of hydrocarbons in the Tertiary sediments of southwest Persia. Mineral. Mag., v. 23, p. 207-226.

Sokol E., Sharygin V., Kalugin V., Volkova N., Nigmatulina E. (2002): Fayalite and kirschsteinite solid solutions in melts from burned spoil-heaps, South Urals, Russia. Eur. J. Mineral., v. 14, no. 4, p. 795-808.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант 05-05-65036).