Герцинит из щелочно-глиноземистых пород фенитизированных ксенолитов в Хибинском массиве (Кольский полуостров)
как минералогический индикатор
Яковлева О. С., Пеков И. В., Кононкова Н. Н.
Геологический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, г. Москва, e-mail: mineral@geol.msu.ru
Ксенолиты высокоглиноземистых пород, достигающие нескольких километров в длину, достаточно многочисленны в Хибинском щелочном массиве на Кольском полуострове. Они находятся на периферии ядра массива и представляют собой, скорее всего, останцы кровли. Эти образования весьма своеобразны в минералогическом отношении и на протяжении последних 35 лет систематически изучаются. Сводки по минералам этих образований можно найти в монографиях [1, 3, 5]. Главная составляющая ксенолитов √ тонкозернистые породы, обычно называемые роговиками и сложенные щелочными полевыми шпатами, слюдами, андалузитом, силлиманитом, членами ряда кордиерит√секанинаит и др. В них развиты жилы и неправильной формы участки, в которых индивиды этих и целого ряда других минералов (нефелин, содалит, корунд, герцинит, ильменит, хризоберилл, рутил, циркон, альмандин и др.) имеют более крупные (до первых см) размеры. С этими образованиями связаны такие необычные для агпаитовых интрузивных комплексов минералы, как самородное железо, фаялит, фрейденбергит, кричтонит, топаз, бромеллит и ряд других [1-5]. Возникновение данных пород большинство исследователей связывает с ороговикованием и фенитизацией глиноземистых метаосадков под воздействием окружающих нефелиновых сиенитов [1, 3].
Объектом настоящего исследования стал герцинит из пород крупного ксенолита, обнажающегося в верховьях Свинцового ручья на одном из отрогов горы Кукисвумчорр. Этот объект кратко охарактеризован в [5] под номером 52; здесь на рубеже 1970-х√80-х гг. проводились поисково-оценочные работы на синий благородный корунд и, была пройдена серия канав, в которых по сей день доступны для наблюдения различные минеральные ассоциации, связанные с ксенолитом.
Герцинит √ единственный представитель группы шпинели, встреченный на сегодняшний день в пределах этого ксенолита. Его количество в некоторых породах здесь весьма велико. Впервые для Хибин герцинит был найден в керне скважины 558 у оз. Малый Вудъявр [4]; позже установлено, что этот минерал характерен для большинства ксенолитов высокоглиноземистых пород массива и в частности для ксенолита на Свинцовом ручье [1, 3, 5].
В пределах данного объекта герцинит находится в ассоциациях двух типов, различаясь по размерам индивидов, морфологии и цвету. В микрокристаллической корунд-нефелин-герцинит-полевошпатовой породе содержание этого шпинелида подчас достигает 40%, т. е. он оказывается среди главных породообразующих минералов. Здесь герцинит представлен слегка округленными изометричными зернами черного, реже темного красновато-фиолетового цвета, с пластинками синего корунда (обр. ╧╧ 1/13-1, 1/13-2) последний в значительном количестве (не превышающими в размерах 1 мм (образцы ╧╧ 1/13-1, 1/13-2, 1/12, 1/5, хх, 1/14). Содержания главных минералов в такой породе существенно варьируют: встречены как преимущественно полевошпатовые разности, так и "роговики" с приблизительно равными количествами герцинита, нефелина и K-Na полевого шпата. В сходной породе (до 25%) включает в себя микрозерна герцинита.
Нередко наблюдаются породы, где описываемый шпинелид входит практически только в состав герцинит-нефелиновых гнезд, причем его зерна слагают в этих гнездах 20-30, а иногда до 40 об. % (обр. ╧ 1/14); иногда в этих гнездах содержится и корунд.
Вторым типом герцинитсодержащих ассоциаций являются биотит-герцинит-нефелин-полевошпатовые прожилки в микрозернистых "роговиках" (обр. ╧╧ 1/13-1, 1/13-2, 1/5, 1/8, 1/3аб, 1/11). Здесь индивиды минерала значительно крупнее √ до 4 мм. На контакте прожилков с тонкозернистым "роговиком" (обр. ╧╧ 1/13-1, 1/13-2) они постепенно уменьшаются в размере. Герцинит здесь представлен как грубыми, так и прекрасно образованными октаэдрическими кристаллами темного фиолетово-бордового или черного цвета. Нередки черные оторочки вокруг кристаллов корунда, находящихся в основном среди нефелина. Содержание герцинита в прожилках сильно варьирует (от 0 до 40%).
В крупнозернистой существенно полевошпатовой породе прожилков встречаются включения пород описанного выше первого типа (обр. ╧╧ 1/12, 1/5), отличающиеся как по размеру зерен минералов, так и по более темному цвету. Эти скопления достигают в размере 0.8 х 2.5 см.
В крупнозернистой герцинит-слюдяно-полевошпатовой породе нередки кристаллы герцинита в биотитовой рубашке (обр. ╧ 1/11), а также концентрически-зональные индивиды. Для них зафиксированы перерывы в росте, во время которых герцинит обрастал полевым шпатом.
Химический состав нашего герцинита (9 образцов) изучен электронно-зондовым методом, формулы рассчитаны на сумму 3 атомов металлов (катионов), соотношение двух- и трехвалентного железа вычислено по балансу зарядов для O4. Минерал из всех ассоциаций близок по составу к идеальному герциниту FeAl2O4:
1/13-1. (Fe2+0.95Mn0.015Mg0.01Zn0.01)∑0.985(Al1.96Fe3+0.05)∑2.01O4.
1/13-2. (Fe2+0.99Mn0.02Mg0.01Zn0.01)∑0.985(Al1.95Fe3+0.06)∑2.01O4.
хх. (Fe2+0.93Mn0.04Mg0.02Zn0.01)∑1.00(Al1.88Fe3+0.12)∑2.00O4.
1/14. (Fe2+0.98Mn0.01Zn0.005)∑0.995(Al1.93Fe3+0.06Ti0.01)∑2.00O4.
1/5. (Fe2+0.90Mg0.05Mn0.04Zn0.005)∑0.995(Al1.73Fe3+0.26Ti0.01)∑2.00O4.
1/8. (Fe2+0.94Mg0.01Mn0.02)∑0.96(Al1.94Fe3+0.08)∑2.02O4.
1/3аб. (Fe2+0.93Mn0.04Mg0.02Zn0.01)∑1.00(Al1.92Fe3+0.08)∑2.00O4.
1/11. (Fe2+0.86Mg0.07Mn0.06Zn0.01)∑1.00(Al1.93Fe3+0.07)∑2.00O4.
Как можно видеть, главные катионы в герцините Свинцового ручья √ двухвалентное железо и алюминий. В качестве примесных компонентов изученные образцы содержат магний, марганец, цинк, а из трехвалентных примесных катионов присутствует только железо; в двух образцах (1/14, 1/5) обнаружен титан. Содержание примесей очень незначительно, что отличает наш минерал от обогащенного Mg и Mn герцинита из ксенолита у оз. Малый Вудъявр [4] и цинкистой разновидности герцинита из ксенолита на г. Эвеслогчорр [5]. В целом, наши данные по составу кукисвумчоррского герцинита весьма близки к результатам, опубликованным для образцов из этого же места З. В. Шлюковой [3].
При построении треугольника составов в координатах двухвалентных элементов-примесей √ Mg, Mn и Zn √ оказалось, что изученные образцы герцинита разбиваются на два поля. В первое поле попадают образцы ╧╧ 1/13-1, 1/13-2, 1/5, 1/8, 1/3аб; второе поле формируют образцы герцинита ╧╧ 1/11, хх, 1/14. Герцинит из первого поля характеризуется практически полным отсутствием цинка и приблизительно равными содержаниями магния (0.01-0.07 ф. е.) и марганца (0.015-0.06 ф. е.), при незначительном преобладании последнего. В образцах из второго поля марганца (0.01-0.04 ф. е.) заметно больше, чем магния (0.00-0.02 ф. е.), а цинка также очень мало (0.00-0.01 ф. е.). К определенным типам ассоциаций эти поля не приурочены. В целом же, учитывая незначительные содержания примесных компонентов, можно заключить, что от ассоциации к ассоциации состав герцинита почти не меняется.
Герцинит представляется нам одним из лучших минералогенетических индикаторов, позволяющих с большой долей вероятности реконструировать важные особенности состава протолита рассматриваемых щелочно-глиноземистых пород и некоторые черты химизма процесса фенитизации. Хорошо известно, что состав шпинелидов реагирует на окислительно-восстановительные условия, а также на активности в минералообразующей среде S2- и ряда входящих в их состав катионов: Zn, Mg, Mn (в первую очередь благодаря сильному структурному сродству к Fe3+ и Zn). Таким образом, обедненность нашего герцинита трехвалентным железом при очень высоком содержании двухвалентного четко указывает на резко восстановительную обстановку формирования содержащих его щелочно-глиноземистых пород. При фенитизации протопород ксенолита Свинцового ручья активность S2- была низка: здесь очень мало сульфидов. Оба этих вывода хорошо подтверждаются и находкой в данном объекте самородного железа [5]. Незначительное содержание в герцините цинка при отсутствии в ассоциации сфалерита (и низком потенциале сульфидной серы) четко говорит о том, что протолит был обеднен цинком изначально. Мало в нем было и магния: ранее опубликованные [5] и наши данные говорят, о том, что не только герцинит, но и триоктаэдрические слюды ксенолита на Свинцовом ручье существенно глиноземисто-железистые.
Изучение тесных ассоциаций герцинита с другими минералами дает информацию о характере протолита. Самыми интересными в этом аспекте представляются герцинит-нефелиновые гнезда, в которых среднее отношение нефелина к герциниту близко к 2 : 1. Нельзя исключить, что они образовались при фенитизации на месте скоплений ставролита √ минерала с идеализированной формулой Fe2+2Al9Si4O23(OH). Преобразование его при калий-натриевом метасоматозе в агрегат нефелина и герцинита (с подчиненным количеством корунда) может происходить по схеме: Fe2+2Al9Si4O23(OH) + 4(Na,K) → 4(Na,K)AlSiO4 + 2FeAl2O4 + 0.5Al2O3. Как можно видеть, молекулярное отношение возникающих в этом случае нефелина и герцинита составляет как раз 2 : 1. Лимитирующим компонентом здесь выступает Si (его исходное количество определяет максимально возможное количество возникающего нефелина √ низкокремнистого алюмосиликата), а избыток металлов √ Al и Fe √ "сбрасывается" в виде оксидов. Можно считать, что состав двухвалентных катионов герцинита (Fe, Mg, Zn, Mn), скорее всего, будет соответствовать составу двухвалентных катионов исходного ставролита. Аналогичной может быть схема формирования распространенных в изучаемых ксенолитах корунд-нефелиновых ассоциаций, только ставролит в этом случае следует заменить одной из модификаций Al2SiO5 √ силлиманитом, андалузитом или, что вероятнее, кианитом: Al2SiO5 + (Na,K) → (Na,K)AlSiO4 + 0.5Al2O3. Большое количество натрий-калиевого полевого шпата √ главного минерала щелочно-глиноземистых пород хибинских ксенолитов √ может быть результатом фенитизации агрегатов мусковита и кварца. Таким образом, мы реконструируем протопороду, состоящую в основном из мусковита, кварца, кианита и ставролита (возможно, с биотитом и/или альмандином), где главными химическими компонентами, кроме O и H, являются Al, Si и Fe, а других элементов, в т. ч. Mg, относительно мало. Такие породы докембрийского возраста, возникшие при метаморфизме глинистых осадков, широко распространены на Кольском полуострове, особенно в районе Кейв. Из предложенной палеоминералогической реконструкции вытекает, что именно кварц-ставролит-кианит-мусковитовый сланец с наибольшей вероятностью и был исходной породой ксенолита на Свинцовом ручье, а участки, обогащенные одновременно нефелином и оксидами √ герцинитом и корундом √ маркируют те места, где в нем находились богатые скопления высокоглиноземистых силикатов.
Литература
1. Костылева-Лабунцова Е.Е., Боруцкий Б.Е., Соколова М.Н., Шлюкова З.В., Дорфман М.Д., Дудкин О.Б., Козырева Л.В., Икорский С.В. Минералогия Хибинского массива. М., Наука, 1978. Т. 1: 228 с. Т. 2. 586 с.
2. Меньшиков Ю.П., Пахомовский Я.А., Яковенчук В.Н. Кордиерит и секанинаит из ксенолитов Хибинского массива // ЗВМО, 2001, ╧ 1. С. 91-99.
3. Шлюкова З.В. Минералогия контактовых образований Хибинского массива. М.: Наука, 1986. 97 с.
4. Шлюкова З.В., Добровольская М.Г., Кузьмина О.В., Молева В.А. Находка герцинита в Хибинском массиве // ЗВМО, 1973, ╧ 5. С. 342-347.
5. Yakovenchuk V., Ivanyuk G., Pakhomovsky Ya., Men'shikov Yu. Khibiny Apatity, Laplandia Minerals Ltd, 2005. 468 p.
Таблица 1
Содержания катионов в герцините с г. Кукисвумчорр
Катион | Содержание, формульные единицы |
Fe2+ | 0.82-1.00 |
Al | 1.73-1.98 |
Mg | 0.00-0.07 |
Mn | 0.01-0.06 |
Zn | 0.00-0.01 |
Fe3+ | 0.03-0.26 |
Ti | 0.00-0.01 |
Подпись к рисунку. К статье Яковлевой.
Рис. Соотношения магния, марганца и цинка в герцините из ксенолита на свинцовом ручье (Хибинский массив).
зеркало на сайте "Все о геологии"
зеркало на сайте "Все о геологии"