Автореферат на тему: "Петрология обыкновенных хондритов"

Зиновьева Н.Г.

Кафедра Петрологии МГУ

3. Петрографическое описание хондр обыкновенных хондритов.

В работе исследовались метеориты Ракиты I(3)1, Саратов II(4), Fucbin III(6), Бердянск III(6), Tuan Tuc III(5-6) и Yamato-74417 I(3) (группа L) и метеориты Yamato-82133 I(3), Рагули II(3.8), Оханск II(4) (группа Н), по которым приводятся как опубликованные [12, 13, 17, 22, 23, 48, 54], так и неопубликованные данные, а также используется литературный материал по другим обыкновенным хондритам [Барышникова и др., 1982, 1986; Додд, 1986; Лаврухина, 1989; Ярошевский, 1993; Brearley and Jones, 1998; Bridges, 1997; Dodd, 1978; Jones and Scott, 1989; Jones, 1994, 1996; Krot and Rubin, 1994, 1995; Krot et al., 1997a; Kurat, 1969; Lux, 1980, 1981; McSween, 1977; Nagahara, 1981; Perron et al., 1990, 1992; Radomsky and Hewins, 1990; Rambaldi, 1981; Rambaldi and Wasson, 1981, 1982; Rubin and Wasson, 1987; Rubin et al.,1982; Sears et al., 1995; Takeda et al., 1984; Wasson et al., 1995; Watanabe et al., 1984; Zanda et al., 1994 и многие другие].

Для построения петрологической модели эволюции хондритового вещества в родительских телах обыкновенных хондритов исследование хондр проводилось в двух направлениях: изучение хондр хондритов с равновесными составами силикатов, сцементированных как плагиоклазом (тип III), так и существенно полевошпатовым стеклом (тип II), и хондритов, обладающих зональными силикатами, заключенными в полевошпатовое стекло (тип I).

Фиг. 1. Особенности строения хондр и матрицы обыкновенных хондритов I,II и III типов.

В структурном отношении хондры исследованных хондритов, относящихся к различным группам (LL, L, H) и типам (I, II, III), подобны друг другу (фиг. 1), несмотря на то, что составы хондровых силикатов принципиально отличаются как по гомогенности (I, II, III), так и по железистости (LL, L, H). Все химическое и структурное разнообразие хондр LL, L и H-хондритов I, II и III типов сводится, главным образом, к следующим группам хондр:

существенно оливиновым (Px < 10 об.%) - порфировым (PO и, в случае присутствия шпинели, PSO), колосниковым (BO) и зернистым (GrO);

пироксен-оливиновым - порфировым (PPO, POP), колосниковым (BPO, BOP), радиальным (RPO, ROP) и зернистым (GrPO, GrOP);

существенно пироксеновым (Ol < 10 об.%) - порфировым (PP), радиальным (RP), колосниковым (BP) и тонко- (FGrP) и грубозернистым (CGrP), также следует отметить, крайне редко встречающиеся порфировые и радиальные кварц2-пироксеновые хондры (SiPx);

стеклянным (Gl) (нормативно полевошпатовым) с незначительным количеством вкрапленников оливина и пироксена.

Многообразие составов хондр хондритов различных типов (I, II и III) и химических групп (LL, L и H) показано

Фиг. 2. Петрохимическая диаграмма хондр обыкновенных хондритов

на диаграмме (фиг. 2), отражающей соотношение кислотного (SiO₂) и щелочных (Na₂O + K₂O) компонентов хондр и позволяющей подразделить их на ультрамафитовые хондры (фиг. 2, поле I), меланократовые плагиоклазовые (фиг. 2, поле II) и на хондры с избытком кремнезема (кварц-пироксеновые, фиг. 2, поле IV). Следует отметить, что составы стеклянных хондр и некоторые оливиновые колосниковые хондры (фиг. 2, поле III) попадают в область, соответствующую земным субщелочным породам. Они характеризуются необычным парагенезисом магнезиальных оливинов и ортопироксенов с довольно кислым стеклом3 или кислым плагиоклазом, а иногда и ортоклазом. Хондры с избыточным кремнеземом и субщелочные хондры встречаются редко, наиболее распространенными являются хондры нормальной щелочности как относительно богатые полевошпатовым стеклом или плагиоклазом, так и практически лишенные их. Диапазон изменения составов наиболее часто встречающихся хондр ограничен магнезиальными разностями ультраосновных пород, варьируя от оливиновых (практически не содержащих пироксена, но часто обогащенных самородным железом или хромшпинелидами) через оливин-пироксеновые до пироксеновых.

Крайние члены этого ряда всегда образуют резко обособленные от матрицы хондры как в хондритах I (фиг. 1а) и II (фиг. 1б) типов, где хондры обрамлены тонкозернистой силикатной (I) или преимущественно металлической (II) матрицей, так и в хондритах III (фиг. 1в,г) типа, где матрица имеет существенно силикатный состав. Пироксен-оливиновые хондры в хондритах I и II типа также имеют резкие границы, а в III типе их границы часто бывают затушеванными. На границах четко обособленных хондр наиболее ярко проявлены признаки их ликвационного образования, к которым следует отнести: 1) капельное, часто эллипсоидальное строение хондр, вытянутых по направлению общей флюидальности; 2) присутствие сложных хондр, имеющих форму слипшихся капель, в перемычке которых кристаллизующиеся фазы растут внутрь обеих хондр, и 3) наличие четкой границы раздела хондра - матрица, часто фиксируемой развитием мономинеральной каймы, в которой виден рост минералов перпендикулярно границе как внутрь хондры, так и в сторону матрицы. В хондритах III типа на границе существенно оливиновых и существенно пироксеновых хондр с матрицей рост отдельных минералов матрицы и их тонкозернистого агрегата происходит от границы раздела хондра - матрица, что свидетельствует о наличии этой границы до начала кристаллизации расплава (фиг. 1г).

Оливиновые хондры характеризуются зернистыми (при минимуме кремнезема) и стекловатыми структурами. В пределах каждого хондрита II и III типов железистость оливина постоянна и определяется его принадлежностью к определенной химической группе (LL, L и H). В хондритах I типа оливин резко зонален как правило он обладает прямой, но иногда и сложной (от обратной к прямой) зональностью. Интерстиции между кристаллами оливина заполнены стеклом плагиоклазового состава (в I и II типах), в котором слабо развит тонкоигольчатый клинопироксен, или плагиоклазом (в III типе).

Колосниковые хондры как правило более мелкие, для этих хондр ортопироксен не характерен и оливин является единственной ликвидусной фазой, продолжающей свой рост в ходе резкого переохлаждения, чем и определяется балочный характер структуры. Зародышеобразование клинопироксеновой фазы явно происходило в переохлажденном расплаве. Колосниковые хондры обычно обогащены сульфидно-металлическими фазами, хромитом или хромшпинелидом (фиг. 1б). Последний, как правило, равномерно распределен в плагиоклазовом стекле интерстиций, но в хондритах II и III типа он иногда образует своеобразные скопления удлиненной "игольчатой" формы. При больших увеличениях видно, что скопления хромшпинелида структурно напоминают продукт распада твердого раствора протокристаллической фазы, по валовому составу отвечающей сложному жадеит-юриит-содержащему пироксену, распадающемуся на удлиненные таблитчатые кристаллы хромшпинелида и плагиоклаз, более натровый, чем вмещающее их стекло. В хондритах I типа подобный пироксен не обнаружен.

Более крупные оливиновые хондры обладают порфировой структурой, где изометричные кристаллы равномерно распределены по всей хондре и цементируются плагиоклазовым стеклом или плагиоклазом с небольшим содержанием игольчатого клинопироксена. Хромит, троилит и никелистое железо образуют в порфировых хондрах всех трех типов ликвационные капельные обособления и, в основном, скапливаются в краевых или центральных частях хондр, образуя гантелевидные структуры слияния двух - трех капель, в чем проявляется тенденция к укрупнению ликвационных обособлений силикатной и сульфидно-металлической составляющих расплава хондр. Частое присутствие хромитовой фазы в оливиновых хондрах делает их сопоставимыми с дунитовыми дифференциатами ультрамафитов, с характерным для них хромитовым оруденением.

Фиг. 3. Диаграмма состав-парагенезис хондр обыкновенного хондрита Рагули Н (II тип).

Пироксеновые хондры дискретно отличаются по соотношению SiО₂ и MgО+FeО (фиг. 3) и характеризуются либо тонкозернистой, почти не содержащей плагиоклазов, либо (по мере смещения составов к вершине Al₂О₃) колосниковой, радиально-лучистой и порфировой структурами. Среди пироксенов резко преобладает ортопироксен, состав которого определяется принадлежностью хондрита к определенной химической группе. Состав пироксенов в хондритах I типа крайне неоднороден, обычно он варьирует от чисто магнезиальных (в ядрах зерен) до железистых (в краевых частях хондр) разностей. Хондры данной группы также, как и оливиновые, резко обособлены во всех типах хондритов. На фиг. 1г хорошо видно, что даже в хондритах III типа, для которых характерно затушевывание хондритовой текстуры, силикатный матричный материал окружающий пироксеновую хондру (Fucbin LIII(6)) приспосабливается к ее форме, а отдельные минералы растут от границы раздела хондра - матрица вглубь матрицы. Тонкозернистая структура пироксеновых хондр отражает условия интенсивного переохлаждения, когда скорость зародышеобразования пироксена превышает скорость роста его кристаллов, и свидетельствует о времени начала кристаллизации расплавов подобных хондр в ходе переохлаждения.

Среди пироксеновых хондр четко выделяются ортопироксеновые хондры с типичной радиальной структурой (более крупнокристаллические), в которых узкие балки пироксенов расходятся веером из одного или нескольких центров кристаллизации на границе хондры. Характерны также колосниковые структуры, в которых удлиненные колосники пироксена, либо пересекают всю хондру параллельными лентами, либо делят ее на отдельные блоки, балки пироксена в которых ориентированы в различных направлениях, при сохранении их субпараллельности в пределах каждого блока. В отдельных хондрах между ортопироксеновыми балками, приспосабливаясь к ним, в стекле кристаллизуется игольчатый клинопироксен. Подобные структуры характерны для переохлажденных силикатных расплавов, где ортопироксен является ликвидусной фазой, зародышеобразование которой предшествовало переохлаждению. Этим радиальные и колосниковые хондры отличаются от мелкозернистых хондр, где, судя по структуре, и орто- и клинопироксен кристаллизуются одновременно в условиях переохлаждения. Повышение содержания глинозема и щелочей в составе пироксеновых хондр расширяет область кристаллизации ортопироксена, а клинопироксен присутствует здесь лишь как игольчатая фаза стадии интенсивного переохлаждения. Обогащение состава хондр глиноземом и щелочами ведет к увеличению содержания интерстиционного стекла и образованию колосниковых, радиальных и порфировых структур. Плагиоклазовое стекло имеет довольно кислый состав (с небольшим содержанием железа и магния), и практически весь кальций расплава идет на построение пироксенов. Вкрапленники ортопироксена образуют таблитчатые кристаллы с пойкилитовыми включениями оливина, который иногда создает скелетной формы зерна, кристаллизующиеся одновременно с ортопироксеном. Однако главным созидателем структур в данной группе хондр, даже при более высоком содержании оливина, является пироксен, при этом железистость ортопироксенов сохраняется постоянной для всей серии хондр хондритов II и III типов и варьирует в хондритах I типа.

Пироксен-оливиновые хондры характеризуются широким разнообразием структур. Оливин, как самая ранняя ликвидусная фаза, создает порфировый или колосниковый узор, образуя изометричные или удлиненные кристаллы, идиоморфные к остальным фазам хондры. Изометричные вкрапленники оливина формируются в хондрах с незначительным содержанием ортопироксена, который образует тонкие реакционные оторочки вокруг оливина и, как правило, имеет субкальциевый состав, причем содержание кальция увеличивается к краям зерен пироксена до 5-7 вес.% CaO. Подобные хондры обогащены плагиоклазовым стеклом с тончайшими микролитами клинопироксена.

Пироксен-оливиновые хондры хондритов II и III типов с примерно равным содержанием оливина и ортопироксена обладают грубоколосниковой структурой, причем колосники обеих фаз образуют скелетные прорастания, вытянутые в направлении максимального роста. При значительном преобладании ортопироксена над оливином формируются порфировые структуры, где вкрапленники сложены ортопироксеном с пойкилитовыми включениями оливина, иногда образуется своеобразная структура, характеризующаяся пятнистым развитием ортопироксена, зерна которого обрастают с краев клинопироксеном и явно накладываются на колосниковую структуру хондр, которая "просвечивает" через пироксеновые зерна, сохраняясь в них только в виде реликтов. Иногда в интерстиции мелких оливиновых зерен удается обнаружить захороненное стекло, более основное, чем стекло, цементирующее крупные порфировые зерна пироксена. Обычно пироксен порфировых хондр образует либо удлиненно-таблитчатые, либо изометричные зерна, проявляющие тенденцию к дендритообразованию, когда вдоль граней растущего кристалла развиваются новые зародышевые кристаллы субкальциевого пироксена. Их рост создает своеобразный "кружевной" узор, который усложняется развитием тончайших микролитов клинопироксена в интерстиционном стекле. Подобные структуры характеризуют типичный процесс кристаллизационного фракционирования силикатного расплава, прерванного резким переохлаждением, причем ранние зародышевые фазы, формирующиеся до переохлаждения расплава, продолжают свой рост и в процессе переохлаждения активно захватывая пространство в уже заданных кристаллографических направлениях, в то время как поздние фазы, зародыши которых формируются в процессе переохлаждения, обладают минимальными скоростями роста и резко отличным составом.

Две ступени кристаллизации прослеживаются во всех пироксен-оливиновых хондрах хондритов II типа и фиксируются наличием однородных фенокристаллов оливина, реакционно замещаемых пироксенами в нормальной последовательности (оливин-ортопироксен-клинопироксен), и стекловатой основной массы (колосниковой, игольчатой или симплектитовой структуры), затвердевшей в режиме быстрого охлаждения, более интенсивного, чем в хондритах III типа, где, несмотря на широкое развитие закалочных структур, стекло отсутствует и кристаллизация завершается плагиоклазом. Картина взаимоотношения фаз в обыкновенных хондритах I типа принципиально иная и гораздо более сложная, поэтому она будет детально рассмотрена в следующих разделах.