Автореферат на тему: "Петрология обыкновенных хондритов"

Зиновьева Н.Г.

Кафедра Петрологии МГУ

3.3. Многостадийность формирования хондр в хондритах I типа.

Фиг. 9. Валовые составы порфировых хондр обыкновенных хондритов I типа

Изменение окислительной обстановки в процессе хондрообразования в хондритах I типа фиксируется не только закономерным изменением состава фаз в конкретных хондрах, но и последовательным формированием хондр, контрастно отличающихся как по составу силикатов, железоникелевых фаз и цементирующего их мезостазиса, так и по валовому составу хондр. Сопоставление валовых составов наиболее типичных порфировых оливин-пироксеновых (PO, PPO, POP, PP) хондр хондрита Yamato-82133 HI(3), обладающих прямой зональностью силикатов, выявляет присутствие двух генераций хондр (фиг. 9a), различающихся, главным образом, содержанием железа и магния. Содержания других компонентов варьируют в широких пределах, хорошо описываясь различными соотношениями оливина, пироксена и полевошпатового мезостазиса (и изменением их химических составов) в различных группах хондр. Магнезиальные хондры характеризуются более магнезиальными составами силикатов (Fa_1.2-7; Fs_1.5-3Wol_0-1) и преобладанием камасита над троилитом и тэнитом, в отличие от железистых хондр, для которых более типичны железистые силикаты (Fa_10-28; Fs_6-14Wol_1-11) и присутствие троилита и тэнита, а иногда появляется и тетратэнит. Хотя и для той, и для другой группы хондр железистость силикатов возрастает от ядерных к краевым частям порфировых вкрапленников, диапазоны вариаций железистости силикатов существенно отличаются. Сопряженно с железистостью силикатов меняется и валовая железистость хондр, на фиг. 9a отчетливо выделяются две контрастные по железистости области валовых составов хондр - магнезиальная (I) и железистая (II). В порфировых хондрах остаточный расплав расслаивается с образованием (фиг. 10а) основного и кислого мезостазисов, причем в мезостазисе краевых частей хондр и зон трещиноватости, сопровождающихся повышением железистости силикатов, повышается и содержание калия. В железистых хондрах и основной, и кислый мезостазисы незначительно подкисляются и увеличивается относительное количество кислого мезостазиса.Наличие двух, различающихся по железистости силикатов, генераций порфировых пироксен-оливиновых хондр описывалось и ранее [McSween, 1977; Scott and Taylor, 1983]. Тенденцию сопряженного изменения составов силикатов и стекол разных групп хондр нам удалось выявить при сопоставлении аналитических данных [Jones and Scott, 1989; Jones 1990; 1994; 1996] по обыкновенному хондриту Semarkona LLI(3.0). Составы оливина в магнезиальных хондрах колеблются от Fa_0.7 до Fa_2.4, а в железистых от Fa_8.6 до Fa_28.4, взаимосвязано меняются и составы интерстиционных стекол: в магнезиальных порфировых оливиновых, оливин-пироксеновых и пироксеновых хондрах отношение (Na₂O + K₂O)/CaO равняется 0.13, 0.37 и 0.44, соответственно, а в железистых оливиновых и пироксеновых хондрах (Na₂O + K₂O)/CaO = 0.39 и 0.51. Для хондрита Semarkona, также как и для Yamato-82133, валовые составы хондр, содержащих железистые силикаты, являются более железистыми, учитывая, что количество камасита в них существенно ниже (в них преобладает троилит и встречаются тэнит и тетратэнит и, иногда, пентландит) можно заключить, что они формировались в более окислительных условиях.

Фиг. 10. Составы мезостазиса различных хондр обыкновенных хондритов I типа

В отличие от обыкновенных хондритов Yamato-82133 HI(3) и Semarkona LLI(3.0), в которых порфировые хондры представлены двумя контрастными по валовым составам группами хондр, свидетельствующими о скачкообразном увеличении окислительного потенциала в процессе хондрообразования, магнезиальные и железистые пироксен-оливиновые порфировые (PO, PPO, POP, PP) хондры Yamato-74417 LI(3) образуют единую область составов (фиг. 9б), в которой отношение MgO/FeO сильно варьирует. Диапазоны железистости силикатов магнезиальных и железистых хондр (Fa_1.7-8; Fs_1.9-4.9Wol_0-1, 1-2 мас.% Al₂O₃ и Fa_5-29; Fs_2.8-22Wol_1-11, 1-11.4 мас.% Al₂O₃, соответственно), также как и валовые составы хондр, отчасти перекрываются, образуя последовательный ряд хондр, для которого характерно взаимосвязанное увеличение валовой железистости хондр, железистости хондрообразующих силикатов и никеливости железоникелевых фаз, сопровождающееся уменьшением количества камасита и основности цементирующего стекла (фиг. 10б).

Корреляция в порфировых хондрах с прямой зональностью силикатов увеличения примеси никеля в железоникелевых фазах, железистости оливина и содержания закисного железа в валовых составах хондр, с уменьшением содержания камасита в них, фиксирует усиление окислительного потенциала на окислительном этапе хондрообразования, приводящем к формированию либо двух контрастных по железистости групп хондр (Yamato-82133 HI(3) и Semarkona LLI(3.0)), либо последовательного ряда хондр, обогащающихся закисным железом (Yamato-74417 LI(3)). Следует отметить, что закономерности, продемонстрированные для конкретного типа хондр (порфировых пироксен-оливиновых) обыкновенных хондритов, справедливы и для всей совокупности хондр каждого хондрита.

Границы магнезиальных порфировых хондр с матрицей всегда резкие, тогда как у железистых хондр они иногда затушевываются из-за близости состава хондрового и матричного оливина и валовых составов, отличающихся, в основном, лишь большим количеством мезостазиса в хондрах. В случае формирования сложных хондр, внешние хондры, облекающие частично раздробленные внутренние магнезиальные хондры, как правило, являются более железистыми.

В литературе описано большое количество сложных хондр, структурные взаимоотношения которых и составы слагающих их силикатов, дают возможность проследить последовательность хондрообразования в обыкновенных хондритах. Ниже в основу разделения сложных хондр положена не структура хондр, а характер границы и близость или контрастность составов силикатов хондр, составляющих конкретную сложную хондру, так как именно они отражают в одинаковых или в различных физико-химических условиях формировались составляющие каждой сложной хондры. Сопоставление данных Дж.Т.Вассона с соавторами [Wasson et al., 1995] по 56 сложным хондрам обыкновенных хондритов I типа (рассматриваемых авторами как хондриты низких петрологических типов) с результатами петрологического изучения сложных хондр других хондритов позволило выявить следующие закономерности.

В. хондрах с близкими составами кристаллизующихся силикатов (составы силикатов либо практически одинаковые: железистость оливина варьирует в пределах ~2% Fa-составляющей, а низкокальциевого пироксена - ~2% Fs-составляющей, либо железистость силикатов внешних хондр несколько выше, чем внутренних) не обнаружены следы дробления внутренней хондры. В ряде случаев наблюдается наличие размытой границы между хондрами, а также отсутствие границы в перемычке, соединяющей гантелевидные хондры, при этом отмечается продолжение роста оливиновых балок из одной хондры в другую. Хондры, характеризующиеся близкими составами силикатов (родственные хондры по [Wasson et al., 1995]), кристаллизовались в одинаковых условиях и могли образовываться либо за счет объединения двух жидких силикатных капель расплава [Wasson et al., 1995], либо вследствие механического разделения единой капли при движении одного расплава в другом, либо в результате жидкостной несмесимости оливин-пироксенового типа в пределах "единой" двойной хондры. Явления жидкостной несмесимости в пироксен-оливиновых хондрах были рассмотрены выше на примере сложных хондр обыкновенных хондритов II типа (Рагули НII(3.8)), в которых развиты структуры "хондра в хондре" с существенно оливиновой внутренней и существенно пироксеновой внешней хондрами. В свое время именно изучение порфировых хондр, в которых внутренняя является оливиновой, а внешняя - существенно пироксеновой, позволило нам [1] понять генетические взаимоотношения оливиновых и оливин-пироксеновых хондр обыкновенного хондрита Саратов LII(4) и показать, что значительная разница в валовом составе хондр, а также наличие различающихся по составу стекол, являются признаками жидкостной несмесимости дунит-пироксенитового типа, смоделированной для хондритовой системы экспериментально под водно-водородным давлением [Маракушев и Безмен, 1983] и в вакууме [36].

Фиг. 11. Сложные хондры обыкновенных хондритов I типа

В хондрах с контрастными составами кристаллизующихся силикатов (независимые хондры по [Wasson et al., 1995]), железистость силикатов внутренней хондры обычно значительно ниже, чем внешней, граница между хондрами четкая, иногда видны следы дробления внутренней хондры. Однако имеются и обратные соотношения, когда железистость оливина (a1-TIL82408 LLI(3.4) и a3-LEW86144 LI(3.2) [Wasson et al., 1995]) во внешних хондрах ниже, чем во внутренних. На фиг. 11а ([Wasson et al., 1995], fig. 3e) видно, что маленькая колосниковая оливиновая (Fa_27.4) хондра а1 обыкновенного хондрита TIL82408 LLI(3.4) находится внутри порфировой пироксен-оливиновой (Fs_19.0; Fa_19.5) хондры, причем порфировые зерна последней явно накладываются на маленькую хондрочку, колосниковая оливиновая структура которой "просвечивает" через порфировое пироксеновое зерно, сохраняясь в нем лишь в виде реликтов. Сложная хондра a3 обыкновенного хондрита LEW86144 LI(3.2) также представляет собой внутреннюю оливиновую (Fa_16.5) колосниковую хондру, окруженную внешней порфировой пироксен-оливиновой (Fa_14.4). Как было показано выше анализ структур и изменения минерального состава конкретных порфировых пироксен-оливиновых и колосниковых хондр обыкновенных хондритов Yamato-82133 HI(3) и Yamato-74417 LI(3) выявил их двухэтапное развитие, проявляющееся в скачкообразном изменении характера зональности минералов: смене обратной зональности оливина и пироксена на прямую. Два этапа кристаллизации, проявляющиеся также в структуре и закономерном изменении состава ранних оливиновых колосниковых хондр, объяснялись резким изменением окислительно-восстановительных условий. Две, рассмотренные выше, сложные хондры (a1-TIL82408 и a3-LEW86144) являются прямым подтверждением не только двухэтапности кристаллизации, но и двух этапов хондрообразования.

Подобные реликтовые железистые колосниковые хондры встречаются довольно редко, так как их образование сменяется формированием хондр с более магнезиальными составами силикатов. Восстановительный режим хондрообразования вновь сменяется окислительным, о чем свидетельствует вытеснение магнезиальных оливинов и пироксенов железистыми силикатами. В сложных хондрах это проявляется в более железистых составах силикатов внешних хондр. Особенно наглядно данная тенденция отражена в сложной хондре а2 Inman L/LLI(3.4) [Wasson et al., 1995]. Хондра представляет собой триплет оливиновых колосниковых/порфировых хондр (фиг. 11б: [Wasson et al., 1995], fig. 4c) - "хондра в хондре в хондре". Железистость оливина во внутренней хондре равняется Fa_15.6, в средней - Fa_19.9, во внешней Fa_23.4, что соответствует тренду кристаллизационной дифференциации.

Таким образом, за исключением рассмотренных выше случаев ранних железистых хондр (интенсивно замещаемых магнезиальными силикатами внешних хондр), внешние хондры обладают более железистыми оливинами и пироксенами по сравнению с внутренними. В образовании сложных хондр, являющихся результатом объединения или разделения капель силикатного расплава, зафиксирован многоступенчатый процесс, происходивший как в режиме нарастания восстановительной обстановки (в последовательности понижения железистости слагающих их силикатов), так и в последующем режиме нарастания окислительных условий (в последовательности повышения их железистости). В процессе хондрообразования на окислительном этапе происходит увеличение железистости силикатов и преимущественно оливиновые парагенезисы хондр сменяются существенно пироксеновыми, а более характерные для внутренних хондр колосниковые и порфировые структуры вытесняются более типичными для внешних хондр радиально-лучистыми и скрытокристаллическими.

Важную информацию о многоступенчатости хондроотделения в обыкновенных хондритах I типа несут структурные взаимоотношения и особенности минерального состава насыщенных микрохондрами областей, обнаруженных вокруг четырех магнезиальных порфировых оливиновых хондр хондритов EET90161 LI(3.4), EET90261 LI(3.4), Bishunpur LLI(3.1), Piancaldoli LLI(3.4) и одной колосниковой оливиновой хондры хондрита Semarkona LLI(3.0) [Krot et al., 1997a]. Анализ данных А.Н.Крота с соавторами [Krot et al., 1997a] показал, что для самих родительских хондр характерно проявление дунит-пироксенитового расслоения, приводящего к образованию двойных хондр: внутренних существенно оливиновых (сложенных оливином и полевошпатовым стеклом: EET90161 - Fa_0.6+0.4, Ab₄; EET90261 - Fa_0.5+0.3, Ab₁₀ и Bishunpur - Fa_0.6+0.1, Ab₂₉) и внешних преимущественно пироксеновых (представленных пироксеном, состав которого варьирует от пижонита или авгита до диопсида: EET90161 - Fs_1-2Wol_10-52, 1.4-12.7 мас.% Al₂O₃; EET90261 - Fs_0.8-1.5Wol_18-44, 2.2-5.9 мас.% Al₂O₃; Bishunpur - Fs₂Wol₁), сцементированных обогащенным натрием полевошпатовым стеклом (EET90161 - Ab₂₃; EET90261 - Ab₄₆; Bishunpur - Ab₄₆).

Фиг. 12. Микрохондросодержащие участки в обыкновенных хондритах

На фиг. 12а,б (fig. 1a,b по [Krot et al., 1997a]) видно, что структурные взаимоотношения всей приграничной зоны, включая внешнюю часть хондры, насыщенную металлическими каплями, и прилегающую к ней матрицу, содержащую микрохондры, обусловлены тем, какой материал (хондровый или матричный) преобладает в данной области. В зависимости от этого можно видеть либо силикатные микрохондры в матрице, либо капли матричного материала внутри хондр. Округлые заливы матричного вещества в хондру и округлые выступы силикатного материала в матрицу, а также обильные микрохондры в матрице и многочисленные сульфидно-металлические капли и каплевидные образования (сложенные таким же тонкозернистым материалом, как и окружающая хондры матрица), находящиеся внутри хондр вблизи их границ с матрицей, свидетельствуют о жидкостных взаимоотношениях хондрового и матричного материала. На фиг. 12а отчетливо зафиксированы несколько (или по крайней мере две) отличающихся по размеру капель, генераций обособления матричного вещества внутри гантелевидной хондры хондрита EET90161 LI(3.4), проявившихся в образовании крупных капель, окруженных цепочками мельчайших металлических бусинок. В сульфидно-металло-силикатной матрице размеры микрохондр также варьируют в широком диапазоне (от первых десятков мкм до долей мкм), при этом существует обратная корреляция железистости субкальциевого пироксена ядерных частей микрохондр с их диаметрами [Rubin et al., 1982]. На фиг. 12в (fig. 2 [Rubin et al., 1982]) слева в центре зафиксировано отделение микрохондрового расплава от радиальной пироксеновой микрохондры (стрелка указывает на радиальную пироксеновую микрохондрочку диаметром 0.8 мкм), что возможно лишь при движении микрохондрового расплава в жидкой матрице. Образование подобной структуры, свидетельствующей о жидкостной природе и хондрового, и матричного материала, подтверждает высказанную нами выше точку зрения, о том что сложные хондры формировались не только вследствие объединения сосушествующих капель, но и в результате разделения единой капли силикатного расплава, причем оба процесса вполне согласуются с характерной для этого типа сложных хондр близостью составов ликвидусных фаз.

Установленная для микрохондр хондрита Piancaldoli [Rubin et al., 1982] обратная корреляция железистости субкальциевого пироксена ядерных частей микрохондр с их диаметрами и широкий диапазон изменения состава железистости ядерных частей микрохондр (EET90161 - Fs_1-22Wol_1.4+0.9, 0.7 мас. % Al₂O₃; EET90261 - Fs_2.2-5.0Wol_1.7+0.9; Bishunpur - Fs_1.7-11.7Wol_2.4+1.8, 0.65 мас. % Al₂O₃; Piancaldoli - Fs_1.2-6.0Wol_1.0+0.5, 0.41 мас. % Al₂O₃ - [Krot et al., 1997a]) указывают на многоступенчатость процесса хондрообразования, при котором формирование все более мелких микрохондр происходило на фоне усиления окислительной обстановки.

Фиг. 13. Петрохимическая схема дифференциации хондрита Piancaldoli LLI(3.4), объясняющая образование микрохондр.

Свет на процесс формирования микрохондр проливают закономерности изменения состава и структуры компонентов, слагающих микрохондровый участок хондрита Piancaldoli LLI(3.4). Судя по микрофотографии, приведенной А.Е.Рубином с соавторами (фиг. 12г, соответствующая fig. 1 [Rubin et al., 1982]), жилообразное тело шириной ~100 мкм тонкозернистого силикатного матричного вещества, насыщенного микрохондрами, пересекает как хондры, так и тонкозернистую матрицу хондрита. Границы жилы обозначены угловатыми обломками силикатного материала. На фиг. 13 приводится петрохимическая диаграмма, на которую нанесены средние валовые составы микрохондросодержащей жилы, тонкозернистой силикатной матрицы, цементирующей микрохондры, и тонкозернистой силикатной матрицы самого хондрита Piancaldoli LLI(3.4), а также средний валовый состав LL-хондритов и составы хондр различных структурных типов.

Анализ структурных взаимоотношений и особенностей минерального состава микрохондросодержащей жилы, проведенный в диссертации, позволил выделить две стадии ее формирования в хондрите Piancaldoli (фиг. 13, I и II): I - отделение сульфидно-металлических капель и оливин-пироксеновых хондр, смещающее состав первоначального хондритового расплава (1) в сторону силикатного матричного расплава (3), состав которого (по-видимому, в результате окисления никелистого железа) приближается к составу микрохондрового участка (2) и II - дальнейшее обособление сульфидно-металлического расплава и выделение радиальных пироксеновых микрохондр, приводящие к образованию тонкозернистого матричного вещества, цементирующего микрохондры (6).

Сравнение составов микрохондровых силикатов и валовых составов микрохондровых фрагментов, тонкозернистой силикатной матрицы и хондр, а также исследование структурных взаимоотношений в микрохондровых участках показало взаимосвязь составов отделяющихся хондр и сопряженных с ними составов сульфидно-металло-силикатной матрицы и выявило последовательность магматической дифференциации хондрового и матричного расплавов, сопровождающейся многоступенчатым хондроотделением, происходящим на фоне усиления окислительных условий и проявляющемся в последовательном повышении железистости силикатов.

Таким образом, сопоставление структурных и парагенетических особенностей различных хондр хондритов I типа позволило установить многостадийность хондрообразования, происходившего как в режиме нарастания восстановительной обстановки, так и в последующем режиме нарастания окислительных условий. Многостадийность хондроотделения в условиях усиления окислительной обстановки, фиксируемой перераспределением железа между железоникелевыми фазами и силикатами (приводящим к увеличению железистости силикатов и уменьшению количества при увеличении никеливости металлических фаз), подтверждается формированием микрохондр и сложных хондр, железистость силикатов во внешних хондрах которых, как правило, выше, чем во внутренних. Отсутствие в хондритах I типа четкой зависимости структуры хондр от их валового состава указывает на то, что скорости охлаждения хондр в хондритах I типа были различными (неоднократные переохлаждения), что отличает их от обыкновенных хондритов II и III типов, для которых, как было показано выше, характерны единые условия кристаллизации хондр и их одноактное переохлаждение.