Автореферат на тему: "Петрология обыкновенных хондритов"

Зиновьева Н.Г.

Кафедра Петрологии МГУ

6. Воздействие матричных расплавов на хондры.

Фиг. 19. Взаимоотношения хондр и матрицы в обыкновенном хондрите Рагули HII(3.8)

Выше было показано, что разделение хондритового расплава на богатую железом матрицу и силикатные хондры происходило в результате жидкостной несмесимости, которая проявляется не только в наличии силикатных капель (хондр) в матрице, но и металлических капель в хондрах. Эти капли могли отделяться от хондритового расплава как до начала кристаллизации, захватываясь затем фенокристаллами оливина, так и из остаточной жидкости, оставаясь в интерстициях между кристаллами оливина и вытесняясь либо к центральным, либо к краевым частям хондр. На границах хондр хондритов II и III типов устанавливается рост кристаллов силикатов как внутрь, так и наружу (фиг. 1г), что отражает равновесные отношения между хондровым и матричным расплавами. Но матричный расплав оставался жидким и после затвердевания хондр, что отчетливо проявляется в образовании секущих хондры тончайших сульфидно-металлических прожилков и замещении краевых частей хондр (фиг. 19а,б) с отрывом, разворотом и цементацией их обломков (фиг. 19в).

Реакционные взаимоотношения хондрового и матричного вещества в хондритах I типа еще более разнообразны, что связано с их формированием в условиях резкого изменения окислительно-восстановительных условий и температуры, обусловивших образование широкого диапазона составов как хондровых, так и матричных расплавов.

Исходя из структурных взаимоотношений хондрового и матричного материала, можно сделать следующие выводы:

- во-первых, матричный расплав оставался еще отчасти в жидком состоянии после полного затвердевания хондр и в нем происходило интенсивное окисление железа, проявляющееся в кристаллизации силикатов все более высокой железистости (грубозернистая силикатная матрица: Yamato-74417 LI(3) - Fa_28-36, Fs_20-28Wol_1-10; Yamato-82133 HI(3) - Fa_26-28, Fs_11-14Wol_5-8; тонкозернистая силикатная матрица: Yamato-74417 LI(3) - Fa_29-36); Yamato-82133 HI(3) - Fa_25-33. Минералогически это выразилось в вытеснении

Фиг. 20. Взаимоотношения хондрового и матричного вещества в обыкновенных хондритах I типа.

железистым оливином и тэнитом, иногда в ассоциации с клинопироксеном, парагенезиса энстатита с камаситом и замещении магнезиального оливина более железистым, а петрологически это подтверждается 1) наличием жил грубозернистого силикатного матричного вещества (фиг. 14в,г), пересекающих хондры, перемещающих фрагменты последних и обладающих более железистыми составами сосуществующих оливина и пироксена, более кремнекислым и обогащенным щелочами валовым составом и более кислым интерстиционным стеклом; 2) развитием тонких троилит-камаситовых (+тэнит) жил, пересекающих хондры и вызывающих перекристаллизацию хондровых оливинов и пироксенов с образованием их более железистых аналогов (фиг. 20а) и 3) интенсивным разъеданием хондр тонкозернистым матричным веществом с превращением их в амебовидные включения (фиг. 20б,в);

- во вторых, имело место реакционное взаимодействие закристаллизованных хондр и еще расплавленного матричного вещества. Возрастание железистости оливина, прослеживаемое в оливиновых каймах, образующихся на хондрах вследствие метасоматического замещения магнезиальных хондровых силикатов, свидетельствует о нарушении равновесия хондры - матрица, приводящем к интенсивному воздействию на хондры окисляющегося богатого флюидами матричного расплава. Обогащенность сульфидно-металлического расплава флюидами подтверждается метасоматическим преобразованием закристаллизованного хондрового материала вокруг герцинит- камаситовых образований. На фиг. 20г отчетливо видна мономинеральная кайма оливина, псевдоморфно замещающего пограничные порфировые зерна хондрового пироксена (Fs₃ Wol₁) и оливина (Fa₂), причем очертания первичных (реликтовых) зерен хондры прослеживаются в оливиновой кайме (Fa_24-26). Следует отметить, что вариации минерального состава и структуры кайм, образующихся на границе с сульфидно-металлическим расплавом, определяются его составом: камаситовые обособления в хондрах и камаситовые жилы, пересекающие хондры, окружены мономинеральными оливиновыми оторочками, а вокруг троилитсодержащих жил и выделений формируются троилит-пироксеновые каймы (фиг. 20д);

- в третьих, интенсивность замещения хондр расплавом тонкозернистой силикатной матрицы определяется их химическим составом. Наиболее агрессивному воздействию подвергаются магнезиальные (ранние) оливиновые и пироксен-оливиновые хондры, среди железистых (более поздних) хондр сильнее замещаются существенно пироксеновые и, особенно, кварц-пироксеновые хондры, что, видимо, обусловлено более контрастным отличием состава кварц-пироксеновых хондр от богатой флюидами сульфидно-металлической матрицы. В тех случаях, когда в парагенезисе с новообразованным пироксеном есть кварц, могут образовываться пироксеновые зоны, в которых его железистость достигает максимальной величины (до Fs₆₀Wol₃). Интересно отметить специфическую роль серы, связывающей железо в составе троилита и редуцирующей возрастание железистости силикатов, что проявляется в более низкой железистости пироксена из пироксен-троилитовых зон (Fs_27-35Wol₃) по сравнению с мономинеральными пироксеновыми зонами (Fs_36-45Wol₃). При более интенсивном воздействии матричного расплава все описанные выше ассоциации замещаются железистым оливином. Анализ минеральных парагенезисов реакционных зон показал, что независимо от состава силикатного материала, взаимодействие его с матрицей носит диффузионный характер: общее повышение железистости силикатов в сторону матрицы сопровождается интенсивным выносом кремнезема, что приводит в некоторых колонках к относительному обогащению магнием (ведущим себя инертно) десилицированных зон. Магний становится подвижным лишь непосредственно на границе с матричным сульфидно-силикатным расплавом - в зонах наиболее интенсивного изменения хондрового материала, что проявляется в кристаллизации оливина, железистость которого в независимости от состава замещаемых силикатов равняется железистости матричного оливина (Yamato-82133 HI(3): Fa₃₃; Yamato-74417 LI(3): Fa_33-36). В обоих хондритах замещение хондр матричным расплавом происходит столь интенсивно, что часто силикатное вещество хондр и обломков минералов сохраняется лишь в виде округлых или угловатых реликтов, тоже имеющих зональное строение (фиг. 20е). Единая химическая направленность процесса реакционного замещения отличающихся по составу хондр в сторону образования парагенезиса железистого оливина с троилитом + тэнит свидетельствует о том, что оно носило сингенетичный для всех хондр метасоматический характер и осуществлялось в условиях усиления окислительной обстановки под воздействием богатого флюидами матричного расплава;

- в четвертых, в процессе дифференциации хондритового расплава, происходящей на фоне повышения окислительного потенциала, матричный расплав, по мере своей эволюции, проявляет агрессивность ко всем, ранее раскристаллизованным образованиям: сульфидно-металлические прожилки пересекают любые хондры, независимо от их структуры и минерального состава; расплав грубозернистой силикатной матрицы вызывает образование реакционных кайм и секущих хондры жил, а расплав тонкозернистой силикатной матрицы агрессивен как по отношению к хондровому, так и по отношению ко всем остальным видам матричного вещества.

Окислительные процессы, фиксирующиеся в развитии железистого оливина и уменьшении роли никелистого железа еще на магматической стадии, интенсивно происходят и на постмагматическом этапе формирования хондритов. В матрице обыкновенных хондритов Крымка LLI(3.1), Bishunpur LLI(3.1), Chainpur L/LLI(3.4) и др. описан [Weisberg et al., 1997] рост кайм, состоящих из субпараллельных игл железистого оливина, в сторону матрицы от границ хондр и фрагментов более магнезиального оливина. С железистым оливином ассоциируют Fe-Ni - окислы, Fe-Ni - сульфиды, а на границе с форстеритом встречаются зерна хромита, пентландита и богатой алюминием фазы (Mg-шпинель или Fe-шпинель-герцинит?). Присутствие между иглами железистого оливина сапонита, замещающего стекло и матричный пироксен, свидетельствует о том, что образование железистого оливина предшествовало гидратации [Weisberg et al., 1997]. Замещение железистого оливина филлосиликатами описано также в матрице CV3-хондритов [Keller et al., 1994; Krot et al., 1995; Tomeoka and Busek, 1990]. Перекристаллизация железомагнезиальных силикатов с образованием железистого оливина в периферийных частях хондр и в матрице углистых хондритов [Ikeda and Kimura, 1995; Krot et al., 1995] сопровождается замещением плагиоклаза нефелином и содалитом. Метасоматические изменения хондрового стекла под воздействием флюидов богатых F, Cl, K, Rb и Ba обнаружены также и в обыкновенном хондрите Teischitz H/LI(3.6) [Hutchison et al., 1994], и в метасоматически измененном хондровом стекле хондрита Chainpur L/LLI(3.4).

Дж.С.Бриджес с соавторами [Bridges et al., 1995; 1997b] установили, что часть Cl-содержащих фаз в обыкновенных хондритах I типа кристаллизовалась из расплава и не была результатом более поздних изменений. Для расплавных включений, расположенных в оливинах хондр из метеоритов Parnallee LLI(3.6), Chainpur L/LLI(3.4), Bishunpur LLI(3.1) и Tieschitz H/LI(3.6), характерно более высокое содержание K и Cl, чем для хондрового стекла, что свидетельствует о том, что повышенные содержания щелочей и хлора связаны не только с поздними изменениями, и, что на поздних стадиях происходит некоторое перераспределение галогенов и щелочей, захваченных в процессе хондрообразования [Bridges et al., 1997a]. Обычно присутствие галогенсодержащих и богатых щелочами фаз в хондритах связывают с процессами изменения - небулярными или планетарными [Kimura and Ikeda, 1995 и Krot et al., 1995, соответственно], мы полагаем, что изложенный выше фактический материал и приведенные литературные данные убедительно свидетельствуют в пользу последней точки зрения. Работа Дж.С.Бриджеса и др. [1997a] особенно интересна тем, что она раскрывает специфику исходного хондрового расплава (обогащение щелочами и галогенами), которая, видимо, и обуславливает источник и состав растворов, вызывающих низкотемпературные гидротермальные изменения как хондрового, так и матричного материала обыкновенных хондритов I типа.

Проблема метасоматического и, так называемого, "водного" изменения хондрового и матричного вещества в обыкновенных хондритах I типа широко освещалась в литературе [Hutchison et al., 1987, 1997; Alexander et al., 1989; Taylor et al., 1981; Weisberg et al., 1997 и др.]. Процессы водного изменения были описаны в метеоритах Semarkona LLI(3.0), Bishunpur LLI(3.1), Chainpur L/LLI(3.4), Крымка LLI(3.1) и других. Основными продуктами водных изменений являются смектит (Na_0.81K_0.08Ca_0.01)(Mg_0.83Fe_1.5)(Si_3.05Al_0.44Fe_0.51)O₁₀(OH)₂ [Hutchison et al., 1987] или сапонит (Na_0.44K_0.99Ca_0.38)(Mg_3.91Fe_2.11)(Si_7.16Al_0.5Fe_0.34)O₂₀(OH)₄ 8H₂O [Krot et al., 1997b; Alexander et al., 1989].

В хондрите Semarkona LLI(3.0), наиболее подверженном водным изменениям обыкновенном хондрите, присутствует также кальцит [Hutchison et al., 1987] и сложная карбид (когенит-(Fe,Ni)₃C и гексонит-(Fe,Ni)₂₃C₆) - магнетит - аваруит - пентландитовая ассоциация [Taylor et al., 1981], которая образовалась при изменении металл-сульфидных включений в хондрах и матрице. И, хотя образование когенита может быть обусловлено кристаллизацией металлического расплава, содержащего даже незначительные количества углерода, так как Fe₃C является обязательным продуктом распада твердого раствора любой из кристаллизующихся металлических фаз при температуре ниже ~200^оС, но судя по структурным взаимоотношениям, описанным А.Н.Кротом и др. [1997], карбид-магнетитовая ассоциация образовалась уже после хондрообразования в результате гидротермального изменения металл-троилитовых обособлений, происходящего в родительских телах обыкновенных хондритов под воздействием С-О-Н-содержащего флюида [Krot et al., 1997b]. Структуры частичного замещения никелистого железа карбидом железа и магнетитом, с последующим замещением магнетитом когенита, гексонита и троилита крайне характерны для карбид-магнетитовых образований, причем в матричном веществе, в большей степени испытавшем гидротермальные изменения, замещение металл-троилитовых обособлений происходило интенсивнее, а неизмененные металл-сульфидные включения сохранились лишь в центральных частях хондр. Изменение первичных сульфидов (троилита и пирротина) происходит, как в каймах вокруг хондр, так и в матрице, приводя к образованию пентландита [Alexander et al., 1989]. На заключительной стадии изменения хондрита Semarkona LLI(3.0) образуются водосодержащие минералы, кальцит и маггемит, который, является результатом окисления магнетита.

Детальное петрологическое исследование LL-, L- и H-хондритов показало, что в обыкновенных хондритах всех типов (I, II и III) хондры кристаллизуются или застывают в виде стекла раньше матрицы и подвергаются воздействию со стороны богатого железом матричного расплава, что проявляется в образовании амебовидных остаточных включений, секущих хондры тончайших сульфидно-металлических прожилков и замещении краевых частей хондр с отрывом, разворотом и цементацией их обломков. В обыкновенных хондритах I типа магматическое замещение хондр матричным расплавом сопровождается интенсивным флюидным воздействием, проявляющемся в метасоматическом замещении железистыми силикатами первичных магнезиальных минералов хондр. В развитии этого процесса выявляется специфическая роль серы, связывающей железо и редуцирующей возрастание железистости силикатов. Сопоставление полученных данных с обширным литературным материалом, посвященным метасоматическим изменениям как хондрового, так и матричного вещества различных хондритов, показало, что для ряда хондритов I типа характерно длительное, многостадийное преобразование хондрового и матричного вещества, начинающееся еще на магматическом этапе с метасоматических изменений на фронте магматического замещения, продолжающееся метасоматическими изменениями, обусловленными воздействием флюидов богатых щелочами, галогенами и железом как на хондровый, так и на матричный материал, и гидротермальными изменениями металл-троилитовых включений, приводящими к образованию карбид-магнетитовой ассоциации, и, наконец, завершающееся процессами низкотемпературной гидратации, сопровождающимися образованием водосодержащих минералов, кальцита и маггемита, и проявленными как в хондрах, так и в матрице хондритов.