Гаранин Виктор Константинович
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук
|
содержание |
Изучению сульфидной минерализации в перидотитах, эклогитах и кимберлитах до последнего времени уделялось мало внимания. Это связано с ошибочным отнесением сульфидов к редким и акцессорным минералам. В действительности сульфидные минералы доминируют в минеральных включениях в алмазе, его минералах-спутниках и в ксенолитах мантийных пород в кимберлитах. Сульфидная минерализация в той или иной степени развита в кимберлитовых породах. В последнее время опубликованы результаты по синтезу алмаза в различных средах, в том числе и с участием сульфидов. Среди работ, посвященных изучению сульфидных минералов в кимберлитах, необходимо отметить работы Г.И. Булановой с соавторами (1990; 1993), Н.В. Соболева с соавторами (1983; 1985), З.В. Специуса (1998; 2002), В.А. Вахрушева, М.Г. Добровольской, И.П. Илупина, Е.Е. Лазько, А.И. Пономаренко и др. В лаборатории месторождений алмаза Геологического факультета МГУ под руководством автора данной работы на протяжении многих лет проводились исследования сульфидов в алмазах и его минералов-спутниках, ксенолитах мантийных пород и кимберлитах (Гаранин и др., 1978-1984; 1986; 1988; 1991; 2001).
Сульфиды в алмазе
По нашим данным в алмазе из трубки Мир 38,5% включений относятся к сульфидным. На долю сульфидных включений в алмазе, по данным Г.П. Булановой для трубки Мир, приходится 10,4% из 700 кристаллов алмаза, для трубки Удачная 6,2% из 2000 кристаллов алмаза. Среди включений в 390 кристаллах алмаза из трубки Юбилейная 27,4% относятся к сульфидным включениям (Тальникова, 1993). В наиболее изученных кимберлитовых трубках Южной Африки (Финш, Премьер, Коффифонтейн, Орапа, Робертс Виктор, Ягерсфонтейн (Harris, Gurney, 1979)) кристаллы алмаза с включениями сульфидов составляют 35-46% от общего числа всех изученных кристаллов алмаза с минеральными включениями. Некоторые исследователи (Bibby, 1981), учитывая примеси халькофильных элементов в алмазах, считают, что сульфиды характерны практически для всех алмазов и являются их своеобразной фоновой составляющей.
Форма сульфидных включений округлая, округло-овальная, имеются включения неправильной формы (<расплющенные>), иногда с элементами огранки. Часто эти включения находятся в дисковидных образованиях, заполненных эмульсионной вкрапленностью сульфидного вещества. Размер включений - от долей микрона до 200 мкм. В алмазе описаны и изучены следующие сульфидные минералы: троилит - Tr, пирротин - Po, пентландит - Pn, халькопирит - Cp, железоникелевые моносульфидные твердые растворы на основе пирротина - MSSFe, MSSNi, SSSfNi, кубанит - Cb, миллерит - Ml, виоларитоподобный минерал - Vlp, полидимит - Pm, пирит - Py, джерфишерит - Dj, моносульфидные железоникелевые твердые растворы на основе пирита - SSPy, кубанита - SSCb, сфалерит - Sph, хизлевудит - Hzl, годлевскит - Gd и фазы экзотического состава, еще не диагностированные. Многообразие сульфидных минералов во включениях образуют мономинеральные и полиминеральные включения, которые подразделяются на протогенетические, сингенетические и эпигенетические. Наиболее распространены сингенетические включения - мономинеральные округлые, округло-овальные, сплющенные с угнетенными формами и реликтами граней. Сложные полиминеральные включения - эпигенетические, претерпевшие сложный распад с образованием нескольких сульфидных минералов. Многие из сульфидов образуют сростки или находятся совместно с оксидными и силикатными минералами ультраосновного и эклогитового парагенезиса.
Нами установлен типохимизм состава сульфидных включений в алмазе ультраосновного и эклогитового парагенезиса. Интерпретация полученных результатов изучения сульфидов дана в комплексе с новыми данными о внутреннем строении кристаллов алмаза с применением метода цветной катодолюминесценции. В итоге стало возможным обоснование выделения раннего мантийного алмаза с особой ассоциацией, кристаллизующегося в резко восстановительных условиях в мантийных очагах, а также позднего алмаза из внешних зон более древних кристаллов. Сульфиды, образующие включения в алмазах, отчетливо подразделяются по их парагенезису с силикатами и оксидами, типичными для перидотитов и эклогитов.
Сульфиды в алмазе перидотитового парагенезиса
Самой распространенной фазой в сульфидных включениях из алмаза П типа (порядка 50%) является MSSNi (10-30 мас.% Ni) гомогенного (подавляющая часть) или же неоднородного состава. Около 15% составляют включения SSSfNi (34-60 мас.% Ni), крайне неоднородные по составу. Остальные включения представлены MSSNi c каймой джерфишерита, неоднородные по составу ассоциации MSSNi+MSSFe, а также зональные MSSNi+Pn и MSSFe+Pn, в которых пентландит образует ламелли в моносульфидном твердом растворе или располагается по периферии сульфидных включений. Среди сульфидных минералов практически отсутствуют хизлевудит, полидимит и пирит, халькопирит встречается крайне редко в каймах сульфидных включений. Также отсутствуют вюстит и самородное железо.
Джерфишерит в единичных случаях образует обособленные включения в алмазе, иногда в ассоциации с флогопитом (Гаранин и др., 1991), или обрастает включения (Буланова и др. 1990), представленные MSSNi, Pn, Vlp, или MSSNi+Pn-ассоциацией. Оксидные и силикатные минералы в сростках и ассоциациях с сульфидами представлены оливином, хромсодержащим пиропом, энстатитом и хромдиопсидом. Все сульфидные включения из перидотитового алмаза морфологически являются расплавными и практически не встречены в срастаниях с силикатами. Изредка диагностируются сульфидные включения в алмазе П парагенезиса в ассоциации (а не в сростках) с силикатными и оксидными минералами. Вообще перидотитовый алмаз беднее сульфидами по сравнению с эклогитовым.
К числу минералов, указывающих на активное воздействие флюидов на алмаз, относятся, включенные в него флогопит и джерфишерит. Находки флогопита и джерфишерита вместе с типичными минералами перидотитового парагенезиса (МSSNi и хромит) указывают на перекристаллизацию внешней зоны зерна алмаза этого парагенезиса под флюидным воздействием.
Тугоплавкие силикаты и оксиды начинали кристаллизоваться раньше сульфидов. Сульфиды чаще всего находятся на границе внутренней и внешней зон алмаза и редко обнаруживаются в алмазе-включении или во внутренней зоне кристалла. При ликвации силикатного расплава из него могут выделяться не только сульфидный, но и железистый и вюститовый расплавы. В процессе кристаллизации раннего алмаза рудный ликват остается в расплавленном состоянии в расплаве, о чем свидетельствует расплавная морфология рудных включений.
В целом, сульфидная минерализация, сопровождающая алмаз перидотитового парагенезиса, представлена пирротин-пентландитовыми твердыми растворами с повышенным содержанием Ni.
Сульфиды в алмазе эклогитового парагенезиса
Распространенность сульфидных включений в алмазе эклогитового парагенезиса гораздо масштабнее по сравнению с алмазом перидотитового парагенезиса. В сростках или ассоциациях с сульфидными включениями проанализированы типичные минералы эклогитового парагенезиса: пироп-альмандин, омфацит, рутил и др. Наиболее распространены мономинеральные включения MSSFe (порядка 50%), затем по распространенности следуют мономинеральные включения Po (или Tr), порядка 30%, что подчеркивает железистую специализацию основных расплавов, из которых кристаллизовался алмаз Э типа. Остальные включения представлены ассоциациями MSSFe +Сp(кайма), MSSFe+Pn Сp, Po+Pn Сp, MSSFe+MSSNi, MSSFe(Po)+Py. Содержание никеля в MSSFe - 1-10 мас.%. Пентландит образует ламмелли в пирротине и моносульфидном твердом растворе, пирит образует сростки с этими минералами. Халькопирит - редкий минерал, но все-таки в сульфидных включениях он проявлен чаще, чем во включениях из перидотитового алмаза. В сростках с Po и MSSFe встречены самородное железо и вюстит. Отсутствуют никелистые минералы (хизлевудит, полидимит и миллерит) и джерфишерит.
Граница между MSSNi перидотитового парагенезиса и MSSFe эклогитового парагенезиса фиксируется по содержанию никеля: в первом - более 10,5 мас.%, а во втором - меньше 9,6 мас.%, а по отношению Fe/(Ni+Co): в первом - меньше 3,3, а во втором - больше 5,0.
Мономинеральные включения Tr, Po, MSSFe (Ni < 10 мас.%), Py и SSPy являются индикаторами алмаза эклогитового парагенезиса, а MSSNi (Ni>10 мас.%), Pn, SSSfNi, Vlp - индикаторами алмаза перидотитового парагенезиса.
В алмазе эклогитового парагенезиса повсеместно содержатся ассоциации и сростки сульфидов и силикатов (омфацит и пироп-альмандин).
Сульфиды кристаллизовались на всем протяжении формирования алмаза эклогитов. Сначала в парагенезисе с омфацитом (преимущественно троилит и пирротин, рис. 4), а затем в парагенезисе с пироп-альмандином (преимущественно МSSFe).
Валовый состав сульфидных включений в перидотитовом алмазе характеризуется высокими содержаниями никеля (более 16 мас.% Ni), валовое содержание никеля в сульфидных включениях из алмаза эклогитового парагенезиса меньше 8 мас.% Ni.
Халькопиритовые каймы характерны для сульфидных включений в алмазе Э и П парагенезисов. При этом они более распространены в сульфидных включениях в алмазе эклогитового парагенезиса.
Область валовых составов твердых растворов сульфидных систем в алмазе эклогитового парагенезиса лежит около ребра Fe-S диаграммы Fe-S-Ni в области составов мономинеральных включений Po и МSSFe из этого же алмаза Э парагенезиса. Валовые составы твердых растворов включений в алмазе перидотитового парагенезиса расположены в центре этой диаграммы.
Таким образом, составы исходных сульфидных жидкостей для полиминеральных включений практически совпадают с составами МSS, которые отмечены как включения в алмазах перидотитового и эклогитового парагенезиса и которые наиболее распространены в качестве включений в этих алмазах. МSS образует закалочные фазы в алмазе, тогда как при медленном снижении температуры эти составы могут раскристаллизовываться с образованием разнообразных сульфидных ассоциаций. Наиболее распространенная форма включений сульфидов в алмазе - округло-овальная.
Сульфиды в оливине
Оливин доминирует в ультраосновных нодулях (оливиниты, перидотиты, лерцолиты, верлиты). Нами была изучена коллекция свежих зерен оливина (около 5000) размером 3-8 мм из тяжелой фракции минералов трубки Удачная-Восточная, содержащего от 6 до 12 мол.% Fa. Примерно от 8 мол.% Fa и выше - оливин из ильменитовых гипербазитов. По частоте встречаемости минеральных включений в оливине на первом месте находятся сульфиды, за которыми следуют пироп, хромшпинелид и другие минералы. Сульфиды образуют округлые или округло-овальные включения (рис. 5) размером от менее 0,1 мм до 0,5 мм. Многие из них имеют розетки трещин, заполненные также сульфидным веществом.
В сульфидных включениях в оливине прослеживается никелевая специализация, как и в алмаза перидотитового парагенезиса. Сульфидные включения в оливине дифференцированы. В качестве отдельных включений, что типично для алмаза, сульфидные минералы или МSS не встречены. Отсутствует и джерфишерит. Ядра включений, как правило, сложены MSSFe (или Ро, реже MSSNi) с вростками пентландита, иногда с каймой пентландита. Во всех включениях внешняя прерывистая кайма представлена халькопиритом. Выявлены в качестве включений никель-медистые сульфиды, представленные мирмекитовыми сростками Pn+Bo или пентландитом с каймой борнита (рис. 5б).
Выделяются три области валовых составов сульфидных капель, которые коррелируют с составом минерала-хозяина. Во включениях в магнезиальном оливине выделяется две области составов: I - никель-медистой системы (Ni порядка 10-30 мас.%, Сu - 20-30 мас. %); II - железо-никелевой системы (10-25 мас.% Ni, в среднем 3 мас.% Сu). В железистом оливине из ильменитовых перидотитов валовый состав (область III) никель-железистый (менее 10 мас.% Ni и в среднем 1,5 мас.% Сu). В более железистом оливине сульфидный расплав пирротиновый. Во включениях в оливине более широк диапазон валовых составов сульфидов по сравнению с алмазом. Область II валовых составов сульфидов в магнезиальном оливине почти полностью совпадает с областью валовых составов сульфидов из включений в алмазе перидотитового парагенезиса.
Сульфидные включения, приуроченные к оливину, отличает четкая дифференциация с образованием отдельных минеральных фаз. Их округло-овальная форма - свидетельство ликвационных процессов отделения сульфидных расплавов. Халькопиритовые каймы, как и во включениях в алмазе, отражают медно-никелевое расщепление сульфидной жидкости, воспроизведенное экспериментально Н.С. Горбачевым (Маракушев и др., 2005). Температуры кристаллизации оливина с высокохромистым пиропом или хромитом оцениваются в диапазоне 1300-1200оС. Кристаллизующийся оливин захватывал сульфидную жидкость, которая раскристаллизовывалась по мере снижения температуры от 1000оС.
Сульфиды в цирконе
Циркон - акцессорный минерал, обычный в кимберлитах и содержащийся в нодулях мантийных пород. Известны находки циркона в ассоциации с ильменитом (Илупин, Козлов, 1970), рутилом (Харькив, 1975) и пироксеном (Williams, 1932) в ильменитовых пироксенитах (Гаранин и др., 1990). Установлены цирконсодержащие эклогиты (Гаранин и др., 1987). А.Д. Харькивым обнаружен обломок апатит-ильменит-цирконовой породы в кимберлите трубки <Айхал> (Якутия). По устному сообщению Б. Хоуторна, более 50 нодулей цирконсодержащих пироксенитов обнаружено в концентратах трубки <Дютойтчпен> (ЮАР).
Объектом наших исследований был циркон ювелирного качества (преимущественно гиацинт) из концентрата трубки Мир. В округлых зернах этого минерала размером 5-15 мм установлены разнообразные минеральные включения (клинопироксен, сульфиды, оливин, хромшпинелид, кальцит, доломит, флогопит, апатит), позволяющие отнести этот циркон к ультраосновному парагенезису глубинных пород (Гаранин и др., 1988) - цирконсодержащим пироксенитам.
Отличительная черта сульфидных включений в цирконе - их идиоморфизм. Они образуют бипирамиду, усеченную пинакоидом. Нередко сульфиды образуют скопления (до нескольких десятков зерен) в пределах одного зерна циркона. Сингенетические сульфиды с максимальным размером до 1 мм часто сами содержат включения оливина, хромшпинелида и клинопироксена или находятся в сростках с ними.
Сульфидные включения, как правило, полифазны (рис. 6), реже гомогенны. Во включениях выявлен моносульфидный твердый раствор на основе пирротина, обогащенный никелем (MSSNi, более 10 мас.% Ni). Встречается более сложная ассоциация: моносульфидный твердый раствор на основе пирротина, обедненный никелем (MSSFe, 1-10 мас.% Ni)+Pn+Cp. Также выявлены следующие ассоциации: MSSNi+MSSNi Cp, MSSFe+виоларитоподобная фаза (Vlp)+Cp, MSSFe +Pn+ Cp, MSSNi (с переменным содержанием никеля)+Ср. Гомогенные сульфидные включения представлены MSSNi. Преобладающими сульфиднами сростками во включениях являются MSSFe+Pn+Cp и MSSNi Cp, в последних содержание никеля выше 10 мас.% Ni и достигает максимально 26 мас.%.
Сульфидные включения практически повсеместно окружаются тонкой халькопиритовой каймой. Все включения никелистые, среди них преобладают моносульфидные твердые растворы на основе пирротина, обогащенные никелем, аналогичные сульфидным включениям из алмаза перидотитового парагенезиса. Область мономинеральных включений MSSNi из циркона не только сопоставима с областью мономинеральных включений MSSNi из алмаза ультраосновного парагенезиса, но и перекрывает ее. Валовые составы сульфидных включений богаты никелем (12-34 мас.% Ni) при содержании меди 1,5 мас,% Сu. Эти составы четко ложатся в область MSSNi из включений в цирконе и перекрываются областями валовых составов сульфидных включений из оливина (область II) и алмаза П парагенезиса.
Включения апатита, кальцита и флогопита в цирконе свидетельствуют о том, что среда минералообразования была обогащена калием, кальцием и фосфором, а также была богата летучими компонентами. Температура кристаллизации циркона порядка 940-920оС.
Сульфиды в гранате
Гранат - один из наиболее распространенных минералов мантийных нодулей в кимберлитах. Нами исследовались сульфидные включения в зернах граната размером от 0,5 до 10 мм из трубок Мир и Сытыканская, охватывающих практически все цветовые разновидности этого минерала. Коллекция насчитывала несколько десятков тысяч зерен. Для сопоставления привлекались литературные данные по включениям сульфидных минералов в гранатах из концентрата кимберлитовой трубки Удачная (Тальникова, 1990).
Сульфидные включения в гранатах составляют 18% от всех минеральных включений. Минеральные ассоциации сульфидов во включениях в гранатах разнообразнее сульфидных включений в алмазе, оливине и цирконе. Форма включений округлая, реже угловатая; часто встречаются сростки сульфидов с рутилом, хромшпинелидом, ильменитом, клинопироксеном. В гранатах П парагенезиса включения приурочены к минералу из лерцолитов и вебстеритов, в эклогитовом - преимущественно к гранату магнезиальных и магнезиально-железистых эклогитов. В гранатах П парагенезиса включения сложены MSSNi+Pn Cp ассоциацией, а в гранатах Э парагенезиса - MSSFe+Pn+Cp ассоциацией. Кроме того, в гранате П парагенезиса также, как и в оливине, встречаются Ni-Cu включения. В этих каплевидных включениях никелистая фаза сложена не только пентландитом, но и полидимитом и хизлевудитом, которые отсутствуют во включениях в оливине, а медистая фаза представлена халькопиритом и борнитом.
В сульфидных включениях в гранате ультраосновного парагенезиса наиболее распространены моносульфидные твердые растворы на основе пирротина, обогащенные никелем, и пентландит. Мономинеральные включения MSSNi в гранате встречаются не так часто, как в алмазе или цирконе, но примерно одинаково с распространенностью их в оливине. Для граната эклогитового парагенезиса в сульфидных включениях типичны моносульфидный твердый раствор на основе пирротина, обогащенный железом, или пирротин с вростками пентландита.
Сульфиды с углеводородными включениями в гранатах
Среди выявленных нами включений в гранатах особое место принадлежит сульфидно- углеводородным включениям, хотя они чрезвычайно редки. Из сотен зерен гранатов с углеводородными включениями из концентратов трубок Мир, Спутник, Сытыканская только в двух зернах установлен включения сульфидов (обр. 256 и обр. 5 из трубки Мир). Они характеризуются никелистым составом и представлены двухфазной минеральной ассоциацией (Pn+высокий Hzl, обр. 256) и хизлевудитом в сростке с оливином (обр. 5). Пентландит (Pn) имеет высокое содержание никеля (38,4 мас.% Ni) и повышенное - кобальта (0,9 мас.% Со) при отношении Ме/S и Fe/Ni соответственно - 0,76 и 1,11. Хизлевудит (Hzl) из сростка с пентландитом содержит 54,5 мас.% никеля, 11,4 мас.% железа, 0,9 мас.% кобальта и 0,5 мас.% меди. Хизлевудит из обоих включений оптически изотропен, что позволяет отнести его к высокотемпературной кубической модификации (высокому хизлевудиту) - Ni3-XS2 (Воган, Крейг, 1981).
В гранате обр. 5 выявлено включение хизлевудита в сростке с высоконикелистым существенно магнезиальным оливином (3,1 мас.% NiO). Сульфидная фаза в рассматриваемом Ol+Hzl включении представлена моносульфидным твердым раствором на основе хизлевудита (24,1 мас.% S; 60,1 мас.% Ni) c изоморфными примесями железа (5,1 мас.% Fe), кобальта (4,1 мас.% Со) и меди (7,4 мас.% Сu).
Парагенезис сульфидов с углеводородами во включениях в гранате выявлен впервые. Подобный низкохромистый гранат характерен для лерцолитов и вебстеритов (Гаранин и др., 1991) и содержит включения диопсида, форстерита с высоким содержанием никеля, рутила и ильменита. Несмотря на редкость сульфидно-углеводородных включений в гранате (спутнике алмаза), наличие их имеет большое генетическое значение, отражая сопряженность указанных выше процессов сульфуризации железистых расплавов при образовании алмаза с углеводородным воздействием, отражающим его восстановительный характер:
MgFeSiO4 + (H2S + СН4 + 2CO) = MgSiO3 + FeS + 3C (алмаз) + 3Н2О
Валовые составы сульфидных включений
Валовые составы сульфидных включений в гранате контрастно разделяются на две области: I - Ni-Fe состава и II - Ni-Cu состава. При этом область II в гранате значительно шире, чем в оливине. Область I валовых составов включений в гранате перекрывается с областью II в оливине и областью валовых составов включений цирконе и алмазе.
Область валовых составов сульфидных включений в гранате эклогитового парагенезиса смещена в сторону несколько большего содержания никеля по отношению к области валовых составов сульфидных включений в алмазе эклогитового парагенезиса.
Обильные включения сульфидов в алмазе и его минералах-спутниках образовались в процессах флюидной сульфуризации железистых магматических дифференциатов в глубинных магматических очагах. А.А. Маракушев предложил реакцию этого процесса, которая в символах нормативных минералов выглядит как следующая: MgFeSiO4+(H2S+CO)=MgSiO3+FeS+C (алмаз)+Н2О
Сульфиды в мегакристаллах граната и пикроильменита
К семейству мегакристаллов относят выделения граната, оливина, ильменита, орто- и клинопироксена, флогопита, циркона, апатита, размер которых достигают 20 см.
Одни исследователи (Лазько, 1979; Соболев, 1974; Barashkov, Zudin, 1995 и др.) рассматривают мегакристаллы гранатов в качестве ксенокристаллов, другие считают их фенокристаллами (Dawson, Stephens, 1975; Mitchell, 1986 и др.). Мегакристаллы - это особый тип минералов из пород так называемого пегматоидного типа по образному выражению А.А. Маракушева (1995). Они состоят из хромсодержащего титанистого граната, железистого оливина, пикроильменита, хромдиопсида, флогопита и др. и образовывались под воздействием флюидов, богатых титаном, Fe3+, калием, фосфором и летучими компонентами, при участии процессов собирательной перекристаллизации.
Известны также находки мегакристаллов граната эклогитового парагенезиса, в которых сохранились включения алмаза (трубке Удачная, Якутия).
Сульфиды в мегакристаллах граната эклогитового парагенезиса с включениями алмаза
Объектом исследований явились 15 желваков оранжевых гранатов из трубки Удачная округло-овальной или неправильной формы, в которых установлены кристаллы алмаза размером до 1 см, как правило, октаэдрического габитуса с груболаминарным строением. Реже встречаются кристаллы переходной формы от октаэдрической к ромбододекаэдрической. Грани куба ни у одного из изученных кристаллов не выявлены. Размер отдельных желваков достигает 5 см.
Гранат из желваков по составу относится к пироп-альмандин-гроссуляровому ряду с небольшим содержанием спессартинового минала до 0,7 мол.%. В минерале отчетливо устанавливается изоморфное замещение Mg2+→Cа2+. С увеличением в гранатах гроссулярового минала (18,1→42,4 мол.%) уменьшается пироповый минал от 65,5 до 34,2 мол.%. Согласно классификации гранатов из кимберлитов (Гаранин и др., 1991) все изученные желваки (мегакристаллы) были разделены на три группы: из парагенезиса магнезиальных эклогитов, магнезиально-железистых эклогитов и глиноземистых эклогитов.
Сульфидные включения сложены исключительно пирротин-пентландит-халькопиритовой ассоциацией при преимущественном распространении пирротина с вростками пентландита и тонкой каймой халькопирита. В прожилках резко возрастает толщина халькопиритовой каймы в сульфидных агрегатах, появляется джерфишерит и пирит в ассоциации с магнетитом.
Валовые составы исключительно пирротиновые (53-59 мас.% Fe; 6-10 мас.% Ni; 0,0-2,0 мас.% Сu; 0,0-0,4 мас.% Со), сходные с валовым составом сульфидных включений из алмаза эклогитового парагенезиса, но более богатые железом.
Сульфиды в мегакристаллах граната ультраосновного парагенезиса
В трубках Сытыканская (Далдыно-Алакитское поле) и Базовая (Харамайское поле) нами были обнаружены желваки густо-красно-оранжевых бедных хромом гранатов размером от 1 до 3 см. Они характеризуются повышенными содержаниями титана (0,5-0,7 мас.% TiO2), железа (7,5-8,7 мас.% FeO и 1,5-2,1 мас.% Fe2O3 ) и постоянной примесью натрия (0,2-0,3 мас.% Na2O). Для них также характерны невысокие содержания хрома (0,5-1,50 мас.% Cr2O3) и повышенные - кальция (3,8-4,1 мас.% СаО). На ультраосновной парагенезис этих мегакристаллов гранатов указывает находка включения оливина с 88 мол.% Fo в одном из желваков гранатов (обр. Б-2) трубки Базовая.
В мегакристаллах граната обнаружены округлые полиминеральные сульфидные включения пирротин-пентландитовой ассоциации. Как правило, Pn занимает 10-20% от объема сульфидного включения, пирротин или МSSFe - около 80-90%. Еще реже в каймах встречаются халькопирит и джерфишерит, не более 1 об.% от всего включения. Включения характеризуются зональным строением: ядро - Po или MSSFe , а кайма - Pn. Валовые составы этих включений выдержаны по составу и, в целом, железистые (58-62 мас.% Fe), содержания никеля невелики (4-5 мас.% Ni), а меди и кобальта - незначительны. Удивительна близость валовых составов этих включений к валовым составам сульфидных включений из мегакристаллов алмазоносных гранатов и алмазов эклогитового парагенезиса.
Сульфиды в мегакристаллах пикроильменита
В желваках пикроильменита первичные магматические сульфидные включения относятся к пирротин (или МSSFe)-пентландит-халькопиритовой ассоциации с преимущественным развитием пирротина или МSSFe (40-70 об.%). По валовому составу сульфидные включения резко обеднены никелем (в основном 1,3 мас.% Ni) и обогащены железом (52-63 мас.% Fe). Во всех прожилковых сульфидных образованиях в каймах широко развит джерфишерит с повышенным содержанием никеля (7-14 мас.% Ni) и меди (2-11мас.% Cu) при содержаниях калия 1-10 мас.% К и хлора до 1,7 мас.%.
Область валовых составов сульфидных включений из мегакристаллов граната и пикроильменита ультраосновного парагенезиса практически полностью совпадает с областями валовых составов сульфидных включений из алмаза и алмазоносных мегакристаллов граната эклогитового парагенезиса и резко отличаются низким содержанием никеля от областей валовых составов сульфидных включений в алмазе и минералах магнезиальной серии ультраосновных пород.
Валовые составы сульфидных включений в алмазе и его минералах-спутниках
На обобщенной диаграмме (рис. 7) нанесены области рассчитанных валовых составов сульфидных включений в алмазе и его минералах-спутниках П и Э парагенезисов.
В минералах П парагенезиса выделяются три области валовых составов сульфидных включений (см. рис. 7): I - Cu-Ni специализация сульфидных систем в минералах (гранате и оливине); II (главная) - Ni-Fe специализация сульфидных включений. Сульфидные включения подобных составов (область II) являются сквозными, проходящими через весь спектр ультраосновных пород магнезиальной серии; III - область Fe-Ni специализации сульфидных включений, приуроченная к мегакристаллам. Таким образом, каждая серия мантийных ультраосновных пород имеет свою специализацию сульфидных ликватов, подчеркивая специфику силикатных расплавов, которые и дают весь спектр ультраосновных пород. Для минералов из эклогитов, в том числе и алмаза характерна область с низким содержанием никеля. Это пирротиновые составы, они же характерны и для мегакристов П парагенезиса (область III, рис. 7а). На рис. 7б приведены данные по содержанию никеля в валовых составах включений из алмаза и его минералов-спутников. Отчетливо видны различия в содержании никеля из валовых составов сульфидных включений в минералах перидотитового и эклогитового парагенезисов и более узкие диапазоны содержания этого элемента для MSS из включений в алмазе. Широкий диапазон в содержании никеля наблюдается для сульфидных включений из граната ультраосновного парагенезиса. По содержанию никеля включения в мегакристаллах сходны между собой независимо от типа парагенезиса.
Особенности состава сульфидов из включений и валовые составы включений из нодулей мантийных пород
Сульфидная минерализация в нодулях перидотитов и эклогитов значительно отличается от сульфидов алмаза и его минералов-спутников. Включения сульфидов в нодулях имеют размер до несколько мм, располагаются внутри зерен породообразующих и акцессорных минералов, на границе, в прожилках и зонах частичного плавления и изменения этих минералов. Заметным является разнообразие сульфидных ассоциаций и встречаемость в том или ином масштабе во всех без исключения минеральных парагенезисах мантийных пород перидотитового и эклогитового парагенезисов. Распространенность сульфидов в нодулях ультраосновных пород более ограничена по сравнению с эклогитами. Сульфидные ассоциации встречаются в виде включений округло-овальной и неправильной формы, инъекций, прожилков, эмульсионной вкрапленности и т.д. Это могут быть чисто сульфидные образования, или сульфидно-силикатные, или сульфидно-оксидные системы. Преобладающим минералом в сульфидных ассоциациях в перидотитах и лерцолитах является пентландит, а в эклогитах - пирротин и пирит. Пирит отсутствует среди сульфидов из ультраосновных нодулей. Моносульфидные твердые растворы встречаются в ультрабазитах и эклогитах только эпизодически.
Чаще всего сульфиды содержатся в интерстициях между зернами силикатов. В интерстициях между зернами минералов в перидотитовых нодулях встречаются пентландит-халькопиритовые, реже пентландит-джерфишеритовые соединения, в пироксенитах - пирротин-джерфишеритовые. Таким образом, в перидотитах ключевую роль играет пентландит, в пироксенитах - пирротин, которые могут замещаться джерфишеритом. Интересно, что из включений в минералах (оливине, гранате и цирконе, см. предыдущие разделы) П парагенезиса сульфидные включения представлены исключительно MSSNi (или MSSFe )+Pn+Cp ассоциацией.
В минералах из нодулей ультраосновных пород магнезиально-железистой серии (с ильменитом) распространенность сульфидных включений низкая, масштаб сульфидной минерализации в интерстициях несколько иной по сравнению с подобной из нодулей ультраосновных пород магнезиальной серии. Ключевой минерал - пентландит, содержится джерфишерит и, иногда, пирит, характерный также для включений в эклогитах. Джерфишерит более распространен в этих сульфидных включениях по сравнению с сульфидными включениями из нодулей мантийных пород магнезиальной серии.
Общим для сульфидов ультраосновных пород является практическое отсутствие моносульфидных твердых растворов, характерных для сульфидных включений в алмазе и его спутниках.
В эклогитовых нодулях ключевой минерал - пирротин. Чаще всего сульфидные ассоциации встречаются в интерстициях. При этом масштаб и разнообразие ассоциаций, более значительные по сравнению с ультраосновными породами. Сульфидные включения, как правило, более полиминеральные, состоят из трех-четырех минералов, а не из двух, как в ультраосновных породах. Более значительную роль в них играют пирит и халькопирит.
В нодулях ультраосновных пород трубок Мир и Удачная установлена следующая последовательность кристаллизации сульфидов. Первыми образуются пентландитовые или пентландит-пирротиновые ассоциации, иногда с каймой халькопирита. Позднее развивается джерфишерит, замещая пентландитовые или пентландит-пирротиновые включения. В заключении развиваются тонкие смеси сульфидов, вторичных силикатных минералов и магнетита, что сопровождается дроблением зерен джерфишерита. Характерен сдвиг сульфидной минерализации при переходе от включений в минералах (основной минерал в сульфидных системах - Fe-Ni моносульфидный твердый раствор) к породам (основной минерал - пентландит). В ультраосновных породах трубки Обнаженная (Буланова, 1990, 1993) в многофазных сульфидных включениях содержится халькопирит в каймах большинства пирротин-пентландитовых включений. Джерфишерит проявляется в значительно меньшей степени. В интерстициях и во включениях в породообразующих минералах сульфиды сходны, и распространенность их примерно одинакова. Это, в основном, пирротин со структурами распада или микровключениями пентландита или тонкие смеси пирротина и пентландита с каймами халькопирита. В прожилках сульфидные включения встречаются редко.
Сульфидные включения в эклогитах широко распространены и находятся обычно в интерстициях между зернами минералов. Подавляющее большинство сульфидных агрегатов относится к пирротин + пентландитовой ассоциации. Это или тонкие смеси Po+Pn, или структуры распада пентландит - пирротин, каймы представлены халькопиритом или джерфишеритом, редко совместно халькопиритом с джерфишеритом. Многие включения имеют блочное строение. В некоторых агрегатах содержится пирит. Часто встречаются четырехфазные включения. Это пирротин + пентландит + халькопирит + джерфишерит, или MSS+ пирротин + пирит + халькопирит или более редкие ассоциации пирротина и пентландита с пиритом, самородным железом, годлевскитом, магнетитом. В ядрах некоторых сульфидных включений содержится MSS. В эклогитах из трубки Обнаженная включения в основном двухфазные и сложены пентландитом, или же пентландитом с каймой халькопирита, очень редко - джерфишерита. В корундовых эклогитах выявлены пентландит - хизлевудитовые срастания с каймой хизлевудита. В глобулах из эклогитов этой трубки отсутствуют моносульфидные твердые растворы и пирит.
Необычное преобладание никеля в целом в сульфидных включениях из эклогитов трубки Обнаженная сближает их с включениями в перидотитах этой же трубки.
Таким образом, сульфиды в алмазах и других минералах из эклогитов и перидотитов образовывались из разных сульфидных жидкостей, генерировавшихся путем сульфуризации железистых дифференциатов их материнских магм. При этом никель концентрировался преимущественно в ультраосновных расплавах, так как он обладает сильным химическим родством с магнием, а железо и медь в большей мере - в основных железистых расплавах. Возникавшие сульфидные расплавы были несмесимы с силикатными расплавами и образовывали мельчайшие капли, захватываемые растущими кристаллами алмаза и его минералов-спутников. Сульфидные расплавы были флюидными, отличавшимися высокой подвижностью и дольше силикатов оставались в жидком состоянии, давая прожилковые и интерстиционные внедрения. Сульфидные жидкости расщеплялись на никель-железные, никель-медные и железо-медные, кристаллизовавшиеся затем автономно с образованием венцовых структур каплевидных сульфидных выделений.
Джерфишерит образовывался во всех без исключения породах ультрабазитов и эклогитов в трубках Мир, Удачная и Сытыканская, связываясь с самыми поздними дифференциатами сульфидных магм.
Итак, обобщение представленного в этой главе материала позволяет сформулировать 2-е защищаемое положение:
Обильные включения моносульфидных твердых растворов в кристаллах алмаза Э и П типов позволяют связывать их происхождение с железистыми дифференциатами эклогитовых и перидотитовых магм, подвергшихся флюидной сульфуризации, сопряженной с алмазообразованием. Выявленные различия в химическом и фазовом составе сульфидных включений в алмазе, минералах-спутниках и нодулях перидотитов и эклогитов свидетельствуют о разных составах сульфидных жидкостей и их дифференциации. При этом никель концентрировался преимущественно в ультраосновных расплавах, железо и медь - в основных. Силикатные и оксидные расплавы были несмесимы с сульфидами, о чем свидетельствует доминирующая каплевидная форма сульфидных включений с характерными для них венцовыми структурами, отражающими расщепление сульфидных расплавов на никель-железистые, никель-медистые и медистые жидкости.
|
