Геология апатито-нефелинового месторождения Коашва (Хибинский массив)

3. Текстурно-вещественная зональность Хибинского массива обусловлена прогревом и метасоматической переработкой изначально монотонно-зонального тела фойяитов под действием внедрившихся по кольцевому разлому фоидолитовых расплавов. Интенсивность метасоматических преобразований и степень дифференцированности пород в районе Коашвинского месторождения заметно выше, чем в слаборудном секторе фоидолитового кольца.

Геологическое положение Коашвинского месторождения в структуре массива, равно как и положение всех остальных месторождений, вполне определённо - они представляют собой центральные зоны симметрично-зонального продуктивного комплекса: фойяиты краевой зоны - рисчорриты - подстилающие ийолит-уртиты - апатито-нефелиновые рудные тела - покрывающие ийолит-уртиты - рисчорриты и лявочорриты - фойяиты центральной части массива. В масштабах массива структура рудовмещающей фоидолитовой толщи представляет собой фрактальный кластер мельтейгит-уртитов (D_M = 2.5) в сравнительно монотонном комплексе нефелиновых сиенитов. Соответствие морфологии и фрактальной размерности рудного штокверка и всего мельтейгит-уртитового кольца аналогичным показателям реальных и модельных трещинных структур, возникающих при растяжении твёрдого тела, свидетельствует о формировании фоидолитового кольца в консолидированном массиве нефелиновых сиенитов (хибинитов-фойяитов), а апатитового штокверка - в уже сформировавшемся теле фоидолитов. Подтвердить или опровергнуть это заключение можно лишь изучив зональность массива.

Для этой цели было отобрано 125 проб по профилю, пересекающему все породные комплексы от периферии к центру массива в его западной и южной части и проходящему через месторождение Коашва (см. рис. 1). Во всех пробах определён химический и минеральный состав, проведена рентгеновская диагностика минералов, (электронно-)микроскопическое исследование их взаимоотношений, микрозондовым методом изучен состав всех обнаруженных минералов, выполнена количественная оценка трахитоидности нефелиновых сиенитов в 72 полированных штуфах и определён состав и содержание твёрдых и газообразных углеводородов.

Установлено, что минеральный состав фойяитов изменяется симметрично относительно Главного кольца, в районе которого эти породы обогащены нефелином и темноцветными минералами за счёт полевого шпата (рис. 10). Доля щелочных полевых шпатов уменьшается к контактам с фоидолитами пропорционально мощности последних в разрезе: менее интенсивно в районе рудопроявления Пик Марченко (точка С), более интенсивно в районе месторождения Коашва (точка Е). Это компенсируется возрастанием содержания нефелина в точке С и темноцветных минералов в точке Е. В первом случае это приводит к образованию переходных к уртитам лейкократовых фойяитов или даже полевошпатовых уртитов, во втором - мезократовых нефелиновых сиенитов и малиньитов. Последовательное увеличение содержания полевого шпата к краю и к центру массива приводит к появлению здесь щелочных сиенитов, описанных в литературе под названиями умптекитов (по краю) и пуласкитов (в центре). Распределение акцессорных минералов в фойяитах Хибинского массива, в целом, предстает как крайне неравномерное, однако кривые встречаемости большинства минеральных видов отражают закономерное изменение их концентрации от периферии к центру массива. В целом же, минеральный состав фойяитов краевой части массива (т. н. хибинитов) ничем не отличается от состава фойяитов внутренней части (рис. 11), равно как и содержание в них основных петрохимических компонентов.

Рис. 10. Вариации содержания щелочных полевых шпатов (Fsp), нефелина и замещающих его содалита, натролита и анальцима (Ne), а также темноцветных минералов (М) в нефелиновых сиенитах по профилю A - F (см. рис. 1): А - западный край массива; В - Малая дуга в районе г. Юмъечорр; С - Главное кольцо в районе рудопроявления Пик Марченко; D - центр массива г. Вантомнюцк; E - Главное кольцо, месторождение Коашва; F - южный край массива. Средние значения по 5-киломeтровым интервалам плюс-минус стандартное отклонение.

Рис. 11. Минеральный состав пород Хибинского массива по профилю A-B-C-D-E-F (см. рис.1). M - темноцветные минералы; A - K-Na полевые шпаты; F - нефелин, кальсилит, содалит, нозеан, канкринит, анальцим и натролит.

Симметричная петрографическая зональность фойяитового массива относительно толщи пород Главного кольца обусловливает аналогичную геохимическую зональность (рис. 12). В слаборудном секторе Главного кольца (рудопроявление Пик Марченко, точка С) фойяиты существенно обогащены Al, Na, и P (т. е. нефелином и фторапатитом), тогда как в районе Коашвинского месторождения (точка Е) они обеднены этими элементами за счёт повышенного содержания К, Fe, Mn, Zr и С (т. е. биотита, К-амфиболов, кальсилита, ортоклаза и др.). Если же включить в выборку данные о составе рисчорритов (+малиньиты и лявочорриты), а затем и ийолит-уртитов, эти различия практически исчезают и концентрационные профили принимают симметричный относительно центра массива вид (рис. 13).

Рис. 12. Изменение состава фойяитов (в ат.% от бескислородной части) по профилю A-F (см. рис.1)

Рис. 13. Изменение состава пород (в ат.% от бескислородной части) по профилю A-F (см. рис. 1)

Cтепень трахитоидности нефелиновых сиенитов оценена по величине стандартного отклонения σ_Fsp ориентировок осей таблитчатых кристаллов Fsp от их среднего направления. Из графика изменения величины σ_Fsp (рис. 14) следует, что степень текстурной изотропности фойяитов последовательно увеличивается (соответственно, степень трахитоиности уменьшается) от краевой и центральной частей массива к Главному кольцу, вблизи которого фойяиты переходят в совершенно изотропные рисчорриты. Рентгеноструктурный анализ калиевых полевых шпатов показал, что встречаемость ортоклаздоминантных фойяитов уменьшается от краевой части массива к его центру, и на этом фоне проявлен резкий ортоклазовый максимум вблизи Главного кольца (рис. 15). Поскольку при прочих равных условиях ортоклаз является более высокотемпературной модификацией калиевого полевого шпата, чем микроклин, можно заключить, что температура кристаллизации полевого шпата последовательно уменьшалась от краёв к центру фойяитовой интрузии, и что смена микроклина ортоклазом вблизи Главного кольца, сопровождающая текстурную изотропизацию этих пород, происходила вследствие прогрева и метасоматической переработки приконтактовых с фоидолитовой интрузией учатков фойяитов (особенно покрывающих) флюидизированными фоидолитовыми расплавами.

Рис. 14. Изменение величины σFsp в нефелиновых сиенитах по профилю A - F (см. рис.1).

Рис. 15. Встречаемость ортоклаз- и микроклиндоминантных нефелиновых сиенитов по профилю A-F

Рисчорриты, или пойкилитовые нефелиновые сиениты, преимущественно развитые в покрывающих фойяитах на их контакте с фоидолитами Главного кольца, представляют собой непрерывный ряд гибридных пород от фойяитов до уртитов, генетически связанных между собой процессами ортоклазового пойкилобластеза. Необычно, что фоидолиты, - самые низкокалиевые из хибинских пород, - вызывают не только нефелинизацию и апатитизацию окружающих фойяитов, но и их калиевый метасоматоз. Механизм этого процесса, вероятно, объясняется тем, что появление в составе нефелина кремния, избыточного относительно стехиометрического значения 4 атома Si в молекуле, равно как и обратный процесс, компенсируется выносом или привносом соответствующего количества ионов калия, а натрий в этом никакого участия не принимает (Hayward et al., 2000). Зависимость содержания Na и K от соотношения Si, Al и Fe³⁺ в составе нефелина из различных пород Хибинского массива (рис. 16), наглядно отражающая этот факт, показывает, что наибольшим содержанием калия характеризуется нефелин из фоидолитов Главного кольца, наименьшим- из фойяитов, а рисчорриты в этом плане являются переходными породами. В фоидолитах нефелин является единственным концентратором калия, и он им предельно насыщен. Не вошедший в структуру нефелина калий накапливался в остаточном флюиде, который при снижении температуры вызвал автометасоматическое изменение ийолит-уртитов, выражающееся в замещении нефелина кальсилитом (рис. 17) и развитии метакристаллов ортоклаза (рис. 18), биотита, калиевых амфиболов, вадеита и других минералов калия. Пропарка таким флюидом покрывающих фойяитов обусловила формирование рисчорритов посредством кальсилитоортоклазового пойкилобластеза:

Рис. 16. Зависимость содержания натрия и калия в нефелине от соотношения в нём числа атомов кремния, алюминия и железа.

Рис. 17. Начальная (а) и конечная (б) стадии кальсилитизации нефелина в полевошпатовом уртите г. Коашва и в рисчоррите долины р. Вуоннемйок. РЭМ-фото в обратнорассеянных электронах. 1 - кальсилит, 2 - нефелин, 3 - ортоклаз, 4 - аннит, 5 - диопсид, 6 - пектолит, 7 - содалит, 8 - фторапатит.

Рис. 18. Развитие ортоклазового пойкилобласта (1) в апатито-нефелиновой породе г. Коашва. 2 - фторапатит; 3 - нефелин; 4 - натролит; 5 - ринкит. РЭМ-фото участка полированного шлифа в обратно-рассеянных электронах

Как это и свойственно плутоническим породам, эмпирические распределения содержания главных компонентов в составе фойяитов и фоидолитов отвечают нормальному закону. В рисчорритах и лявочорритах такие распределения сменяются асимметричными распределениями (Q-нормальными, логнормальными и экспоненциальными), а также бимодальными распределениями, в которых один из максимумов близок составу фойяитов, а второй - фоидолитов. Соответственно, лявочорриты можно рассматривать как своего рода "недоразвитые" рисчорриты, которые также сформировались под влиянием фоидолитовой интрузии на вышележащие фойяиты, - но там, где мощность этой интрузии была сравнительно невелика или углы падения круче.

Изучение состава "сквозных" минералов фойяитов Хибинского массива также выявило наличие зональности, симметричной относительно Главного кольца. Так состав нефелина закономерно изменяется от края и центра массива к Главному кольцу (рис. 19). Постоянный избыток кремния в его составе относительно стехиометрического значения 4 атома Si в молекуле, компенсируемый дефицитом части калия в структуре минерала (см. рис. 16), достигает своих максимальных значений в краевой и центральной частях массива. Здесь же отмечено и относительно повышенное содержание железа в нефелине, так что изменение состава минерала от края и центра массива к Главному Кольцу, в целом, может быть выражено формулой:

Рис. 19. Изменение состава нефелина (коэфф. в формуле) по профилю A - F (см. рис. 1)

Аналогичный характер закономерного изменения состава от края и центра массива к Главному кольцу наблюдается и в других породообразующих и акцессорных минералах: калиевых полевых шпатах, клинопироксенах, амфиболах, слюдах, титаните, лампрофиллите-баритолампрофиллите, минералах группы эвдиалита. Зона максимальной дифференциации химического состава минералов приурочена к Главному кольцу - так же как и зона максимальной дифференциации пород. Наиболее важен в плане практического применения типохимизм фторапатита, отражённый в четвёртом защищаемом положении.