Ахтарандит и самоцветные разновидности гранатов - производные низкоградного метаморфизма

ЧАСТЬ 1. Проблема ахтарандита.

Ахтарандит - полиминеральная псевдоморфоза тригонтритетраэдрического облика по неизвестному минералу, сложенная гидрогроссуляром и/или гибшитом, минералами группы серпентина, хлоритовыми минералами с примесью карбонатов и пирита (Ляхович, 1954), что подтверждено нашими рентгенометрическими данными.

1-1. Ахтарандит из долины реки Вилюй, Якутия. В 1790 г. российский академик Э.Г.Лаксман обнаружил на этом месторождении три новых минерала: гроссуляр, вилюит и ахтарандит (Ляхович, 1954). Ахтарандит находится в ассоциации и в срастаниях с кристаллами гроссуляра и вилюита (Зверев, 1917; Ляхович, 1955). Ахтарандит, гроссуляр и вилюит образуют метакристаллы в форстерит-фассаит-мелилитовых магнезиальных скарных, развитых на контакте мергелей раннего палеозоя и интрузивов габбро-долеритов трапповой формации. В дальнейшем, и габбро-долериты, и магнезиальные скарны и скарноиды, и осадочные породы на удалении от интрузивов были захвачены региональным низкоградным метаморфизмом в условиях пренит-пумпеллиитовой фации(Спиридонов и др., 2000; Спиридонов и др., 2001; Алферова, 2007). Магнезиальные скарны и скарноиды и находящяяся в них протофаза ахтарандита были превращены в тонко-мелкозернистую мучнистую массу зеленовато-белого цвета, состоящую по данным рентгенофазового анализа и микроскопических наблюдений из гидрогроссуляра, гибшита (до катоита), магнезиального хлорита, антигорита, карбоната, с примесью пирита и реликтами фассаита и малоизменёнными гроссуляром и вилюитом.

В первую очередь обращает на себя внимание редко встречающаяся форма кристаллов ахтарандита: комбинация прямого и обратного тригонтритетраэдров с преобладанием одной формы над другой; при равномерном развитии прямого и обратного триготритетраэдров образуется ромбододекаэдр - типичная простая форма граната. Первые предположения о протоминерале ахтарандита основаны на подобии обликов; изредка ахтарандит подобен гранату (Хайдингер, 1845; Розе, 1837; Кокшаров, 1853; Шафрановский, 1966). Чаще ахтарандит по форме напоминает тетраэдрит, сфалерит, алмаз, нитробарит, зуниит, эвлитин, борацит, гельвин, харкерит (Ляхович, 1955; Перцев, 1975; Жабин, 1993). Однако эти минералы не могут быть протофазой ахтарандита, поскольку продукты их изменения не соответствуют составу псевдоморфозы.

1-2. Ахтарандит г. Отдельная, Талнахский район. Среди метаморфизованных магнезиально-силикатных роговиков и скарнов у г. Отдельная (г. Талнах) в ассоциации с гроссуляром, хром-титан-содержащим гроссуляром и бор-содержащим везувианом были обнаружены белесые тригон-тритетраэдрические кристаллы ахтарандита, аналогичные вилюйским (рис. 1). Ахтарандит находится в виде прямых и обратных тригонтритетраэдров, реже наблюдаются двойники прорастания, параллельные и незакономерные срастания кристаллов. Ахтарандит сложен микрозернистыми агрегатами граната, везувиана и бертьерином - магнезиальным хлоритом и/или серпентином, с включениями сфалерита и халькопирита. Рентгенофазовый анализ показал, что псевдоморфозы по ахтарандиту на 2/3 сложены гидрогроссуляром с a₀ = 11.971(2) ÅA и на 1/3 серпентином и бертьерином, с незначительной примесью кальцита, кварца, гематита. С этими данными хорошо коррелируют результаты химического анализа ахтарандита Талнаха.

Рисунок 1. Кристаллы ахтарандита г. Отдельная (Талнах)

Состав талнахского ахтарандита близок к составу вилюйского ахтарандита; вилюйский несколько богаче Mg и H₂O, талнахский обогащен Са. Следовательно, вилюйские псевдоморфозы обогащены минералами группы серпентина и хлорита, талнахские - обогащены гидрогроссуляром.

Парагенезис граната, везувиана, хлорита, серпентина типичен для пород г. Отдельной и отвечает стандартной ассоциации родингитов. По нашим наблюдениям, протолитами этих образований явились магнезиально-силикатные роговики (и возможно магнезиальные скарны); в них были превращены песчаники тунгусской серии с доломитовым цементом, слагающие многочисленные ксенолиты в сульфидсодержащих хромитоносных лейкогаббро. И лейкогаббро, и роговики среди них, как и породы рамы этого интрузива захвачены послетрапповым метаморфизмом в условиях пренит-пумпеллиитовой фации низкого давления, параметры метаморфизма от 290-310^oC и 1.5 кб до 300-330^oC и 2.5 кб (эпидот-пумпеллиитовый геотермобарометр A.Arai, 1983); Rb/Sr возраст метаморфитов 198-184 Ма (Спиридонов и др., 2000; Спиридонов и др., 2001; Алферова, 2007). Возраст протолита - интрузивных пород и магнезиальных скарнов 251 Ма (Kamo et al., 2003).

Можно предположить, что ахтарандит распространен шире, чем известно в настоящее время.

1-3. Синтез протофазы ахтарандита.

В начале 1970-х годов во ВНИИСИМСе были проведены работы по синтезу протоминерала ахтарандита. Исследователи предположили, что протоминерал - это гроссуляр, образованный при высоких давлениях (Горохов и др., 1971). Эта гипотеза была позднее опровергнута на основании условий образования ахтарандита - в малоглубинных областях, совместно с такими минералами, как гроссуляр и вилюит (Перцев, 1973).

В 1996 г. в минеральных ассоциациях горелых отвалов Б.В. Чесноков с соавторами обнаружил фумарольные окси- и хлор-гранатоиды хлорвадалит и хлормайеит, форма кристаллов которых отвечает ахтарандиту, и предположил, что это вероятные протофазы ахтарандита (Чесноков и др., 1996, Galuskina et al., 1995). Майенит был впервые описан в Майене, горы Эйфель, Германия (Hentschel, (Lapis, 1968) в продушинах свежих лав, что указывает на пневматолитовое происхождение. Майенит - это оксигранатоид состава Ca₁₂Al₁₄O₃₃ с пространственной группой I-43d. В природном майените часть O замещена F^-, Cl^-, OH^-, что сближает его с вадалитом Ca₆Al₅Si₂O₁₆C_l3 - изоструктурным хлорсодержащим гранатоидом (Glasser, 1994). Природный вадалит развит в продушинах тех же молодых вулканитов Эйфеля, что и майенит. Форма кристаллов вадалита - тригонтритетраэдры. Между вадалитом и гроссуляром существует структурная связь (Tsukimura et al., 1993; Fujita et al., 2001).

В данной работе синтез вероятной протофазы ахтарандита проводился на основе ее генетических и структурных связях с гроссуляром-гидрогроссуляром и предположения о пневматолитовом характере процесса, основанном на литературном и собственном аналитическом материале. Методика получения хлорсодержащих гранатоидов ряда вадалит-майенит базировалась на данных по синтезу гидрогроссуляра (Шведенков и др., 1974). Были поставлены серии опытов по синтезу вероятных протофаз ахтарандита: хлор-содержащего майенита, хлор-содержащего гибшита и хлор-содержащего вадалита и их бесхлорных аналогов (Чесноков, 1996). Опыты проводились 14 суток при температуре 550^oС и давлении 1 кб и 3 кб. Исходные материалы: CaO, Al₂O₃ или Al(OH)₃, SiO₂, CaCl₂. Синтез проводился по вероятным реакциям: 12CaO + 14Al(OH)₃ → Ca₁₂Al₁₄O₃₃ + 21H₂O и 51CaO + 14Al(OH)₃ + 9CaCl₂ → 5Ca₁₂Al₁₄(O,Cl)₃₃ + (105-n)H₂O ± 2nHCl. Размер кристаллов синтезированных гранатоподобных минералов от менее 1 до 20 мк. В их числе тригонтритетраэдрические кристаллы майенита, содержащего до 0.59 мас.% Cl (рис. 2, табл. 1).

Рисунок 2. Агрегаты кристаллов (хлор-содержащего) майенита, синтезированного при давлении: 1кб (слева) и 3 (справа) кб. Изображения во вторичных электронах

1-4. Происхождение ахтарандита. Ахтарандит - полиминеральная пседвоморфоза тригонтритетраэдрического облика, находящаяся в парагенезисе с гроссуляром и бор-содержащим везувианом на обоих известных проявлениях.

По нашему мнению, минерал, который был замещен ахтарандитом, образовался в ходе специфического высокотемпературного скарнового процесса с пневматолитовой составляющей, в котором активно участвовали хлорные флюиды. Показано, что предполагаемый протоминерал для ахтарандита - хлор-содержащий майенит-вадалит соответствует характеру процесса. На пневматолитовый тип процесса указывает следующее: (1) майенит впервые найден в постмагматических образованиях в лавах, насыщенных флюидами, (2) похожий по форме на ахтарандит хлормайенит из горелых отвалов Челябинского угольного разреза образован в результате техногенных фумарольных процессов, (3) синтез хлормайента проводился <сухим> способом, по окончании опыта в ампулах были зафиксированы остатки газообразного HCl, (4) образование вадалита из гибшита проводилось путем воздействия на первый газообразными хлорсодержащими фазами (Fujita et al., 2001). На родство этих минералов указывают реакции перехода гибшит-вадалит, изоструктурность вадалита и майенита. На химическое родство указывает получение гроссуляра при синтезе майенита и вадалита по реакции 6CaO+6SiO₂+4Al(OH)₃+0CaCl₂ → 2Ca₃Al₂Si₃O₁₂ + 3O₂.

В дальнейшем, под воздействием поздних среднетемпературных процессов произошел переход хлор-содержащий майенит-вадалит → гидрогроссуляр; превоначальная форма была сохранена. В итоге, мы наблюдаем ахтарандит, замещенный, главным образом, агрегатом гидрогроссуляра. При том же процессе образовались минеральные ассоциации, содержащие крупные кристаллы гроссуляра и вилюита (проявление в долине р. Вилюй, Якутия), хром- и титан-содержащий гроссуляр и необычный по структурным характеристикам везувиан (г. Отдельная, Талнахский район).

Из данных в части 1 следуют первое и второе защищаемые положения.