Алюмосиликатные цеолиты щелочных интрузивных комплексов: химико-генетический анализ и экспериментальное моделирование природных ионообменных преобразований

Глава 4. Поздние высококальциевые гидротермалиты в Хибинском массиве.

В Хибинском массиве наряду с агпаитовыми пегматитами и гидротермалитами находятся и сравнительно низкощелочные гидротермалиты, преимущественно кальцит-цеолитового состава. Они весьма распространены (рис.1), но систематически исследовались лишь М.Д. Дорфманом (1958, 1962), отнесшим их к "линейным корам выветривания".

Рис. 1. Геологическая схема Хибинского массива (Зак и др., 1972) с нанесенными изученными участками развития высококальциевых гидротермалитов. 1 - хибиниты и трахитоидные хибиниты; 2 - трахитоидные хибиниты; 3 - рисчорриты; 4- ийолит-уртиты; 5 - апатитовые тела; 6 - зоны развития высококальциевых гидротермалитов; 7 - места отбора проб.

Сегодня благодаря огромным объемам горных работ на апатитовых месторождениях Хибин появилась возможность исследовать множество проявлений такой минерализации, которая оказалась очень специфичной в геолого-генетическом, минералогическом и геохимическом аспектах. Это обусловило выделение ее в особую ветвь щелочно-гидротермальной формации - субформацию низкотемпературных высококальциевых гидротермалитов (Ловская и др., 2002).

Тела высококальциевых гидротермалитов выполняют несколько систем трещин в породах ийолит-уртитового комплекса (рис.2), крайне редко выходя в окружающие породы. Площадь их распространения - десятки квадратных километров, а вертикальный размах - сотни метров. По плоскостям этих прожилков обрушивается порода в результате взрывных работ на рудниках (рис.3).

Рис. 2. Несколько систем трещин, выполненных высококальциевыми гидротермалитами, по которым откололись крупные блоки породы (карьер Апатитовый цирк, г. Расвумчорр).

Рис. 3. Ярко-белые поверхности, маркированные высококальциевыми гидротермалитами, по плоскостям которых обрушивается порода в результате взрывных работ (г. Юкспор).

Высококальциевые гидротермалиты в Хибинском массиве секут все магматические породы, пегматиты и метасоматиты всех типов, жилы льдистого натролита и даже гипергенные образования. Границы прожилков резкие, приконтактовые изменения как правило отсутствуют. Тела высококальциевых гидротермалитов - типичные жилы выполнения, часто можно видеть несколько генераций одного и того же минерала. Несмотря на то, что отдельные тела высококальциевых гидротермалитов сильно различаются между собой по минеральному составу, они сходны в геохимическом отношении. Главные их минералы - низконатриевые цеолиты (шабазит-K, томсонит-Ca, филлипсит-K), кальцит, фторапатит, монтмориллонит. Менее распространены натролит, гоннардит, гейландит-K, томсонит-Sr, филлипсит-Ca, фторапофиллит, калиевый полевой шпат, тоберморит, цеофиллит, таумасит, барит.

Шабазит-К слагает корки до сотен квадратных метров, нередко нарастающие на щетки томсонита или натролита. Филлипсит-К ассоциирует обычно с апатитом, томсонитом, натролитом, гейландитом, калиевым полевым шпатом. Филлипсит-K и шабазит-K часто сходны по соотношениям видообразующих компонентов, но четко различаются по примесным Sr и Ba: для шабазита атомное отношение Sr/Ba практически всегда >1, а для филлипсита < 1. Цеолиты серии томсонита здесь широко распространены, в т.ч. описанный нами новый минеральный вид - томсонит-Sr (Пеков и др., 2001). Томсонит-Ca нередко является главным минералом прожилков, ассоциируя с кальцитом, апофиллитом, таумаситом, тоберморитом, цеофиллитом, баритом и др. Кристаллы томсонита обычно зональны: в них ритмично чередуются до шести зон, различающихся величиной Ca/Sr-отношения (рис.4).

Рис. 4. Концентрически-зональные кристаллы томсонита, в которых чередуются зоны томсонита-Са (темные) и томсонита-Sr (светлые) (Кировский рудник, г. Кукисвумчорр). Фото аншлифа в отраженных электронах.

В цеофиллите зафиксировано пониженное относительно теоретической формулы Ca₁₂[Si₁₀O₂₈]F₆(OH)₂^.6H₂O содержание Si, что говорит в пользу справедливости предположения С. Мерлино (1971) о "гидрогранатовой" схеме изоморфизма в этом минерале: SiO₄ → 4(OH).

Все хибинские образцы цеофиллита оказались высокофтористыми: от 9.7 до 10.3 мас.% F, в т.ч. оригинальный "фошалласит", для которого ранее приводилось 3.0% F (Барсанов, Шевелева, 1949). По нашим данным, оригинальный образец "фошалласита" содержит 9.8% F и отвечает обычному цеофиллиту. Тоберморит распространён в периферических частях прожилков в тесной ассоциации с томсонитом, апофиллитом, кальцитом, таумаситом. Тоберморит с г. Кукисвумчорр содержит очень мало алюминия (~1% Al₂O₃) и необычно много калия: 2.5% K₂O при почти полном отсутствии натрия. Судя по ИК-спектру (νSi-O - 977-978 см^-1), эта разновидность тоберморита низкоконденсированная, т.е. в ее структуре крайне невелико количество "сшивок" между кремнекислородными цепочками. Тоберморит - важный геотермометр. Он может формироваться лишь в узком интервале температур (130-180^oС), тогда как поле его устойчивости по давлению очень широко (Тейлор, 1969). Величина Si/Al-отношения и низкая степень конденсации Si-O-радикала позволяют оценить температуру образования тоберморита из кальцит-цеолитовых гидротермалитов Хибин в 130-150^oС (Ловская и др., 2000). Таумасит развит в существенно кальцитовых прожилках на г. Юкспор. Кальцит и фторапатит распространены очень широко, хотя и не во всех типах прожилков.

Основные геохимические особенности высококальциевых гидротермалитов, отличающие их от всех других эндогенных и гипергенных образований в Хибинском массиве, дают возможность судить о генезисе. Важнейшая черта - доминирующая роль кальция, источником которого мы считаем апатитовые породы. Кальциевые минералы кристаллизовались на всех стадиях, и лишь широкопористые цеолиты имеют катионный состав с преобладанием K над Ca (см. ниже). В целом, набор видообразующих компонентов в минералах высококальциевых гидротермалитов Хибин простой: главные - Si, Al, Ca, K, CО₃, PО₄, H₂O, F, подчиненные - Na, Sr, Ba, SО₄. Здесь отсутствуют собственные минералы Fe, Mg, Mn, Ti, Zr, Nb, REE, Cl - элементов, характерных для всех других образований Хибинского массива. Обсуждаемые гидротермалиты обогащены калием, главные концентраторы которого - широкопористые цеолиты, проявляющие избирательность в отношении K₊ при обмене (см. главы 5 и 6). Повышенное содержание стронция представляется закономерным в свете того, что высококальциевые гидротермалиты генетически связаны с апатитовыми рудами: с понижением температуры изоморфная емкость апатита в отношении Sr падает, и этот элемент концентрируется в других минералах, главным из которых здесь становится томсонит.

Таким образом, большинство фактов говорит за то, что породившие высококальциевые гидротермалиты Хибин обогащенные Ca, Sr, P и F низкотемпературные растворы связаны с нефелин-апатитовыми породами, являясь их наиболее поздними дифференциатами или же возникая при взаимодействии разогретых метеорных вод с этими породами на глубине. Последнее кажется наиболее вероятным, с учетом тесной пространственной связи площадей развития описываемых гидротермалитов с зонами активного дренажа - кустами мощных субвертикальных тектонических нарушений, маркированных охристо-глинистыми линейными корами выветривания. На гидротермальную природу высококальциевых гидротермалитов Хибин однозначно указывает температура их формирования: 130-180^oС, что независимо установлено по данным изучения газово-жидких включений в кальците и по тобермориту. Попытка определить возраст высококальциевых гидротермалитов по шабазиту K-Ar методом показала, что в этом минерале практически полностью отсутствует аргон, причиной чего может быть или "нулевой" (не старше 50 тыс. лет) возраст, или ложное омоложение за счет потери Ar. Поскольку другими авторами шабазит успешно использовался для определения возраста этим методом, то представляется, что наш шабазит кристаллизовался или же, скорее, подвергся "промывке" растворами с температурой не менее 80-100^oС в недавнее время. Из обоих предположений следует, что гидротермальная деятельность в Хибинах продолжалась почти до настоящего времени, и при этом состав растворов, формировавших высококальциевые гидротермалиты - самые поздние эндогенные образования массива - эволюционировал. Сначала они имели натрий-кальциевый (с подчиненным Sr) характер, а наиболее поздние растворы, которые, очевидно, вступали с широкопористыми цеолитами в ионообменные реакции, были существенно калиевыми, с ощутимыми содержаниями Ca и Sr, но при этом относительно обедненными Na и Ba.