Буланов В.А., Сизых А.И. Кристаллохимизм породообразующих минералов

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 4.7. Связь иежду содержанием MnO и степенью окисленности железа f

в глинозёмистых ортопи-

роксенах повышенной магнезиальности

Говоря о вхождении марганца в ромбический пироксен, следует упомянуть маргаце-

во-железистые без полевошпатовые кварц-фаялит-гранат-двупироксе-новые кристалличе-

ские сланцы (эвлизиты), присутствующие в некоторых метаморфических комплексах; и ром-

бические и моноклинные пироксены в них содержат значительное количество марганца.

Содержание глинозёма в ромбических пироксенах давно привлекало к себе внимание.

Ещё в 40-е годы отмечались метаморфические ортопироксены с аномально высоким содер-

жанием алюминия. Многие исследователи связывали повышенную глинозёмистость ромби-

ческих пироксенов с глинозёмистым составом вмещающих пород. В известной степени это

справедливо, однако в пределах тех температур (до 900

С) и давлений (до 12 кбар), которые

принимаются для регионвального метаморфизма, показано, что растворимость алюминия в

рещётке ромбического пироксена возрастает по мере роста этих параметров. Растворимость

глинозёма в энстантите при замещении AlAl ↔ MgSi была исследована экспериментально. В

этих экспериментах показана её большая зависимость от температуры, и меньшая - от давле-

ния.

Изучая гранулиты Западной

Австралии, А.Вильсон пришёл к выводу, что алюминий

яавляется чувствительным индикатором изменений степени метаморфизма и что в области

высокого давления содержание алюминия в пироксенах более независимо от его содержания

во вмещающей породе, чем в областях низкого давления.

Однако если зависимость глинозёмистости от температуры образования ортопироксе-

нов проявлена достаточно отчётливо, то зависимость содержания алюминия от давления не-

сколько более сложная. Высокоглинозёмистые ортопироксены (до 19% Al

) были синтези-

рованы при высоких давлениях (Boyrd, England, 1960), и тогда было высказано предположе-

ние, что дальнейшее повышение давления повысит глинозёмистость ортопироксенов. Исхо-

дя из общих теоретических соображений, В.С.Соболев показал, что примерно до 12 кбар,

(пока устойчив кордиерит, в котором весь алюминий находится в четверной координации),

рост давления будет способствовать растворимости алюминия в MgSiO

и переходу алюми-

ния из кордиерита в энстантит. Это происходит потому, что в энстантите алюминий нахо-

дится поровну в четверной и шестерной координации (см. табл.4.2). В поле же устойчивости

пиропа, дальнейшее повышение давления приведёт к понижению растворимости алюминия в

ортопироксене. Увеличение давления свыше 20 кбар, происходящее при постоянной темпе-

ратуре, вызывает снижение содержания глинозёма в энстантите, находящемся в равновесии с

пиропом. На природных объектах было показано, что растворимость глинозёма в энстантите,

находящемся в равновесии с пиропом, снижается в системах содержащих Ca и Fe

(Green

D., Hibberson W., 1970).

В высокобарических и высокотемпературных природных метаморфических комплек-

сах докембрия, при формировании которых давление менялось в пределах 8-11 кбар, а тем-

пература 800-900

С, ортопироксены характеризуются повышенной глинозёмистостью: в ана-

барском максимально до 9%, в лапландском до 10,8%, в сутамском до 11%, в чогарском до

12% Al

На растворимость алюминия в ортопироксене, сосуществующим с гранатом, влияет

титан. Для аналогичных условий Р и Т растворимость алюминия в титансодержащих соста-

вах снижается, что подтверждает возможное вхождение части титана в позицию Z. Раство-

римость алюминия падает со снижением магнезиальности породы.

Одно из последних экспериментальных исследований (Arina, Onuma, 1977) показало,

что содержание алюминия в ортопироксене зависит от того, с какими минералами он сосу-

ществует, поскольку это определяется разделением алюминия между фазами и изменением в

зависимости от этого парциального молярного объёма энстатита. Вхождение в ортопироксен

, Fe

и Са оказывает влияние на фазовые отношения и устойчивость глинозёмистого ор-

топироксена. Высокие содержания алюминия и закисного железа в некоторых ромбических

пироксенах, между прочим, указывают на изоморфизм MgSi ↔ Fe

Al. По данным этих ав-

торов давление, при котором образовался энстантит, содержащий, например, 8,5% Al

, со-

ставляет 10 кбар при Т=1200

С, если он сосуществует с сапфирином и кварцем, но 18 кбар,

если присутствуют сапфирин и силлиманит. Таким образом, главный вывод этого исследо-

вания заключается в том, что без учёта минеральной ассоциации содержание алюминия в

ромбическом пироксене не может быть использовано ни как индикатор давления, ни как ин-

дикатор температуры.

Между железистостью и содержанием глинозёма в ромбических пироксенах сущест-

вует обратная связь. На диаграмме Al

-- f (рис.4.8) хорошо видна зависимость содержания

глинозёма и железистости от состава и соответственно от парагенезиса и условий формиро-

вания породы. Наиболее высокие содержания Al

(7-11%) характерны для энстантит-

сапфириновых и других магнезиально-глинозёмистых пород, гиперстенсодержащих оквар-

цованных пород и фемических метасоматитов (например, состава энстантит-флогопит-

гранат-плагиоклаз). В ромбических пироксенах более высокой железистости (f=35--60%) - из

чарнокитов, жильного материала мигматитов, кристаллических сланцев основного состава,

поздних метаморфических сегрегаций и порфиробласт - содержание Al

соответственно

более низкое, в крайних членах серии около 1%.

Во многих очень тщательно выполненных химических анализах в составе ромбиче-

ских пироксенов обнаруживается вода. Однако по вопросу вхождения воды в структуру ор-

топироксенов нет единого мнения.

Одно из первых упоминаний о воде содержится в исследовании по чарнокитам Юго-

Западной Финляндии, где в гиперстене обнаружено 1,8% H

O (Parras K., 1958). Позже сведе-

ния о воде в ромбических пироксенах стали появляться в данных по разным регионам. При

исследовании чарнокитов Вичанского массива в Северной Карелии были найдены эвлиты, в

которых при аномально низком содержании SiO2 (45,15 и 44,40%) содержание воды ано-

мально высокое - (2.30 и 3,20%) соответственно (Шемякин и др., 1967). Авторы предполага-

ют вхождение воды в структуру ортопироксена по схеме изоморфизма [SiO

]

-→[(OH)

]

Это утверждение вызывает возражение других авторов (Добрецов и др., 1971), которые не

допускают возможности подобного изоморфизма, считая, что в структуре пироксенов нет

вакантных мест, а вода связана с механической примесью гидрооксидов железа или других

вторичных водосодержащих минералов.

Рис.4.8. Связь железистости f и содержания Al

в ромбических пироксенах лапландского, сутамско-

го, беломорского и прибайкальского метаморфических комплексов (Крылова и др., 1991): 1 – окварцованные

породы с ортопироксеном (включая ассоциацию гиперстен – силлиманит); 2 – фемические метасоматиты; 3 –

кристаллические сланцы основного состава, метабазиты; 4 – энстантит – сапфириновые и другие магнезиально

– глинозёмистые породы; 5 – чарнокиты и жильный материал мигматитов; 6 – кварцевые и другие жилообраз-

ные метаморфические сегрегации с ортопироксеном

; 7 – порфиробласты

Рассмотрев результаты 51 химического анализа ортопироксенов, содержащих воду, и

сопоставив содержание воды в пироксене с содержанием кремнезёма во вмещающей породе

М.Д.Крылова с соавторами (1991) обнаружили заметную положительную связь между этими

параметрами, несколько различную для ортопироксенов из пород основного и кислого со-

става (рис.4.9).

В первом случае поле положительной корреляции более узкое и отвечает относитель-

но меньшему количеству образцов с примесью H

O более 0,60% (29%). Во втором случае,

для пород кислого состава это поле более широкое, именно в него попадают фигуративные

точки ортопироксенов с 1,3 и 1,4% H

O и оно отвечает большему количеству образцов, где

содержание воды превышает 0,60% (63%). Прямая связь количества воды в ортопироксене с

кремнекислотностью вмещающей породы, по мнению М.Д.Крыловой и др. (1991), снимает

элемент случайности в вопросе о роли воды в ортопироксенах, тем более, если считать, что

вся она связана с механическими примесями. Кстати, при большой тщательности отбора

чистой фракции для химического анализа трудно допустить наличие 8-10% примеси гидро-

окислов железа, что предполагают противники вхождения воды в структуру минерала.

Рис.4.9. Содержание воды в ромбических пироксенах различных метаморфических комплексов (п=51)

из пород основного (1) и кислого состава (2)

Вторичные изменения ромбических пироксенов, связанные с регрессивными процес-

сами, могут проявляться различно. В метаморфических породах, особенно для более магне-

зиальных ортопироксенов, наблюдается их замещение серпентином, именно его разновидно-

стью с характерным металлическим (“бронзовым”) отливом - баститом. В других случаях

ромбический пироксен переходит в биотит или его агрегаты с магнетитом, в антофиллит,

грюнерит или куммингтонит. Для магматических пород характерным изменением является

уралитизация, под которой понимается замещение магматического пироксена волокнистым

светлозелёным или голубовато-зелёным амфиболом, часто не чёткого состава, наиболее

близкого к актинолиту. Все отмеченные изменения нередко идут с образованием полных

псевдоморфоз.

Содержания малых элементов в ромбических пироксенах варьируют в разных поро-

дах в

зависимости от генетического типа минерала и состава Среды минералообразования.

Кроме того они различаются в зависимости от Р-Т параметров метаморфизма. Возможны

изменения концентраций некоторых элементов в связи с последующими преобразованиями.

Такие элементы, как скандий и галий, в метаморфических ортопироксенах более или

менее равномерно рассеиваются. Для скандия типично содержание в пределах 10-100 г/т, для

галия - 5-25 г/т. Иттрий и цирконий дают наибольшие когцентрации в гиперстенах метасома-

титов и пород кислого состава или несколько повышенной щёлочности (Y до 110 г/т, Zr до

500 г/т).

Кратко рассмотрим, и по возможности сравним главные геохимические особенности

ортопироксенов разных генетических типов (табл.4.6). Для ромбических пироксенов кри-

сталлических сланцев основного состава характерно несколько повышенное содержание ко

бальта, никеля, хрома, ванадия. Ромбические пироксены первичномагматических по-

род основного и ультраосновного состава (базитов и ультрабазитов) отличаются резко по-

вышенными содержаниями никеля и хрома, что может быть использовано для установления

первичной природы породы, содержащей пироксен. Глубокий региональный метаморфизм,

так же как и поздние низкотемпературные метасоматические процессы, способствует сниже-

нию содержания этих элементов в системе. Однако в ряде случаев они сохраняются как ре-

ликтовые (Крылова, Галабин, 1980).

В ортопироксенах из древних основных или ультраосновных интрузий или секущих

даек, т.е. тел с несомненными геологическими свидетельствами их магматического проис-

хождения всегда отмечаются высокие концентрации никеля и хрома в некоторых образцах

ортопироксенов основных кристаллических сланцев - пород, широко распространённых в

метаморфических комплексах докембрия, могут явиться одним из свидетельств их магмати-

ческой природы.

Для ромбических пироксенов основных и ультраосновных ортопород, кроме того, ха-

рактерны малые количества марганца, циркония, а содержания иттрия и берилия ниже чув-

ствительности метода.

Иную геохимическую характеристику имеют ромбические пироксены магнезиально-

глинозёмистых пород (энстатит-флогопит-кордиеритовые породы с сапфирином). Здесь об-

ращают на себя внимание высокие дисперсии содержаний ряда элементов - кобальта, никеля,

хрома, ванвадия, циркония, меди, марганца и низкие содержания марганца и титана.

Пёструю, как бы “смешанную” картину дают гиперстены гнейсов, что отражает их

генетически “пёструю” природую. Например, в некоторых образцах отмечаются повышен-

ные содержания CO (до 240 г/т) и Cr (до 850 г/т). Это может быть связано с тем, что часть

гнейсов представляет собой гранитизированные кристаллические сланцы основного состава.

Вместе с тем характерно повышение содержаний Zr (до 260 г/т), Cu (до 100 г/т), постоянное

присутствие Y (до 80 г/т), что обусловлено повышенной кислотностью-щёлочностью этих

пород.

Что же касается гиперстенов гранитоидов трёх различных генетических типов, то все

они близки по содержанию скандия, циркония и иттрия. Гиперстены интрузивных чарноки-

тов отличаются повышенным содержанием кобальта (до 360 г/т), никеля (до 450 г/т) и хрома

(до 550 г/т). В гиперстенах же метаморфических чарнокитоидов наблюдаются наиболее низ-

кие концентрации никеля и хрома и повышенные

- марганца (до 2% MnO).

Говоря о ромбических пироксенах других метасоматических образований, следует

отметить, что гиперстены кварцевых метасоматитов имеют наиболее высокие дисперсии со-

держаний ряда малых элементов. Кроме того, в них самые низкие содержания кобальта, ни-

келя, хрома, ванадия и наиболее высокие циркония (до 380 г/т).

Ромбические пироксены фемических метасоматитов в отличие от

гиперстенов квар-

цевых метасоматитов богатых хромом (обычно это энстантиты, где хром замещает магний),

но лишены циркония.

Гиперстены, слагающие порфиробласты в гнейсах и кристаллических сланцах или об-

разующие зоны перекристаллизации, обычно наследуют элементы-примеси ромбических

пироксенов вмещающих пород.

М.Д.Крылова с соавторами (1991) подчёркивает, что ромбические пироксены из ком-

плексов близких термодинамических режимов идентичны не только по главным элементам,

но и по концентрациям элементов-примесей.

Данные по отношениям и корреляционным соотношениям малых элементов в ромби-

ческих пироксенах пород разного состава и генезиса приведены в табл. 4.7.

В ромбических пироксенах кристаллических сланцев основного состава и основных

первично-магматических пород хром и никель коррелируют положительно. Ортопироксены

высокобарических комплексов образуют узкое поле с более низкими содержаниями хрома и

никеля и более низким средним отношением хрома к никелю, близким к 1,0, а ортопироксе-

ны комплексов низкого и умеренного давления образуют более широкое поле,с более высо-

кими концентрациями этих элементов и более высоким отношением хрома к никелю, в сред-

нем превышающим 1,0 (рис.4.10,а). Ещё более высокие концентрации хрома и никеля отли-

чают роибические пироксены основных ортопород. Соответственно для них выявляется и

наиболее высокое отношение хрома к никелю - содержание хрома превышает содержания

никеля в 2-3 раза (рис.4.10,б).

Рис. 4.10. Распределение Cr и Ni в ромбических пироксенах кристаллических сланцев основного соста-

ва (а), метаморфизованных основных пород (б), жильного материала мигматитов разных комплексов (в) и ин-

трузивных чарнокитов (г) (Крылова и др., 1991). Комплексы: 1 – алданский, 2 – Кольский, 3 – ладожский, 4 –

лапландский, 5 – сутамский, 6 - беломорский, 7 – анабарский. Разные контуры объединяют комплексы близких

Р-Т условий.

Для ортопироксенов жильного материала мигматитов характерна неоднородная кар-

тина распределения хрома и никеля. Отсутствие корреляции между этими элементами отли-

чает и ортопироксены гнейсов, в которых сравнительно с ортопироксенами жильного мате-

риала мигматитов содержание хрома повышено и соответственно возрастает среднее содер-

жание хрома к никелю: в высокобарических комплексах - 1,8, в низкобарических - 3,2. По

значениям отношения хрома к никелю ромбические пироксены интрузивных гранитоидов

близки к ортопироксенам жильного материала мигматитов низкобарического комплекса.

Наиболее высокое отношение хрома к никелю характерно для ромбических пироксенов фе-

мических метасоматитов (в среднем 12,6). Это связано с их высокой магнезиальностью -

обычно это энстантиты, а хром следует за магнием.

Таблица 4.7

Отношения и коэффициенты корреляции содержаний малых элементов в ромбических

пироксенах разного состава и генезиса

Состав

Породы основного состава

Породы кислого состава

Породы

Криста-

ллические

сланцы

Ортопо-

роды

Магнези-

ально-

глинозё-

мистые по-

роды

Гнейсы

Метасо-

матические

чарнокиты

Жильный

материал

мигма-

титов

Интрузив-

ные чарно-

киты

H+B (45) H+B(12) B (6) H+B(23) H (10) H+B(24) H (13)

Cr/Ni

Cr-Ni

0,27-2,80

(1,09)

0,65

0,71-7,14

(272)

0,57

0,09-1,16

(0,51)

0,26-6,66

(2,02) 0,00

0,50-2,00

(0,93)

0,27-4,54

(1,19)

0,47

0,25-2,22

(0,79)

0,75

Ti/V

Ti-V

1,64-40,0

(9,38)

0,46

4,12-18,9

(11,30)

-0,19

2,40-33,6

(14,12)

0,00

1,20-25,5

(7,83)

0,16

14,2-33,3

(25,99)

1,66-48,0

(11,90)

0,18

4,62-30,0

(11,10)

0,74

MnO/TiO

MnO-TiO2

1,11-14,3

(4,02)

-058

0,43-4,09

(1,48)

0,84

0,30-2,14

(0,86)

0,16-4,50

(1,56)

0,00

0,40-45,0

(8,41)

0,10-20,0

(3,77)

-0,09

1,25-10,7

(5,23)

-0,08

Sc/Zr

Sc-Zr

0,45-3,33

(1,25)

0,00

0,37-1,13

(0,73)

-0,04

0,18-1,50

(0,49)

0,35-4,66

(0,91)

0,26

0,28-2,20

(0,82)

0,25-2,00

(0,94) 0,30

0,38-1,16

(0,82)

0,50

Sc/Y

Sc-Y

0,47-3,00

(1,33)

0,69

Нет Y

0,42-0,86

(0,51)

0,57-4,66

(1,51)

0,37-2,33

(1,14)

0,54-2,66

(0,94)

0,64-0,95

(0,78)

0,80

Примечание: H -комплексы низкого и умеренного давления; В - комплексы вы-

цсокого давления; в скобках: а) в заглавии -количество проб, б) в таблице - среднее значение

отношений содержаний элементов; прочерк - коэффициент корреляции не вычислялся.

В ортопироксенах многих пород ванадий и титан в большей или меньшей мере

проявляют положительную корреляцию. Исключение составляют ортопироксены гнейсов и

магнезиально-глинозёмистых пород, в которых никакой связи между этими элементами не

устанавливается. В ортопироксенах кристаллических сланцев отношения титана к ванадию,

хотя и меняется широко, не даёт значимых различий в разных генетических комплексах

(рис.36,а). В ортопироксенах этих пеород титан преобладает над ванадием в среднем в 8-10

раз. Это отношение несколько выше, чем в ортопироксенах основных ортопород, а в ортопи-

роксенах гнейсов и кристаллических сланцев его значения отличаются мало.

Вхождение большого количества титана в ортопироксены жильного материала миг-

матитов определяет повышение среднего значения отношения титана к ванадию (от 10,1 до

13,7). Близкими к этим значениям является и отношение титана к ванадию в ортопироксенах

интрузивных чарнокитов (рис.34.11,б). Наиболее высоко оно в ортопироксенах метасомати-

ских чарнокитов (рис.4.11в). Почти идеально распределяются титан и ванадий в ромбических

пироксенах кварцевых и фемических метасоматитов, а также порфиробластов и зон перекри-

сталлизации (рис.4.11,г).

Рис. 4.11. Распределение V и Ti в ромбических пироксенах кристаллических сланцев основного состава

(а), интрузивных чарнокитов (б), метасоматических чарнокитов (в), порфиробластов и зон перекристаллизации.

Условные обозначения см. на рис. 35.

Наиболее высокая положительная корреляция марганца с титаном отличает ромбиче-

ские пироксены магнезиально-глинозёмистых пород (рис.4.12,а). В ортопироксенах интру-

зивных чарнокитов значение отношения марганца к титану поднимается в среднем до 5,2, в

основном за счёт снижения содержания титана. В ортопироксенах метасоматических чарно-

китов корреляция марганца с титаном становится отрицательной (рис.4.12,б), а отношение

MnO/TiO

растёт, в основном за счёт возрастания содержания марганца. В ортопироксенах

кристаллических сланцев основного состава марганец и титан коррелируются отрицательно

(см. табл.4.7).

Неоднородно распределение марганца и титана в ортопироксенах жильного материала

мигматитов (рис.4.12.в). Низкими значениями характеризуется отношение MnO/TiO

в орто-

пироксенах высокобарических комплексов (в среднем 1,2), главным образом за счёт низкого

содержания марганца. Это отношение возрастает в ортопироксенах низкобарических ком-

плексов. Если рассматривать ортопироксены жильного материала мигматитов всех комплек-

сов суммарно, то корреляция марганца с титаном в них не проявляется (r

Mn-Ti

=-0,09). Раз-

дельное же нанесение на диаграмму данных для высоко- и низкобарических комплексов вы-

являет положительную корреляцию марганца с титаном в ортопироксенах для первых и от-

рицательную для вторых.

Рис. 4.12. Распределение Mn и Ti в ромбических пироксенах магнезиально-глинозёмистых пород (а),

метасоматических чарнокитов (б), жильного материала мигматитов (в) и порфиробластов и зон перекристалли-

зации (1), а также кварцевых метасоматитов (2) (г)

Неоднозначна связь этих элементов и в ортопироксенах метасоматических образова-

ний (рис.4.12,г). Отмечается прямая корреляция марганца и титана в ортопироксенах порфи-

робластов и отсутствие связи в ортопироксенах кварцевых и фемических метасоматитов, хо-

тя для тех и других отношения MnO/TiO

близки между собой (среднее незначительно пре-

вышает 1,0).

Отношение скандия к цирконию в ортопироксенах основных кристаллических слан-

цев почти индентично в разных комплексах ( в среднем 1,2), однако при общей положитель-

ной корреляции выделяются ортопироксены в которых скандий и цирконий имеют обратную

связь (рис.4.13,а). Разные поля образуют ортопироксены гнейсов низко- и высокобарических

комплексов, но в обоих скандий слабо коррелирует с цирконием (рис.38,б). Невысоко значе-

ние этого отношения в ортопироксенах метасоматических и интрузивных чарнокитов. Наи-

более понижено рассматриваемое отношение в ортопироксенах окварцованных пород и пор-

фиробластов (среднее из 10 составляет 0,17), что обусловленно повышением содержания

циркония в этих образованиях. Скандий и цирконий здесь коррелируются положительно

(рис.4.13,и).