Содержание к диссертации
Введение
Часть I. Геологическая позиция пегматитов Северной Карелии и их внутреннее строение 7
Глава I. Геол-огический очерк Чупино-Лоухского пегматитового района 7
История исследования пегматитов 7
Стратиграфия 7
Тектоника , , 15
Магматизм 17
Пегматиты 20-
Классификация пегматитовых жил Чупино-Лоух
ского района 23
Глава 2.. Морфологические особенности и внутреннее строение, пегматитовых жил Чупино-Лоух
ского района 29
Морфологические особенности пегматитовых жил и распределение текстурно-минералогических ти пов пегматитов в пределах отдельных месторождений .. 29
Внутреннее строение пегматитовых жил 32
Последовательность формирований минеральных ассоциаций 46
Околожильные изменения вмещающих пород 51
Часть II. Минералого-геохимические особенности пегматитов 53
Глава 3. Минеральный состав пегматитов 53
Породообразующие минералы 54
Плагиоклаз 54
Калиевый полевой шпат 70
Кварц 88
Мусковит 95
Биотит II б
Второстепенные минералы 133
Апатит * * ...133
Гранат 137
Турмалин 142
Акцессорные минералы ...144
Глава 4. Геохимические особенности пегматитов. Типохимические особенности минералов 171
Часть III. Физико-химические условия образования мусковита з пегматитах Северной Каре лии 181
Глава 5.Температурный режим формирования пегматитов 181
Глава 6. Особенности химического состава растворов из включений в кварце 196
Глава 7. Анализ минеральных равновесий в пегматитах 209
Глава 8. Вопросы генез:иса пегматитов 224
Источник пегматитообразующего вещества .225
Стадийность образования пегматитов. .228
Практическое использование полученных результатов 233
Заключение 233
Литература
- Тектоника
- Морфологические особенности пегматитовых жил и распределение текстурно-минералогических ти пов пегматитов в пределах отдельных месторождений
- Калиевый полевой шпат
- Особенности химического состава растворов из включений в кварце
Введение к работе
Пегматиты Чупино-Доухского района относятся к числу важнейших в нашей стране источников мусковита и кварцево-полево-шпатового сырья, добыча которых в настоящее время связана в основном с разработкой глубокозалегающих ("слепых") жил. Для опенки перспективности таких жил, производимой на основе редкой разведочной сети скважин, необходимы надежные критерии промышленного слюдояаснщеяия.
Настоящая работа является составной частью комплексного геологического и минералого-геохимического исследования пегматитов Северной Карелии и вмещающих их пород, производившегося геологами института Земной коры ЛГУ под руководством Б.В.Гор-диенко с ыелью выявления признаков слюдоносности пегматитовых жил.
В процессе изучения пегматитов перед автором стояли две основные задачи:
получить сведения об уровне содержаний элементов-примесей в пегматитовых жилах, выявить закономерности распределения микроэлементов в отдельных минералах из жил различного типа;
опенить физико-химические параметры процесса образования мусковита.
Содержание работы изложено в 3-х разделах, 8 главах. Объем работы ^о странйгїна иллюстрирована 52 рисунками, содержит 3S таблиц,приложения ( графическое и табличное.).
Тектоника
Породы беломорской серии слагают Беломорский мегштиклино-рий, который подразделяется в свою очередь на ряд более мелких структур. К ним относятся Западный (Ковдозерско-Керетокий) и Приморский антиклинории и разделяющий их Енско-Лоухский синкли-норий, которому принадлежит роль главной пегматитовмещающей структуры L 5,82] . Последний прослеживается по азимуту 320 на расстояние около 300 км. Ядро синклинория в Лоухском районе сложено главным образом породами чушшской свиты. Внутреннее строение синклинория является достаточно СЛОНЯЕМ вследствие развития в его пределах более мелких, местами перекрестных складчатых структур и разрывных нарушений.
Ряд исследователей [ 9,51,1] рассматривает структуру северо-западного Беломорья как моноклиналь северо-западного простирания,осложненную поперечной складчатостью с погружением осей складок к северо-востоку.
Характерной особенностью геологического строения всей области развития беломорид является интенсивно проявленная разрыв 16 ная тектоника. Особо ванная роль глыбовой тектоники как одного из решающих факторов размещения слюдоносных пегматитов районаг подчеркивается Б работе коллектива геологов ВСЕГЕйСбЭ] ,
На примере месторождений Плотина и Малиновая варака была установлена связь мекду положением геологических блоков, вмещающих отдельные пегматитовые узлы (месторождения), и геохимической специализашей пегматитов этих местороздений[М27].
В результате движений по разломам складчатая структура бе-ломорид претерпела значительные изменения. Б связи с этим толщи чупинскоі свиты, слагающие осевую часть лоухского сикклинория, были расчленены на отдельные крупные блоки, часто разделенные выходами гнейсов и амфиболитов хетоламбинокой и лоухской свит Различная амплитуда перемещения блоков привела к тому, что в нх пределах обнажаются разные стратиграфические уровни чупинской свиты. Наименее поднятым является блок, включающий месторождение Плотина, где обнажаются верхние толщи чупинской свиты. Б районе Калиновой вараки выступают уя;е средние части разреза чупинской свиты, что связано с большей амплитудой вертикального перемещения этого блока (на 800-1200 м выше Плотинского блока).
Район месторождения Карельский слоясен породами двух нигяих толщ чупинской свиты и является наиболее приподнятым в пределах всего Чупино-Лоухского района. При этом наиболее глубокий срез (ниннял часть первой толщи) характерен для участка Хито-гора. Центральньйі участок месторождения Карельский (Перти-озерО), сложенный гнейсами верхней части первой толщи и низов второй, является относительно менее приподнятым. Примерно на том ЕЙ уровне располагается срез блока месторождения Тэдино.
Таким образом, все наиболее крупные месторождения слюдяных пегматитов в Чудияо-Лоухском районе в настоящее время обнажаются на различных стратиграфических уровнях чупинской свиты, отражающих амплитуду вертикальных перемещений тектонических блоков. Что же касается слюдяно-керамических и керамических пегматитов, то стратиграфическое положение отдельных их кустов пока остается неясным. Магматизм Беломорский магматический комплекс расчленяется на группы [5] : доорогенную, раннеорогенную, синорогенную, поздне ерогенную к посторогеняую. Первые две группы представлены производными основной магмы, третью составляют разнообразные по генезису гранитоиды, мигматиты, пегматиты. Б четвертую группу включаются трещинные интрузии основных к кислых пород: к последней относятся магматические образования карельского, каледонского и гершшского тектояо-маг-матических циклов.
Доорогенные порода, представленные производными основной магмы, формировались в период осадконакоплешш, до развития складчатости. Вследствие глубоких метаморфических преобразований эти породы лишь в редких случаях сохраняют реликты первичных структур и минералов, а такие первоначальную борыу тел- Б большинстве случаев доорогенные породы преобразованы в различные по составу амфиболиты и бластолиты.
Раннеорогеиные интрузии в районе представлены оливинитами, пироксенитами, перидотитами, габбро-норшгами, габбро-лабрацори-тами и анортозитами, а такке метаанортозитами 113 01 , габбро-диоритами, кварцевыми диоритами, гранодиоритами. Тела этих пород прорывают гнеВсы и древнейшие ортоамйиболиты и в свою очередь рассекаются гранитами, пегматитами и ашштами.
Морфологические особенности пегматитовых жил и распределение текстурно-минералогических ти пов пегматитов в пределах отдельных месторождений
Общей морфологической чертой всех пегматитовых жил изученного района является их линейная удлиненность с редкими раздувами и перевдшами Наиболее широко четковидные шшы представлены на месторождении Карельский) [ 5, 126, 127 ] . Еилы имеют, как правило, северо-западное, субмеридиональное и иногда северо-восточное простирание. Падение их крутое (углы падения 60-30),
Располагаются они относительно друг друга кулисообразно как по простиранию, так и по падению, образуя "пусты" (по 2-5, реже боль-ше, яял) с расстоянием ме;іду отдельными ямами от единиц до первых десятков метров. Сравнительно редко встречаются пологодадающие килы, имеющие многочисленные апофизы (нила 183 месторождения Малиновая варака).
Размеры кил варьируют в широких пределах, по простиранию они прослеживаются от первых десятков до 500 м при средней длине 100-200 м. Размеры аил по вертикали обычно значительно меньше, составляя 1:3 - 1:5 их протяженности по простиранию. Мощность кил колеблется от одного до 30 м, в среднем 5-8 м.
Контакты яж с вмещающими породами резкие, секущие, иногда с подворотами вмещающих гнейсов и нередко вдоль плоскости контакта наблюдаются зеркала скольжения с образованием:, глинок трения (месторождение Плотина, ;килы 72-33). Интенсивные подгибы гнейсов проявляются на участках резкого снижения мощности кил, что осо бенно характерно для четковидных тел
Линзовидные Ї?ЛЛН, как правило, не с о провожаются пластическими подгибами вмещающих гнейсов, что, гю-видимому, свидетельствует о возникновении вмещающих полостей в результате равномерного раздвигания стенок прямолинейных трещин,
Четковидпая форма полостей, вероятно, является следствием раскрытия ступенчатых трещин сголового типа при растяжении» ориентированном под углом к простиранию пегматитоносных трещин [ 8 ] .
Закономерности распределения слюдяных пегматитов различных типов наиболее четко выявляются на месторождении Малиновая варана (участок "Юшьш"), где представлены пегматиты всех четырех типов.
Недифференшрованные плагиоклазовые пегматиты (І тип) в отличие от всех остальных типов пил имеют субширотвое простирание и небольшие углы падения, в то время как пегматитовые шиш 2-4 типов характеризуются выдержанным субмеридЕхн льяым простиранием и являются, как правило, крутопадающими.
На всей площади участка безмикроклиновые пегматиты 1-го и 2-го типов распрецелены относительно равномерно и представляют собой отдельные изолированные тела. Напротив, микроклин-содержа-щие пегматиты 3-го и 4-го типов локализуются в узкой линейной зоне субмеридионального простирания и образуют серию сближенных крутопадающих тел, располагающихся кулисообразяо по падению и простиранию серии, со склонением к югу под углом 20 (рис. 3 ). При этом в вшшек части серии располагается жила, относящаяся к 4-ому типу (яйла 154н), наиболее слабо дифференщгрованная, слабо мусковитпзированная и наиболее боггтан микроклином и биотитом. Выше залегают долнодифференцпрованные, богатые крупнокристалли-ческим мусковитом пегматиты 8-го типа (жилы 154,4а и 4)- При этом количеством шкроклина в ни последовательно уменьшается снизу вверх, так что расположенная в апикальной части серии жила Г 4 характеризуется наименьшим его содержанием.
Подобное кулисообразное строение сильных серий, заключающих наиболее дифференцированные и богатые крупнокристаллическим мусковитом пегматиты, характерно и для других месторождении Чу-пино-Лоухского района (сильные серии Ш? 48-33» 66-8 месторождения Плотика). Присутствие на глубинных горизонтах вільних узлов крупных, cjjado дифференцированных кил, обогащенных микроклином, отмечается также и для других месторождений (Хито-гора).
Промышленные пегматитовые гллы Хетоламбинской и Чкаловской групп месторождений связаны с развитием тектонических трещин выдержанного северо- северо-западного простирания Г 7 1 . Эти зилы такие группируются в виде кустов» залегая субпараллельно друг другу или кулисообразно. Протяженность стіл (200-300 м) значительно превосходит их мощность, составляющую в среднем 8-Ю м.
Калиевый полевой шпат
Кроме крупнокристаллического мусковита, развивающегося по биотиту, в яилах 4-го типа широко представлены крупные кристаллы мусковита, образующиеся в результате перекристаллизации квариево-мусковитового агрегата- Это явление обычно отмечается по периферии гнезд кварцево-мусксвитового агрегата и, как правило, вблизи кварцевого ядра жил (приложениеТ,рис.14). Крупнокристаллические (пегматерщныи) мусковит приурочен преимущественно к участкам развития плагиоклазового пегматита, либо располагается меэду блоками плагиоклаза и микроклина (приложение!, рис.15). Совместно с пегматовдкым мусковитом непосредственно на контакте с кварцевым ядром иногда наблюдаются іідиоморйнне выделения плагиоклаза и микроклина, как будто бы не затронутые процессами замещения.
Изучение жилы 2/4-34 месторождения Плотина на разных гипсометрических; уровнях показало, что килн этого типа характеризуются слабо выраженной вертикальной зональностью. Микроклин в них присутствует на всех горизонтах, концентрируясь в головной части шл. Здесь ж распространен биотит, в нижней ке части жилы он интенсивно замещен мусковитом в ассоциации с турмалином и гранатом.
Аналогичным минеральным составом и строением характеризуются и плагиомикроклшовые слюдяно-керамические пегматиты (3-его типа).
До сравнению со слюдяными и слюдяно-керамическими керамические пегматиты имеют, как правило, более простое строение, что обусловлено практически полным отсутствием в них мусковит- . содержащих минеральных парагенезисов. їїриконтактовые зоны этих шиї сложены такзіда кваргево-плагиоклазовым пегматитом неясногра-фическои структуры. Центральная часть жил образована гигантски-ми (до 3 м в поперечнике) блоками плагиоклаза (2-ой тип шиї), либо плагиоклаза и микроклина (3 и 4-ый типы), группирующимся вокруг кварцевого ядра. Блоковые структуры, так не как и прикон-тс-ктовые зоны, рассекаются леистовым биотитом, вцделения которого тяготеют к плагиоклазовому пегматиту, либо же к промежуткам цейсу блоками микроклина, плагиоклаза и кварца.
Все описанные выше пегматитовые килы, несмотря на частные их текстурно-минералогические различия, характеризуются общим типом зональности.
Большинство исследователей пегматитовГ З, 53,55,23,180,110, gojf описывая зональность пегматитовых г-ил, отмечали закономерность в расположении отдельных зон, наличие как постепенных переходов меяду ими, так и резких контактов, пересечения или замещения внешних зон внутренними Отмечалась так;е устойчивость минеральных парагенезисов в однотипных зонах глл и постоянство минерального состава в преиел х отдельных пегматитовых полей. При этом зональность пегматитовых пл, если не принимать во внимание агрегаты явно метасоматического происхождения, отражает общую последовательность формирования минеральных ассопиаыиН в пегматитах.
Все изложенное зыше позволяет наметить определенную возрастную последовательность формирования минеральных парагенези-сов и отдельных минералов пегматитовых БИЛ.
1. Кварцево-плагиоклазовый пегматит ортотектитовой, неясно графической структуры, слагающий тш слюдяных и керамических пегматитов. Он развит в призєхьбандовщ зонах большинства пег матитовых ЕЕЛ, особенно в их глубинных и головных участках.
2, Кварпево-микроклиновыЁ пегматит неясяографнческои и графической структур.
3 Гигантские выделения микро-клина и плагиоклаза, для кристаллов которых (особенно для плагиоклаза) в большинстве случаев характерен направленный рост от зальбаядов жил к их центральной части ("столбчатая" структура по АС. НиканоровурЗОІТакое развитие в зилах явлений геометрического отбора при росте блоков минералов свидетельствует о существовании свободных полостей в пропессе формирования пегматитов 42,90J я »
4. Обособлен; кварпа ("зародышевые" кварпезые ядра) мевду гигантскими блоками полевых шпатов, начало формирования кварпе-воп оси, продолжающееся на протяжения всех последующих стадий процесса.
5. Крупные лейсты биотита, пересекающие различные структурно-минеральные комплексы (зоны) пегматитовых БИЛ.
6. Хварцево-мусковитовый агрегат, являющийся еще более поздним образованием. При этом замещению подвергается в основном плагиоклаз явясногрє ической, ре ж блоковой структур, в зяа-чительно меньшей степени замещается кварпево-микроклиновкй пег-мати т. При интенсивном развитии процесса лейсты биотита так:::е подвергается замещению мусковитом. Совместно с мусковитом и квар-пем выделяется апатит, гранат, турмалин, є тактів сульфиды.
Особенности химического состава растворов из включений в кварце
Кварц является одним из основных породообразующих минералов всех текстурно-минералогических типов пегматитов, устанавливается практически во всех структурных зонах и входит в состав различ-ннх минеральных парагенезисов. Его содержание варьирует от 15--20JS в плагиоклаз овом пегматите неясно графической структуры до 80-90$ в ядрах кил. Бнделено несколько морфологических разновидностей этого минерала.
1. Кварц, слагающий совместно с плагиоклазом и микроклином неяснографическую структуру пегматита. Он образует незакономерно или секториально расположенные вростки - "ихтиоглипты" в блоках полевых шпатов. Весь кварц представлен низкотемпературной модификацией, так как высокое давление, господствующее при формировании этой минеральной ассоциации,сдвигает точку инверсии с 573С до 700-800С [150,152 ] .
2. Кварц, образующий совместно с микроклином и плагиоклазом пегматит графической структуры. Для него характерны довольно крупные ихтиоглипты с плоскостной индукционной огранкой (классические графические срастания по акуменко[зимегощие одинаковую ориентировку на протяжении десятков сантиметров. Форма ихтиоглип-тов конусовидная, внутренняя часть их полая, выполнена полевым шпатом.
3. Блоковый кварц слагает ядра жил и характеризуется массивной текстурой и серой, молочно-белой и розовой окраской. Б отдельных участках - вблизи мелких блоков полевых пшатов, пегма-тождного мусковита или лейст биотита наблюдается осветление кварца, он становится водяяо-прозрачным. При микроскопическом изучении в полупрозрачном кварце фиксируется большое количество очень мелких включений, содержащих до 60-70$ газовой фазы (рис.20а). Розовый и молочно-белый кварц блоковой структуры содержит толь ко многочисленные газовые включения, что согласуется с данными, полученными ранее Л.Л.Гродницким и А.К.Полиным [ f2] . Водяно-прозрачный и дымчатый кварц, который в основном нами изучался, содержит помимо вторичных включений, приуроченных к системам залеченных трещин и имеющих температурит гомогенизации около 200С, высокотемпературные газово-адшие включения, с 30 1 - N. газовой фазы и гомогенизирующиеся в жидкую фазу (рис.ЗОй). Температуры декрипитации этих включений соответствуют 400-460С.
Различия в фазовом составе включений, по-видимому, можно объяснить следующим образом. Формирование кварцевого ядра начинается из надкритической флюидной фазы. В результате чего кристаллизуется непрозрачный молочно-белый, розовый или серый кварц. Дальнейшие процессы формирования пегматнтов-нристаллизашя лейстово-го биотита, пегматоидного мусковита и мелкоблоковых структур сопровождаются перекристаллизацией кварца вблизи этих минералов. По представлению некоторых исследователей формирование кварцевого ядра - процесс не одноактный и охватывал значительный интервал температур [ 3 J 4. Кварц, составляющий основную массу пегматита петельча той структуры, в которой наблюдаются петлеобразные выделения пла гиоклаза и микроклина. Как правило, такие структуры развиваются в непосредственной близости с гнездами и полосами кварцево-мус-ковитового агрегата. 5. Кварц, входящий в состав кварцево-мусковитового агрегата, образует ксеноморфные зерна с индукционной штриховкой на плоскос тях срастания с мусковитом. Микроскопическое изучение этого квар ца показало, что он содершт большое количество газово-нидких ЛРИС.20Ы, включений с 20-40JS газовой фазыТТемпературы декрипитации их находятся в интервале 500-460С. Это согласуется с данными по фазовому составу включений в кварце кварцево-мусковитового агре гата и температурами их образования, приведенными в литературных источниках [ 35, гб, 42 ] .
Изучение химического состава растворов включений показало, что они имеют сульфатно-хлоридно-бикарбонатный состав ч (более подробно изложено ниже - глава 6). На основе изучения взаимоотношений кварца с другими породообразующими минералами выделено три его генерации. К кварцу I относятся вростки его в полевых шпатах неясно-графической и графической структур пегматита. Кварц II - блоковый, слагает ядра кил, кристаллизовался в широком интервале температур, начинал выделяться, по-видимому, несколько позднее крупных блоков полевых шпатов, а завершилась его кристаллизация и перекрнсталлиззция к концу процесса формирования пегматитовых жил:-. Кварц Ш представлен в кварцево-мусковитовом агрегате в петельчатой структуре пегматита.
В выделенных генерациях кварца определены параметры элементарной ячейки а0 и с0 прецизионным рентгеновским методом, разработанным И.Е.Каменцевым Г 5k 1 , а также методом пламенной фотометрии и количественным спектральным анализом - содержания элементов-примесей (табл. 1Ц ). Данные по распределению элементов-примесей в различных генерациях кварца дозволяют сделать следующие вывода.
По содеркаяию калия, натрия, рубидид, цезия и титана различные генерации кварца друг от друга практически не отличаются. Пониженным содержанием лития, магния и железа блоковый кварц отличается от других генераций.
