Введение к работе
Актуальность темы. Минералы группы перовскита являются характерными акцессорными и, в ряде случаев, главными компонентами массивов щелочных пород различных формаций. Широкая распространенность природных соединений со структурой перовскита в щелочных породах различного вещественного состава, а также уникальная изоморфная емкость структуры перовскитового типа делает эти минералы чутким индикатором направленности эволюции среды минералообразования. Наряду с пироксенами, слюдами, апатитом и некоторыми другими, минералы группы перовскита являются "сквозными", встречаясь как в типично магматических образованиях, так и в развивающихся по ним метасоматитах. С этих позиций особенно актуальным представляется систематическое исследование типоморфных особенностей перовскита, лопарита и других представителей рассматриваемой группы из разноформационных щелочных массивов.
Цель работы. 1. Установление характера эволюции химического состава и других типоморфных признаков (морфологии, структурных параметров) минералов группы перовскита из диатрем оливин-клинопироксеновых меланефелинитов и массивов щелочно-ультраосновной и нефелин-сиенитовой формаций Кольского полуострова; 2. Систематизация данных по составу минералов группы перовскита из щелочных пород разных формаций Кольского полуострова и других провинций мира по единой классификационной схеме; 3. Уточнение некоторых спорных вопросов изоморфизма в минералах рассматриваемой группы.
Фактический материал и методика исследований. Фактический
материал для настоящей работы был собран автором в ходе полевых
исследований в Якутии (1990 г.) и на Кольском п-ове в 1992-1994 гг.. Кроме
того, были изучены образцы из тематических коллекций кафедры минералогии
СПбГУ и любезно предоставленные российскими и зарубежными коллегами.
Помимо коллекций по месторождениям Кольского полуострова из массивов
Африканда, Ковдор, Себльявр, Лесная Варака, Турьего Мыса, Хибинского,
Ловозерского, и диатрем Терского берега, для исследований нами привлекался
материал из следующих комплексов и массивов щелочных пород:
Маломурунского (Якутия), Ока (Канада), Магнет-Коув (США), Луеши (Заир),
Якупиранга (Бразилия), Керимаси (Танзания). В процессе работы над
диссертацией автором применялись как традиционные минералогические
(оптико-микроскопические, определения физических констант минералов), так и
новейшие методы исследования (электронно-микроскопические,
микрозондовые, спектроскопические). Нами было изучено около 300 шлифов и аншлифов, выполнено более 1600 оригинальных определений состава минералов группы перовскита по единой аналитической схеме и около 250 определений состава ассоциирующих с ними фаз энерго-дисперсионным методом (SEM Hitachi 570 с аналитической приставкой LINK ISIS). Определения
состава нового минерала - изолуешита были выполнены также методом волновой дисперсии (Cameca SX-50). Рентгеновские исследования минералов группы перовскита и их синтетических аналогов включали: рентгенометрические определения параметров элементарной ячейки перовскита, лопарита и изолуешита (ДРОН-2.0, Philips 3710, Сика-излучение; 38 проб), количественные микроструктурные измерения эпитаксиальных нарастаний иттрий-бариевого купрата со структурой перовскитового типа на субстратах различного состава (Nonius CAD3, Huber; Сика- и FeKa-излучение; 10 проб), монокристалльное изучение изолуешита методами качания (РКВ-86) и получения обратной решетки (КФОР). Спектроскопическое изучение минералов группы перовскита включало: ЭПР- (РЭ-1308), ИК- (UR-20, FTIR IFS-66, Specord 75 IR) и оптико-спектроскопические (ПООС) исследования (всего около 30 проб).
Научная новизна. В данной работе впервые проведена систематизация опубликованных (более 100 литературных источников) и новых (результаты свыше 1600 микрозондовых анализов) данных по химическому составу минералов группы перовскита, выполненная на основе единой классификационной схемы, рекомендованной Комиссией по новым минералам и названиям минералов Международной Минералогической Ассоциации; в деталях выявлен характер эволюции состава минералов рассматриваемой группы из щелочно-ультраосновных пород и карбонатитов, нефелиновых сиенитов и связанных с ними метасоматитов; впервые в минералах из ультрамафитов и карбонатитов щелочно-ультраосновных комплексов Карело-Кольского региона установлены "расплавные" твердофазные включения; на основе спектроскопических данных установлена структурная позиция железа, марганца и тория в структуре минералов группы перовскита; детально охарактеризован новый минеральный вид с перовскитовой структурой - изолуешит; показана устарелость понятий "ниоболопарит" и "иринит" и необходимость постановки в дальнейшем вопроса об их дискредитации как самостоятельных минеральных видов.
Практическая ценность настоящей работы заключается, в первую очередь, в том, что представленные в ней данные по морфологии, минеральным ассоциациям, составу и структурным особенностям перовскита и родственных ему минералов существенно расширяют наши знания об этой минеральной группе. Сведения об открытом и описанном нами изолуешите уже пополнили компьютерный банк минералогических данных MDAT AUTO. Кроме того, результаты наших исследований могут быть учтены при ведении поиска коренных месторождений, связанных со щелочными породами различной формационной принадлежности, минералого-геохимическими методами.
Защищаемые положения.
1) Перовскит в кимберлитах, мелилититах, нефелинитах, лампрофирах и в оливин-клинопироксеновых меланефелинитах Терского берега в целом
выдержан по химическому составу. Нам не удалось выявить каких-либо типохимических особенностей, позволивших бы по составу минерала определять формационную принадлежность вмещающих его изверженных щелочно-ультраосновных пород. Более генетически информативным признаком являются взаимоотношения перовскита с ассоциирующими минералами.
2) В карбонатитоносных массивах химический состав минералов группы
перовскита эволюционирует по трем основным трендам: луешитовому
(обогащение Na и Nb), латраппитовому (обогащение Fe и Nb) и лопаритовому
(обогащение Na и REE). Эти эволюционные особенности иногда проявлены в
зональности строения зерен (что типично, например, для перовскита из
кальцитовых карбонатитов) или образовании кайм на кристаллах более ранних
генераций (например, замещение перовскита лопаритом в рудных шлирах,
ийолит-пегматитах и кальцит-амфибол-диопсидовых породах).
3) Эволюция состава зерен перовскита в ксенолитах щелочных
ультрамафитов и породах фоидолитовой серии Хибинского полиформациокного
массива проявляется в его последовательном обогащении Na, REE, Nb и Th
(аналогично изменению состава перовскита из массивов щелочно-
ультраосновной формации по лопаритовому тренду). Такая зональность
обусловлена метасоматическими процессами, а именно, - воздействием на зги
породы растворов, отщепившихся от нефелин-сиенитового расплава.
-
В Ловозерском и Хибинском массивах нефелиновых сиенитов состав лопарита эволюционирует, обогащаясь Na и Nb вплоть до появления луешита в эвдиалитовых луявритах и натролитизированных фойяитах (Ловозеро), ниобиевого лопарита и изолуешита в наиболее поздних минеральных парагенезисах сложнодифференцированных пегматитовых тел (Хибины). Этот факт указывает на одинаковую направленность химической эволюции нефелин-сиенитового расплава и постмагматических растворов при становлении обоих массивов. Механизмы накопления лопарита в метасоматических породах Хибинского и Ловозерского массивов близки между собой. Иногда лопаритовая минерализация является реликтовой, а иногда представляет собой новообразование. В обоих случаях при переходе от вмещающих пород к метасоматитам состав минерала не претерпевает заметных изменений. Следовательно, образование лопаритовой минерализации в метасоматитах Хибинского и Ловозерского массивов предопределялось не изначальной обогащенностью метасоматических растворов редкими элементами, а их заимствованием из пород субстрата (нефелиновых сиенитов и пегматитов).
-
Обогащенный торием лопарит (с содержанием ТЮг более 1.5 масс.%) не обнаружен в породах Ловозерской интрузии, но обычен в нефелин-сиенитовых пегматитах и метасоматитах Хибинского массива. Вместе с тем, в породах последнего не обнаружены торийсодержащие и ториевые силикаты и фосфато-силикаты, обычные для нефелиновых сиенитов и пегматитов Ловозерской
- б -
интрузии. Этот факт свидетельствует в пользу принципиальных отличий в механизмах накопления Th в породах двух массивов.
6) Структурный типоморфизм четко проявлен в перовските из щелочно-ультраосновных массивов. От наиболее ранних серий пород (ультраосновной, мельтейгит-уртитовой и турьяитовой) к более поздней карбонатитовой серии обогащение состава минерала Na и Nb (по луешитовому тренду) приводит к увеличению параметров его элементарной ячейки и возрастанию степени отклонения " структуры перовскита от идеальной кубической ввиду дестабилизирующего влияния этих изоморфных примесей. Закономерное возрастание параметров элементарной ячейки в зависимости от концентраций Na vi Nb отмечается также для лопарита из массивов нефелйн-сиенитовой формации. Традиционные рентгеновские методы не позволяют выявить специфику процессов структурного искажения для этого минерала ввиду малой степени отклонения симметрии его кристаллической решетки от идеальной кубической. Изолуешит является стабилизированной полиморфной модификацией ниобата натрия NaNb03.
Апробация работы. Основные положения, изложенные в диссертации, обсуждались на международной конференции памяти А.А.Иностранцева (Санкт-Петербург, 1994 г.) и на годичных собраниях Минералогической Ассоциации Канады и Геологической Ассоциации Канады в Ватерлоо (1994 г.) и в Виннипеге (1996 г.). По результатам проведенных исследований опубликовано 4 статьи в российских и зарубежных изданиях, 2 статьи находятся в печати в журнале "Canadian Mineralogist".
Объем и структура работы. Работа состоит из введения, 7 глав, заключения и приложений общим объемом 306 страниц, включая 135 стр. машинописного текста, 11 табл., 100 рис., 21 прил. и список литературы из 358 наименований.
