Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Фактический материал, методология и методы исследования 11
Глава 2. Геологическая и минералого-петрографическая характеристика Хибинского щелочного массива. Геологическое положение луяврит-малиньитов.
2.1. Геологическое строение Хибинского массива и
минералого-петрографическая характеристика основных типов пород 19
2.2. Геологическое положение «комплекса» луяврит-малиньитов Хибинского массива 25
2.3. Основные гипотезы формирования пород «комплекса» луяврит-малиньитов 28
Глава 3. Минералого-петрографическая и петрохимическая характеристика пород «комплекса» луяврит-малиньитов Хибинского массива .
3.1. История изучения луяврит-малиньитов 30
3.2. Минералого-петрографическая характеристика пород «комплекса» луяврит-малиньитов Хибинского массива 33
3.3. Петрохимическая специфика луяврит-малиньитов Хибинского массива 38
Глава 4. Типоморфизм породообразующих и акцессорных минералов пород «комплекса» луяврит-малиньитов .
4.1. Породообразующие минералы 42
4.1.1. Калиевый полевой шпат 42
4.1.2. Нефелин 51
4.1.3. Кальсилит 54
4.1.4. Минералы группы амфиболов 64
4.1.5. Минералы группы пироксенов 73
4.1.6. Слюды 82
4.2. Акцессорная минерализация.
4.2.1. Минералы группы эвдиалита 85
4.2.2. Минералы ряда лампрофиллит-баритолампрофиллит 98
4.2.3. Титанит 107
4.2.4. Ринкит, вудъяврит, лоренценит, энигматит, ильменит 113
4.2.5. Ферсманит, «Ті-монголит», пирохлор, лопарит 120
4.2.6. Апатит 130
4.2.7. Пектолит, «высоконатриевый маунтинит», канкринит, содалит, минералы группы цеолитов 135
4.2.8. Сульфиды пород «комплекса» луяврит-малиньитов 146
Глава 5. Эволюция минералообразования в породах «комплекса» луяврит-малиньитов .
5.1. Генезис и процессы минералообразования луявритов 150
5.2. Генезис и эволюция минералообразования малиньитов изучаемого «комплекса» 155
5.2.1. О генезисе малиньитов 155
5.2.2. Эволюция минералообразования в малиньитах изучаемого «комплекса» 159
5.3. Минералы - индикаторы процессов формирования пород «комплекса» луяврит-малиньитов 164
Заключение 169
Список литературы 171
- Фактический материал, методология и методы исследования
- Геологическое положение «комплекса» луяврит-малиньитов Хибинского массива
- Минералого-петрографическая характеристика пород «комплекса» луяврит-малиньитов Хибинского массива
- Минералы ряда лампрофиллит-баритолампрофиллит
Введение к работе
Термин «луяврит» был введен Бреггером при изучении Ловозерского массива на Кольском п-ове для обозначения меланократовой агпаитовой разновидности нефелиновых сиенитов, сложенных полевым шпатом, нефелином и темноцветными минералами, богатых арфведсонитом, эгирином, лампрофиллитом или эвдиалитом, которая слагает основную часть массива. Название породе дано по саамскому названию массива (Луявр-урт) (Brogger, 1890). Ловозерские луявриты представлены в массиве большим количеством разновидностей, выделяемых по преобладающему темноцветному или акцессорному минералу, и могут считаться «эталонными» для этого вида пород. Они характеризуются исключительным богатством и разнообразием акцессорной минерализации, в первую очередь - оксидами и силикатами редких и редкоземельных металлов (Буссен, Сахаров, 1972). Отличительной чертой ловозерских луявритов также является трахитоидная структура, обусловленная линейно-плоскостной ориентировкой лейст полевого шпата. Кроме Ловозерского массива луявриты широко распространены также в массиве Илимаусак (Юж. Гренландия), в небольшом количестве отмечены в массивах Пилансберг (Африка), Сил-Лейк (Канада) и в Хибинском массиве.
В отличие от Ловозерского массива, где на долю луявритов приходится более 90% объема (они целиком слагают комплекс эвдиалитовых луявритов (-44%), комплекс мурманитовых луявритов (-2%) и значительную часть дифференцированного комплекса (43-46%), (Буссен, Сахаров, 1972)), в Хибинском массиве луявриты распространены незначительно и составляют не более 1 % объема массива. Их относительно маломощные пластовые тела, переслаивающиеся с малиньитами, прослеживаются в верхней части толщи дифференцированных мельтейгит-уртитов Центральной дуги массива, вдоль ее контакта с лявочорритами и перекрывающими ее рисчорритами.
Проблема генезиса хибинских луявритов остается нерешенной. По-видимому, это одни из наиболее поздних пород массива. Они характеризуются трахитоидной структурой, обусловленной закономерной ориентировкой лейст полевого полевого шпата и сложены ортоклазом, нефелином и щелочными темноцветными минералами (эгирином и магнезиоарфведсонитом), а также обогащены редкометальными акцессорными минералами. Существенная доля
калия в составе щелочных компонентов, выраженная в калиевом составе породообразующего полевого шпата, их обогащенность фемическими элементами (железом и магнием), а также барием и стронцием определяют петрохимическую специфику хибинских луявритов и отличает их от «эталонных» луявритов Ловозерского массива и остальных - лейкократовых и существенно натриевых нефелиновых сиенитов Хибинского массива (фойяитов, хибинитов и лявочорритов). Представления об их генезисе традиционно делятся на две группы: одни исследователи акцентируют внимание на тесной пространственной связи луявритов с породами мельтейгит-уртитовой толщи и считают их поздней фазой ийолит-уртитов или промежуточным дифференциатом между мельтейгит-уртитовой и нефелин-сиенитовой магмой (Иванова и др., 1963, 1970; Володин, 1964; Зак и др., 1972). Другие исследователи считают луявриты агпаитовой меланократовой разновидностью нефелиновых сиенитов (Куплетский, 1932; Галахов, 1959; Зотов, 1989; Боруцкий, 1988), исходя из их количественно-минерального состава, петрохимических и текстурно-структурных особенностей, близких к «эталонным» ловозерским луявритам и геологических соотношений с другими группами пород Хибинского массива.
Малиньитами первоначально были названы мезократовые нефелиновые сиениты, содержащие значительное количество эгирин-авгита и приблизительно равные количества ортоклаза и нефелина, описанные Лоусоном в Канаде, в районе бассейна реки Малиньи (Lawson, 1896). Позднее, при изучении других щелочных массивов термин «малиньит» получил более широкое значение. Так, Е. Кранк назвал малиньитами поздние щелочные породы, образующие крупные тела и маломощные жилы, секущие песчаники южной краевой зоны массива Турьего мыса, соответствующие по составу полевошпатовым ийолитам (Krank Е., 1928). Они обладают трахитоидной структурой и неравномернозернистой структурой, характеризуются богатой и разнообразной акцессорной минерализацией. В Ловозерском массиве (Кольский п-ов) Нефедовым (1938), а затем Сахаровым (Буссен, Сахаров, 1972) малиньитом была названа меланократовая порода, по составу также соответствующая полевошпатовому ийолит-уртиту, входящая в состав дифференцированного комплекса уртитов-фойяитов-луявритов. Здесь в некоторых его ритмах малиньиты как бы «заменяют» луявриты). Ловозерские
малиньиты сложены эгирином, нефелином, иногда К,Ка-полевым шпатом, содалитом и ильменитом, содержат богатую редкометальную минерализацию. Разности малиньитов, обогащенные лопаритом - промышленный источник ниобия, тантала и редкоземельных элементов, их выделяют под названием лопаритовые малиньиты. Эти породы характеризуются пойкилитовой или трахитоидной структурой. В Ковдорском массиве (Кольский п-ов) малиньиты отмечены в краевых зонах полевошпатовых ийолит-уртитовых жильных тел близ контакта мельтейгит-уртитов с вмещающими гнейсами и в приконтактовом ореоле фенитов. По составу эти породы соответсвуют ийолит-уртитам и отличаются от них только пойкилитовой или порфировидной структурой (Кухаренко и др., 1965, Римская-Корсакова, Краснова, 2002).
В Хибинском массиве малиньиты распространены гораздо шире, чем луявриты. Крупные пластовые тела этих пород установлены в верхней части толщи дифференцированных мельтейгит-уртитов. Они «переслаиваются» с горизонтами луявритов, и прослеживаются в зонах эндоконтактов дифференцированных сфеновых мельтейгит-уртитов и рисчорритов или пластов луявритов с вмещающими их сфеновыми мельтейгит-уртитами. Малиньиты образуют пластовые и линзовидные тела и в нижней части толщи дифференцированными мельтейгит-уртитов - в зоне их контакта с подстилающими рисчорритами и трахитоидными хибинитами.
По минеральному составу и геологическому положению хибинские малиньиты разделены нами на три типа: 1 - «порфировидные малиньиты», приуроченные к нижнему контакту толщи дифференцированных мельтейгит-уртитов с подстилающими ее рисчорритами. Они характеризуются порфировидной структурой, образованной крупными пойкилобластами лампрофиллита, выделяющимися среди основной более мелкозернистой массы, сложенной темноцветными минералами и нефелином, и трахитоидной структурой, обусловленной параллельной ориентировкой игольчатого эгирин-геденбергита и мелких «псевдолейст» постмагматического калиевого полевого шпата, замещающего нефелин. Кроме лампрофиллита, характерными акцессорными минералами этих пород являются минералы группы эвдиалита, иногда образующие в этих породах крупные скопления, ринкит, лоренценит, титанит, апатит и другие. По своему химическому составу - соотношению петрогенных элементов - они близки к мельтейгит-уртитам и отличаются от
последних только несколько большей обогащенностью калием, стронцием и барием. В настоящей работе термин «порфировидные малиньиты» применен согласно терминологии С. И. Зака (Зак и др., 1972). 2 - малиньиты, развитые в эндоконтакте луявритов с мельтеигит-уртитами и связанные с луявритами постепенными переходами (в данной работе они условно обозначены автором как «малиньиты-L»); Эти малиньиты характеризуются сходным с луявритами химическим и минеральным составом, но отличаются пойкилитовой структурой, обусловленной пойкилобластовым характером ортоклаза и Na,Ca-амфибола (магнезиоарфведсонит-рихтеритового ряда). 3 - малиньиты, развивающиеся непосредственно по дифференцировынным сфеновым мельтейгит-уртитам (выделены как «малиньиты-U»), также характеризуются пойкилитовой структурой, но содержат существенно больше нефелина и темноцветных минералов, чем «малиньиты-L», и меньше - калиевого полевого шпата. «Малиньиты-U» обогащены титанитом, близки по составу к сфеновым мельтейгит-уртитам и связаны с ними постепенным переходом.
Вопрос о генезисе малиньитов также остается спорным. Согласно взглядам одной группы исследователей они являются поздней фазой мельтейгит-уртитов или рисчорритов (Елисеев, 1939; Иванова, 1963, 1970; Зак и др., 1972; Галахов, 1975), другие (Зотов, 1989; Серебрицкий 1992) рассматривают их как продукт метасоматической переработки (ортоклазизации) соответственно ийолитов или мельтейгит-уртитов. На метасоматическое происхождение этих пород указывают: приуроченность малиньитов в зонах эндоконтакта мельтейгит-уртитов с рисчорритами, пластовых тел нефелиновых сиенитов (луявритов) с вмещающими их мельтейгит-уртитов, с постепенными переходами между ними и этими породами; характер контактовых взаимоотношений мельтейгит-уртитов (или луявритов) и малиньитов - переход выражен в постепенной калишпатизации породы, замещении нефелина калиевым полевым шпатом (в случае луявритов - в перекристаллизации «лейстового ортоклаза) и развития пойкилитовой структуры за счет формирования все более крупных пойкилобластов калиевого полевого шпата (а также натриевых амфиболов). По мере приближения к рисчорритам сфеновые мельтейгит-уртиты, сменяются полевошпатовым мельтеигит-уртитами (с пойкилитовым полевым шпатом), а последние собственно малиньитами; пространственная связь малиньитов с рисчорритами,
пойкилитовый облик и калиевый состав полевого шпата, позволяющие предположить, что формирование малиньитов в значительной степени обусловлено преобразованием нефелиновых сиенитов (луявритов) и мельтейгит-уртитов в результате процессов калиевого метасоматоза, аналогичных установленным в рисчорритах (Агеева, 20026); формирование в малиньитах ассоциации высокощелочных калиевых (натриево-калиевых) минералов, указывающее на формирование пород условиях высокой активности щелочных элементов (калия и натрия); наличие реликтов первичных минеральных ассоциаций, характерных для луявритов (в «малиньитах-L») или дифференцированных мельтейгит-уртитов (в «малиньитах-U» и «порфировидных малиньитах»).
Изучение пород «комплекса» луяврит-мапиньтов Хибинского массива в настоящее время ограничено, в основном, их общей геологической и петрографической характеристикой без подробного минералогического изучения. Однако, детальное исследование типоморфных ассоциаций, эволюции химического состава породообразующих и акцессорных минералов и характера их посткристаллизационных преобразований имеет важное генетическое значение и позволяет реконструировать историю формирования пород этого «комплекса».
Поэтому, детальное изучение особенностей минерального состава, химического состава породообразующих и акцессорных минералов и их контактовых взаимоотношений, эволюции минеральных ассоциаций в породах «комплекса» луяврит-малиньитов современными точными методами -локальным рентгеноспектральным, электронно-микроскопическим и другими - представляется актуальным и в научном, и в практическом аспектах. Оно позволит существенно уточнить и дополнить представления об их природе, получить новые аргументы для решения проблемы их генезиса и показать существенную роль метасоматических процессов в формировании малиньитов Хибинского массива. Полученные данные представляются важными и для общей реконструкции истории формирования Хибинского массива и его уникальных апатитовых месторождений.
Целью диссертационной работы являлось детальное исследование минералогии пород «комплекса» луяврит-малиньитов Хибинского массива -изучение особенностей химического состава, однородности/неоднородности
минералов, взаимоотношений между типоморфными породообразующими и акцессорными минералами и эволюции минералообразования в ходе формирования данных пород, а также уточнение геологических взаимоотношений луяврит-малиньитов с окружающими породами и их минералого-петрохимической специфики и использование полученных данных для уточнения природы луявритов и малиньитов. Исходя из этого, были поставлены следующие задачи:
детальное изучение состава и структурных особенностей минералов луявритов и малиньитов; сравнительное изучение их основных минеральных ассоциаций и выявление типоморфных особенностей минералов данных пород.
выявление среди малиньитов изучаемого «комплекса» основных типов, различающихся по геологическому положению, количественно-минеральному составу и типоморфными особенностям слагающих их минералов, уточнение их контактовых взаимоотношений с луявритами, трахитоидными мельтейгит-уртитами и рисчорритами.
- выявление и изучение в малиньитах выделенных типов основных
стадий эволюции минералообразования, обусловленных процессами
преобразования первичных пород.
Основным предметом нашего изучения стали акцессорные и породообразующие минералы луявритов и малиньитов Хибинского массива. В силу малого объема этих пород, а также противоречивости опубликованных данных, эти образования оказались плохо изученными минералогически: в частности отсутствуют систематические данные, касающихся особенностей состава слагающих их минералов и его эволюции в процессе их формирования. Полученные в рамках настоящей работы результаты минералогического изучения хибинских луявритов представлены в сравнении с литературными и полученными диссертантом данными по породообразующим и акцессорным минералам эталонных для данного типа пород луявритов Ловозерского массива (Кольский п-ов), лейкократовыми нефелиновых сиенитов (фойяитов, хибинитов, лявочорритов) и пород мельтейгит-уртитового ряда Хибинского массива.
Основными объектами изучения в данной работе являлись: 1) луявриты из коренных выходов пластов, прослеживающихся на западном и восточном
склонах Центрального отрога горы Кукисвумчорр Хибинского массива (см. карту, рис.1); 2) малиньиты, «переслаивающиеся» с луявритами на горе Кукисвумчорр; 3) «порфировидные малиньиты», из коренных выходов на горе Поачвумчорр, Хибинского массива (рис. 1).
Работа выполнена на материале собранном на поверхности диссертантом во время полевых работ 2000-2003 годов, а также керне поисково-разведочных и структурных скважин, пробуренных геологами Хибиногорской партии СЗГУ ПГО Севзапгеология (скважины 1456 и 1492), отобранном коллективом хибинской группы ИГЕМ РАН Б.Е. Боруцким, М.Н. Соколовой, З.В. Шлюковой и керне скважин 2067 и 2070, пробуренных геологами Мурманской ГРЭ, отобранном автором.
Проведено изучение около 100 прозрачно-полированных шлифов изучаемых пород. Получено около 700 микрозондовых анализов минералов. В работе использованы методы электронной микроскопии, электронно-зондового микроанализа, порошковой рентгенографии, ИК-спектроскопии, рентгенофлюоресцентной спектроскопии, эмиссионной пламенной спектрофотометрии, атомной адсорбционной спектрометрии и нейтронно-активационного анализа и др.
В результате проведенного исследования:
Впервые получены систематические данные о минеральном составе пород «комплекса» луяврит-малиньитов Хибинского массива.
Установлены ряд минералов, ранее не отмечавшихся в породах изучаемого «комплекса» (тасекит, ферсманит, джерфишерит, лоренценит, кальсилит) или вообще в породах Хибинского массива («Fe-ловозерит», «высоконатриевый маунтинит»)
Впервые детально изучены типоморфные особенности химического состава слагающих малиньиты породообразующих и акцессорных минералов.
В пределах изучаемого «комплекса» выделены три типа малиньитов, различающихся по геологическому положению, петрохимическим особенностям и минеральному составу.
Установлено, что в формировании малиньитов существенную роль играли метасоматические процессы и специфика формирования каждого из трех установленных типов в значительной степени обусловлена минералого-петрографическими особенностями замещаемых протопород.
6) В малиньитах исследованных типов установлено несколько стадий
эволюции минералообразования: реликтовые минералы, унаследованные от
исходных пород (трахитоидных мельтейгит-уртитов и луявритов) сменяются
сначала щелочно-бариевой ассоциацией минералов, образованной в ходе
относительно высокотемпературного К,8і-метасоматоза, а затем стронциево-
кальциево-ниобиевой сформированной под действием более
низкотемпературных растворов.
7) Установлена эффективность использования в качестве
минералогических индикаторов при формировании пород изучаемого
«комплекса»: породообразующего калиевого полевого шпата (при
минералообразовании в ходе К,8і-метасоматоза) и акцессорных минералов -
групп эвдиалита лампрофиллита (на всех стадиях минералообразования).
Полученные результаты изучения пород «комплекса» луяврит-малиньитов объединены в следующие защищаемые положения:
Породы луяврит-малиньитового «комплекса» Хибинского массива различны по своему происхождению. При близком минеральном составе одни из них (луявриты) являются магматическими образованиями, поздними меланократовыми дифференциатами нефелин-сиенитовой магмы; другие (малиньиты) образовались путем метасоматического преобразования меланократовых пород разного состава (мельтейгит-уртитов и луявритов).
Среди малиньитов Хибинского массива выделены породы трех основных типов, различающиеся по минеральному составу и геологическому положению: а) «малиньиты-L», образовавшиеся путем замещения луявритов, в зоне их эндоконтакта со сфеновыми мельтейгит-уртитами; б) «малиньиты-U», образовавшиеся при замещении самих сфеновых мельтейгит-уртитов; в) «порфировидные малиньиты», образовавшиеся путем замещения дифференцированных мелкозернистых мельтейгит-уртитов в зоне их контакта с рисчорритами. Специфика формирования каждого из типов обусловлена минералого-геохимическими особенностями замещаемых протопород.
Эволюция минералообразования в ходе формирования малиньитов исследованных типов проявляется в смене реликтовых минеральных ассоциаций исходных пород сначала щелочно-бариевой ассоциацией,
образованной в ходе относительно высокотемпературного К,8і-метасоматоза в условиях повышающейся щелочности; а затем стронциево-кальциево-ниобиевой ассоциацией минералов, сформированных под действием более низкотемпературных растворов на фоне снижения их щелочности и повышения кислотности среды минералообразования.
4. В качестве информативных минералогических индикаторов геохимической специфики процессов формирования малиньитов и луявритов могут быть использованы породообразующий полевой шпат и акцессорные минералы групп эвдиалита и лампрофиллита.
Основные результаты работы опубликованы в 4 статьях и 7 тезисах докладов и были представлены на всероссийских и международных совещаниях и симпозиумах. Результаты исследований докладывались на: годичной сессии Московского отделения ВМО 2001 года, Международном Симпозиуме "Минералогические музеи в XXI веке, 2002 года, Всероссийских семинарах с участием стран СНГ школы Щелочного магматизма Земли "Геохимия магматических пород" 2003 года (Апатиты) и 2002 года (Москва), I Ферсмановской научной сессии Кольского отделения ВМО 2004 года (Апатиты), X съезде Российского минералогического общества «Минералогия во всем пространстве сего слова» (Санкт-Петербург), 2004 года.
Работа состоит из введения, пяти глав и заключения. Общий объем 177 стр., включая 21 таблицу, 50 рисунков и список литературы из 106 наименований.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю д.г.-м.н. Б.Е. Боруцкому, сотрудникам лаборатории минералогии ИГЕМ РАН и ее заведующему член-корр. РАН Н.С. Бортникову за всестороннюю поддержку и внимание к работе. Отдельную благодарность автор выражает Д.И. Кринову за техническую помощь в работе и коллективу хибинской группы - М.Н. Соколовой, З.В. Шлюковой и О.А. Агеевой за большую помощь на всех этапах работы. Автор также благодарен В.В. Хангулову, Н.В. Трубкину, И.М. Марсий, О.Г. Унановой, Г.Е.Каленчук, А.Л. Керзину, А.И. Якушеву за сотрудничество в исследовании минералов и проведение аналитических работ, А.С. Фаныгину и Ф.В. Минакову - геологам Мурманской ГРЭ за любезно предоставленную возможность познакомиться с
керном последних пробуренных в изучаемом районе скважин. Особенная признательность автора Н.В. Чуканову (Ин-т проблем физической химии РАН) - за ИК-спектроскопическое изучение материала, а также за помощь в обсуждении результатов работы и поддержку на всем протяжении работы над диссертацией.
Работа выполнена в ИГЕМ РАН при финансовой поддержке Российского Фонда Фундаментальных исследований (гранты РФФИ №01-05-06159 и №03-05-64139).
Фактический материал, методология и методы исследования
Материалом для минералогического исследования пород «комплекса» луяврит-малиньитов являются, главным образом, образцы, собранные диссертантом во время полевых работ в период с 2000 по 2003 год, а также керн поисково-разведочных и структурных скважин, пробуренных геологами Хибиногорской партии СЗГУ ПГО Севзапгеология (скважины 1456 и 1492), отобранный коллективом хибинской группы ИГЕМ РАН Б.Е. Боруцким, М.Н. Соколовой, З.В. Шлюковой, а также керн скважин 2067 и 2070, пробуренных геологами Мурманской ГРЭ, отобранный автором (список и краткое описание образцов приведены в таблице 1, точки отбора образцов отмечены на рис. 1).
Диссертантом проведены диагностика и детальное исследование химического состава породообразующих и акцессорных минералов пород изучаемого «комплекса»методом рентгенохимического анализа на рентгеновском микроанализаторе с волновым спектрометром Camebax SX-50 (около 500 анализов) и сканирующем электронном микроскопе JSM-5300 с рентгеновским энергодисперсионным спектрометром Link ISIS (около 200 анализов). Электронная микроскопия широко применялась для изучения микронеоднородности минералов, особенностей их реакционных взаимоотношений и поиска сохранившихся в ходе замещений реликтов первичных минералов. Диссертантом проведено оптико-микроскопическое исследование около 100 прозрачно-полированных шлифов изучаемых пород. В ряде случаев диагностика минералов уточнялась методом порошковой рентгенографии в камере Гинье и методом ИК-спектроскопии на спектрометре Specord 75 IR (ИПХФ РАН, п. Черноголовка). Данные по химическому составу горных пород были получены на рентгенофлюоресцентном спектрометре замедленного действия Philips Analytical (PW 2400) и уточнены методами эмиссионной пламенной спектрофотометрии (атомно-абсорбционный спектрофотометр Varian АА-875), атомной адсорбционной спектрометрии (атомно-абсорбционный спектрофотометр Perkin-Elmer 403) и нейтронно-активационного анализа. Разделение Fe2+/Fe3+ проведено методом мокрой химии.
Методологический подход в данной работе выражен в использовании минерала как индикатора процессов формирования пород изучаемого комплекса на различных стадиях минералообразования и предположении, что состав минеральных ассоциаций и химические составы минералов претерпевают в ходе этих процессов значительные изменения. Он основывается на детальном изучении особенностей химического состава и его эволюции в породообразующих и акцессорных минералах, характера взаимодействия сосуществующих минералов и последовательности минералообразования в ходе формирования пород. Характер поведения основного объекта изучения - минерала, в процессе его кристаллизации и его изменения в результате постмагматического преобразования изучаемого объекта в значительной степени зависит от внешних геологических факторов, от химизма окружающей среды и т. д. Однако, способность минерала реагировать на изменение условий минералообразования контролируется его «внутренними» особенностями - возможностями кристаллической структуры и позволяет минералу «фиксировать» изменение внешних условий строго определенным образом. Исходя из этого, анализ всей совокупности изменений минеральных ассоциаций, составов минералов, продуктов их замещения является более информативным для характеристики условий формирования пород (в частности пород «комплекса» луяврит-малиньитов).
Кроме того, совместное детальное изучение состава породообразующих и акцессорных минералов обуславливает получение широкого спектра информации, характеризующей процессы изменения геохимической специфики изучаемых пород. Это обусловлено, в первую очередь, широким видовым и разнообразием минералов. Их породообразующие представлены преимущественно силикатами сильно варьирующего состава; акцессорные минералы - оксидами, фосфатами, силикатами, цирконо-, титано-, и титанониобосиликатами - концентрирующими в своем составе как петрогенные, так и рассеянные, редкометальные и/или редкоземельные элементы. Наиболее информативными из них являются акцессорные минералы, часто характеризующиеся цеолито- или слюдоподобными структурами, со смешанным «силикатно-редкометальным» каркасом и большой вариативностью заполнения внекаркасных позиций. Это обуславливает сложность их химического состава и возможность широких вариаций в содержании редкометальных, щелочных и щелочноземельных элементов, что делает их чуткими индикаторами химизма процессов образования пород.
Изучение акцессорной и породообразующей минерализации учитывает распространенность установленных минералов в породах изучаемого «комплекса», зависящую от петро-химической специфики первичных пород и химизма метасоматизирующих растворов - концентрации в них входящих в состав этих минералов элементов и возможность рассеяния этих элементов в сосуществующих породообразующих и акцессорных минералах и, кроме того, химический состав породообразующих и акцессорных минералов, обусловленный особенностями минералообразующей среды и являющийся индикатором эволюции породообразующих процессов.
Таким образом, минералогическое изучение представляется важным методом исследования истории образования щелочных пород и их метасоматического преобразования, а минерал может быть рассмотрен как информативный индикатор характера минералообразующих процессов.
Геологическое положение «комплекса» луяврит-малиньитов Хибинского массива
Луявриты в Хибинском массиве, в отличие от других крупных щелочных массивов, где ведущую роль играют нефелиновые сиениты -Ловозерского и Илимаусакского - распространены ограниченно (рис.1). Пластовые тела луявритов и малиньиты установлены в самой верхней части толщи дифференцированных мельтейгит-уртитов и прослеживаются вдоль верхнего ее контакта с рисчорритами до верховьев реки Кунийок. В настоящее время строение этой части «комплекса» наиболее подробно изучено в районе Восточного и Западного склонов Южного (Центрального) отрога горы Кукисвумчорр. На рисунках 2а и 26 приведены разрезы верхней части данного комплекса на Южном отроге Кукисвумчорра. Здесь установлены коренные выходы двух горизонтов луявритов, переслаивающихся с малиньитами (Поиски, разведка 1987; данные настоящей работы). Верхний горизонт малиньитов контактирует с перекрывающими рисчорритами, нижний - подстилается дифференцированными мельтейгит-уртитами. Контакты малиньитов с луявритами и с мельтейгит-уртитами отмечены на разрезах условно, так как переход между этими породами очень плавный, контакты «размыты». В зоне эндоконтакта луявритов и вмещающих их мельтейгит-уртитов малиньиты неотличимы по составу от луявритов и диагностируются только по пойкилитовой структуре. Строение «комплекса» луяврит-малиньитов хорошо прослеживается и в районе т. н. «Снежного Цирка» (Кукисвумчорр). Здесь установлены (снизу вверх по разрезу): подстилающий горизонт рисчорритов, который контактирует с породами по составу сходным с так называемыми «порфировидными малиньитами», образующими здесь, вероятно, линзовидные тела, и обычными малиньитами - породами с пойкилитовой структурой, обогащенными нефелином, титанитом и, в ряде случаев, эвдиалитом, с варьирующим содержанием полевого шпата; далее прослеживается горизонт луявритов, сменяющийся выше малиньитами того же состава, затем еще один горизонт луявритов и снова малиньиты. Верхний горизонт малиньитов перекрывается лявочорритами. Как и в предыдущем случае (рис.2а) контакт луявритов с малиньитами постепенный - близ контактов наблюдаются «переходные» зоны, где трахитоидная лейстовая структура луявритов постепенно сменяется пойкилитовой. Контакт малиньитов с ричорритами достаточно отчетливый.
В экзоконтакте малиньитов с лявочорритами прослеживается узкая зона, по составу соответствующая нефелиновым сиенитам, с равномернозернистой структурой, мелкозернистого сложения, выше сменяющаяся лявочорритоподобными разностями пород с пойкилитовым полевым шпатом и собственно лявочорритами. «Порфировидные малиньиты» также наблюдались нами среди рисчорритов в районе горы Поачвумчорр, где они прослеживаются вдоль хребта ее Центрального отрога в виде линз или протяженного горизонта, перекрывающего рисчорриты. Омечаются и их линзовидные тела среди самих рисчорритов. В самой нижней части толщи ийолит-уртитов в районе горы Юкспор они слагают узкую эндоконтактовую зону в контакте с подстилающими хибинитами (Зак и др., 1972). Пласты малиньитоподобных пород (по (Иванова и др., 1970)) вскрыты скважинами в районах Расвумчоррского и Ньорпахкского апатитовых месторождений. В первом их мощность от 5 до 15 м, они расположены в верхней части разреза, ниже прослеживается горизонт рисчорритов. Контакт этих «малиньитов» и рисчорритов отчетливый.
В районе Ньорпахка пласты «малиньитов» прослеживаются до глубины 120-180 м, где контактируют с линзовидно-полосчатой апатито-нефелиновой породой, сменяющейся ниже породой, обогащенной титанитом, и далее рисчорритами. «Малиньиты» содержат пропласты и линзы апатит- нефелиновых пород и секущие жилы тингуаита (Иванова, 1963). Генезис этих пород остается неясным и требует дальнейшего изучения. Жильные тела пород, по минеральному составу сходные с луявритами, наблюдаются на горах Поачвумчорр, Расвумчорр (в рисчорритах), Часначорр (в трахитоидных хибинитах), Кукисвумчорр и Юкспор (в верхней контактовой зоне апатит-нефелиновых пород с рисчорритами) (Иванова, 1970). Контакты с вмещающими породами резкие, секущие. Мощность - от 10 до 40-50 см, как правило, выдержана по всей длине жил, иногда отмечаются апофизы подобных «луявритов» небольшой мощности. Углы падения жильных тел широко варьируют - от субвертикальных до субгоризонтальных. Генезис таких жильных «луявритов» также требует дополнительного исследования.
Минералого-петрографическая характеристика пород «комплекса» луяврит-малиньитов Хибинского массива
Несмотря на то, что по традиции Хибинские луявриты (рис. За) связывают с комплексом мельтейгит-уртитов (Зак и др., 1972), их количественно-минеральный и петрохимический состав указывают на то, что все же правильнее связывать эти породы с нефелиновыми сиенитами.
Количественный состав лейкократовых нефелиновых сиенитов Хибинского массива - около 40-60 % полевого шпата, 20-35 - нефелина и 10-20 - темноцветных минералов. Соотношение породообразующих минералов в хибинских луявритах - около 35-50 % полевого шпата, 20-30 % нефелина и от 25-30 (в лейкократовых разностях) до 45 % (в меланократовых) темноцветных минералов (амфиболов ряда арфведсонит-магнезиоарфведсонит, эгирина и эгирин-салита). От лейкократовых нефелиновых сиенитов луявриты отличаются, в основном, составом полевого шпата - практически чисто калиевого высокобариевого ортоклаза, в отличие от К,Ка-полевого шпата в лейкократовых сиенитах, обогащенностью породы высокобариевым лампрофиллитом, в отличие от Sr-лампрофиллита в последних, а также своей «меланократовостью» и обогащенностью редкометальными акцессорными минералами.
Соотношение породообразующих минералов хибинских луявритов также сопоставимо с ловозерскими, которые могут считаться эталонными для этого типа пород, особенно с луявритами дифференцированного комплекса уртитов-фойяитов-луявритов Ловозера (Буссен, Сахаров, 1972). Луявриты этого комплекса содержат 30-55 % полевого шпата, 20-25 % нефелина и 20-50 % темноцветных минералов (магнезиоарфведсонита, эгирина, иногда эгирин-салита); среди них, как и среди хибинских луявритов различают лейкократовые, мезократовые и меланократовые разности; а по преобладающему темноцветному минералу - амфиболовые и эгириновые. Как в ловозерских, так и в хибинских луявритах наблюдается характерная трахитоидная структура, обусловленная план-параллельной ориентировкой призматических лейст полевого шпата. Для луявритов обоих массивов также характерны богатство и разнообразие акцессорной редкометальной минерализации, хотя хибинские луявриты и минерализованы несколько скромнее ловозерских. Основным отличием луявритов двух массивов является состав полевого шпата - в ловозерских луявритах это кали-натровый с содержанием альбитового компонента до 30 %, в хибинских - высокобариевый (до 3-4 % ВаО) ортоклаз, в котором содержание альбитового компонента не превышает 1-3 %.
Наиболее характерными акцессорными минералами хибинских луявритов являются бариевый и баритолампрофиллит, минералы группы эвдиалита. Ва-лампрофиллит представлен отдельными призматическими кристаллами и их сростками, сосредоточенными преимущественно в темноцветных прослоях породы. Часто бариевый лампрофиллит по краям зерен и трещинам спайности замещается баритолампрофиллитом. Эвдиалит (в основном, собственно эвдиалит NaFeSiCl-ый) образует изометричные зерна, размером до 2-3 мм, в большинстве случаев незонален. В нем изредка наблюдаются участки, обогащенные ниобием и стронцием. И эвдиалит, и бариевый лампрофиллит неравномерно распределены в луявритах - ими наиболее обогащены лейкократовые разности пород, среди которых отмечаются соответственно «эвдиалитовые» и «лампрофиллитовые» разности луявритов.
Кроме эвдиалита и бариевого лампрофиллита для луявритов характерны титанит, ринкит, реже отмечается апатит. В породах широко проявлены вторичные процессы замещения: ринкит, как правило, почти полностью замещен вудъявритом; первичный магнезиоарфведсонит всегда в различной степени замещен поздним эгирин-салитом; по нефелину в ряде случаев развиваются канкринит, более поздний содалит и обогащенные кальцием цеолиты - гоннардит и филлипсит-Са (шабазит-Са, гмелинит-Са(?)). Последние также развиваются по трещинам и в пустотах зерен нефелина и являются наиболее поздними фазами в данных породах.
Хибинские малиньиты по количественно-минеральному составу и особенностям минеральных ассоциаций, а также по генезису разделены нами на три типа. В малиньитах, прослеживающихся в зонах эндоконтакта пластовых тел луявритов со сфеновыми мельтейгит-уртитами и связанных с луявритами постепенными переходами («малиньиты-L»), минеральный состав почти аналогичен им. Содержание нефелина около 20-30 %, полевого шпата (также высокобариевого ортоклаза) - 30-40 %, темноцветных минералов около 40% (эгирин-салит, магнезиоарфведсонит и Na-Ca-ые амфиболы, относящиеся к ряду магнезиоарфведсонит-рихтерит, согласно принятой номенклатуре (Nomenclature.., 1997)). Структура пойкилитовая (рис. 36): ортоклаз, Na-Ca-амфиболы и Ва-лампрофиллит образуют крупные (от 2-3 до 5 см и более ортоклаз и Na-Ca амфиболы; до 1.5-2 см - лампрофиллит) пойкилокристаллы с включениями акцессорных минералов, эгирина (в пойкилокристаллах ортоклаза и лампрофиллита) и нефелина (в амфиболе). Пойкилокристаллы расположены среди более мелкозернистой массы полевого шпата, нефелина и темноцветных эгирина и магнезиоарфведсонита. Часто отмечаются также структуры «переходные» между луявритом и малиньитом - участки с характерной план-параллельной ориентировкой лейст ортоклаза в них соседствуют с участками с уже пойкилитовой структурой.
Из акцессорных минералов характерны бариевый и баритолампрофиллит, минералы группы эвдиалита, титанит, апатит. Минералы группы эвдиалита здесь менее распространены, чем в луявритах и образуют мелкие зерна размером от 20 до 100-150 мкм, включенные в пойкилобласты амфибола или находящиеся в основной массе породы, часто в тесном срастании с апатитом и нефелином.
Как правило, перечисленные минералы в разной степени изменены и замещены более поздними фазами: по бариевому и баритолампрофиллиту развивается собственно лампрофиллит (стронциевый); эвдиалит замещен тасекитом (стронциево-ниобиевый представитель группы эвдиалита, название дано согласно номенклатуре предложенной в (Johnsen et al., 2003)). По магнезиоарфведсониту так же, как и в луявритах, развивается эгирин-салит. На стыке зерен нефелина и/или ортоклаза отмечаются скопления мелких призматических кристаллов позднего пектолита. К «поздней» ассоциации относится также ферсманит, который в виде микронных включений находится в пойкилобластах лампрофиллита или отмечается в виде самостоятельных ксеноморфных зерен среди скоплений эгирина и лампрофиллита.
Минералы ряда лампрофиллит-баритолампрофиллит
В луявритах лампрофиллит образует призматические кристаллы золотисто-коричневого цвета размером от нескольких миллиметров до 1 см и их сростки, между лейстами высокобариевого ортоклаза (последний содержит до 3.0 - 3.5 % ВаО), в тесной ассоциации с магнезиоарфведсонитом и эгирином. Ассоциирует также с эвдиалитом (собственно эвдиалитом по номенклатуре (Johnsen et al., 2003)), титанитом, реже ринкитом и апатитом. Лампрофиллит здесь - одна из наиболее поздних минеральных фаз: он образуется позже темноцветных и большинства акцессорных минералов - ринкита, апатита, включения которых иногда наблюдаются в его кристаллах и титанита, который он в ряде случаев замещает.
Первичный лампрофиллит луявритов является высокобариевым, хотя отмечается заметный разброс в содержаниях ВаО - от 7 до »15 % и SrO - от «8 до 11 % (табл. 11); отношение (в формульных коэффициентах) Ba/Sr варьирует в пределах 0.7-1.4, причем между Sr- и Ва-доминантными образцами прослеживается непрерывный изоморфный ряд (рис. 26). Калий и кальций содержатся в лампрофиллите в подчиненных количествах (КгО -0.93-1.70, СаО - 0.87-1.17 мас.%). Содержание марганца достигает 1.88 мас.% МпО. На поздних стадиях минералообразования бариевый лампрофиллит в луявритах еще более обогащается барием, вплоть до баритолампрофиллита, развивающимся по краям зерен - содержание ВаО возрастает до 20-21 %, SrO - снижается до 2-5 %; Ba/Sr=2.5-6 (ан. 14-16 в табл. 11). Причиной этого является, по-видимому, накопление бария в остаточной минералообразующей среде. Высокие содержания бария в лампрофиллите хибинских луявритов является их отличительной типоморфной особенностью. Во всех аналогичных породах Ловозерского массива (Кольский полуостров) -луявритах дифференцированного комплекса луявритов-фойяитов-уртитов, эвдиалитовых, лампрофиллитовых и порфировидных луявритах распространен преимущественно стронциевый лампрофиллит со значительным содержанием марганца - около 2.5 - 3 мае. % (Буссен, Сахаров, 1972; Власов и др., 1959). Стронциевый лампрофиллит наблюдается и во всех лейкократовых нефелиновых сиенитах Хибин (хибинитах, фойяитах и т. д). Бариевый лампрофиллит и баритолампрофиллит до настоящего времени отмечались в основном в пегматитах и поздних секущих прожилках, залегающих среди апатит-нефелиновых пород и нефелиновых сиенитов в Хибинском массиве (Дудкин, 1959; Peng Tze-Chung, Chang Chien-Hung, 1965; Капустин, 1973; Расцветаева, Дорфман 1995а), пегматитах Ловозерского массива (Кольский полуостров) (Семенов, 1972; Капустин, 1973; Буссен, Сахаров, 1972; Буссен и др., 1978), а также пегматитах и секущих прожилках среди альбитизированных фенитов на Турьем мысе (Кольский полуостров), метасоматитов в Инаглинском и Мурунском массивах (Юж. Якутия) (Расцветаева и др., 19956; Лазебник и др., 1998), сиенитизированных сланцев в Ботогольском массиве (Восточный Саян) (Капустин, 1973). Кроме этого, высокобариевый лампрофиллит описывался и в пегматитах ряда других массивов мира (Зайцев, Когарко, 2002). Как акцессорный минерал баритолампрофиллит ранее отмечался в Хибинском массиве - в рисчорритах - однако здесь он является не первичной, а постмагматической фазой (Агеева, 2002). Для «малиньитов-L», образующихся в результате преобразования луявритов, характерно неравномерное распределение лампрофиллита.
Здесь распространены его крупные (до 2-3 см и более) пойкилобласты (с включениями эгирина, нефелина, апатита, иногда ферсманита), развивающиеся среди пойкилобластов высокобариевого ортоклаза и Na-Ca-амфиболов, реже - мелкие пластинчатые кристаллы. В ряде случаев лампрофиллит корродирован ортоклазом. Ассоциация минералов, сосуществующих с Ва-лампрофиллитом, близка к «луявритовой» и по-видимому «наследована» из этих пород: она включает темноцветные минералы, эвдиалит, титанит, реже - ринкит. Кроме того, характерны более поздние, ассоциирующие уже с лампрофиллитом (см. ниже), минералы - тасекит, развивающийся по собственно эвдиалиту, Sr-апатит (6-Ю % SrO), пектолит, иногда -ферсманит. в нем колеблется от 1.3 % до как правило, изменен. В большинстве случаев в его пойкилобластах наблюдается «полосчатая структура» - параллельно трещинам спайности прослеживается развитие зон лампрофиллита (рис. 27). Содержание бария в этих участках снижается до 4-3.5 % ВаО, 0.2-0.3 ф.е., стронция повышается до »12-16 % SrO, 1.1-1.2 ф.е. (табл. 11, ан. 27-28) (рис. 28).
Отношение Ba/Sr снижается до 0.25-0.15, по составу они соответствуют собственно лампрофиллиту - стронциевому. Максимально высокое содержание стронция отмечается в центре стронциевой зоны, ближе к периферии состав становится более бариевым. Переход между доминантно стронциевым и бариевыми участками постепенный, граница между ними расплывчатая. Представляется, что бариевый лампрофиллит «малиньитов-L» является реликтовым «унаследованным» от первичных пород - луявритов. Вероятно, он подвергся перекристаллизации, образуя пойкилобласты (без изменения состава) в результате процессов метасоматического преобразования луявритов. Более поздние изменения лампрофиллита в «малиньитах-L» - постепенное замещение бариевого лампрофиллита существенно стронциевым - по-видимому, является результатом воздействия на них поздних растворов, обогащенных стронцием и кальцием, а также снижения температуры, вызывающее понижение основности минералообразующей среды.
