800

Зайцев В.А. Когарко Л.Н. Кригман Л.Д.

 

Ловозерский массив, расположенный в центральной части Кольского полуострова, представляет собой пример прекрасно построенного расслоенного интрузива, содержащего месторождения лопаритовых руд – источник тантала, ниобия и редкоземельных элементов. Их генезис связан с кумуляцией лопарита, поэтому вопрос устойчивости этого минерала является принципиальным для прогноза рудоносности. Изучение форм выделения лопарита показало, что лопарит закономерно появляется в качестве ликвидусной фазы, поле кристаллизации примерно одной трети известного объема дифференцированного комлекса [2]. С другой стороны, было обнаружено [3], что лопарит неустойчив в равновесии с сильно дифференцированными раствор-расплавами и замещается вторичными минералами. Титан в этом процессе переходит из оксидной в силикатную форму. Важнейшими его носителями становятся мозандрит, минералы ряда лампрофиллит-баритолампрофиллит и ломоносовит.

Для исследования устойчивости ломоносовита и минералов группы лампрофиллита нами было предпринято экспериментальное изучение их плавления.

Исходными веществами служили природные образцы ломоносовита, лампрофиллита и баритолампрофиллита из пегматитов Маломурунского (Алдан) (шихта M-Lam), Ловозерского (шихта Lam) и Хибинского массивов (шихты Х-Lam и Lom), (Кольский полуостров). Состав исходных веществ приведен в табл. 1.

Эксперименты проводились в электрических вертикальных печах. Шихты заваривались в платиновые капсулы. Капсулы помещались в печь и, после выдержки в 5-360 часов, закаливались в смесь воды и льда. После эксперимента проводилась диагностика фаз в иммерсионных препаратах. Состав фаз был определен методом микрозондового анализа на приборе Camebax в ГЕОХИ РАН (аналитик В.Г. Сенин). Был также выполнен визуально-политермический эксперимент по плавлению ломоносовита.

Исходный ломоносовит неоднородный, в нем наблюдаются вростки с повышенным содержанием ниобия. В визуально-термическом эксперименте по плавлению ломоносовита первые капли расплава обнаруживаются на поверхности кристалла при 820°. Интенсивное плавление начинается при 866°.

В продуктах закалочного эксперимента при 871°С присутствуют стекло, округлые обособления фосфатного вещества и два титаната: один – близкий по составу к фрейденбергиту Na_1.82Fe_0.99Ti_6.66Nb_0.11Mn_0.23Mg_0.16, образует вытянутые кристаллы, второй – твердый раствор, содержащий 70% луешитового и 30% перовскитового компонента, образует кристаллы изометричной формы. Этот перовскит-луешитовый твердый раствор характеризуется избытком натрия, и, по- видимому, должен описываться формулой (Na_xCa_1-x)(Nb_yTi_1-y)O_3-x+y/2_. Анализ фазы приведен в табл. 2.

В продуктах эксперимента при температуре 944°С титанаты отсутствуют, наблюдаются только силикатное стекло и фосфатные обособления. В опытах при температуре 1025°С и выше наблюдается однородное коричневое стекло ломоносовитового состава.

Фосфатные обособления, по-видимому, представляли собой либо фосфатную жидкость, либо смесь из фосфатной жидкости и кристаллического фосфата.

В опытах «сверху» при температурах ниже температуры плавления ломоносовита его кристаллизация не зарегистрирована. По-видимому, это связано с кинетической затрудненностью реакции.

Стронциевый лампрофиллит (Lam) инконгруэнтно плавится при температуре около 860-870°С с образованием расплава, таусонита, фрейденбергита и рутила. Полное плавление достигается при температуре около 1100°С. При охлаждении расплава первой среди титанистых фаз кристаллизуется таусонит, затем – рутил (примерно при 1050°С)и фрейденбергит (примерно при 1000°С) и, наконец, лампрофиллит. Опыты по плавлению бариевого лампрофиллита и баритолампрофилита (X-Lam и M-Lam) показали, что они, так же как стронциевый лампрофиллит, плавятся инконгруэнтно. Плавление начинается при температуре около 800°С. Среди продуктов, инконгруэнтного плавления бариевого лампрофиллита и баритолампрофиллита обнаруживаются таусонит, сложный оксид титана, железа и бария, близкий по соотношению элементов к группе криптомелана, два титаносиликата бария и стронция (один из которых близок по стехиометрии к группе лабунцовита) и стекло. Кроме того, присутствует лампрофиллит более стронциевого состава, чем исходный. Для исходного состава, соответствующего баритолампрофиллиту Мурунского массива (М-Lam), он исчезает при температуре 861°C.

Полученные в опытах c минералами группы лампрофиллита перовскитовые твердые растворы (см. табл. 2) содержат 0.10-0.15 ф.е. Na. Такое содержание натрия явно не компенсируется наблюдаемым содержанием ниобия. Остальные примеси также не приводят к компенсации заряда. Следовательно имеет место нестехиометрия фазы. С учетом этой нестехиометрии её состав может быть записан как Sr_1-xNa_xTiO_3-x/2.

Таким образом, для всех исследованных титаносиликатов наблюдается инконгруэнтное плавление с образованием нескольких твердых фаз, в том числе нестехиометричных твердых растворов, принадлежащих группе перовскита.

Это позволяет рассматривать инконгруэнтное плавление этих минералов как модельные реакции с участием лопарита. С этой точки зрения можно говорить об аналогии между сменой перовскитовых твердых растворов титаносиликатами в природе и эксперименте. В обоих случаях это происходит при понижении температуры.

Замечательной особенностью плавления ломоносовита является образование фосфатной жидкости, несмешивающейся с силикатным расплавом. Известно, что силикатно-солевая ликвация может играть петрологическую роль на поздних этапах эволюции щелочных расплавов [1]. Разделение компонентов ломоносовита на солевую и силикатную части позволяет предполагать, что замещение лопарита ассоциациями, содержащими ломоносовит, в природе может происходить при участии солевого расплава, возникающего на поздних стадиях дифференциации магматической системы. Для образования по лопариту лампрофиллита и бариолампрофиллита привлечение такого расплава не требуется. Но постоянное наличие в ассоциации с ними фосфатов может быть связанным с его присутствием.

 

 

Литература

1. Когарко Л.Н. Проблемы генезиса агпаитовых магм // М: Наука, 1977. 225 с.

2. Когарко Л.Н. Новый геохимический критерий редкометального оруденения гиганской Ловозерской интрузии.(Кольский полуостров) // ДАН РАН. (2004) том 394, № 1. С. 89-91.

3. Kogarko L.N., Williams C.T., Woolley A.R. Chemical evolution and petrogenetic implications of loparite in the layered, agpaitic Lovozero complex, Kola Peninsula, Russia // Mineralogy and Petrology 2002, 74, с. 1-24.

                                                                                              Таблица 1

Состав минералов, использованных в экспериментах.

Примечание: аналитик В.Г. Сенин.

 

 

Таблица 2

Состав перовскитовых твердых растворов, полученых в экспериментах.

Примечание: аналитик В.Г. Сенин. * среднее из 5 анализов, ** среднее из двух анализов,*** среднее из трех анализов.