УДК 552.45:549.613(476)

Грек Е.В.
Белорусский государственный университет, г. Минск, mret@mail.ru
Особенности минерального состава палеопротерозойских вторичных кварцитов юга Беларуси
(научный руководитель Н.В. Аксаментова)

В основу работы положен фактический материал по геологическому строению кристаллического фундамента Житковичского горста (юг Беларуси), собранный автором во время прохождения производственных практик в 2005-2008 гг. Особенностью строения этого района является неглубокое залегание кристаллического фундамента под четвертичными отложениями, что благоприятствовало его детальной изученности (фундамент вскрыт 2000 скважин), и распространение в его пределах относительно слабо метаморфизованных (эпидот-хлорит-кальцитовая ступень зеленосланцевой фации) вулканогенных образований позднего палеопротерозоя, не встречающихся на остальной территории Беларуси.
В северо-западной части горста вулканогенные образования интенсивно изменены и превращены в глиноземистые кварциты, слагающие Калиновский массив площадью около 2,7 км2. По геологическим и минералого-петрохимическим признакам они диагностируются как постмагматические гидротермально-метасоматические образования типа вторичных кварцитов (по Н.И. Наковнику), возникшие в результате кислотного выщелачивания кислых вулканитов и субвулканических диорит-порфиритов корневой части вулканической постройки [Аксаментова, 1994]. Под микроскопом были изучены кварциты из керна 40 буровых скважин. Среди них по составу ведущего минерала выделены серицитовые, андалузитовые, кианитовые и топазовые разновидности. Массив обрамляется широкой полосой (0,6-0,8 км) калишпатизированных пород, образовавшихся как по вулканитам, так и по окружающим их гранитам.
Серицитовые кварциты состоят из тонко-мелкозернистого агрегата кварца (50-70 %) и мелкочешуйчатого серицита (30-35 %). Последний концентрируется в промежутках между кварцевыми зернами или образует небольшие скопления, к которым иногда приурочен мусковит и хлорит. Андалузитовые кварциты помимо кварца (60-80 %) и серицита (15-20%) содержат андалузит, количество которого колеблется от 1-2 до 15 %. Наряду с андалузитом изредка встречается силлиманит (фибролит). Кианитовые кварциты по составу и внешнему виду близки к андалузитовым. Слюда (серицит, мусковит) составляет не более 7-10 % объема породы. Присутствуют реликтовые зерна андалузита. Кианит образует призматические кристаллы и зерна неправильной формы размером до 5-6 мм или сростки из 3-4 зерен, которые располагаются в участках, обогащенных кварцем. Содержание кианита варьирует от 3-4 до 15-20 %. Топазовые кварциты состоят в основном (~80 %) из субизометричных, иногда округлых зерен кварца, сочленяющихся по зубчатым границам или разделенных мелко-чешуйчатым мусковитом. Топаз представлен округлыми или округло-призматичес-кими бесцветными зернами. Во всех разновидностях кварцитов присутствуют силлиманит (фибролит) и акцессорные количества рутила, сфена, пирита, циркона. В кианитовых кварцитах появляются клинхлор и хлоритоид, в топазовых – флюорит, а содержание пирита достигает 5-10 %.
В пространственном размещении названных разновидностей кварцитов наблюдается латеральная зональность, выражающаяся в смене от периферии к центру массива серицитовых кварцитов андалузитовыми, далее кианитовыми и затем топазовыми. Причем в каждой более близкой к центру зоне сохраняются реликты ведущего глиноземистого минерала предыдущей зоны и появляются редкие зерна минерала, типичного для следующей зоны. Такая зональность, если не учитывать наличие кианита, сходна с фациальной зональностью массивов вторичных кварцитов фанерозоя, формирующихся в близповерхностных условиях. По аналогии с условиями формирования фанерозойских вторичных кварцитов [Наковник, 1954] можно предполагать, что образование серицитовых кварцитов внешней зоны Калиновского массива проходило в низкотемпературных условиях (100-200 ?С) в нейтральной или слабокислой среде (рН = 7-6), а глиноземистых кварцитов внутренней зоны в более высокотемпературной обстановке (300-400 ?С) под воздействием кислых растворов (рН = 5-4).
Особенностью минерального состава кварцитов Калиновского массива, отличающей их от типичных вторичных кварцитов, является наличие в них наряду с андалузитом силлиманита и кианита. Причем в зоне, переходной от андалузитовой к кианитовой, эти минералы встречаются совместно, образуя иногда сростки без признаков наложения одного минерала на другой. Кианит обычно не числится в качестве минерала, характерного для гидротермальных процессов, и считается показателем высокобарических условий минералообразования [Хлестов, 1970]. Совместное же нахождение в породах всех трех минеральных модификаций силиката алюминия рассматривается как свидетельство образования их в термобарических условиях, отвечающих инвариантной тройной точке в системе Al2O3-SiO2, параметры которой, по данным экспериментов [Питчер, 1967; Holdaway, 1977 и др.], варьируют в широких пределах (Т = 300-650 ?С, Р = 2,5-10 кбар). При этом полученные минимальные оценки давления эквивалентны давлению нагрузки на глубине свыше 8-10 км, что явно превышает глубины формирования вторичных кварцитов, которые, согласно наблюдениям в областях молодого вулканизма, составляют не более 1,5-2,0 км [Набоко, 1963].
Поскольку кварциты Калиновского массива, образовавшиеся за счет слабо метаморфизованных пород, не рассланцованы, т.е. не подверглись дополнительному тектоническому давлению, а кианит в ассоциации с андалузитом и силлиманитом приурочен к средней части метасоматической колонки, можно предполагать, что появление его не было связано с повышением давления. Судя по результатам моделирования метасоматизма, протекание метасоматических процессов при образовании вторичных кварцитов в большей степени зависит от характеристик флюида, чем от термобарических условий [Зарайский, 2007]. Очевидно, в образовании необычной для вторичных кварцитов минеральной ассоциации пород Калиновского массива основная роль принадлежала именно флюидной фазе. Высокая кислотность гидротермальных растворов, присутствие в них сильных кислот, таких как H2SO4 и HF, на что указывает повышенное содержание в кварцитах SO3 (до 2-4 %) и наличие топаза, привели к кислотному выщелачиванию вулканогенных пород, наиболее интенсивно проявившемуся в центральной части массива, где образовались кианитовые и топазовые кварциты.
Описания вторичных кварцитов с кианитом редки. К вторичным кварцитам Н.И. Наковник относил андалузит- и кианитсодержащие кварц-серицитовые сланцы и кианитовые кварциты протерозойского возраста, вмещающие колчеданное месторождение Болиден в Швеции [Наковник, 1968]. Тела кианитовых вторичных кварцитов, образовавшиеся на участках максимального кислотного выщелачивания вулканитов силурийского возраста, описаны на восточном склоне Среднего Урала [Рапопорт, 1970]. Серицит-кварцевые метасоматические породы с кианитом и топазом распространены в вулканическом сланцевом поясе на юго-востоке США; концентрации глиноземистых минералов в них достигают промышленных масштабов [Алексеев, 1976].
Высокие содержания глиноземистых минералов в кварцитах Калиновского массива и сходство его с массивами вторичных кварцитов других регионов позволяет рассматривать его как перспективный объект для поисков кварц-глиноземистого сырья.
 

Литература

1. Аксаментова Н.В. Минеральные типы и метасоматическая зональность протерозойских вторичных кварцитов Житковичского горста // Докл. АН Беларуси. 1994. Т. 38. № 6. 1994. С. 94-98.
2. Алексеев В.С. Теория и практика обогащения кианитовых руд. Л.: Наука, 1976. 199 с.
3. Зарайский Г.П. Эксперимент в решении проблем метасоматизма. М.: ГЕОС, 2007. 136 с.
4. Набоко С.И. Гидротермальный метаморфизм пород в вулканогенных областях. М.: Изд-во АН СССР, 1963. 172 с.
5. Наковник Н.И. Вторичные кварциты // Измененные околорудные породы и их поисковое значение. М.: Госгеолтехиздат, 1954. С. 82-100.
6. Наковник Н.И. Вторичные кварциты СССР и связанные с ними месторождения полезных ископаемых. М.: Недра, 1968. 335 с.
7. Питчер У.С. Полиморфные модификации силиката алюминия // Природа метаморфизма. М.: Мир, 1967. С. 339-354.
8. Рапопорт М.С. Кианитовые алюмокварциты восточного склона Среднего Урала и роль кислотного выщелачивания в их образовании // Метаморфизм горных пород Урала. Свердловск: Издание Горного института им. В.В. Вахрушева, 1970. С. 43-45.
9. Хлестов В.В. Андалузит, силлиманит, дистен, ставролит, хлоритоид // Фации метаморфизма. М.: Недра, 1970. С. 344-353.
10. Holdaway M.J. Stability of andalusite and the aluminium silicate phase diagram // Amer. Joun. Sci. 1971. Vol. 271, № 2. P. 97-131.