А. В. Алексеев
Уральская государственная горно-геологическая академия,
г. Екатеринбург
 
Изменение состава хромитовых руд при их метаморфизме
(научный руководитель И. А. Малахов)
 
Первичные, неизмененные хромитовые руды из альпинотипных ультраосновных массивов Урала по составу тесно связаны с вмещающими породами. В ассоциации с гарцбургитами находятся алюмохромиты и хромпикотиты (по классификации Н. В. Павлова), с дунитами – хромиты и субферрихромиты. Эта закономерность достаточно строго выдержана для всех уральских альпинотипных массивов и касается как акцессорных, так и рудообразующих хромшпинелидов [4].
При проведении разведочных и исследовательских работ на хромитовых месторождениях ряда массивов Среднего (Алапаевский, Верх-Нейвинский, Первомайский) и Южного (Верблюжьегорский, Халиловский) Урала было установлено, что хромитовые руды очень часто подвержены процессам вторичного метаморфического преобразования, причем характер и степень процесса неодинаковы и зависят от условий, вызывающих изменения [2].
В зависимости от температуры процесса и парциального давления кислорода можно выделить высоко- и низкотемпературный этапы метаморфизма. Их различие обусловлено разной подвижностью элементов в зависимости от физико-химических условий и, соответственно, разным характером метаморфических изменений. В общем случае можно указать следующий ряд подвижности элементов (от активных к инертным):
высокотемпературный метаморфизм:
Al≥Mg>Cr>Fe2+>Fe3+>Ti;
низкотемпературный метаморфизм:
Cr>Fe3+>Fe2+>Al>Mg>Ti.
При высокотемпературном изменении руд (> 450–500 °С) происходит вынос из кристаллической решетки хромшпинелида сначала примесных компонентов, а затем и минералообразующих. Наиболее интенсивно удаляются алюминий и магний, образующие самостоятельную минеральную фазу – глиноземистый хлорит (кочубеит, клинохлор и др.), титан остается инертным. Процессы, вызывающие метаморфизм (воздействие молодых габброидов, прогрессивный метаморфизм в зонах разломов), как правило недостаточно интенсивны для полного преобразования рудных тел, поэтому наиболее часто метаморфизм проявляется в виде изменения краевых частей хромшпинелидов (образование реакционных кайм). При дополнительном источнике тепла (ими чаще всего выступают крупные молодые интрузии габброидов) возможно полное преобразование мощных рудных тел (Войкаро-Сыньинский и Верблюжьегорский массивы). В этом случае по хромшпинелидам образуются скелетные структуры с каркасом из практически чистого хромита (FeCr2O4) и хлоритом в интерстициях (рис. 1). Суммарный химический состав таких агрегатов будет целиком отвечать первоначальному.
На любом этапе метаморфизма возможен процесс спонтанной перекристаллизации хромшпинелидов. Формируются многочисленные центры рекристаллизации (рис. 2), постепенно разрастающиеся и приводящие к восстановлению первоначального облика руд. Хлорит оттесняется за границы новообразованных
Таблица
Изменение состава хромшпинелидов при метаморфизме
 
 
Точка анализа
 
Центр зерна
Край неизмененной части зерна
 
Край зерна
 
Центр зерна
 
Край зерна
Центр рекристаллизации
 
Центр зерна
 
Край зерна
1
2
3
TiO2
0.43
0.4
0.43
0.03
0.02
0.32
0.87
0.25
Al2O3
22.83
23.19
9.96
0.08
0.23
10.43
8.03
19.31
Cr2O3
47.16
46.36
57.31
69.35
70.78
60.76
56.91
50.66
Fe2O3
0.20
0.19
3.98
4.09
2.61
1.81
4.27
5.37
FeO
15.90
15.85
19.81
22.85
23.01
16.43
15.84
7.52
MnO
0.13
0.16
0.46
0.79
0.76
0.51
0.52
0.60
MgO
13.02
12.93
9.20
6.22
6.2
11.51
11.04
18.12
Сумма
99.67
99.08
101.15
103.41
103.61
101.77
97.48
101.73
 
Примечание: 1 – глиноземистое зерно хромшпинелида с каймой высокохромистого (Алапаевский массив, III Поденный рудник); 2 – хромшпинелид из зерна скелетной структуры (Верблюжьегорский массив, м-ние № 13); 3 – наложение низкотемпературного метаморфизма на зерно хромшпинелида скелетной структуры с реликтовыми центрами перекристаллизации (Верблюжьегорский массив, м-ние № 17). Аналитик В. Н. Ослоповских.
 
 
зерен и образует хлоритовые каймы, часто являющиеся своеобразным индикатором прошедшего метаморфизма. Такие руды обладают более высокохромистым составом по сравнению с первичными, в результате происходит облагораживание руд и формирование высокохромистого оруденения по любому первичному типу руд (табл.). При наиболее интенсивно прошедшем метаморфизме (Верх-Нейвинский массив) хромитовые руды по составу отвечают чистому хромиту (более 65 %, вплоть до 70–73 % Cr2O3).
При низкотемпературном метаморфизме (< 450–500 °С) идет не вынос, а замещение всех компонентов двух- и трехвалентным железом. Вынесенные элементы рассеиваются по серпентину и магнетиту, выделившемуся при серпентинизации. Процесс метаморфизма приводит к формированию магнетита с небольшими реликтовыми содержаниями других элементов. Наличие водной фазы практически всегда приводит к формированию вростков гематита в магнетите. Как и в первом случае, степень метаморфизма целиком зависит от температуры и парциального давления кислорода.
Наиболее полное замещение акцессорных хромшпинелидов происходит при антигоритизации и отальковании пород. Для полного преобразования рудных тел необходимы дополнительные источники энергии, возникающие при внедрении более молодых кислых интрузивных тел или при надвигообразовании (шарьировании) с участием ультраосновных массивов (Варшавский массив).
Процессы серпентинизации, как правило, имеют площадной характер и распространены на всех ультраосновных массивах, поэтому часто наблюдается наложение обоих перечисленных типов метаморфизма. Наиболее детально это отмечается на примере хромитовых руд Верблюжьегорского массива (см. табл.). Рудные тела Главного поля практически нацело изменены в условиях высокотемпературного метаморфизма. Но по периферии рудных тел и для акцессорных хромшпинелидов повсеместно отмечен обратный процесс – низкотемпературное изменение, связанное с антигоритизацией [1].
Примесные элементы, вынесенные из хромшпинелидов, достаточно часто формируют собственные минеральные фазы. При высокотемпературных изменениях наиболее часто они представлены сульфидами (халькопирит, пирит, миллерит, никелин), поскольку активность серы возрастает при температуре ниже 600 °С [3]. При низкотемпературных возникают самородные металлы и интерметаллиды (золото, аваруит). Нередко можно наблюдать специфические образования, обусловленные особенностями процесса метаморфизма (кобальтин, редледжеит, рутил и пр.).
Работы выполнены при поддержке гранта Министерства образования А03-2.13-5
 
Литература
1. Алексеев А. В., Малахов И. А., Бурмако П. Л. Метаморфизм хромитовых руд Верблюжьегорского массива (Южный Урал) // Эволюция внутриконтинентальных подвижных поясов (IX чтения А. Н. Заварицкого). УрО РАН. Екатеринбург, 2003. С. 153–156.
2. Малахов И. А. О термодинамических условиях серпентинизации // Проблемы петрологии Урала. Свердловск, 1973. 38–52.
3. Маракушев А. А. Петрогенезис и рудообразование (геохимическое рудообразование) М.: Наука, 1979.
4. Царицын Е. П. Состав акцессорных и рудных хромшпинелидов в гипербазитах // Генезис ультрабазитов и связанного с ними оруденения. Свердловск: изд-во УНЦ АН СССР, 1977. С. 83–93.