Симонов В. А., Салихов Д.Н., Ковязин С.В., Дунаев А.Ю.
Особенности кристаллизации хромитовых руд Верхне-Убалинского месторождения (Урал)
Вопросы формирования хромитовых руд в гипербазитовых массивах из офиолитовых ассоциаций до настоящего времени не имеют однозначного решения. Дискуссионными являются проблемы участия силикатных магматических расплавов при кристаллизации хромитов в офиолитах. Выходом в данной ситуации может послужить анализ первичных расплавных включений в хромитах. Подобные исследования были проведены ранее для офиолитов Омана [8] и Ишкининского месторождения (Южный Урал) [1, 5].
Нами исследовались образцы вкрапленных хромитовых руд Верхне-Убалинского месторождения, расположенного в 0.5 км на юго-восток от Убалинской обогатительной фабрики и 1.2 км к северо-западу от р. Убалы [2]. Месторождение приурочено к Нуралинскому гипербазитовому массиву, находящемуся в северной части Магнитогорского мегасинклинория в зоне Главного Уральского разлома. В ранних публикациях Нуралинский массив представлялся как фрагмент слабо истощенной океанической мантии [3]. Позднее были выделены ассоциации пород, разделенные на комплексы (с запада на восток): груборасслоенная залежь хребта Нурали, сложенная плагиоклазовыми лерцолитами, гарцбургитами и дунитами; тонкорасслоенная ассоциация, состоящая из верлитов, клинопироксенитов, дунитов и габбро; серпентинитовый меланж с преобладанием апогарцбургитовых и аподунитовых серпентинитов [10].
Исследованные образцы отобраны из юго-восточной линзы хромитовых руд Верхне-Убалинского месторождения, отделенного от собственно Нуралинского массива узкой полосой песчаников и алевролитов (D1gv) [2]. Вещественный состав ультраосновных пород месторождения аналогичен породам восточной части Нуралинского массива и представлен апогарцбургитовыми и аподунитовыми серпентинитами.
С помощью расплавных включений были рассмотрены физико-химические и геохимические параметры магматических систем, принимавших участие в формировании хромитовых руд Нуралинского массива. Учитывая тот факт, что изучаемые хромиты практически непрозрачны и невозможно вести непосредственные наблюдения за включениями в процессе нагрева, была разработана особая методика экспериментов и создана специальная микрокамера на основе силитового нагревателя [6]. Отобранная проба (около 50–100 зерен хромшпинелидов размером 0.25–1 мм) помещалась в платиновый «микротигль» и нагревалась в микротермокамере при визуальном контроле под стереомикроскопом за поведением зерен. Эксперименты при высоких температурах проводились на основе имеющихся методик исследования расплавных включений [4, 9], с учетом невысокой вязкости расплавов и сведения к минимуму возможности растворения матрицы хромита-хозяина: нагрев до 1000–1100 °С (8–10 мин), постепенный нагрев до 1250–1275 °С (до 10 мин), закалка при резком удалении «микротигля» с пробой из микротермокамеры на металлическую пластину. В дальнейшем прогретые зерна хромита полировались. Найденные в отраженном свете на рудном микроскопе включения анализировались на рентгеновском микроанализаторе.
Прогретые расплавные включения (размерами 20–60 мкм) располагаются равномерно в зернах хромитов и являются первичными. Формы включений округлые, часто с негативной огранкой. Основной объем занимает стекло с круглыми газовыми пузырьками. На микрозонде анализировались чистые гомогенные участки включений, выгорающие под действием луча лазера, что подтверждает их стекловатое состояние.
По химическому составу изученные расплавные включения в хромитах вкрапленных руд Нуралинского массива (табл.) соответствуют породам нормальной щелочности и по содержанию SiO2 (53.2–56.1 до 59.1 мас. %) отвечают, в основном, андезибазальтам и значительно реже – андезитам. По соотношению FeO/MgO–SiO2 точки составов расплавных включений располагаются, главным образом, в поле известково-щелочных серий, хотя есть и толеитовые составы.
Таблица
Составы стекол прогретых расплавных включений в хромитах из вкрапленной руды Верхне-Убалинского месторождения
№ п/п | № обр. | SiO2 | TiO2 | Al2O3 | Cr2O3 | FeO | MnO | MgO | CaO | Na2O | К20 | Сумма |
1 | 3/6 | 55.57 | 0.17 | 20.93 | 1.13 | 6.51 | 0.08 | 5.80 | 8.53 | 0.47 | 0.07 | 99.26 |
2 | 3/7 | 55.55 | 0.18 | 21.05 | 0.99 | 6.34 | 0.13 | 5.53 | 8.82 | 0.43 | 0.09 | 99.11 |
3 | 3/8 | 57.51 | 0.20 | 20.94 | 1.56 | 4.82 | 0.12 | 5.19 | 7.09 | 0.61 | 0.11 | 98.15 |
4 | 3/9 | 54.33 | 0.18 | 21.35 | 1.59 | 6.63 | 0.12 | 5.80 | 8.48 | 0.42 | 0.08 | 98.98 |
5 | 4/11 | 53.93 | 0.22 | 17.54 | 1.34 | 5.40 | 0.08 | 3.47 | 15.50 | 0.09 | 0.03 | 97.60 |
6 | 4/12 | 53.36 | 0.19 | 17.49 | 2.12 | 5.82 | 0.08 | 3.59 | 15.04 | 0.11 | 0.02 | 97.82 |
7 | 5/13 | 58.52 | 0.14 | 19.52 | 1.18 | 4.16 | 0.06 | 2.80 | 11.31 | 0.16 | 0.04 | 97.89 |
8 | 5/14 | 53.24 | 0.13 | 24.70 | 1.31 | 2.90 | 0.02 | 1.22 | 14.47 | 0.23 | 0.03 | 98.24 |
9 | 5/15 | 59.05 | 0.14 | 18.24 | 1.23 | 4.29 | 0.07 | 2.72 | 11.11 | 0.15 | 0.06 | 97.05 |
10 | 6/16 | 56.03 | 0.14 | 12.87 | 1.10 | 7.71 | 0.07 | 3.27 | 17.57 | 0.07 | 0.02 | 98.83 |
11 | 6/17 | 55.43 | 0.16 | 12.40 | 1.50 | 8.12 | 0.08 | 3.53 | 17.16 | 0.07 | 0.03 | 98.48 |
12 | 6/18 | 55.50 | 0.14 | 12.25 | 0.82 | 7.89 | 0.04 | 3.59 | 17.57 | 0.05 | 0.03 | 97.87 |
Примечание. Анализы выполнены на рентгеновском микроанализаторе Camebax-Micro (ОИГГМ СО РАН, г. Новосибирск). Аналитик С. В. Ковязин. Образец С-26/2004.
На вариационных диаграммах Харкера, показывающих зависимость содержаний компонентов от количества SiO2, устанавливаются определенные закономерности: падение значений железа, магния, кальция и накопление щелочей. В то же время, данные по титану и алюминию стабильны. С ростом железистости (FeO/MgO от 0.9 до 2.4) изменения в составах включений в хромитах вкрапленных руд Нуралинского массива более выражены. Отчетливо видно снижение количества TiO2, Al2O3, K2O и явный рост CaO в процессах фракционирования (рис.). На диаграмме CaO–Al2O3–MgO значения составов включений в хромитах не попадают в поле кумулятов (значительно меньше роль магния) и располагаются около стороны CaO–Al2O3, показывая значительную степень дифференциации. О значительной роли фракционирования говорит и тренд снижения алюминия при существенном росте железистости, совпадающий с областью низкобарической кристаллизации минералов океанических базальтов.
Сравнительный анализ с полученными нами ранее данными по включениям в хромитах из хромититов Ишкининского месторождения на Южном Урале [1, 5], показал как сходные черты, так и отчетливые различия магматических систем. В обоих случаях в формировании хромитовых руд участвовали расплавы нормальной щелочности, имеющие фактически переходные между толеитовыми и известково-щелочными сериями характеристики. В то же время, расплавы Ишкининского месторождения содержат больше SiO2 и относятся к андезитам, показывая более фракционированный характер с повышенной железистостью и щелочностью.
В связи с невозможностью в ходе высокотемпературных экспериментов непосредственно наблюдать за включениями и установить температуры гомогенизации, оценка температур кристаллизации хромитов была проведена по другим признакам. Прежде всего, состояние содержимого включений после закалки (гомогенное стекло + газовый пузырек) свидетельствует о том, что при максимальных температурах прогрева (до 1275 °С) они были гомогенны или близки к этому состоянию. Во-вторых, в рассмотренных хромитах были найдены микрокристаллики клинопироксенов, что дало нам основание для расчета ликвидусных параметров кристаллизации пироксенов по программе PETROLOG [7] на основе полученных данных по составам расплавных включений. Расчетное моделирование показало, что кристаллизация клинопироксенов происходила в диапазоне 1060–1160 °С. Эти температурные параметры кристаллизации расплавов, принимавших участие в формировании хромитовых руд Нуралинского массива, несколько выше, чем рассчитанные по этой же методике характеристики расплавов Ишкининского месторождения – 1000–1095 °С. О невысоких параметрах свидетельствует и совпадение данных по расплавным включениям в хромитах с трендом снижения алюминия при существенном росте железистости (рис.) в ходе низкобарической кристаллизации минералов океанических базальтов.
Литература
1. Дунаев А. Ю., Симонов В. А., Ковязин С. В. Расплавные включения в хромшпинелидах Ишкининского кобальт-медноколчеданного месторождения (Южный Урал) // Металлогения древних и современных океанов–2005. Формирование месторождений на разновозрастных океанических окраинах. Т. I. Миасс: ИМин УрО РАН, 2005. С. 183–187.
2. Ковалев С. Г., Салихов Д. Н. Полезные ископаемые Республики Башкортостан (хромитовые руды). Уфа: Экология, 2000. 207 с.
3. Савельева Г. Н. Габбро-гипербазитовые комплексы офиолитов Урала и их аналоги в современной океанической коре. М.: Наука, 1987. 246 с.
4. Симонов В. А. Петрогенезис офиолитов (термобарогеохимические исследования). Новосибирск: Изд-во ОИГГМ СО РАН, 1993. 247 с.
5. Симонов В. А., Дунаев А. Ю., Ковязин С. В., Зайков В. В. Магматические системы палеоокеанов: данные по расплавным включениям в хромшпинелидах // Геодинамическая эволюция литосферы Центрально-Азиатского подвижного пояса (от океана к континенту). Иркутск: Изд-во Института географии СО РАН, 2004. Т. 2. С. 97–100.
6. Симонов В. А., Скляров Е. В., Ковязин С. В. Расплавные включения в хромшпинелидах – источник прямой информации о параметрах древнейших бонинитовых магм // Петрология магматических и метаморфических комплексов. Вып. 5. Томск: ЦНТИ, 2005. Т. I. С. 125–129.
7. Danyushevsky L. V. The effect of small amounts of H2O on crystallisation of mid-ocean ridge and backarc basin magmas // J. Volcan. Geoth. Res., 2001. V. 110. № 3–4. P. 265–280.
8. Schiano P., Clocchiatti R., Lorand J.-P. et al. Primitive basaltic melts included in podiform chromites from the Oman ophiolite // Earth Planet. Sci. Lett., 1997. V. 146. N 3–4. P. 489–497.
9. Sobolev A. V., Danyushevsky L. V. Petrology and Geochemistry of Boninites from the North Termination of the Tonga Trench: Constraints on the Generation Conditions of Primary High-Ca Boninite Magmas // J. Petrol., 1994. V. 35. P. 1183–1211.
10. Zaccarini F., Pushkarev E. V., Fershtater G. B., Garuti G. Composition and mineralogy of pge-rich chromitites in the NURALI LHERZOLITE-GABBRO COMPLEX, SOUTHERN URALS, RUSSIA // CAN. MINERAL., 2004. V. 42. P. 545–562.
Рис. Зависимость содержаний химических компонентов (мас. %) от железистости расплавных включений.
1, 2 – расплавные включения в хромшпинелидах Нуралинского массива (1) и Ишкининского месторождения (2). Стрелкой показан тренд низкобарической кристаллизации минералов океанических базальтов.