Блог

Голубева И.И., Афонькин М.М., Махлаев Л.В.
МЕТАМОРФОГЕННЫЙ ИЛЬМЕНИТ В ПАРАСЛАНЦАХ ХАРБЕЙСКОГО КОМПЛЕКСА (ПОЛЯРНЫЙ УРАЛ)

МЕТАМОРФОГЕННЫЙ ИЛЬМЕНИТ В ПАРАСЛАНЦАХ ХАРБЕЙСКОГО КОМПЛЕКСА

(ПОЛЯРНЫЙ УРАЛ)

 И. И. Голубева, М. М. Афонькин, Л. В. Махлаев

Институт геологии Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар.

              Впервые в отечественной литературе сведения о метаморфогенном ильмените приводится в сводной статье И. А. Ефимова [9] о титановой минерализации в древних метаморфических толщах, где было отмечено, что этот минерал образуется в глиноземистых породах в условиях эпидот-амфиболитовой фации. Несколько позже, не акцентируя внимание на генезисе ильменита, к аналогичным выводам пришел при описании парасланцев свиты Кейв И. В. Бельков [1]. В последнем случае ильменит кристаллизовался в виде правильных шестигранных пластинок, достигавших 3–5 мм в поперечнике при толщине 0.1–0.3 мм. Его наибольшее содержание установлено в ставролит-дистеновых пачках (до 2–3 %), а в более метаморфизованных разновидностях, в дистеновых сланцах, ильменит практически отсутствует, и главным титановым минералом является рутил. В публикациях О. С. Кочеткова [11] и Н. И. Коробовой [10], работавших в районах развития высокометаморфизованных метапелитов – соответственно на Тиманском кряже и в Таймырской складчатой области, рассмотрена последовательность преобразования титановых минералов в зависимости от РТ-условий метаморфизма и однозначно обосновывается метморфогенная природа ильменита. Как было показано, в условиях фации зеленых сланцев серицит-хлоритовой субфации кристаллизуется тонкоигольчатый аутигенный рутил, образующий нередко сагенитовые агрегаты. При переходе к хлорит-биотитовой субфации рутил лейкоксенизируется, а затем при дальнейшем росте метаморфизма (в условиях эпидот-амфиболитовой фации) агрегаты лейкоксена преобразуются в ильменит. В условиях амфиболитовой фации ильменит замещается рутилом. Таким образом, в зависимости от степени метаморфизма происходит последовательная смена титановых минералов: рутил → лейкоксен → ильменит → рутил.

На Полярном Урале ильменит встречен в рифейских отложениях париквасьшорской свиты Харбейского антиклинория. Он кристаллизуется в виде многочисленных относительно крупных пластинок диаметром до 5 мм и толщиной 0.5 мм в метапелитах (рис. 1 а), а также встречается в виде мелких пластинчатых зерен в метаморфизованных песчаниках, туфопесчаниках и известковистых глинах. Метапелиты представлены гранат-биотитовыми, гранат-биотит-ставролитовыми и гранат-ставролит-дистеновыми двуслюдяными сланцами. В очень редких случаях в ставролитсодержащих сланцах диагностируются тонкие иголочки силлиманита. Песчаники, туфопесчаники и известковистые пелиты дают соответственно слюдисто-гранат-кварцевые, амфибол-слюдистые и слюдисто-плагиоклазовые сланцы. Изучение индикаторных метаморфических минералов, а также использование геотермобарометров свидетельствуют, что условия метаморфизма отвечали эпидот-амфиболитовой фации и низкотемпературной ставролит-дистеновой субфации амфиболитовой фации: Т = 500–600 ⁰C, Р = 4.25–6.5 кбар [ 6 ].

Самые крупные и многочисленные пластинки ильменита встречаются в биотит-гранатовых, ставролит-гранатовых и дистен-старолит-гранатовых сланцах (рис. 1 б). В метапелитах, претерпевших диафторез, альбитизацию, и перекристаллизацию (в последнем случае ставролит иногда образует кристаллы длиной до 30 см), ильменит становится мелким и встречается в виде включений в новообразованных пойкилобластах альбита, биотита или ставролита, подчеркивая гелицитовую плойчатую текстуру (рис. 1в). Интенсивное многоэтапное минералообразование в сланцах сопровождалось (и, видимо, было обусловлено) неоднократным складкообразованием и иными дислокациями.

Ильменит в париквасьшорской свите заметно отличается от ранее изученных метаморфогенных ильменитов других регионов значительной примесью Fe₂O₃ и представлен, в основном, ферриильменитом [ 7 ]. Содержание ильменитового и гематитового миналов колеблются в нем соответственно от 49 до 93 мол. % (в среднем около 70–80) и от 51 до 3 (в среднем 20–30). Электронная микроскопия показала, что в исследуемом ильмените широко развиты структуры распада твердых растворов. Они отвечают, как правило, нескольким последовательным стадиям этого процесса и представлены двумя и более генерациями гематита в виде пластинок, ориентированных параллельно плоскостям базопинакоида (0001) включающего их ильменита – (рис. 2 а). В продольном срезе эти пластинки имеют форму разнообразных неправильных пятен (рис. 2 б). Пластинки гематита первой генерации содержат в качестве продуктов распада тонкие ламелли ильменита (рис. 2 в). Гематитовый минал составляет в гематите первой генерации 66–79 %, а ильменитовый – 21–34 %. Обособления рудного минерала, служащие матриксом для сравнительно крупных гематитовых индивидов, содержат, в свою очередь, более мелкие пластинки гематита, но в целом по составу они близки к ильмениту: ильменитовый минал составляет в них 89–95 %, а гематитовый всего 5–11 %. В виде исключения матриксом является гематит, в котором в качестве продуктов распада выступает ильменит (рис. 2 г). В этом случае на долю ильменитового минала приходится 6.03 %; а гематитового – 93.7 %. Нередко в одном и том же зерне рудного минерала в разных его участках наблюдаются одновременно твердые растворы как на основе ильменита, так и гематита (рис. 2 д).

В ильмените встречаются и другие сочетания минералов, образующие структуры распада. Например, в матриксе со структурами распада гематит-ильменитового состава иногда наблюдаются резко удлиненные иглы рутила. При этом иглы рутила ориентированы параллельно друг другу, но перпендикулярно по отношению к расположенным тут же продуктам распада первого этапа – пластинкам ильменита (рис. 2 е). В другом случае рутиловые иглы образуют сетку с ромбической формой ячейки с углами 120⁰ и 60⁰ (рис. 2 ж). Подобный рисунок ориентировки индивидов рутила наблюдается и в чисто гематитовом матриксе (рис. 2 з).

Формирование структур распада, оказавшихся столь специфичными для ильменита кристаллических сланцев Полярного Урала, объясняется весьма неустойчивыми РТ-параметрами в переходных фазах метаморфизма с последующим наложением диафторических процессов, что связано, видимо, с неоднократными дислокациями. Аномальные повышения температуры позволили войти в кристаллическую решетку ильменита значительному количеству железа с образованием Fe–Ti-твердого раствора. Последующее понижение температуры привело к распаду этого раствора на две фазы – гематитовую и ильменитовую, либо гематитовую и рутиловую, или на три – гематитовую, ильменитовую и рутиловую. При этом понижение температуры шло неравномерно, так как в изученных образцах выявлено несколько стадий распада твердых растворов. Вкраевых частях пластинок ферриильменита наблюдается развитие гематита, доходящее иногда до полного замещения (рис. 2 и).

Согласно экспериментам, при которых проводился длительный отжиг ильменита, содержащего ламелли гематита, гомогенизация происходила при температуре 730 ⁰С. При этом установлено также, что вхождение железа в решетку может быть настолько интенсивным, что порой возможно и полное замещение ильменита с образованием гематитовых псевдоморфоз [ 5 ]. Еще одной формой проявления ильменитовой минерализации на Полярном Урале является развитие его в виде агрегатных оторочек кварцевых жил (рис. 3). . При этом здесь также наблюдаются структуры распада в виде ориентированных гематитовых пластинок в ильменитовом матриксе (гематита 17 %, ильменита 83 %). Генезис данного ильменита – гидротермальный.

Остановимся еще на одном важном факте: ильменит в метапелитах Таймыра, в отличие от париквасьшорского, абсолютно не содержит избыточного железа. В нем нет ни примеси гематитового минала по аналитическим данным, ни включений гематита в форме структур распада. В то же время содержания оксидов железа в породах париквасьшорской свиты и в ильменитсодержащих метапелитах Таймыра практически одинаковы. Значит, различия в «степени железистости» ильменитов этих двух регионов зависят не от химизма соответствующих пород, а от температуры метаморфизма, которой определяется возможность вхождения железа в решетку ильменита. На Полярном Урале она была, видимо, выше, а потому там кристаллизовался ферриильменит с последующим формированием структур распада. В тех же метаморфических комплексах, где образовывался чистый ильменит, структуры распада в нем не были отмечены. К сожалению, на Полярном Урале, в отличие от Таймыра и Тимана, нет возможности изучать ильменит, отвечающий стадии его зарождения в условиях зеленосланцевого регионального метаморфизма. Не фиксируются там и его завершающие преобразования в условиях амфиболитовой фации. Таким образом, установить причины широкого проявления в нем структур распада весьма сложно, и при реконструкции этого процесса приходится опираться не столько на прямые, сколько на косвенные данные.

Нами были изучены также элементы-примеси в исследуемом ильмените. Обзор публикаций показал, что в этом отношении весьма детально охарактеризован магматогенный ильменит базит-гипербазитовых ассоциаций, в меньшей степени изучен ильменит щелочных пород и явно недостаточны сведения об особенностях состава ильменита гранитоидов. Геохимические особенности метаморфогенного ильменита по существу вообще не исследованы, что крайне затрудняет интерпретацию наших данных, поскольку нет материала для сравнения. Известно, что в ильменитах основных пород концентрируются Mg, V, Cr, Co, Sc, Mn, тогда как ильменит более кислых пород накапливает Nb, Ta, Zr, Hf, РЗЭ, что и следовало ожидать, исходя из геохимической специализации этих элементов. В исследованных нами метаморфогенных ильменитах установлены V, Mn, Mg, Sr, Sc, Co, Cr, Ni, Th, Hf, Zr, РЗЭ (табл. 1, 2), то есть там представлены как элементы базитовых ассоциаций, так и гранитофильные.

Ситуация осложняется развитием в ильмените отмеченных выше структур распада. Микрозондовые исследования выявили тенденции к преимущественному накоплению отдельных элементов в разных минеральных фазах. При этом, вопреки ожиданиям, марганец ассоциируется не с железом: в обособлениях с высокой долей гематитового минала (82 %) содержание Mn составляет 3000 г/т, а в почти чистом ильмените (2.7 % гематитового минала) оно в 5 раз выше – 15000 г/т. В то же время содержание V в гематитовых и ильменитовых фазах распада практически одинаковое. Заметно обогащение такими «базитовыми» компонентами, как Cr и Co. Мы полагаем, что причина этого заключается в том, что исходным материалом для париквасьшорских метапелитов послужили переотложенные апобазитовые коры выветривания [ 8 ]. Но в то же время содержание Sc, обычно также свойственного ильменитам базитов, оказалось в нашем минерале незначительным – менее 3 г/т. Более того, в париквасьшорском ильмените выявлены повышенные содержания таких гранитофильных элементов, как Ta (67–86 г/т) и РЗЭ, сумма которых оказалась в 6–7 раз выше, чем в ильмените из габброидов, и явно приближается к таковому в ильменитах из гранитов [ 3, 4 ]. Нами установлено также, что содержание РЗЭ в метаморфогенных ильменитах почти в 20 раз выше, чем во вмещающих парасланцах; в ильмените 84.3–107.5 г/т, а в сланцах 3.66–6.55 г/т. Различным оказывается и распределение этих элементов: ильмениты обогащены легкими РЗЭ, а содержащие их сланцы – тяжелыми [ 8 ]. 

Таким образом, изучение особенностей структурного состояния и химизма метаморфогенного ильменита только начинается, но их следует продолжить, так как результаты помогут понять закономерности формирования не только этого минерала, но и содержащих его пород.

Литература

1. Бельков И. В. Кианитовые сланцы свиты Кейв. М.: АН СССР, 1963. 319 с.
2. Борисенко Л. Ф., Полканов Ю .А. Ванадий в ильмените различного генезиса // Докл. АН СССР, 1975. Т. 221. № 5. С. 1177–1180.
3. Борисенко Л. Ф., В. К.Овчаренко.О некоторых особенностях ильменита изверженных пород // Докл. АН СССР, 1979. Т. 247. № 1. С. 185–189.
4. Борисенко Л. Ф., Ляпунов С. М.О распределении La, Ce. Sa, Eu, Tb, Yb и Lu в ильмените различных магматических фомаций // Докл. АН СССР, 1980. Т. 253. № 2. С. 454–457.
5. 5. Гаранин В. К., Кудрявцева Г. П., Сошкина Л. Т.Ильменит из кимберлитов. М.: МГУ, 1984. 240 с.                                      
6. Голубева И. И. Первичный состав и условия образования метаморфических пород париквасьшорского    

выступа // Магматиты и метаморфиты на Севере Урала и Тимане (Тр. ИГ Коми НЦ, вып. 74). Сыктывкар, 1991. С. 75–87.

7. Голубева И. И., Махлаев Л. В., Афонькин М. М. Докембрийские ильменитсодержащие метапелиты севера Урала и Таймыра // Метаморфизм и геодинамика. Екатеринбург: ИГиГ УрО РАН, 2006. С. 21–25.
8. Голубева И. И., Махлаев Л. В., Афонькин М .МИльменитсодержащие метапелиты Полярного Урала и Таймыра и проблема продолжения североуральских структур // Докл. РАН, 2007. Т. 412. № 4. С. 518–523.
9. Ефимов И. А.Генетическая классификация месторождений титана в древних метаморфических толщах // Очерки по металлогении осадочных пород. М.: АН СССР, 1961. С. 105–118.
10. Коробова Н. И.Ильменитсодержащие метаморфические сланцы Таймыра // ДАН СССР, 1965. Т. 162. № 1 С. 15–20.
11. Кочетков О. С.Акцессорные минералы в древних толщах Тимана и п-ова Канин. Л.: Наука, 1967. 119 с. 

Таблица 1

Средние содержания элементов-примесей в ильмените, г/т

Примечание. В ильмените из сланцев париквасьшорской свиты Mg и Mn определены химанализом, V – микрозондовым анализом (ИГ Коми НЦ УрО РАН); Sc, Cr, Сo, Ta определены в ГЕОХИ РАН. Элементы-примеси в магматогенном ильмените – по Л. Ф. Борисенко [2, 3]. В скобках – число определенний.

Таблица 2

Средние содержания редкоземельных элементов в ильмените, г/т

Примечание. РЗЭ в ильменитах париквасьшорской свиты определены в ГЕОХИ РАН, в ильменитах магматических пород – по Л. Ф. Борисенко [4]. В скобках – число определенний.

Подписи к рисункам ст. Голубевой и др.

Рис. 1. Метаморфогенный ильменит из парасланцев париквасьшорской свиты.

а – естественный концентрат из элювиальной россыпи; б – ставролит-гранат-биотитовые сланцы с ильменитом (шлиф, без анализатора); в – альбитизированный сланецс гелицитовой текструрой, обусловленной унаследованием пластинчатых включений ильменита (шлиф, а анализатором).

Рис.2. Структуры распада в ильмените.

а – поперечный срез гематит-ильменитовых пластинок (структуры распада) с пойкилитовыми включениями кварца и эпидота (черный); б – то же, продольный срез; в – ильменит-гематитовые структуры распада двух генераций; ламелли гематита (белые) в ильмените (серый) содержат микровключения ильменита, образуя структуры распада второй генерации; г – структура распада твердого раствора на основе гематита (белый); д – структуры распада твердого раствора на основе гематита (белый) и ильменита (серый) в одном и том же зерне; е – структуры распада гематит-ильменит-рутилового состава; иглы рутила (черные) ориентированы перпендикулярно ильменитовым ламеллям (серое); ж – структуры распада гематит-ильменит-рутилового состава; иглы рутила (черное) образуют сетку с с углами 120⁰ и 60⁰  в гематит–ильменитовом матриксе; з – гематит (белый) в срастаниях с иглами рутила (черные), образующего сетку с ромбической формой ячейки; и – ильменит-гематитовые срастания (структуры распада) замещены в краевых частях гематитом (белый). РЭМ-фото в отраженных электронах.

Рис. 3. Ильменитовый агрегат (показано стрелками) развивается в виде оторочек будинированных кварцевых жил.