Блог

Зарайский Г. П., Попов В. А., Васильев Н. В.
МАРГАНЦЕВАЯ И ЦИНКОВАЯ СПЕЦИФИКА МИНЕРАЛОВ АМАЗОНИТОВОГО ГРАНИТА И ПЕГМАТИТА КОПИ № 270 ИЛЬМЕНСКИХ ГОР

МАРГАНЦЕВАЯ И ЦИНКОВАЯ СПЕЦИФИКА МИНЕРАЛОВ АМАЗОНИТОВОГО ГРАНИТА И ПЕГМАТИТА

КОПИ № 270 ИЛЬМЕНСКИХ ГОР

Г. П. Зарайский¹, В. А. Попов², Н. В. Васильев¹

¹Институт экспериментальной минералогии РАН, Черноголовка, Россия

²Институт минералогии УрО РАН, Миасс, Россия

 

Амазонитовые граниты копи 270 являются первой и единственной находкой гранитов этого типа в Ильменах. Амазонитовые граниты локализованы в центральной зоне пегматитовой жилы, залегающей в толще метаморфических пород протерозоя (PR2-3) и имеют мощность около 1 м. По направлению к зальбандам граниты сменяются зоной мелкографического кварц-амазонитового пегматита, а дальше – маломощной крупнографической кварц-микроклиновой оторочкой [2, 3]. Контакт жёлто-зелёного амазонитового гранита с таким же жёлто-зелёным мелкографическим амазонитовым пегматитом резкий, похожий на секущий. Никакими метасоматическими изменениями или срывами он не осложнен. Вблизи контакта в зоне 1 см амазонитовый гранит имеет мелкозернистую структуру, с размерами кристаллов 1–2 мм, с удалением от контакта он становится мелко-среднезернистым (2–5 мм), что позволяет предполагать его несколько более позднее внедрение в осевую часть пегматитовой жилы.

Амазонитовые граниты и пегматиты копи № 270 нами детально изучены на микрозонде и проанализированы на редкие и малые элементы методом ICP-MS-AES анализа. Масспектральное и атомно-эмиссионное изучение элементного состава горных пород производилось в ИПТМ РАН (Черноголовка). Проведенные минералогические и геохимические исследования показали, что амазонитовый гранит и находящийся с ним в контакте амазонитовый пегматит имеют практически идентичный минеральный состав и близкие петро- и геохимические особенности. Основными породообразующими минералами пород являются кварц, амазонит (микроклин), альбит и своеобразные марганцево-железистые слюды типа высокомарганцевого сидерофиллита. Акцессорные минералы представлены магнетитом с примесью гематита, пирофанитом, манганоколумбитом, спессартином, касситеритом, гюбнеритом, цирконом. Реже встречаются ильменорутил, монацит-(Се), церианит и ториевый силико-фосфат, близкий по составу к смирновскиту. В пегматите ранее отмечались акцессорные топаз, шерл, фенакит, стрюверит, иксиолит, ганит, гельвин, торит, флюорит [3].

Морфологические особенности и химический состав минералов

Удивительной особенностью многих минералов амазонитовых гранитов и пегматитов копи № 270 является их необычайно ярко выраженная марганцевая и цинковая специфика, несомненно, заслуживающая специального изучения и генетической интерпретации.

Слюда (биотит)образуют мелкие буровато-черные пластинки с хорошо выраженной спайностью. Обычные размеры их 0.2–1 мм. Содержание слюды в гранитах находится на уровне 2–3 % объема. Микроскопические исследования показывают, что по отношению к калиевому полевому шпату и кварцу слюда кристаллизовалась, скорее всего, одновременно, о чем свидетельствуют индукционные поверхности между кристаллами этих минералов. В то же время наблюдались случаи обрастания слюдой кристаллов магнетита и тесные взаимные срастания со спессартином и кварцем в пегматитах. Характерны прихотливо изрезанные и ступенчатые очертания пластинок слюды. По химическому составу слюды амазонитовых гранитов и пегматитов копи № 270 близки и характеризуются необычно высокой марганцовистостью и значительным (до 3 мас. %) содержанием цинка (табл. 1). Формулы слюд рассчитывались на 22 единицы положительных зарядов. На основании рассчитанных формул построены треугольные диаграммы, показывающие соотношение основных октаэдрических катионов в слюдах (рис. 1 а). По составу биотит ближе всего к высокомарганцевому сидерофиллиту и характеризуется высокими содержаниями марганца и присутствием в составе цинка. Согласно Д. Лондону и др. [5], Mn/Fe отношение в магматических биотитах очень низкое, обычное содержание MnO редко превышает 0.1–0.3 мас. %. В сидерофиллите копи № 270 среднее содержание MnO составляет 8–10 мас. %, а в отдельных анализах из амазонитовых гранитов достигает 13 %. От высокомарганцевого биотита (манганофиллита), известного в осадочно-метаморфогенных месторождениях марганца, например, Франклин (США), Пайсберг (Швеция), Кайлидонгри (Индия), а также и в сиенитах [6], высокомарганцевый сидерофиллит из копи № 270 отличается существенно меньшими содержаниями MgO и высокими – фтора (см. табл. 1).

В Ильменских горах повышенные содержания марганца известны в литийсодержащих слюдах – сидерофиллите, циннвальдите, лепидолите, масутомилите [2]. Для сравнения на треугольных диаграммах нанесены сидерофиллит и масутомилит из гранитных пегматитов Ильмен, причем расчет формул для них велся без учета содержания лития, а все железо было пересчитано на 2-х валентное, что позволило провести более корректное сравнение с исследуемыми слюдами. Но даже в наиболее богатом марганцем масутомилите Ильменского заповедника содержание MnO достигает 7.7 мас. %. Содержание лития в биотитах–манганофиллитах низкое, поскольку вакантность октаэдрической позиции не превосходит 0.7 формульных единиц, кроме того, содержание кремнезема 38–39 % в рассматриваемых слюдах копи № 270 не отвечает высоколитиевым марганецсодержащим слюдам, содержащим 45–48 мас. % SiO2.

Другой особенностью сидерофиллита копи № 270 является относительно высокое содержание цинка, в среднем составляющее 2.2 мас. % ZnO для гранитов и 2.9 % для пегматитов (см. табл. 1 и рис. 1 б); максимальные соответственно 3.9 % и 4.5 мас. %. Повышенные содержания цинка, отмечавшиеся ранее в гранитных пегматитах Ильменских гор, не превышали 1.6 %, как это было недавно установлено электронно-зондовым анализом в циннвальдите копи № 77 (цит. по [2]). Нами близкое к этому содержание ZnO (0.5–1.5 мас. %) было обнаружено в метасоматических фенгитовых слюдах щелочных метасоматитов редкометального (Ta, Nb, Zr, REE) месторождения Тайкеу на Полярном Урале [1].

Вхождение Zn в октаэдрическую позицию слюд связывают с присутствием гипотетического цинкового минала хендриксита KZn3AlSi3O10(OH)2. Приводимые в литературе максимальные содержания цинка в природном хендриксите относятся к стратиформному Zn-Mn-месторождению Франклин (Нью-Джерси, США) и максимально достигают 23 мас. % ZnO. Примечательно, что во всех природных хендрикситах одновременно с цинком обязательно присутствует марганец (до 10–12 мас. % MnO) [7]. В тоже время содержание FeO в хендрикситах не превышает 5 мас. %, в отличие от высокожелезистых слюд копи № 270.

Колумбит в амазонитовых гранитах и пегматитах копи № 270 является достаточно широко распространенным акцессорным минералом [3]. Он присутствует в виде мелкой рассеянной вкрапленности одиночных таблитчатых и короткопризматических кристалликов с преобладающими размерами 50–200 мкм. Образует включения в породообразующих минералах и выделения по границам их зерен. Средний состав его приведен в таблице 2 и отвечает манганоколумбиту; вариации составов показаны на рис. 2, где отражена близость составов колумбитов из амазонитовых гранитов и пегматитов и их преимущественно марганцевая и ниобиевая специфика. Содержание Ta, Ti и Fe несколько выше в пегматитах, чем в гранитах, а Nb и Mn – несколько ниже. Кроме того, в амазонитовых пегматитах в краевых зонах кристаллов колумбита нередко присутствует до 3.5 мас. % WO3. И в гранитах, и в пегматитах периферические зоны кристаллов, как правило, обогащены танталом максимально до 11 и 14 мас. % Ta2O5 соответственно, при среднем содержании 2.6 и 3.4 мас. %.

Пирофанит железистый,как и манганоколумбит, присутствует в породах в виде одиночных таблитчатых кристаллов, но имеет несколько более крупные размеры (100–300 мкм). В составе его Mn преобладает над Fe в 1.5 раза (см. табл. 2; рис. 3), как в амазонитовых гранитах, так и в пегматитах, причем по составу они мало отличаются. На диаграмме Mn/(Fe+Mn) – Nb/(Ti+Nb) все железистые пирофаниты образуют единое поле (см. рис. 3). При этом они содержат сравнительно большое количество Nb – в среднем 3.17 мас. % Nb2O5 из гранитов и 3.87 % – из пегматитов. Измеренные максимальные содержания Nb2O5 равны соответственно 3.67 и 14.9 мас. %. Для повышенных содержаний Nb хорошо выражена обратная корреляция с Ti. Тантала в пирофанитах очень мало, но, как правило, в них ощутимо входит цинк – до 1.0 мас. % в гранитах и до 2.25 % – в пегматитах.

Пирофанит высокомарганцевыйбыл установлен только в гранитах (см. табл. 2 и рис. 3). В отличие от железистого пирофанита, он не встречается в виде отдельных кристаллов, а всегда обрастает по периферии железистым пирофанитом (как более поздней зоной шириной 10–50 мкм) в ассоциации с манганоколумбитом и магнетитом. Реже наблюдаются прожилки пирофанита в крупных кристаллах магнетита. По сравнению с железистой разновидностью, содержание MnO в пирофаните достигает максимально 43 мас. %, при этом содержание FeO падает ниже 4.0 %, существенно меньше Nb и Ta, но несколько больше цинка – до 3.0 % ZnO что отражено на диаграмме (см. рис 3).

Магнетит и гематит, пожалуй, наиболее широко распространенные акцессории. Они присутствуют в породе в виде относительно крупных (0.5–1.5 мм) изометричных кристаллов черного цвета с буроватым оттенком, хорошо видимых невооруженным глазом. По данным анализа на микрозонде, трудно уверенно различить магнетит и гематит, но, судя по форме кристаллов, складывается впечатление, что первичным минералом был магнетит, а гематит в той или иной степени его замещал в процессе более поздней мартитизации. Магнетит гранитов и пегматитов, как правило, содержит небольшие примеси Mn (якобситового минала), Ti (ульвошпинели) и Zn (франклинита). Магнетиты амазонитового гранита более богаты примесями, чем магнетиты пегматита. Максимальные содержания в них достигают (мас. %): TiO2 4.6; MnO 4.9 и ZnO 8.8 (единичный анализ). В гематитизированных разностях уменьшается содержание титана.

Гюбнерит встречен только в граните, где присутствует в виде одиночных изометричных кристаллов размерами около 50 мкм. Он несколько более богат Mn, чем Fe. содержание MnO 11–15; FeO 9–12; WO3 72–74 мас. %.

Касситерит также обнаружен в граните, где он тесно ассоциирует с пирофанитом: образует с ним совместные каймы (10–20 мкм) на крупных кристаллах магнетита или присутствует в виде мелких призматических включений (5–15 мкм) в пирофанитовых прожилках, пересекающих магнетит. Касситерит содержит примесь FeO до 5.4 % и MnO до 1.0 мас. %. Ранее отмечался и в пегматите [3].

Кремнефосфат тория, близкий по составу к смирновскиту или ториту, установлен в гранитах и пегматитах. Минерал образует округло-изометричные зерна величиной до 300 мкм, имеющие волокнистые края и пятнисто-неоднородную внутреннюю структуру. Возможно, он метамиктно разложен. Иногда от зерна отходят во все стороны волосовидные прожилки ториевого минерала, секущие минералы гранита. Содержание ThO2 в минерале составляет около 70 мас. %, P2O5 10–13 %, SiO2 8–13 %, присутствуют CaO, FeO, Al2O3 в количестве по 2–3 %. По соотношению формульных количеств Si/P = 0.7–1.47 некоторые анализы можно отнести к ториту (Th,Ca,Ce)[Si,P](O,OH)4, другие – к проблематичному смирновскиту (Th,Ca,Ce)[P,Si](O,OH,F)4. Внутри контура зерна смирновскита (?) встречены выделения церианита (Ce,Th)O2. Весь состав неплохо пересчитывается на формулу смирновскита.

Спессартин характерен для гранитных пегматитов Ильмен. В амазонитовом пегматите копи № 270 он наблюдался в составе выполнения округлой пустотки размером около 1 см. Спессартин выстилает стенки пустотки в тесном взаимном прорастании с высокомарганцовистым сидерофиллитом, кварцем и магнетитом. Средний состав его (мас. %): Al2O3 18.25 %; SiO2 33.24 %; MnO 39.07; FeO 6.55.

Циркон встречается довольно редко, выделяется в виде мелких (20–50 мкм) короткопризматических кристалликов. В одном из них в самом центре наблюдалось округлое включение (5 мкм) манганколумбита с низким содержанием Ta2O5 – 3.3 мас. %. Содержание HfO2 в кристаллах циркона из пегматитов возрастает от 1.8 мас. % в центре до 3.0 % во внешней зоне. Содержание ThO2, наоборот, закономерно уменьшается в направлении от центра кристалла к периферии – от 2.1 до 0.4 мас. %.

Петрохимическая и геохимическая характеристика амазонитовых гранитов и пегматитов

Химический состав амазонитовых гранитов и пегматитов копи № 270 по породообразующим компонентам достаточно близок и мало отличается от состава редкометальных амазонитовых гранитов Этыкинского танталового месторождения Восточного Забайкалья (табл. 3). Для всех трех пород характерно резко пониженное содержание Ti, Mg, Ca и P, типичное для редкометальных гранитов. По сумме щелочей выше 8 мас. % все три породы могут быть отнесены к субщелочным, но имеются и отличия. Амазонитовые граниты и пегматиты копи № 270 более кремнеземистые и железистые, но менее глиноземистые по сравнению с гранитами Этыки. Важные дополнительные сведения могут быть получены по содержанию в породах редких и рассеянных элементов, характеризующих геохимическую специфику пород (табл. 4). Анализ этих данных также обнаруживает геохимическую близость всех трех пород. Принципиальным является обогащение редкими литофильными элементами: Li, Be, Rb, Nb, Mo, Sn, Cs, Ta, W, Tl, Bi и обеднение такими индикаторными элементами как Sr, Y, Ba, указывающее на достаточно высокую степень кристаллизационной дифференциации гранитной магмы. Естественно, что у редкометальных гранитов Этыки все эти особенности выражены заметно сильнее, однако и в амазонитовых гранитах и пегматитах копи № 270 они вполне отчетливо проявлены. Важным показателем дифференциации является величина валового отношения Zr/Hf в гранитных породах. Как было нами показано, у слабо дифференцированных гранитов, неперспективных на редкометальное оруденение, это отношение выше 30. С гранитами, имеющими величину Zr/Hf-отношения ниже 25–20, обычно связаны грейзеновые месторождения W, Sn, Mo, Be. И только при достижении значений ниже 10–5 граниты могут быть перспективны на танталовое оруденение. Данные табл. 4 показывают, что наиболее высоко фракционированными являются танталоносные амазонитовые граниты Этыки (Zr/Hf = 6.76), а наименее – амазонитовые пегматиты Ильмен (Zr/Hf = 27.3). Амазонитовые граниты копи № 270 занимают промежуточное положение (Zr/Hf = 13.60).

Показательным является распределение редкоземельных элементов (рис. 4). Спектры REE в амазонитовых гранитах и пегматитах копи № 270 практически идентичны, что свидетельствует о их несомненной генетической общности. Вместе с тем отчетливо видно, что граниты относительно обогащены легкими, а пегматиты – тяжелыми редкими землями. У амазонитовых гранитов Этыки спектр имеет подобную форму, но содержание редких земель выше. В то же время эти три спектра сильно отличаются от верхней континентальной коры, что подтверждает достаточно продвинутую дифференциацию гранитной магмы амазонитовых пегматитов и гранитов копи № 270, хотя и не решает вопрос о причине их удивительно ярко выраженной марганцевой и цинковой специфики, который пока остается открытым.

Исследования поддержаны грантом РФФИ 05-05-65233 и программой «Ведущие научные школы России» грант НШ-7650.2006.5.

 

Литература 

  1. Зарайский Г. П., Удоратина О. В.Свинец и цинк в хлоритах и фенгитах редкометального месторождения Тайкеу на Полярном Урале // Минералогия Урала–2003. Том II. Минералогия месторождений и руд Урала. Физика минералов. Миасс: ИМин УрО РАН, 2003. С. 143–151.
  2. Попов В. А., Попова В. И.Минералогия пегматитов Ильменских гор / Минералогический альманах, том 9. М.: Ассоциация «Экост», 2006. 152 с.
  3. Попов В. А., Попова В. И., Кобяшев Ю. С., Спиридонова И. Н.Минералогия новой жилы амазонитового пегматита копи 270 в Ильменских горах // Урал. летняя минералог. школа–97. Екатеринбург: УГГГА, 1977. С. 184–186.
  4. Тейлор C. Р., Мак-Леннан С. М.Континентальная кора, ее состав и эволюция. М.: Мир, 1988. 379 с.
  5. London D., Evense, J. M., Fritz E., Icenhower J. P., Morgan G. B., Wolf M. B.Enrichment and accommodation of manganese in granite-pegmatite systems // Eleventh Ann. V. M. Goldschmidt Conf., May 20–24, 2001. Аbstr. No. 3369.
  6. Nash W. P., Wilkinson J. F.Shonkin Sag laccolith, Montana. Mafic minerals and estimates of temperature, pressure, oxygen fugacity and silica activity // Contr. Mineral. and Petrol., 1970. № 25. P. 241–269.
  7. Robert J. L., Gasperin M.Crystal structure refinement of Hendricksite, a Zn- and Mn-rich trioctahedral potassium mica: a contribution to the crystal chemistry of zinc-bearing minerals // Tschermaks Min. Petr. Mitt. (TMPM), 1985. № 34. P. 1–14. 

 

Подписи к рис. ст. Зарайский

 

Рис. 1. Соотношение основных октаэдрических катионов Mn-Fe-слюд Ильменских.гор.

1–4 – слюды Ильменских гор: 1–2 – высокомарганцовистый сидерофиллит, копь № 270 (1 – из амазонитового гранита, 2 – из пегматита); 3 – сидерофиллит амазонитового пегматита, копь № 55 (по [2]), 4 – масутомилит редкометального неамазонитового пегматита, копь № 255 (по [2]); 5 – биотиты из сиенитов, Монтана [6]; 6 – хендриксит, Франклин [7]; 7 – область составов слюд серии анннит-манганофиллит из сиенитов [6].

 

Рис. 2. Диаграмма состава манганоколумбитов из амазонитового гранита (1) и пегматита (2) копи № 270.

 

Рис. 3. Диаграмма состава пирофанитов из амазонитового гранита (1) и пегматита (2) копи № 270.

 

Рис. 4. Распределение редкоземельных элементов в амазонитовом граните (1) и пегматите (2) копи № 270 в сравнении с амазонитовым гранитом Этыки (3) и верхней континентальной земной корой (4).