Блог

Макагонов Е. П., Котляров В.А.
К минералогии глубоких горизонтов Ильменогорского миаскитового массива.

К МИНЕРАЛОГИИ ГЛУБОКИХ ГОРИЗОНТОВ

ИЛЬМЕНОГОРСКОГО МИАСКИТОВОГО МАССИВА

Е. П. Макагонов, В. А. Котляров

Институт минералогии УрО РАН, Миасс

Классический Ильменогорский массив изучается более 160 лет. История минералогического изучения и минералогия массива изложены в трудах А. Н. Заварицкого, Д. С. Белянкина, А. Е. Ферсмана, В. Я. Левина, А. Г. Баженова, В. О. Полякова, В. А. Попова, В. И. Поповой и др. До недавнего времени предполагалось, что от южной границы массива до его северного окончания вскрывается разрез от кровли до подошвы. Возможность изучения истинного вертикального разреза представилась с середины 1990-х годов, когда была пробурена структурная скважина С-2000. Скважиной вскрыто 500 м пород кровли и пройдено 1500 м по породам собственно массива. Полное описание геологического разреза по скважине изложено в [2]. В этой же работе даны сведения о минеральном составе. Более подробные описания отдельных минералах приводятся в статьях [1, 3, 4, 6] и монографии [5]. В керне скважины обнаружено более 80 минералов. Собственно в миаскитовом массиве встречены микроклин, альбит, нефелин, гастингсит, эгирин, аннит, мусковит, мусковит бариевый (эллахерит), хлорит, канкринит, содалит, вишневит, натролит, гоннардит, анальцим, циркон, торит, титанит, алланит, магнетит, маггемит, ильменит, ильменит марганцовистый, пирофанит, рутил, гематит, гематит титановый (титаногематит), гидрогетит, пирохлор, пирит, пирротин, молибденит, пентландит, халькопирит, кобальтпентландит, сфалерит, галенит, марказит, кальцит, стронцианит, стронцианит кальциевый (кальциостронцианит), барит, апатит, флюорит.

Ниже приводятся данные о составе ряда минералов, исследованных на микроскопе РЭММА-202М с энергодисперсионной приставкой.

Полевые шпаты. В микроклинах повышенные содержания натровой составляющей характерны для биотит-амфиболовых миаскитов (до 3 мас. % Na₂O) и значительно уменьшаются в пироксеновых сиенитах (вскрытых на гл. 847.2 м). В биотитовых разностях миаскитов заметна тенденция увеличения натровой составляющей с глубиной. Характерна для калиевых полевых шпатов примесь бария – до 0.36 мас. % BaO. Плагиоклазы представлены в основном альбитом. Кальциевая составляющая, приближающая составы к олигоклазу, характерна для амфибол-биотитовых миаскитов. В биотитовых миаскитах повышенные содержания Ca отмечаются в плагиоклазе, нарастающем на концах пертититовых выделений, выступающих из основного зерна. Примесь калия в плагиоклазах незначительная и достигает 0.58 мас. % K₂O в альбите из пироксен-биотитовых сиенитов. Структурные особенности полевых шпатов приведены в [4].

Нефелин. Химические анализы нефелинов показывают присутствие кальсилитовой составляющей 19–20 мол. % (табл. 1) и обычные для нефелинов повышенные количества Si (от 4.16 до 4.41 ф. е.) и меньшие – Al (от 3.79 до 3.66 ф. е., по сравнению с 4 в идеальной формуле), а также постоянную примесь кальция (0.01–0.10 ф. ед.) и незначительную примесь железа.

Амфиболы миаскитового массива представлены в основном гастингситом, как и в породах кровли, непосредственно примыкающих к нефелиновым сиенитам (табл. 2). Отличие состоит в том, что в амфиболах кровли Si более 6 ф. ед. в позиции T, иногда переходя в поле ферроэденитов. В амфиболах миаскитов. Si колеблется в пределах 5.58–5.93 ф. ед, приближаясь в отдельных случаях к саданагаиту. Также в миаскитах уменьшается количество Mg: от 1.57–1.15 ф. ед. в экзоконтакте массива до 0.68–1.07 внутри массива. В отдельных индивидах пределы колебаний химических элементов низки. Отмечается тенденция увеличения к краям зерен Si, Al, Mg и уменьшения – Na, K, Fe.

Пироксены проанализированы из прослоя пироксен-биотитовых сиенитов на глубине 847 м (440 м от кровли массива) и из контактовой зоны (см. табл. 2). По составу пироксены из сиенитов относятся к эгирину, близкому к границе с геденбергитом: Na 0.51–0.55 ф. ед., Ca 0.40–0.44 ф. ед. При расчете баланса зарядов определено содержание Fe³⁺ 0.41–0.73 ф. ед.Отмечается зональность в строении зерен: в центре более натриевые разности, к краям незначительно увеличивается содержание Si и уменьшается – Ti, Mn, Mg. Практически на одном уровне остается содержание Ca. Пироксены экзоконтакта по соотношению Na и Ca находятся на границе эгирина с геденбергитом. Отношение формульных единиц Fe³⁺/Fe²⁺ в пределах 1.27–0.46. По сравнению с пироксенами основного массива, на 40 % увеличено содержание Mg (0.21 ф. ед. в фените, 0.14–0.17 ф. ед. в сиенитах).

Мусковит. Химические анализы мусковита из цеолитизированных биотитовых миаскитов с глубины 1905 м приведены в табл. 3. При расчете полученных анализов на 6 катионов (сумма тетраэдрических и октаэдрических катионов) отмечается незначительный дефицит межслоевых катионов – 0.07 ф. ед. Примеси составляют (ф. ед.): Fe 0.15–0.18; Mn 0.00–0.04; Ca до 0.01; Mg 0.10–0.12; Na 0.00–0.04. Примеси TiO₂ 0.02–0.04 мас. %. Установлено зональное распределение элементов: от центра к краям зерен уменьшается содержание Si, K, Ti, увеличивается – Al, Na.

Эллахерит (бариевый мусковит) обнаружен совместно с натролитом среди зерен нефелина и альбита в биотитовом пегматите на глубине 1973 м (см. табл. 3) в зернах неправильной или псевдогексагональной формы размером 2–5 мкм (рис. 1 а). Кристаллохимическая формула наиболее богатого барием мусковита (K_0.64Ba_0.33Na_0.05)_1.02(Al_1.89Mg_0.08Fe_0.03)_2.00(Al_1.19Si_2.81O₁₀)(OH)₂.

Канкринит проанализирован из двух интервалов: с глубин 1905 м и 1973 м (табл. 4). Кристаллохимические коэффициенты рассчитывались по 12 катионам радикальной части. Сумма формульных единиц остальной катионной части колеблется, в основном, в пределах 6.86–7.37, в некоторых анализах чуть превышает 8 ф. ед. Соотношение Na/Ca от 3.41 до 3.88, т. е. по сравнению идеальной формулой состав канкринита немного смещен в натриевую сторону. Соотношение Si/Al равно 1 ± 0.05. Постоянна примесь калия 0.02–0.07 ф. ед., Fe 0.01–0.08 ф. ед. Незначительная примесь SO₄ отмечается в канкрините с глубины 1973 м.

Вишневиты из биотитовых миаскитов и амфибол-биотитовых фенитов по соотношению Si/Al = 1.1 практически соответствуют идеальной формуле (см. табл. 4). Сумма остальных катионов колеблется около 8 ф. ед.; отмечается незначительная примесь кальция.

Содалит исследован из выделений в канкрините цеолитизированного биотитового миаскита (см. табл. 4). Отношение Si/Al в формуле практически равно идеальному, отмечен некоторый недостаток Na.

Натролит из цеолитизированного биотитового миаскита, при расчете на 5 катионов радикала, практически отвечает идеальной формуле. Соотношение Si/Al от 1.45 до 1.57. Содержание калия не превышает 0.03 ф. ед. (K₂O от 0 до 0.34 мас. %),. CaO 0–0.05 мас. %, FeO 0.02– 0.22 мас. % (см. табл. 4).

Циркон относительно стабилен по составу (табл. 5). Наибольшие содержания HfO₂ отмечены в амфибол-биотитовых миаскитах с глубины 609 м (до 2.23 мас. %). В цирконе биотитовых миаскитов отмечено повышенное количество кремния.

Титанит встречается во всех породах разреза по керну скважины и практически всюду содержит примесь Nb₂O₅ 0.24–2.01 мас. % и FeO 0.48–2.34 мас. % (табл. 6). Можно отметить некоторое увеличение Ca и Fe в титаните амфибол-биотитовых миаскитов по сравнению с биотитовыми миаскитами. В титаните биотитового миаскита с глубины 1282.3 м обнаружено зональное строение: от центра кристалла к краям увеличивается содержание Nb₂O₅ от 0.24 до 2.01 мас. %, слабо уменьшается содержание Si, Al, Ca. Титанит из “рубашки” ильменита в биотит-пироксеновых сиенитах с глубины 847.2 м содержит максимальное количество Ti, Mn и минимальные содержания Si и примеси Al.

Кальцит встречается в виде отдельных зерен во всех породах массива и содержит примеси (мас. %): FeO 0.03–0.13, MnO 0.23–0.42, SrO 0.30–0.90. Наибольшее количество Fe и Sr в нем на глубинах 1330–1416 м, Mn – в пироксен-биотитовых сиенитах с глубины 1282 м. Кальциты экзоконтактовых фенитов практически отличаются только содержанием Mn (MnO 0.98–0.99 мас. %).

Стронцианит обнаружен в катаклазированных и цеолитизированных биотитовых миаскитах с глубины 1781 м. Среди анальцим-натролитовых агрегатов и альбита наблюдаются каверны, выполненные агрегатом сронцианита и барита (см. рис. 1 б). В составе стронцианита определены (мас. %): SrO 69.75–69.90, CaO 5.89–4.53. Барит (см. рис. 1 б) имеет состав (мас. %): BaO 65.95, SO₃ 34.11.

Магнетит из биотит-амфиболовых миаскитов содержит примесь V₂O₅ 0.44–0.49 мас. % и максимальное содержание Nb₂O₅ до 0.53 мас. % (табл. 6). Примесей Si и Al меньше в биотитовых миаскитах.

Титаногематит с содержанием TiO₂ 12.4 мас. % образует совместно с рутилом структуру распада ильменита (см. рис. 1 в). Химический анализ приведен в табл. 6 (ан. 11).

Ильмениты, химический состав которых наиболее соответствует идеальной формуле, приурочены к биотитовым миаскитам (табл. 7). Практически все выделения ильменита содержат примесь Mn в количестве 0.07–0.16 ф. ед. В ильмените из биотит-амфиболовых миаскитов и биотит-пироксеновых сиенитов содержание пирофанитовго минала достигает 40 мол. %. В отличие от обычных ильменитов, имеющих толстотаблитчатый облик, марганцовистые ильмениты имеют пластинчатую форму. С глубины 1416 м и в направлении забоя скважины в ильменитах возрастает содержание примесей Nb и V. Содержание Nb₂O₅ достигает 1.46 мас. %, V₂O₅ – до 0.48 мас. %. Кроме того, постоянно присутствуют незначительные примеси Si, Al, а в биотит-амфиболовых сиенитах – Ca. Распределение химических элементов в пределах зерен неравномерное. Обычно отмечается прямая корреляция Si с Mn, обратная – Si с Ti и Al. Зональность в распределении примесей в кристаллах как прямая, так и обратная: отмечаются зерна и с возрастанием к периферии содержаний Si, Fe, и с уменьшением их содержаний В одном из зерен (с глубины 1513 м) к краям уменьшается содержание Nb и V.

На глубине 1905 м в биотитовых миаскитах обнаружены зерна ильменита, внутренние части которых представляют собой структуры распада ильменита на гематит и рутил (см. рис. 1 в). Выделения ильменита в распавшейся части отличаются повышенным содержанием Mn: зерна внутри структуры распада содержат 0.024 ф. ед. Mn, на контакте с ильменитовой каймой – 0.15 ф. ед., в кайме – 0.12 ф. ед.

Пирофанит обнаружен в биотитовом миаските с глубины 609 м. Находится в краевых частях удлиненного выделения гематита в нефелине (см. рис. 1 г). Количество Mn составляет 0.56–0.58 ф. ед., в одном из анализов примесь SiO₂ до 0.14 мас. % и незначительная примесь Al (табл. 7).

Рутил проанализирован из тел распада ильменита (см. рис. 1 б), где находится совместно с титаногематитом (в биотитовых миаскитах с глубины 1905 м). Содержит примеси (ф. ед.): Si 0.01, Fe 0.05, Mn 0.005, Ca 0.002, V 0.001.

По составу минералов Ильменогорский миаскитовый массив приближается к более изученному Вишневогорскому массиву, включая обнаружение стронциевой и бариевой минерализации.

Литература

1. Баженов А. Г., Вализер Н. И., Поляков В. О.О явлениях ритмической расслоенности в Ильменогорском миаскитовом массиве (по материалам описания керна глубокой скважины) // Урал. минералог. сборник, № 3. Миасс: ИМин УрО РАН, 1994. С. 74–79.
2. Макагонов Е. П., Баженов А. Г., Валuзер Н .И., и др. Глубинное строение Ильменогорского миаскитового массива. Миасс: УрО РАН. 2003. 180 с.
3. Макагонов Е. П., Миронов А. Б.Биотиты из миаскитовых горизонтов Ильменогорского миаскитового массива // Урал. минералог. сборник, № 13. Миасс: ИМин УрО РАН. 2005. С. 34–42.
4. Макагонов П.Е.Полевые шпаты из биотитовых миаскитов глубоких горизонтов Ильменогорского массива // Матер. Урал. летней минералог. школы-99. Екатеринбург: УГГГА, 1999. С. 240–242.
5. Попов В. А.К онтогении миаскитов Ильменских гор // Урал. минералог. сборник, № 5. Миасс: ИМин УрО РАН, 1995. С. 139–144.
6. Попов В. А., Попова В. И.Минералогия пегматитов Ильменских гор / Минералогический альманах. Т. 9. М.: Ассоциация, Экост. 2006. 151 с.

Подпись к рис. ст. Макагонов

Минералы глубоких горизонтов Ильменогорского миаскитового массива из керна скважины С-2000.

а – эллахерит (а) с натролитом (nt) в альбите (ab); б – стронцианит (sr) с баритом (ba) в пустотах альбита; в – срастание ильменита (i) с титаногематитом (Tigm) и рутилом (r); bt – биотит; г – пирофанит (pf) с гематитом (gm) в нефелине (ne).