Блог
Шагалов Е.С.
ТЕРМОМЕТРИЯ И ГЕОХИМИЯ КАРБОНАТНЫХ ЖИЛ САРАНОВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Сарановское хромитовое месторождение находится в Горнозаводском районе Пермского края в 5 км к северу от железнодорожной станции Лаки на окраине поселка Сараны.
Карбонатные жилы с различными силикатными (хлориты, уваровит, сфен (титанит)), рудными (перовскит, рутил, миллерит) и другими минералами описаны О. К. Ивановым [Иванов, 1997], В. И. Силаевым с соавторами [Силаев и др., 2006] и работами других авторов. Эти жилы являются результатом внедрения диабазовых даек в тело ультрамафитов с ассоциированными хромитовыми рудами. Состав карбонатов зависит от вмещающих пород [Иванов, 1997] и является кальцитовым в хромититах и диабазах и доломитовым в антигорититах.
Для данной работы были выбраны два образца: доломитовая жила и хромамезит-титанит-кальцитовая ассоциациях на хромитовой руде. Характеристика образцов приведена в работе [Шагалов, Киселева, 2009].
Содержания элементов примесей приведены в таблице. Распределение РЗЭ для минералов из одной ассоциации схожи между собой и отличаются по уровню концентрации. Отмечается положительная европиевая аномалия. Кроме основных примесей Al, Cr, Fe и Mg сфен содержит около 0.3 % других элементов, включая ΣРЗЭ – 641 г/т. Не подтвердились высокие значения Nb, Ta, Th, на которые указывал О. К. Иванов [Иванов, 1997]. Значительными примесями (n×102) можно назвать ЛРЗЭ, Na, K, Cu, Zn. Рутил богат Nb, W, Cu, Zn. Обращают на себя внимание низкие концентрации U и Th в этих минералах – потенциальных геохронометрах.
Среди карбонатов наиболее богат примесями доломит. Поведение микроэлементов в карбонатах разнонаправленное, но основные примеси во всех разностях одинаковые Si, K, Al, Na, Fe, Mn, Sr, Y, ЛРЗЭ, Ni, Cu, Zn. Не подтвердились высокие концентрации Sr в кальцитах до 1 % указанные в работах Ю. М. Абрамовича, хотя он и является основным примесным элементом, находящемся по концентрации на уровне железа и магния [Шагалов, Киселева, 2009].
До последнего времени оценить температуру кристаллизации минералов данных жил было очень затруднительно, и только с разработкой новых методик (геотермометров) и благодаря появившимся приборам, дающим возможность определять крайне низкие содержания микроэлементов, можно рассчитать эти параметры. О. К. Иванов [Иванов, 1997] оценивал температуру большей части гидротерм не выше 400 оС при условии, что температура кристаллизации хромовых разновидностей цоизита и пумпеллиита не сильно отличаются от их алюминиевых аналогов.
Для определения температуры образования применены геотермометры на основе двух параметров: содержание Zr в сфене [Hayden et al., 2008] и Zr в рутиле [Tomkins et al., 2007; Watson et al., 2006; Zack et al., 2004]. Содержание Zr в сфене 60.856 г/т, в рутиле 66.909 г/т. Термометры [Watson et al., 2006; Zack et al., 2004] показали сходящиеся значения температуры порядка 535 оС, а более поздний термобарометр [Tomkins et al., 2007] с введенными в формулу значениями давления дал значение около 510 оС. Значения давления в ранних работах по Сарановскому массиву не приводятся, и последнее значение температуры исходит из возможного давления становления диабазовой дайки от 0.5 до 2 кБар. Но данное допущение дает погрешность всего ± 5 оС.
Таблица
Содержание элементов-примесей в минералах карбонатных жил
Сарановского месторождения
Сфен Кальцит Рутил Доломит Сфен Кальцит Рутил Доломит
Li 3.721 0.011 0.213 0.500 Ag 18.596 0.031 3.310 0.041
Be 0.200 0.013 0.004 0.003 Cd 0.990 0.102 0.072 0.248
Na 268.362 13.949 373.592 141.714 Sn 2.434 0.053 6.625 0.038
Mg 1701.227 250.569 193.134 162529 Sb 0.272 0.004 0.185 0.005
Al 5631.985 2.264 1014.620 29.529 Te 0.000 0.025 н/о 0.118
Si 1073.709 1.375 517.516 148.067 Cs 0.098 0.005 0.078 0.048
P 263.057 10.857 22.818 17.500 Ba 12.221 2.202 28.403 11.533
K 425.306 9.235 419.292 40.805 La 42.597 0.503 5.713 6.075
Sc 3.698 0.615 39.210 9.539 Ce 279.066 1.400 10.123 15.144
Ti 148549 0.236 474796 1.012 Pr 43.186 0.141 0.912 1.673
V 407.236 0.004 2957.202 0.388 Nd 185.275 0.572 2.758 6.784
Cr 2957.158 0.470 1838.591 2.276 Sm 33.558 0.087 0.316 1.165
Mn 41.283 4.593 31.511 387.966 Eu 21.709 0.114 0.087 0.426
Fe 2387.645 23.107 5556.472 4211.207 Gd 18.610 0.190 0.181 1.455
Co 1.347 0.382 0.892 1.202 Tb 1.981 0.026 0.023 0.184
Ni 52.572 10.008 13.478 27.845 Dy 10.264 0.158 0.165 1.187
Cu 175.083 1.022 305.104 1.320 Ho 1.274 0.037 0.036 0.264
Zn 136.555 2.300 122.979 4.869 Er 2.052 0.112 0.138 0.797
Ga 0.165 0.007 0.265 0.080 Tm 0.188 0.014 0.024 0.119
Ge 0.375 0.006 0.082 0.022 Yb 0.906 0.095 0.152 0.823
As 3.002 0.218 0.917 0.109 Lu 0.047 0.022 0.025 0.134
Se 5.811 0.037 0.652 0.686 Hf 4.103 0.001 7.350 0.010
Rb 1.493 0.051 0.942 0.063 Ta 0.860 н/о 46.767 0.002
Sr 17.256 336.318 6.751 1009.468 W н/о н/о 123.404 0.010
Y 28.124 1.223 0.919 6.992 Pb 23.669 1.464 1.228 0.911
Zr 60.856 н/о 66.910 0.081 Bi 0.048 0.023 2.034 0.009
Nb 19.973 0.001 323.433 0.003 Th 0.419 0.002 1.089 0.004
Mo 0.654 н/о 2.407 0.037 U н/о н/о 0.125 0.004
Рис. Нормированное на хондрит распределение РЗЭ в минералах Сарановского месторождения.
Расчет температуры для сфен-содержащей ассоциации зависит от нескольких дополнительных параметров: давление и активностей кремнезема (aSiO2)и диоксида титана (aTiO2). Решающим в данном случае является aSiO2. Исследования [Barker, 2001] показали крайне низкую aSiO2 в карбонатном расплаве. Активность aTiO2 ≥ 0.5, не сильно влияет на конечный результат. Исходя из выше описанных допущений, температура сфен-со¬дер¬жащей ассоциации составила около 400±20 оС, что соответствует оценкам О. К. Иванова [Иванов, 1997].
Таким образом, можно утверждать, что кристаллизация карбонатных жил началась при температуре выше 540 оС.
Автор благодарен сотрудникам лаборатории ФХМИ за выполненные анализы.
Работа выполнена при поддержке программ ОНЗ РАН № 2 и № 3 (проект № 09-т-5-1019).
Литература
Иванов О. К. Минеральные ассоциации Сарановского хромитового месторождения (Урал). Екатеринбург. Уральская летняя минералогическая школа–97. УГГГА. 1997. 123 с.
Силаев В. И., Хазов А. Ф., Ракин В. И., Чайковский И. И. Гранат-шуйскитовый парагенезис в Сарановском месторождении // Вестник Института геологии коми научного центра УрО РАН, № 5(137), май, 2006. Сыктывкар: Геопринт. С. 9–12.
Шагалов Е. С., Киселева Д. В. Люминесценция и геохимия карбонатов Сарановского хромитового месторождения // Современные проблемы геохимии: Материалы конференции молодых ученых. Иркутск: Изд-во «УРАН» Институт географии им. В. Б. Сочавы СО РАН, 2009. С. 104–107.
Barker D. S. Calculated silica activities in carbonatite liquids // Contrib. Mineral. Petrol. 2001. Vol. 141. P. 704–709.
Hayden L. A., Watsone E. B., Wark D. A. A thermobarometer for sphene (titanite) // Contrib. Mineral. Petrol. 2008. Vol. 155. P. 529–540.
Tomkins H. S., Powell R., Ellis D. J. The pressure dependence of the zirconium-in-rutile thermometer // J. metamorphic Geol. 2007. Vol. 25. P. 703–713.
Watson E. B., Wark D. A., Thomas J. B. Crystallization thermometers for zircon and rutile // Contrib Mineral Petrol. 2006. Vol. 151. P. 413–433.
Zack T., Moraes R., Kronz A. Temperature dependence of Zr in rutile: empirical calibration of a rutile thermometer.// Contrib Mineral Petrol. 2004. Vol. 148. P. 471–488.