Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Формирование минеральных парагенезисов в щелочных породах Кульйокского и Сахарйокского массивов на Кольском полуострове

ВАК РФ 25.00.04, Петрология, вулканология

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Козловский, Василий Михайлович

Введение.

Глава 1. Геологическое строение Кейвского синклинория, положение в нем щелочных массивов и петрографическая характеристика вмещающих их горных пород.

Глава 2. Геологическое строение Сахарйокского и Кульйокского щелочных массивов.

2.1. Строение Сахарйокского массива. Минеральный и химический состав слагающих его горных пород.

2.1.1. Щелочные сиениты.

2.1.2. Нефелинсодержащие сиениты.

2.1.3. Нефелиновые сиениты.

2.1.4. Пегматиты.

2.1.5. Альбититы.

2.1.6. Плагиоклаз-омфацитовые породы.

2.2. Строение Кульйокского массива. Минеральный и химический состав слагающих его горных пород.

2.2.1. Фениты.

2.2.2. Амфибол-биотит-пол евопщатовые породы.

2.2.3. Биотит-нефелин-полевошпатовые породы.

Глава 3. Типоморфные особенности породообразующих минералов Сахарйокского и Кульйокского массивов.

Глава 4. Парагенетический анализ главной минеральной ассоциации в щелочных породах Кульйокского и Сахарйокского массивов.

Глава 5. Эволюция минеральных ассоциаций Кульйокского массива как отражение физико-химических условий образования щелочных пород.

5.1. Характеристика минеральных ассоциаций. Последовательность их образования.

5.2. Моделирование физико-химических условий образования минеральных ассоциаций.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Формирование минеральных парагенезисов в щелочных породах Кульйокского и Сахарйокского массивов на Кольском полуострове"

Актуальность работы. Комплексы щелочных горных пород представляют интерес для геологов как в теоретическом, так и в практическом аспектах. Они отличаются сложностью геологического строения и многообразием минеральных ассоциаций. Массивы щелочных пород могут содержать промышленные запасы Y, Zr, Nb, TR и других полезных ископаемых. Следовательно, выяснение вопросов, связанных с происхождением щелочных пород, и установление генетических и структурных условий локализации полезных ископаемых является актуальным направлением геологических исследований для всех щелочных комплексов. В основе этих исследований лежит детальное геологическое картирование, парагенетический анализ минеральных ассоциаций и создание пространственно-временной и физико-химической модели развития щелочного метасоматоза и магматизма, которым и посвящена данная работа.

Объект исследования. Обзор и анализ ранее проведенных работ.

Объектом исследования служили Сахарйокский и Кульйокский массивы щелочных пород, расположенные в центральной части Кольского полуострова и пространственно связанные с массивом щелочных гранитов Западных Кейв (рис. 1,2,3).

История геологического изучения Кейв началась в 1928-1930г., когда сотрудниками Кольской экспедиции АН СССР Б.М.Куплетским, О.А.Воробьевой, Н.Н.Гутковой был собран обширный материал по геологическому строению этого района. Выявлены широкие площади выходов мощных толщ гнейсов и кристаллических сланцев. Тогда же обнаружен на Западных Кейвах крупный массив щелочных гранитов и связанные с ним многочисленные жилы амазонитовых пегматитов. Кроме того, О.А.Воробьевой были отмечены приконтактовые изменения в гнейсах под воздействием щелочных гранитов.

С 1930 по 1958 г. территория Западных Кейв подвергалась непрерывному изучению сотрудниками Северозападного геологического управления и АН СССР. В 1958 г. Кольским филиалом АН СССР было завершено обобщение всех материалов комплексного исследования Кейв, выполненных в 1950-1957 гг. под руководством И.В.Белькова. Тогда же И.Д.Батиевой и И.В .Бельковым в центральной части Западнокейвского массива щелочных гранитов обнаружен и закартирован Сахарйокский массив щелочных сиенитов и нефелиновых сиенитов.

В 1971-1978 гг. была проведена геологическая съемка района Кейв масштаба 1:200000 под руководством Л.А.Гаскельберга. 4

23 29 30 3! 32 33 ЗЬ 35 36 37 38 39 « 41 42

Рисунок 1. Схематическая географическая карта Кольского полуострова. Красным прямоугольником выделен участок работ.

В 1976 г. И.Д.Батиевой в монографии "Петрология щелочных гранитов Кольского полуострова" проведено обобщение исследований щелочных гранитов, выполненных в 1947-1951 г. и в 1957-1973 г., где впервые приводится геологическая карта Сахарйокского массива и краткое описание слагающих его горных пород. Здесь же мы впервые встречаем упоминание о расположенном южнее, в 15 км. от него, Кульйокском массиве щелочных пород.

В 1984 г. в книге И.Д.Батиевой и И.В.Белькова "Сахарйокский щелочной массив. Слагающие его породы и минералы" приводится подробная геологическая 5 характеристика Сахарйокского массива, а также описание и химический состав основных разновидностей горных пород и минералов.

Геологическое строение Кульйокского массива и петрографическая характеристика слагающих его пород и минералов до настоящего времени в геологической литературе подробно не рассматривались.

Широкомасштабные горные и буровые работы, проведенные на Сахарйокском массиве в 1989-1994 г. Мурманской ГРЭ, выявили промышленные запасы Zr и Y. Это явилось основанием для детального петрографического сравнения Сахарйокского и Кульйокского массивов и выяснения условий их образования.

Цели и задачи исследования. Цель работы состоит в том, чтобы на базе изучения Сахарйокского и Кульйокского щелочных массивов на Кольском полуострове определить условия формирования Западнокейвского щелочного комплекса и выявить характерные особенности слагающих его пород, минералов и руд.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: а) детальное изучение геологического строения Кульйокского массива; б) классификация горных пород Кульйокского и Сахарйокского массивов на основе анализа минеральных ассоциаций; в) петрографическое исследование главных разновидностей горных пород и взаимоотношений между ними; сравнительная характеристика горных пород и минералов; г) построение петрогенетической модели формирования горных пород; д) интерпретация геолого-петрологических особенностей обоих массивов с учетом их положения в структуре Кейв.

Фактический материал и методы исследований. Настоящая работа выполнена на материале, собранном автором во время полевых работ 1992-1996 гг. в Мурманской ГРЭ, а затем во время учебы в аспирантуре и последующей работы в лаборатории физических методов исследования руд, пород и минералов в МГГА.

Для Кульйокского массива составлена геологическая карта (м. 1:2000). Собрана представительная коллекция руд, пород и минералов обоих массивов, составляющая более 250 образцов.

Исследование щелочных пород двух массивов базировалось на изучении 250 прозрачных шлифов, из них по Сахарйокскому массиву 100, по Кульйокскому - 150.

Химический состав щелочных пород обоих массивов и вмещающих пород охарактеризован 38 полными химическими анализами, проведенными в химических лабораториях МГРИ и ИМГРЭ.

Определение химического состава породообразующих минералов проводилось в лаборатории Нантского университета (Франция) на сканирующем электронном микроскопе JSM, на кафедре минералогии МГУ на микроанализаторе Camebax SX-50, в лаборатории МИСИ на микроанализаторе Camebax Microbeam. Анализы межзерновых стекол и некоторых акцессорных минералов проведены автором на микрозонде Сатеса MS-46 в лаборатории физических методов исследования руд и минералов (МГГА). Всего выполнено более 250 микрозондовых анализов.

Содержание F, БегОз, FeO, Н2О в биотитах и амфиболах анализировалось из отдельных навесок в химической лаборатории ИМГРЭ; всего проведено 24 определения. Содержание F и соотношение Fe2+/Fe3+ в слюдах и амфиболах Сахарйокского массива взято из материалов И.Д.Батиевой и И.В.Белькова (1984). Все анализы минералов пересчитаны на кристаллохимические формулы по катионному методу.

Для сравнения амфиболов из щелочных пород Сахарйокского и Кульйокского массивов с амфиболами из других регионов мира использованы 25 анализов амфиболов из справочника 'Минералы' т. III. вып.З. и 35 анализов из научно-исследовательской работы Е.С Доброхотовой (1963-1964). Один анализ высоконатриевого гастингсита (тарамит 18) приводится по данным А.Л.Литвина (1977).

Для 16 породообразующих гастингситов, биотитов и эгиринов из пород Сахарйокского и Кульйокского массивов определены параметры и объем элементарной ячейки на дифракгометре ДРОН-2 в лаборатории физических методов исследования руд (МГГА).

Изучение трещиноватости и ориентировки линейных текстур в породах основано на 245 замерах трещин и 55 замерах линейности, проведенных автором; также использовались 250 замеров трещин и 97 замеров ориентировки линейных и полосчатых текстур, любезно предоставленные1 Мурманской ГРЭ.

Сокращения. принятые в тексте: Р1(Ап12)-плагиоклаз Сап - канкринит, и его номер, Bt - биотит,

Мс - микроклин, Hs - гастингсит,

Ne - нефелин, Ttn - титанит или сфен,

Gne - гидронефелин, Mag - магнетит,

Нет - гематит, Сгп - корунд, Gr - гранат, Ер - эпидот, Cal - кальцит, 7

Ар - апатит,

Muí - муллит, Ms - мусковит, Pg - парагонит, Hal - галлуазит,

Ntr - натролит, Тот - томсонит, Gis - жисмондин, Ргп - пренит,

Н1г - хлорит, Zrc - циркон, Brt - бритолит,

Маг - Маргарит,

Ре - давление на твердую фазу, К;п - число виртуальных инертных р - вероятность,

S - энтропия, компонентов, Свн- число внутренних степеней свободы, Ф - число минеральных фаз, а - число линейных уравнений ат. на ф.е. - количество атомов на формульную единицу в кристаллохимической формуле минерала. между составами минералов,

Основные защищаемые положения.

1. Впервые установлено зональное строение Кульйокского массива. Он сложен амфибол-биотит-полевошпатовыми и биотит-нефелин-полевошпатовыми породами и имеет фенитовый ореол. Щелочные породы Кульйокского массива характеризуются микронеоднородностью, многоминеральностью и наличием нескольких минеральных ассоциаций, сменяющих одна другую и закономерно расположенных в пространстве, что указывает на их метасоматическую природу. Нефелиновые сиениты Сахарйокского массива несут признаки кристаллизации из расплава: они макро- и микроскопически однородны и обладают устойчивым минеральным составом. По химическому и минеральному составу породы Кульйокского и Сахарйокского массивов занимают промежуточное положение между агпаитовыми и миаскитовыми породами.

2. Гастингсит и биотит из щелочных пород Кульйокского массива характеризуются повышенным содержанием А13+ и Ре3+ в октаэдрической координации при высоком уровне А1 в тетраэдрической координации. Низкие параметры и объем элементарной ячейки биотитов и гастингситов свидетельствуют об образовании метасоматических пород Кульйокского массива в условиях высокого давления на твердую фазу. Повышенные параметры и объем элементарной ячейки биотитов и эгиринов из нефелиновых сиенитов Сахарйокского массива указывают на их формирование при невысоком давлении на твердую фазу, что характерно для магматических пород, кристаллизующихся на малых глубинах. а

3. Главная минеральная ассоциация щелочных пород Кульйокского массива обладает неоднородностью на микроскопическом уровне. Это выражается в наличии четырех- и пятиминеральных срастаний: Р1(Ап8>п>12)+В1+Ер+ТШ±Ар±Са1; ЕН+Нб+ТЧп ±Ар±Р1(Ап<5); Р1(Ап<5)+В1+Н8+Ер; В1+Нз+Ер±Ар±Са1; Р1(Ап8Л и2)+В1+Нз±Ар±Са1; Н8+В1+ТЧп+Ер; Р1(Апо-8)+В1+Н8+№. Составы минералов, образующих срастания, связаны линейными уравнениями. Число уравнений, как и число минералов в срастании, определяется правилом фаз и обусловлено совершенством изоморфизма. Нефелиновые сиениты Сахарйокского массива представляют собой однородную и устойчивую пятиминеральную ассоциацию Pl+Mc+Ne+Bt+Aeg. Составы минералов в нефели^аЦах сиенитах Сахарйокского массива линейными уравнениями не связаны, что характерно для продуктов магматической кристаллизации.

4. В щелочных породах Кульйокского массива выделяются: 1) реликтовые ассоциации, предшествующие образованию щелочных пород, 2) главные ассоциации собственно щелочных пород, 3) наложенные ассоциации, сформированные в результате поздних изменений ранее образованных минералов. Последовательность смены минеральных ассоциаций отвечает четырем стадиям щелочности минералообразующих растворов: 1) осаждение оснований при формировании фенитов и амфибол-биотит-полевошпатовых пород, 2) щелочной метасоматоз-1 с образованием биотит-нефелин-полевошпатовых пород, 3) кислотное выщелачивание, 4) щелочной метасоматоз-2 и сопряженное с ним осаждение оснований; а также изменению парциального давления С02.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Впервые составлена геологическая карта Кульйокского массива и выявлена его асимметричная зональность; петрографически охарактеризованы слагающие его щелочные метасоматические породы.

2. Получен новый аналитический материал, который позволил провести парагенетический анализ минеральных ассоциаций в породах Кульйокского и Сахарйокского массивов.

3. Выявлены отличительные особенности щелочных пород и породообразующих минералов обоих массивов.

4. Впервые в глубинных горных породах обнаружены межзерновые включения силикатного стекла по составу близкого к кальсилиту: 8Ю2=42,4, А1203=42,5, Ре0=0,4, К20=10Д Ыа20=0,2 мае. %.

Практическая значимость работы. Результаты исследований могут быть использованы при расчленении и картировании метасоматических комплексов, при построении петрогенетических моделей их формирования, а также при локальном прогнозировании полезных ископаемых.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, занимающих 202 страницы машинописного текста; содержит 24 таблицы и 83 рисунка. Результаты анализов минералов сведены в 22 табличных приложения. Список литературы содержит 108 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Петрология, вулканология", Козловский, Василий Михайлович

Выводы и заключение

Настоящая работа является сравнительным исследованием двух щелочных массивов - Сахарйокского и Кульйокского, пространственно связанных с массивом щелочных гранитов Западных Кейв. Проведенные исследования показывают, что эти массивы имеют принципиально разное геологическое положение в структуре Кейв, которое, соответственно, накладывает свои условия на историю их формирования. В итоге проведенных работ можно сделать следующие выводы:

1. Сахарйокский массив, расположенный в центральной части крупного массива щелочных гранитов, сложен щелочными магматическими породами. Кульйокский массив является спутником известного Сахарйокского массива. Он находится на контакте щелочногранитного массива с биотитовыми и гранат-биотитовыми гнейсами лебяжинской свиты и сформировался в высокобарических условиях при давлении на твердую фазу 9,3-10 кбар. Кульйокский массив представляет собой вытянутое субширотное крутопадающее тело асимметричного зонального строения. В составе массива нами установлены амфибол-биотит-полевошпатовые и биотит-нефелин-полевошпатовые породы, а в экзоконтакте - фенитовый ореол.

В геологической истории Кульйокского массива можно выделить два этапа, неразрывно связанные между собой. 1- внедрение дайки корундовых сиенитов по контакту щелочных гранитов с гнейсами лебяжинской свиты. При этом вокруг корундовых сиенитов формируется фенитовый ореол. 2- интенсивное метасоматическое изменение как самих корундовых сиенитов с образованием биотит-нефелин-полевошпатовых пород, так и фенитов с образованием амфибол-биотит-полевошпатовых пород. На современном эрозионном срезе доступны изучению только образования второго этапа.

2. Нефелиновые сиениты Сахарйокского массива характеризуются пятиминеральным составом при небольшом разнообразии минеральных ассоциаций. Количественный минеральный и химический состав нефелиновых сиенитов постоянен. Соотношение полевых шпатов и нефелина, также как и в аллохтонных миаскитах Урала, близко к эвтектическому.

Щелочные породы Кульйокского массива являются многоминеральными образованиями и богаты минеральными ассоциациями. Биотит-нефелин-полевошпатовые породы Кульйокского массива отличаются от эвтектического состава резко

168 доминирующей долей плагиоклаза по отношению к микроклину и малым содержанием нефелина (8-10 %, редко до 15 %).

3. Щелочные породы обоих массивов по химическому и минеральному составу наиболее близки к миаскитам Урала. Однако они обладают характерными чертами как миаскитовых, так и агпаиговых пород - фойяитов.

Породы обоих массивов являются двуполевошпатовыми. Антипертитовые разновидности, характерные для щелочных пород Ильмено-Вишневогорского комплекса, отсутствуют.

Все щелочные породы исследованных массивов характеризуются низким содержанием А^Оз, составляющим 17-19 мае. % по сравнению с 20-22 мае. % в Уральских миаскитах. В породах Сахарйокского массива низкое содержание алюминия компенсируется высокой суммой БеО+РегОз, составляющей 5-11 мае. %, а в Кульйокских породах - высоким содержанием БЮг - 58-60 мае. %.

Подавляющее большинство щелочных пород Кульйокского и Сахарйокского массивов характеризуется высокой долей КагО, которая в отличие от миаскитов Вишневых гор составляет больше половины от суммы оксидов щелочных металлов №гО + К20.

Низкое содержание А1203 и высокое содержание оксидов щелочных металлов приводит к тому, что коэффициент агпаитности Сахарйокских нефелиновых сиенитов и Кульйокских биотит-нефелин-полевошпатовых пород систематически превышает единицу (в отличие от миаскитов Урала). В Сахарйокских породах это выражается в наличии щелочного пироксена - эгирина, в Кульйокских породах это связано с высоконатриевым составом гастингсита.

По химическому составу нефелиновые сиениты Сахарйокского массива соответствуют фойяитам (породам агпаитового ряда), но по минеральному составу они отличаются от фойяитов постоянным наличием среди главных цветных породообразующих минералов биотита (7-9 %), высоким содержанием плагиоклаза (39-43 %), малой долей щелочного полевого шпата (16-19 %). Биотит-нефелин-полевошпатовые породы Кульйокского массива принципиально отличаются от фойяитов как по минеральному, так и по химическому составу в отношении оксидов главных петрогенных элементов.

4. Типоморфной особенностью главных цветных породообразующих минералов -гастингситов и биотитов Сахарйокского и Кульйокского массивов является высокая доля алюминия в октаэдрической координации при максимально заполненной алюминием тетраэдрической координации.

169

В гастингситах Кульйокского массива содержание алюминия составляет А1(У1)= 0,61-0,74 ат. на ф.е. при А1(ГУ)=2,02-2,03 ат. на ф.е., а для гастингситов Сахарйокского массива эти величины несколько меньше - А1(У1)=0,53 ат. на ф.е., А1(1У)=1,63 ат. на ф. е. Для сравнения покажем, что, в отличие и от Кульйокских, и от Сахарйокских минералов, гастингситы из биотит-амфиболовых миаскитов Вишневых гор обеднены октаэдрическим алюминием и содержат его в количестве А1(У1)=0,27 ат. на ф.е. при А1(1У)=2,08 ат. на ф.е.

Биотиты Кульйокского массива содержат А1(У1)=0,38-0,64 ат. на ф.е. при А1(ГУ)= 1,14-1,20 ат. на ф.е., а для биотитов Сахарйокского массива эти величины несколько меньше - А1(У1)=0,23-0,57 ат. на ф.е., А1(1У)=0,93-1,13 ат. на ф. е. В биотитах из биотит-амфиболовых миаскитов Вишневых гор содержание октаэдрического алюминия существенно ниже и составляет А1(У1)=0,15 ат. на ф.е. при А1(1У)=1,28 ат. на ф.е.

Для относительно высокобарических метасоматических пород Кульйокского массива типоморфной особенностью является высокое содержание А13+ и Ре3+ в октаэдрической координации амфиболов и биотитов и, следовательно, низкие параметры и объем элементарной ячейки. Эгирины и биотиты из магматических пород Сахарйокского массива обладают существенно повышенными параметрами и объемом элементарной ячейки.

5. Щелочные породы Кульйокского массива обладают микроскопической неоднородностью, выражающейся в наличии четырех- и пятиминеральных срастаний: РЬНЕк+ТЧп+Ер+Ар, В1+ТШ+Нз+Ер, РНВг+Ш+Ер и др. Каждое характерное минеральное срастание представляет собой ассоциацию совместно существующих и взаимно равновесных минералов с минимальным положительным числом внутренних степеней свободы. Составы минералов в каждом срастании связаны линейными уравнениями. Число уравнений, как и число минералов в срастании, ограничено правилом фаз.

Причиной установления линейных зависимостей между составами сосуществующих минералов является достижение равновесия при совершенном гетеровалентном изоморфизме в минералах. При этом энтропия каждой минеральной ассоциации достигает максимальной величины.

6. Щелочные породы Кульйокского массива - микронеоднородные образования. Они состоят из нескольких одновозрастных и пространственно разобщенных равновесных минеральных микроассоциаций, отличающихся по минеральному составу. Микроассоциации распределены равномерно по всему объему горных пород, создавая скрытую микропятнистость. Эти факты, а также наличие линейных зависимостей между составами породообразующих минералов, свидетельствуют о немагматическом

170 метасоматическом) происхождении щелочных пород Кульйокского массива. Однородность нефелиновых сиенитов Сахарйокского массива и наличие в них одной равновесной ассоциации говорит в пользу их магматического происхождения. Линейные зависимости между составами минералов в магматических породах не установлены.

7. Начальная стадия метасоматических преобразований пород Кульйокского массива характеризовалась выносом кремнезема и привносом оксидов щелочных металлов при ведущей роли №20. Породообразующие оксиды А120з, ТЮ2, БегОз, БеО, М§0, СаО в этом процессе инертны. На начальной стадии происходило накопление компонентов со слабо выраженными основными свойствами, прежде всего Бе3+ и А13+, в главных цветных породообразующих минералах - гастингсите, биотите и эпидоте.

Нефелин образовывался только в центральной зоне массива при метасоматическом изменении корундовых сиенитов. Определяющим условием образования нефелина является повышение парциального давления С02 в минералообразующем флюиде.

Дальнейшее развитие метасоматического процесса в центральной зоне Кульйокского массива характеризовалось повышением активности К20 по отношению к ШгО. Это подтверждается образованием нефелин-микроклиновой минеральной ассоциации, обогащенной калиевым полевым шпатом. Данный процесс сопровождался разрушением глиноземистых цветных минералов (прежде всего гастингсита и эпидота) и выносом ТЮ2, Бе2Оз5 РеО, М^О, СаО. При этом высвобожденный А1гОз не выносится, а расходуется на постройку обогащенного калием нефелина.

Биотит-нефелин-полевошпатовые породы и породы, сложенные нефелин-микроклиновой ассоциацией, представляют собой фрагмент мегасоматической колонки, развитие которой обусловлено переходом во вполне подвижное состояние титана и кислорода, что приводит к упрощению минерального состава пород.

8. В ходе исследований на Кульйокском массиве удалось обнаружить 10 минеральных ассоциаций, каждая из которых отвечает определенному относительному уровню щелочности метасоматических растворов. Фениты и амфибол-биотит-полевошпатовые породы, слагающие более половины площади Кульйокского массива, образовались на волне повышающейся щелочности. Биотит-нефелин-полевошпатовые породы и породы, сложенные нефелин-микроклиновой ассоциацией, распространенные только в центральной части массива, отвечают уровню максимальной щелочности. Ассоциация слюд, цеолитов и других водонасыщенных минералов, слагающих наложенные тонковолокнистые и пластинчатые агрегаты, является производной процессов кислотного выщелачивания. Комплекс минералов, обогащенных АЬОз, БегОз,

171

БеО, М^О, СаО и образующих тонкие прожилки, вкрапления и псевдоморфозы по ранее образованным минералам, сформирован в заключительную щелочную стадию.

Метасоматический процесс, сформировавший щелочные породы Кульйокского массива, многостадиен. Образование типоморфных минералов каждой минеральной ассоциации моделируется серией химических реакций, показывающих направление изменения щелочности среды минералообразования. На основе анализа моделирующих реакций эволюция щелочности минералообразующих растворов может быть представлена в виде "синусоиды", где выделено пять стадий, последовательно сменяющих одна другую: 1) осаждение оснований -1, 2) щелочной метасоматоз -1, 3) осаждение оснований -2, 4) кислотное выщелачивание, 5) щелочной метасоматоз -2 и сопряженное с ним осаждение оснований -3. На Кульйокском массиве обнаружены минеральные образования, подтверждающие четыре из пяти стадий метасоматического процесса.

Промышленные редкометальные минералы бритолит и циркон пространственно и генетически связаны с минеральными образованиями первой щелочной стадии.

10. Кульйокский массив представляет собой корневую часть щелочного комплекса, где метасоматические процессы на стадии максимальной щелочности привели к зарождению в тыловой зоне метасоматической колонки щелочного водонасьпценного расплава. На начальной стадии расплавом замещаются только зерна нефелина. Возможность селективного плавления нефелина обусловлена обогащенностью его калием (до 22 мол. % КА18Ю4) и высоким давлением НгО. Минимальная возможная температура образования нефелинового расплава составляет 580-600 °С. Дальнейшая эволюция расплава сопряжена с активным коррозионным воздействием его на окружающие полевые шпаты. При этом происходила частичная ассимиляция их расплавом. Образовавшийся расплав при взаимодействии с флюидом постепенно обогащался К20 и Н2О, а флюид -№20. Взаимодействие натриевого флюида с породами массива приводит к замещению микроклина альбитом. Наиболее интенсивно преобразована щелочным флюидом северная часть массива. Асимметричная зональность Кульйокского массива обусловлена направленным движением щелочного флюида.

На Кульйокском массиве мы наблюдаем только самое начало плавления вещества биотит-нефелин-полевошпатовых пород, поэтому типичных магматических тел здесь не обнаружено. Сахарйокский массив является головной частью щелочного комплекса, в которой в условиях пониженного давления на твердую фазу, сформировалось каплевидное многофазное интрузивное тело щелочных и нефелиновых сиенитов.

172

Результаты, полученные в процессе сравнительного исследования Сахарйокского и Кульйокского щелочных массивов, имеют существенное теоретическое значение. На примере исследованных массивов показано, что подробный анализ минеральных ассоциаций позволяет установить магматическую или метасоматическую природу щелочных пород. Признаком метасоматического происхождения щелочных пород Кульйокского массива является их неоднородность, полиминеральность равновесных ассоциаций главной фации, наличие нескольких минеральных ассоциаций, последовательно сменяющих одна другую. Для метасоматмческих пород характерно установление линейных зависимостей между составами породообразующих минералов.

Магматические породы Сахарйокского массива однородны. Они обладают устойчивым пятиминеральным составом при небольшом разнообразии минеральных ассоциаций. Составы породообразующих минералов линейными зависимостями не связаны.

Исследование типоморфизма породообразующих минералов, в особенности распределения алюминия между тетраэдрической и октаэдрической координацией в амфиболах и биотитах и сопоставление содержания А1(1У) и А1(У1) с параметрами элементарной ячейки минерала, дает ключ к пониманию геотектонической обстановки формирования горных пород.

Методическое значение проведенных исследований заключается в следующем:

1) на примере Кульйокского и Сахарйокского массивов разработана классификация щелочных пород Западных Кейв, учитывающая особенности минерального состава, текстур и структур пород и количественного содержания цветных минералов. Данный подход к составлению классификации может быть применен при документации и детальном картировании сложно построенных метаморфических и метасоматических комплексов;

2) показано, что проведение парагенетического анализа минеральных ассоциаций и объяснение происхождения неоднородностей горных пород требует обязательного исследования линейных зависимостей между составами породообразующих минералов;

3) на основе анализа линейных зависимостей между составами породообразующих минералов разработан способ корректировки соотношения Ре2Оз / БеО в цветных минералах, полученного в результате микрозондового анализа.

Практическое значение проведенных исследований состоит в том, что на Кульйокском массиве установлена генетическая связь промышленных редкометальных

173 минералов с парагенезисом биотит-нефелин-полевошпатовых пород и пород, сложенных нефелин-микроклиновой ассоциацией, образованных на первой щелочной стадии метасоматического процесса. Площадь распространения рудовмещающих парагенезисов на Кульйокском массиве относительно невелика, поэтому поиски промышленных запасов редкометальных руд здесь бесперспективны.

174

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Козловский, Василий Михайлович, Москва

1. Бардина Н.Ю., Попов B.C. Фениты: систематика, условия формирования и значениедля корового магмообразования // Записки всероссийского минералогического общества. 1994. № б. С. 1-19.

2. Батиева И.Д. Петрология щелочных гранитов Кольского полуострова. Л.: Наука,1976. -224 с.

3. Батиева И.Д., Бельков И.В. О признаках первично-осадочного происхождениякристаллических сланцев и гнейсов Кейв // Вопросы геологии и минералогии Кольского полуострова. Л.: Изд-во. АН СССР, 1960. Вып. 3. С. 219-233.

4. Батиева И. Д., Бельков И.В. Сахарйокский щелочной массив. Слагающие его породы иминералы. Апатиты: Изд-во. АН СССР, 1984. -129 с.

5. Батиева И: Д., Виноградов А.Н., Зозуля Д.Р., Калинников В.Т., Маслобоев В. А., Ракаев

6. А.И., Грицай З.Д Сахарйокское иттрий-циркониевое месторождение (Кольский п-ов) / Стратегия использования и развития минерально-сырьевой базы редких металлов России в XXI веке: Тез. докл. Междунар. симпозиума 5-9 октября 1998. М. 1998. С. 168-170.

7. Бельков И.В. Кианитовые сланцы свиты Кейв. М.-Л.: Изд-во. АН СССР, 1963. -319 с.

8. Борнеман-Старынкевич И.Д. Руководство по расчету формул минералов. М.: Наука,1964. -224 с.

9. Буряковский Л. А. Энтропия как мера неоднородности горных пород // Сов. геология.- 1968.№ 3 . С. 135-138.

10. Вревский. А.Б. Петрология и геодинамические режимы развития архейскойлитосферы (на примере северо-восточной части Балтийского щита). -Л.: Наука, 1989. -143 с.

11. Геология и геохимия метаморфических комплексов раннего докембрия Кольскогополуострова / А.П.Белолипецкий, В.Г.Гаскельберг, Е.С.Антонюк, Ю.ИИльин. Л.: Наука, 1980. -240 с.175

12. Граменицкий E.H. Механизм магматического замещения (на примере контактовойзоны сыростанского массива на южном Урале) // Вестник МГУ, серия 4, геология 1990. № 3. С. 62-77.

13. Граменицкий E.H., Лунин П.В. Подходы к экспериментальному моделированиюмагматического замещения // Вестник МГУ, серия 4, геология 1996. № 6. С. 16-25.

14. Гранитоидные формации северо-восточной части Балтийского щита / И.Д.Батиева,

15. И.В.Бельков, В.Р.Ветрин, А.Н.Виноградов, Г.В.Виноградова, М.И. Дубровский. Л.: Наука, 1980. -240 с.

16. Дир У.А., Хауи P.A., Зусман Дж. Породообразующие минералы. В 5 т. М.: Мир,1965. 5 т.

17. Доброхотова Е.С. К вопросу о классификации амфиболов // Бюл. МОИП. Отд. геол.- 1968. Т. 43. № 1. С. 97-111.

18. Доброхотова Е.С. Роговая обманка и другие кальциевые и щелочно-кальциевыеамфиболы // Особенности породообразующих минералов магматических пород / Под ред. В.П.Петрова. М.: Наука, 1986. С. 5-83.

19. Доброхотова Е.С. Диагностика и классификация амфиболов по материаламминералогического музея МГРИ. Отчет по госбюджетной теме № 141 8/а за 1963 - 1964. в 3-х томах. Кафедра минералогии МГРИ.

20. Дудкин О.Б. Неоднородность минерала и энтропия процесса его образования //

21. Докл. АН СССР. 1971. Т.199. № 1. С. 182-185.

22. Жариков В.А. Критерии кислотности процессов минералообразования // Кислотноосновные свойства химических элементов, минералов, горных пород и природных растворов. М.: Наука, 1982. С. 63-91.

23. Зозуля Д.Р. Источники, эволюция и рудоносность щелочных гранитов Западных

24. Кейв (Кольский полуостров): Автореф. дис. . канд. геол-мин. наук. СПб.: СПбГУ, 1995. -15 с.

25. Иванов. А.М. Щелочные граниты Западных Кейв // Щелочные граниты Кольскогополуострова / Под ред. O.A. Воробьева. М. - Л.: Изд-во АН СССР, 1958. С. 19-66.

26. Кепежинскас К.Б., Хлестов В.В. Статистический анализ минералов группы эпидота176и их парагенетические типы. М.: Наука, 1971. -310 с.

27. Кнорре Д.Г., Крылова Л.Ф., Музыкантов В С. Физическая химия. М. Высшаяшкола. 1990. -415 с.

28. Когарко Л.Н., Берман В., Шеттл Д. Режим воды в магмах повышенной щелочности

29. Геохимия. 1977. № 5. С. 643-650.

30. Когарко Л.Н., Рябчиков И.Д. Летучие компоненты в магматических процессах // Геохимия. 1978. № 9. С. 1293-1321.

31. Козловский В.М. Высокотемпературная минеральная ассоциация в щелочныхпородах Кульйокского массива // Изв. высш. учеб. завед. Геология и разведка. -2000. №1. С. 45-50.

32. Козловский В.М. Закономерная смена минеральных ассоциаций в зависимости отщелочности мепгасоматических растворов (на примере Кульйокского массива) // Изв. высш. учеб. завед. Геология и разведка. 2000. № з. С. 45-50.

33. Козловский В.М. Микрохимические особенности калиевых полевых шпатов

34. Западных Кейв как индикатор генезиса щелочных пород // Изв. высш. учеб. завед. Геология и разведка. 1995. № 6. С. 27-30.

35. Козловский В.М. Некоторые геологические особенности Кульйокского щелочногомассива // Конференция профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников, аспирантов и студентов академии ''Новые достижения в науках о Земле". М.: МГГА, 1995. С. 31.

36. Козловский В.М. Парагенетический анализ минеральных ассоциаций в щелочныхпородах Кульйокского массива // Изв. высш. учеб. завед. Геология и разведка. 2001. № 1. С. 75-87.

37. Козловский В.М. Парагенетические ассоциации в сиенитах Кульйокского массива //

38. Международная конференция "Новые достижения в науках о Земле" -М.: МГГА, 1996. С. 59.

39. Козловский В.М. Типоморфизм породообразующих минералов из щелочных пород

40. Западных Кейв // Изв. высш. учеб. завед. Геология и разведка. 1999. №6. С. 52-61.

41. Козловский В.М., Утенков В.А., Громов A.B. Высокотемпературная минеральнаяассоциация в нефелиновых сиенитах Кульйокского массива // IV Международная конференция "Новые идеи в науках о^емле". М.: МГТА, 1999. Т. 2. С. 26.

42. Коржинский Д.С. Гипотеза опережающей волны кислотности в постмагматическихрастворах // Конференция "Проблемы постмагматического рудообразования" 1963, Т.1. С. 429-433.

43. Коржинский Д.С. Зависимость активности компонентов от кислотности раствора ипоследовательности реакций при послемагматических процессах // Геохимия. 1956. №7. С. 3-10.

44. Коржинский Д.С. Зависимость степени окисления железа в магме от щелочности //

45. Докл. АН СССР. 1978. Т. 238. № 4. С. 948-950.

46. Коржинский Д.С. Кислотность-щелочность как главнейший фактор магматическихи послемагматических процессов // Магматизм и связь с ним полезных ископаемых. М.: Госгеолтехиздат, 1960. С. 21-30.

47. Коржинский Д.С. Кислотность-щелочность как главнейший фактор магматических и178послемагматических процессов // Материалы к II Всесоюзному петрографическому совещанию. Ташкент, 1958. С. 22-35.

48. Коржинский Д.С. Соотношение между активностью кислорода, кислотностью ивосстановительным потенциалом при эндогенномминералообразовании //Изв. АН СССР. Сер. геол. 1963. № 3. С. 5462.

49. Коржинский Д.С. Теоретические основы анализа парагенезисов минералов. М.:1. Наука, 1973. -288 с.

50. Коржинский Д.С. Теория метасоматической зональности. М.: Наука, 1969. -108 с.

51. Кориковский С.П. Влияние некоторых внешних условий на состав и парагенезисыкальциевых амфиболов // Метасоматизм и другие вопросы физико-химической петрологии. М.: Наука, 1968. С. 138-164.

52. Кориковский С.П. Влияние щелочности на состав кальциевых амфиболов вмагматических породах//Докл. АН СССР. 1966. Т. 171. №5. С. 1183-1186.

53. Котина Р.П. Физико-химическая петрология щелочных пород Катунского массива:

54. Автореф. дис. . канд. геол-мин. наук. М.: АН СССР. Ин-т. геохимии и ' аналитич. химии им. В.В. Вернадского, 1970. -23 с.

55. Котина Р.П., Кремнева А.П., Попова Р.П. Некоторые особенности процессаметасоматической сиенитизации и образования щелочных расплавов на примере Катунского массива // Геохимия. -1971, №8. С. 980-991.

56. Котина Р.П., Ярошевский А.А. О возможности десиликации в палингеннометасоматическом процессе формирования щелочных комплексов гранитоидной формации // Геохимия. 1970. № 2. С. 199-210.

57. Левин В.Я. Щелочная провинция Ильменских Вишневых гор. - М.: Наука, 1974.-223 с.

58. Лик Б.Э. Соотношения между составом известковых амфиболов и степеньюметаморфизма // Природа метаморфизма. -М.: Мир, 1967. С. 211-330.

59. Литвин А.Л. Кристаллохимия и структурный типоморфизм амфиболов. Киев:

60. Наук, думка, 1977. -236 с.179

61. Литвин А.Л., Петрунина A.A. Влияние состава роговых обманок на размеры ихэлементарной ячейки // Рентгенография минерального сырья. Сборник 7. М.: Недра, 1970. С. 69-76.

62. Маракушев A.A. Кислотно-щелочные свойства химических элементов и ихэкстремумы // Кислотно-основные свойства химических элементов, минералов, горных пород и природных растворов. М.: Наука, 1982. С. 5-39.

63. Маракушев A.A. Петрография. -М.: Изд-во МГУ, 1976. -381 с.

64. Маракушев A.A. Петрология метаморфических горных пород. М.: Изд-во МГУ,1973. -320 с.

65. Маракушев A.A. Проблемы минеральных фаций метаморфических иметасоматических горных пород. М.: Наука, 1965. -326 с.

66. Маракушев A.A. Термодинамика метаморфической гидратации минералов. М.:1. Наука, 1968. -200 с.

67. Менерт. К. Мигматиты и происхождение гранитов. М.: Мир, 1971. -328 с.

68. Метаморфический комплекс Алданских месторождений флогопита / З.И. Петрова,

69. Л.К.Пожарицкая, Б.М.Роненсон, В.М.Ройзенман, В.АУтенков. Новосибирск: Наука, 1975. -152 с.

70. Метасоматизм и метасоматические породы / В.А. Жариков, В.Л. Русинов, A.A.

71. Маракушев, Г.П. Зарайский, Б.И. Омельяненко, H.H. Перцев, И Т. Расс, О.В. Андреева, С. С. Абрамов, К.В. Подлесский. М.: Научный мир, 1998. -489 с.

72. Минерализация и флюидный режим контактных зон интрузий щелочных гранитов /

73. И.В.Бельков, И.Д.Батиева, Г.В.Виноградова, А.Н.Виноградов. Апатиты: Изд-во АН СССР, 1988. -109 с.

74. Минералы / Под ред. Ф.В. Чухрова. М.: Наука, 1981. т. III. Вып. 2. -614 с.

75. Минералы / Под ред. Ф.В. Чухрова. М.: Наука, 1981. т. ИГ. Вып. 3. -398 с.

76. Минералы / Под ред. Ф.В. Чухрова. М.: Наука, 1992. т. IV. Вып. 1. -598 с.

77. Ожогин В.А. Некоторые результаты статистической обработки силикатных анализов180верхнепонойских щелочных гранитов и вмещающих их пород // Докл. АН СССР. 1968. Т. 182. №2. С. 437-440.

78. Ожогин В.А. Циркон верхнепонойских щелочных гранитов как показатель ихгенезиса //Докл. АН СССР. 1968. Т. 182. №3. С. 685-688.

79. Перчук JI.JI. Исследование некоторых минеральных равновесий в связи с проблемойфаций щелочности и глубинности нефелиновых сиенитов // Изв. АН СССР. Сер. геол. 1966. № 7. С. 48-63.

80. Перчук Л.Л. Магматическое замещение карбонатных толщ с образованиемнефелиновых сиенитов и других щелочных пород на примере Дежневского массива // Физико-химические проблемы формирования горных пород и руд. М.: Наука, 1963, Т. 2. С. 160-181.

81. Перчук Л.Л. Термодинамический режим глубинного петрогенеза. М.: Наука, 1973.-317 с.

82. Перчук Л.Л., Рябчиков И.Д. Фазовое соответствие в минеральных системах. М.:1. Недра, 1976. -287 с.

83. Портнов А.М. Образование радиоактивных гранитов за счет радиоактивныхпесчаников //Докл. АН СССР. 1977. Т. 233. № 2. С. 440-442.

84. Портнов A.M. Поведение щелочей и радиоактивных элементов в процессегранитизации пород Кейвской серии // Изв. АН СССР. Сер. геол. 1971. №5. С. 128-131.

85. Роненсон Б.М., Левин В.Я., Левина И.А. Самков B.C., Новикова Г.М.

86. Меланократовые карбонатно-силикатные породы Ильмено-Вишневогорского щелочного комплекса / Актуальные проблемы магматической геологии, петрологии и рудообразования. Екатеринбург, 1995. С. 167-192.181

87. Роненсон Б.М. Об условиях формирования миаскитов Вишневых гор. Магматическиеформации, метаморфизм, металлогения Урала // Тр. Второго Урал, петрограф, совещания. Свердловск: Изд-во УФ АН СССР, 1971. T. IV. С. 400-408.

88. Роненсон. Б.М. О генезисе щелочных пород Урала // Изв. высш. учеб. завед. Геологияи разведка. 1967. №5. С. 13-23.

89. Роненсон. Б.М. Проблемы базификации и основного фронта в метаморфическихкомплексах // Геология метаморфических комплексов. Межвуз. научн. темат. сб. Свердловск: Изд-во СГИ, 1989. С. 72-86.

90. Роненсон. Б.М. Происхождение миаскитов и связь с ними редкометальногооруденения. -М.: Недра, 1966. -173 с.

91. Роненсон Б.М., Темко C.B., Кузьмин С.К., Утенков В.А. Фазовое соответствие в ассоциациях минералов. / Изв. высш. учеб. завед. Геология и разведка. -1993. №3. С. 47-56.

92. Роненсон Б.М., Утенков В.А., Левин В.Я. Некоторые проблемы петрологии

93. Ильменских гор//Бюл. МОИП. Отд. геол. 1984. Т. 59. Вып.1. С. 5667.

94. Русинов В.Л., Зиньков A.B., Бороденков А.Г. Железо-магнезиально-калиевыйметасоматизм в некоторых рудных месторождениях // Проблемы физико-химической петрологии. -М.: Наука, 1979. Т.2. С. 213-234.

95. Рябчиков И.Д. Поведение калия и сопутствующих элементов в процессах глубинногоанатексиса // Проблемы физико-химической петрологии. М.: Наука, 1979. Т. 1. С. 262-270.

96. Силичев М.К. Режим кислотности щелочности в постмагматическом процессеультраосновного-щелочного комплекса // АН СССР. Сибирское отделение. Геология и геофизика. 1966. №5. С. 39-49.

97. Судовиков Н.Г. Железо-магнезиально-кальциевый метасоматоз и некоторые вопросыосновного фронта // Изв. АН СССР. Сер. геол. 1956. № 1. С. 29-49.

98. Темко C.B. Основы статистической теории равновесных пространственных кластеров

99. Теоретическая и математическая физика. 1994. Т. 100. № 1. С. 75-81.182

100. Темко C.B., Кузьмин C.K. Об устойчивости многокомпонентных систем //

101. Дифференциальные уравнения. 1979. Т. 15. №6. С. 1113-1120.

102. Треггер В.Е. Таблицы для оптического определения породообразующих минералов.- М.: Госгеолтехиздат, 1958. -185 с.

103. Утенков В.А. Анализ минеральных равновесий в амфиболитах Ильменогорскогокомплекса // Геология метаморфических комплексов. Межвуз. научн. темат. сб. Свердловск: Изд-во СГИ, 1985. С. 51-59.

104. Утенков В.А. Ассоциации минералов амфиболсодержащих кристаллических сланцевфлогопитовых месторождений Алдана // Изв. высш. учеб. завед. Геология и разведка. 1973. №9. С. 53-61.

105. Утенков В.А. Высокобарические базификаты в Сысертско-Ильменогорском гнейсомигматитовом комплексе // Геология метаморфических комплексов. Межвуз. научн. темат. сб. Свердловск: Изд-во СГИ, 1989. С. 62-72.

106. Утенков В.А., Петрова З.И. Составы минералов как показатели условийметаморфизма в пределах одной субфации глубинности // Геология метаморфических комплексов: Межвуз. научн. темат. сб. Свердловск: Изд-во СГИ, 1980. Вып. 8. С. 116-132.

107. Ушакова E.H. Биотиты магматических пород. Новосибирск: Наука, 1980. -328 с.

108. Чумаков. A.A. О происхождении щелочных гранитов Кейв // Щелочные граниты

109. Кольского полуострова / Под ред. О.А.Воробьева. М. - Л.: Изд-во АН СССР, 1958. С. 308-369.

110. Щекина Т.И., Граменецкий E.H., Юдинцев C.B. Экспериментальное изучениеплавления миаскитов Ильменогорского массива // Геохимия. 1984. № 10. С. 1443-1457.

111. Щелочно-карбонатитовые комплексы Урала / В.Я. Левин, Б.М. Роненсон, B.C.183

112. Самков, И.А. Левина, Н.С. Сергеев. А.П. Киселев; Под. ред. К.К. Золоева. Екатеринбург: Уралгеолком, 1997. -274 с.

113. Blundy J.D., Holland T.J.B. Calcic amhibole equilibria anr a new amphibole-plagioclasegeotermometer // Contributions to Mineralogy and Petrology. 1990. V.104. P.208-204.

114. Hamilton D.L. Nephelines as crystallization temperature indicators // J. Geol. 1961. V. 69.1. P. 321-329.

115. Hammarstrom J.M., Zen E-an. Aluminum in hornblend: An empirical igneousgeobarometer//American Mineralogist. 1986. Y.71. P. 1297-1313.

116. MacKenzie W.S. The crystalline modifications of NaAlSi308 // Amer. J. Sei. 1957. V.255. №7. P. 481-516.

117. Ronenson B.M., Kusmin S.K., Temko S.W., Utenkov V.A. Mathematical modelling ofmineral equilibrium / 29 th international geological congress 24 august 3 September 1992. Abstracts: - Kyoto, Japan, 1992. V.2 of 3. P. 595.

118. Schairer J.F., Bowen N. L. The system K20 A1203 - Si02 // Amer. J. Sei. 1955. V. 253.12. P. 681-746.

119. Schairer J.F., Bowen N. L. The system Na20 A1203 - Si02 // Amer. J. Sei. 1956. V.254. № 3. P. 129-195.

120. Seek H.A. Koexistierende Alkalifeldspate und Plagioklase in System NaAlSi308

121. KAlSi308 CaAl2Si208 - H20 bei Temperaturen von 650° С bis 900° С // Neues Jahrb. Mineral. Abh. 1971a. V. 115. P. 315-345.

122. Smith J.R. Optical properties of heated plagioclases / Carnegie Inst. Washington. Yr.

123. Book. 1956-1957, 1957. P. 216-217.

124. Turtle O.F., Bowen N.L. High-temperature albite and contiguous feldspars. // J. Geol.1950. V.58. № 5. P. 572-583.

125. Yoder H.S. Effect of water on the melting of silicates // Annual Rep. Director Geophys.1.b., Carnegie Inst. Washington, Yr. Book. 1957-1958. P.189.184