Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Геохимия процессов высокотемпературного метасоматоза пород мельтегит-ийолит-уртитового комплекса Хибинского массива

ВАК РФ 04.00.02, Геохимия

Автореферат диссертации по теме "Геохимия процессов высокотемпературного метасоматоза пород мельтегит-ийолит-уртитового комплекса Хибинского массива"



£ #

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи Сергеев Александр Викторович

ГЕОХИМИЯ ПРОЦЕССОВ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО НЕТЛСХМАТОЗЛ ПОРОД МЕЛЬТЕЙГИТ-ИЙОЛИТ-УРГИТОВОГО КОМПЛЕКСА ХИБИНСКОГО Н/ССИВА.

Специальность;04.00.02 - геохимия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1995

Работа выполнена на кафедре геохимии геологического факультета Санкт-Петербургского государственного университета

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук, заведующий кафедрой геохимии, профессор Барабанов Владимир Федорович

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук, профессор Булах Андрей Глебович (кафедра минералогии СПбГУ) кандидат геолого-минералогических наук, Арзамасцев Андрей Алексеевич (Кольский научный центр РАН)

Ведущая организация: Санкт-Петербургский Горный институт

Защита диссертации состоится /У 1995 ГОда в

аудитории заседании диссертационного совета К 063.57.44

Санкт-Петербургского государственного университета.

Адрес: 199034 Санкт-Петербург, Университетская наб.,д.7/9, геологический факультет.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке СПбГУ. Автореферат рааослан 1Я95 г.

Ученый секретарь ^^/с/Р^у^—'

диссертационного совета Л.Г.Виноградова

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность теми исследования. Несмотря на большой объем исследования по геологии, минералогии, геохимии Хибинского массива, до настоящего времени не создана непротиворечивая, обоснованная модель его формирования. Основное внимание в литературе уделяется изучению природы и условий становления сложного по составу и строению мельтейгит-ийолит-уртитового комплекса и связанного с ним апатитового оруденения. Большинство существующих петрологических построений базируется на магматическом генезисе пород Центральной дуги. Широко известны представления о внутриочаговой фракционной кристаллизации, многоэтапного внедрения комагматичных серий, полиформационного генезиса комплекса. До настоящего времени не выяснена роль и масштабы проявления гидротермально-метасо-матической деятельности: от полного отрицания их влияния на состав пород и минералов до предположений об пределяющей роли этих процессов при формировании мельтейгит-ийолит-уртитового комплекса (Б.Е.Боруцкий, 1988; С.А.Руденко, 1984; А.И.Серебрицкий, 1983). К числу слаборазработанных следует отнести вопросы образования уникальных месторождений апатита.

Основные затруднения в расшифровке генезиса комплекса, да и всего массива в целом, связаны с неоднозначной трактовкой возрастных взаимоотношений пород и сложностью процессов их формирования. В связи с этим большое внимание необходимо уделять изучению минералов, в первую очередь породообразующих, которые могут быть использованы в качестве индикаторов минераюобразуюпшх процессов. Пути эволюции магматических расплавов, интенсивность и направленность метасоматическлх изменений, температурный режим, щелочность-кислотность, по разному сказываются на облике, составе и свойствах минералов. Поэтому представляется полезным, на основе детального минералого-геохимического подхода, вновь обратиться к изучению итого уникального объекта.

Цель и задачи работы. Целью данной работы является изучение процессов минералообраяования, приводящих к появлению сложного Ьо строению и составу комплекса мельтейгит-ийолит-уртитов Хибинского массива. В связи а этим было необходимо:

1. Детавьно исследовать геологическое строение изучаемых

участков комплекса.

2. Изучить структурно-текстурные особенности, химизм пород, типоморфные свойства породообразующих нефелина и пироксена.

3. Выявить геологические, геохимические, минералогические критерии, позволяющие оценить степень проявления метасоматических процессов.

4. Установить общую эволюционную последовательность формирования пород и слагающих их минералов.

Фактический материал и методы исследования. В основу работы положены материалы, собранные автором в течении полевых работ 1985 - 1992 гг. Изучение геологического строения массива, отбор минералогических и геохимических проб проводился в естественных обнажениях, открытых горных выработках, при документации керна 28 скважин. Наиболее детально изучены районы месторождения "Олений ручей" и северо-восточный сектор Хибин.

Лабораторные исследования включали описание образцов и шлифов (более 500). Пробы пород проанализированы методами рентгенос-пектрального и полуколичественного спектрального анализа в ОМЭ ПГО "Севзапгеология" (634 пробы). 70 из которых сопровождались количественным минералогическим подсчетом. Автором были отобраны и исследованы 80 мономинеральных фракций нефелина, 89 пироксена, 18 полевого шпата. Минералы были проанализированы методами аналитической химии, релтгеноспектральным,пламенной фотометрии. Для выяснения структурных особенностей минералов использовались: рентгеноструктурный анализ (30 проб), метод электронного парамагнитного ревонанса (23 пробы), ядерной гамма-резонансной спектроскопии (18 проб). Полученные данные обработаны с использованием методов математической статистики.

Научная новизна работы. Выявлена петрографическая и петро-химическая зональность комплекса. Оценена роль гидротермально-ме-тасоматических процессов в становлении пород Центральной дуги. Установлены новые типоморфные признаки нефелина и пироксена, отражающие условия их формирования. Предложена модель последовательности формирования пород комплекса.

Практическая ценность работ. Установлена различная степень проявления гидротермально-метасоматических процессов в пределах комплекса. Выявлена связь процессов перекристаллизации и метасоматических изменений пород о явлениями перераспределения апатита. Определены типоморфные свойства породообразующих нефелина и пиро-

ксеча. позволяющие охарактеризовать условия минералосбраэования.

Основные защищаем!» положения.

1. В пределах мельтейгит-ийолит-уртитового комплекса, преимущественно в периферических его участках, широко проявлены гидротермально- метасоматические изменения пород. Они выразились в перекристаллизации первично магматических мельтейгмт-ийолит-урти-тов, замещении их в разной мере калиевым полевым шпатом; что привело к формированию следующего возрастного ряда пород: магматические тонко- и мелкозернистые мельтейгит-ийолит-уртиты - перекристаллизованные разнозернистые уртити,мельтейгиты,ийолиты - полевошпатовые уртиты, ийолиты, мельтейгиты - малиньиты, ввиты -рисчорриты.

2. Впервые показано, что выявленные гидротермально-метасома-тические преобразования в пределах Центральной дуги наиболее интенсивно протекали на юге и юго-востоке, в меньшей степени ими затронут северный сектор комплекса.

3 . Образование перекристаллизовгнных и метасоматически измененных пород происходило в условиях нарастающей щелочности растворов и привноса К, А1, 21.

4; В процессах гидротермально-метасоматических преобразований акцессорный апатит, первоначально равномерно рассеянный в.. магматических образованиях, перераспределяется и локализуется в тектонически ослабленных зонах, на контактах пород, в мельтейги-тах перекристаллизованных участков.

5. Породообразующие нефелин и пироксен являются чуткими индикаторами протекающих минералообразуюших процессов. Для нефелинов магматического генезиса характерны: большой избыток Б!, высокие значения К/Йэ, Иа/К отношения, низкая степень упорядочения структуры и кривые распределения верен в породах, описываемые в рамках нормального закона. В пироксенах магматических пород отмечены высокие содержания диопсидового компонента, редких элементов, в первую очередь Хг, N6. По мере развития процессов перекристаллизации и К-31 метасоматоза состав этих минералов закономерно эволюционирует: п нефелинах уменьшается содержания 31, Ре, Мв, Са, растет роль Л1, К, степень упорядоченного распределения элементов в структуре. Кривые распределения зерен в перекристач-лизованных породах описываются логнормаиьным и более сложными по-лимолальннми законами. Пироксены обогащаются ргиринояой (гсмпснеч-той, уменьшается подержан«« примесных элементов.

Автор выражает глубокую искреннюю благодарность научному руководителю доктору геолого-минералогических наук, профессору

B.Ф.Варабанову аа постоянные советы, поддержку и внимание, а также кандидату геолого-минералогических наук А.И.Серебрицкому за предложенную тему исследования. Весьма ценным для автора было обсуждение многих аспектов работы о Г.Н.Гончаровым, В.В.Гордиенко, Н.И.Красновой, М.Д.Евдокимовым. Большую помощь в проведении экспериментальных исследований и их интерпретации оказали А.Н.Сахаров, С.М.Сухаржевский, А.С.Шаров, С.С.Потемин. Автор благодарен за помощь в проведении аналитических исследований В.В.Семеновой, М.Л. Зориной, Л.А.Тимохиной, И.И.Храмцовой и выражает благодарность всем сотрудникам кафедры геохимии и лаборатории генетической минералогии за внимание и доброжелательное отношение.

Глава 1. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ ХИБИНСКОГО МАССИВА.

В главе приведено описание геологического строения массива, дана краткая минералого-петрографическая характеристика основных разновидностей пород: хибинитов, фойяитов, лявочорритов, мельтей-гит-ийолит-уртитов, рисчорритов, апатит-нефелиновых руд.

Рассматривается вопрос о возрастных взаимоотношениях пород, описываются контакты разновидностей нефелиновых сиенитов с мель-тейгит-ийолит-уртитами. Большое внимание в главе уделено состоянию изученности комплекса пород Центральной дуги, характеризующегося большим петрографическим разнообразием в структурно-текстурном и минеральном плане. Сложность и неоднозначность взаимоотношений слагающих комплекс пород, широкие вариации минерального и химического состава привели к появлению большого количества различных точек зрения на генезис комплекса.В связи с этим, кратко рассмотрены современные представления о магматическом формировании пород (А.А.Арзамасцев и др., 1987; А.В.Галахов, 1975; С.И.Зак й др.,1972; Т.Н.Иванова, 1970; Л.В.Козырева,1966, А.Н.Коробейников, 1990 и другие), а также работы, й которых значительное внимание уделено метасоматическим процессам(Ъ.Е.Боруцкий, 1988;

C.А.Руденко, 1986; А.И.Серебрицкий, 1991; Л.Л.Солодовникова, 1959; И.П.Тихоненков, 1963 и другие). В главе приведена характеристика апатит-нефелиновых пород, отмечена их связь, о одной стороны, с разнозернистыми уртитамй, с другой - о пойкилитовыми полевошпатовыми породами. Даны особенности петрохимии пород, слагающих массив. Отмечены существенные отличия в содержаниях индикаторных

элементов и их отношениях (Sr, Ва, Zr, Nb, Rb, Кг/Ca, K/Rb) для пород мельтейгит-ийолит-уртитового комплекса и хибинитов и фойяи-тов, что позволяет считать ответственными за их появление различимо родоначальные магмы.

Глава 2. ГЕОЛОГО-ПЕТРОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОРОД

КОМПЛЕКСА МЕЛЬТЕЙГИТ-ИЙОЛИТ-УРТИТОВ ХИБИНСКОГО МАССИВА.

Комплекс мельтейгит-ийолит-уртитов, протянувшийся в виде дугообразной полосы, образует сложное геологическое тело, характеризующееся большой неоднородностью состава и строения, структурными и текстурными особенностями пород. В главе детально изучены геологическое строение, петрографические ■ особенности пород юго-восточного и северного флангов комплекса, выявлены их возрастные взаимоотношения. Проведенные исследования, анализ литературных материалов позволили распространить полученные данные для пород всей дуги, а также выделить общие черты и различия в ста-, новлеиии ее отдельных участков. В ряде работ (Б.Е.Боруцкий, 1988-, А.И.Серебрицкий и лр.,1983), а также нашими исследованиями, установлено, что комплекс мельтейгит-ийолит-уртитов, по всей видимости, является наиболее древним среди других щелочных пород массива. -Это подтверждается, в первую очередь, результатами изучения геологического строения приконтактовых участков комплекса с хиби-нитами, фойяитами и лявочорритами. В пределах мельтейгит-ийолит-уртитов выделены протяженные линзовидные тела тонко- и мелкозернистых нефелин-пироксеновых пород, представленных закономерно чередующимися мельтейгитами, ийолнгами, уртитами. Они расположены преимущественно в центральных участках комплекса, с ними пространственно связаны оливинсодержащие мельтейгиты и пироксениты (А.А.Арзамасцев, 1987; А.В.Галахов, 1975). Тонко- и мелкозернистые мельтейгит-ийолит- уртиты распространены в пределах Центральной дуги неравномерно: в виде реликтовых линзовидных участков и зон мощностью до нескольких десятков метров на ее юго-востоке и протяженных мощных (до 200 м.) площадных образований на севере. Нефелин - главный минерал описываемых разновидностей пород. Он не имеет отчетливых кристаллографических очертаний, часто переполнен ориентированными включениями пироксенов. Помимо включений, пироксен сконцентрирован в промежутках между зернами нефелина и представлен эгирин-диопсид-геденбергитом. Важной отличительной особенность») тонко-, и мелкозернистых магматических образований являет-

ся высокое (3-5 об.Х) и ыалоиаменящееся содержание апатита, Результаты минералога-геохимических исследований (А.А.Арзамасцев, 1987; А.В.Галахов, 1975) выявляют черты сходства структуры, текстуры, состава этих пород и минералов с аналогами из иелочно-ультраосновных массивов Кольской провинции. В пределах комплекса выявлена петрографическая зональность,выраженная в смене тонко-, и мелкозернистых нефелин-пироксеновых пород, при приближении к нефелиновым сиенитам, разнозернистыми неаакономерночередущимися уртитами, мельтейгитами, реже ийолитами, содержащими В переменном количестве калиевый полевой шпат. Здесь характерны резкие.часто секущие общее напластование контакты; породы локализованы в пределах линейных тектонических зон, на сопряжении трещин, в участках брекчирования мелкозернистых ийолитов и часто не выдержаны по моащости и по простиранию. Важной особенностью участков развития таких пород является их ярко выраженная неравномернозернистость: от мелко-, среднеаернистых до гигантоаернистых структур. В ряде случаев обогащение полевым платом приводит к появлению в составе этого дифференцированного комплекса рисчорритов. Нефелин представлен здесь хорошо ограненными кристаллами, для пироксена характерна зональность, выраженная в разрастании эгириновой каймы вокруг диопсидового ядра. Апатит в этих породах распределен неравномерно, при среднем содержании 3 об.г, он локализован в маломощных прожилках, приурочен к контактам пород и меланократовым образованиям, где его концентрация достигает 16 об.X. В описываемых породах отчетливо проявлены процессы перекристаллизации: наличие зон отторжения темноцветных компонентов при развитии более крупнозернистых уртитов в ийолитовой матрице, явления регенерации и залечивания кристаллов нефелина в гигантоаернистых уртитах, тектоническая дифференциация компонентов в участках дизъюнктивных нарушений,полимодальные кривые распределения зерен породообразующих минералов, характерные для перекристаллиаованных пород (Р.Лишер, С.Саксена, 1980; В.О.Пунин. 1964). Изучение геологического отроения отдельных участков Центральной дуги свидетельствует о различном распространении перекристаллизованных пород ; в большей степени они развиты на юго-востоке массива, где обнаружено все их структурно-текстурное разнообразие. В северной части комплекса перекристаллиаованные мельтейгит-уртиты развиты локально и представлены только мелко-,среднезернистыми уртитами, ' реже ййояитами.

Распределение пойкилитовых полевошпатовых пород контролируется их пространственным положением и тектоническими факторами. Массивные рисчорриты с выдержанным составом, структурой образуют мощные протяженные тела, тяготеющие к периферическим участкам дуги, причем степень обогащения полевым шпатом при приближении к контактам с фойяитами, хибинитами, лявочорритами возрастает. Рисчорриты, ювиты, малиньиты часто образуют как согласные, так и секущие тела на сопряжении трещин в ийолитах. Часто приконтактовые участки комплекса с нефелиновыми сиенитами представлены мощными зонами (до 100 м.) переслаивания в различной степени обогащенных полевым пшатом пород. Взаимоотношения полевого шпата с другими породообразующими минералами, главным образом с нефелином, свидетельствуют о его более позднем образовании. Это подтверждается развитием комплекса структур замещения: по периферии зерен и трещинам, пойкилитовые, часто, с сохранением теневых структур (ориентированные включения пироксенов, характерные для нефелиновой матрицы). Калиевый полевой шпат развивается по мельтейгит-уртитовым породам различной зернистости. В шлифах также наблюдаются явления растворения, коррозии полевым шпатом апатита, титанита. Количественные минералогические подсчеты показывают закономерное уменьшение их содержания в породе с ростом доли полевого шпата. Установлена последовательность формирования пород комплекса: магматические тонко-, и мелкозернистые расслоенные мельтейгит-ийолит-ур-титы - перекристалливованные уртиты, мельтейгиты, реже ийолиты -полевошпатовые уртиты, мельтейгиты, ийолиты - ювиты, малиньиты -

Рис.N 1. Схема последовательности преобразования мельтейгит- ийолит-уртитов Хибинского массива в ходе наложенных гидротер-мально-метасоматических процессов.

Изучение геологического строения месторождений и рудопрояв--

леиий алатит-н&фелиновых руд показало наличие тесной пространственной связи их, о одной стороны с перекристалливованными породами, с другой - с их полевошпатовыми аналогами, свитами, рисчор-ритами. Тела апатитовых руд приурочены к коническим разломам СЕ.Г.Валаганская, 1987), они испытали многочисленные этапы тектонической и метасоматической активизации, что привело к брекчиро-ванию рудных залежей, перекристаллизации и перераспределению слагающих их минералов. На севере комплекса бедные послойные апати-товые-сфен-титаномагнетитовые руды приурочены к участкам переслаивания перекристаллизованных уртитов, мельтейгитов и ийолитов.

Глава 3. ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГОРОД КОМПЛЕКСА МЕЛЬТЕЙГИТ-ИЙОШ-УРТИТОВ ХИВИНСКОГО МАССИВА.

Изучение химического состава проводилось для пород юго-восточного и северного секторов Центральной дуги, сгруппированных в выборки, соответствующие выделенным по геолого-петрографическим наблюдениям, типам пород. Для юго-восточного сектора отдельные петрографические разновидности объеденены, с учетом суммарного соотношения мощностей пород одного состава, в комплексы перекристаллизованных мельтейгит-ийолит-уртитов и полевошпатовых пород.

Анализ поведения породообразующих элементов в ходе становления комплекса позволил выделить две группы, характеризующихся разнонаправленными тенденциями их накопления. При перекристаллизации тонко-, и мелкозернистых нефелин-пироксеновых пород выявлено перераспределение компонентов между формирующимися лейкократо-выми и меланократовыми разновидностями: разнозернистыми уртитами и мельтейгитамй. Средневзвешенный состав этих пород свидетельствует о изокимическом характере процесса. Содержания Б!, Ма, Ге, Ми, Мп для них остается постоянным, наблюдается незначительное увеличение содержания в лейкократовых породах К и А1, а также частичный вынос Са и Р, что связано, по всей видимости, с мобилизацией и переотложением апатита. При развитии по лерекристаализо-ванным породам К-Б1 метасоматоза структура корреляционных связей в выделенных группах элементов сохраняется. Эта стадия характеризуется прианосом читофильных окислов во все петрографические разновидности мельтейгит-ийолит-уртитов и выносом из них Ре, Мй, Мп, Т1, а также Са и Р. Для последней группы можно наметить две основные тенденции поведения:Накопление в благоприятной структурно-литологической обстановке (послойные бедные апатит-сфен-титано-

магнезитовые породы) и осаждение совместно с редкими элементами в поздних гидротермальных жилах и пегматитах. Поведение Na при развитии метасоматических процессов свидетельствует о его перераспределении из разрушающегося нефелина в эгирин, амфибол, а в последующем в канкринит, содалит и другие натрийсодержащие фазы.

Изучение микроэлементного состава позволило, вслед ва породообразующими, объединить их в две группы: Ва, 6а, Rb, поведение которых аналогично выявленному для литофильных породообразующих элементов; N1, Со, V, а также Y, Yb, Sr, которые тесно коррелируют с сидерофильными элементами, Ca и Р. Поведение 2г и Hb определяется их высокой подвижностью в щелочных гидротермальных растворах. Для них выявлено не накопление в выделенном возрастном ряду пород, как в дифференциатах щелочных пород всех петрологических рядов (Магматические горные породы. Щелочные породы,1984), а мобилизация и вынос из мельтейгит-ийолит-уртитов, начиная о этапа перекристаллизации.

Анализ корреляционных связей петрогенных и примесных элементов друг с другом свидетельствует, о близости их эволюционных трендов поведения, что обусловлено, в первую очередь, характером изоморфных_8амещений в минералах., K/Rb отношение, отражающее последовательность формирования пород в выявленном возрастном ряду монотонно уменьшается с 465 до 285. Тенденция постепенного, последовательного изменения характерна v для других индикаторных отношений: Sr/Ca, K/Na. Сопоставление химического состава пород мельтейгит-ийолит-уртитового комплекса с хибинитами и фойяитами показало резкие отличия в содержаниях элементов, скачкообразное изменение индикаторных отношений, в первую очередь, Zr, Nb, Sr, Rb, SrVCa, K/Rb.

Сравнивая поведение элементов в пределах юго-восточного и северного секторов дуги, можно сделать вывод о единстве процессов преобразования ийолит-уртитов, отличия заключаются в их интенсивности. Породы северной части комплекса характеризуются более высокими содержаниями фемафильных элементов, а также Ca и Р, меньшими AI, Na, К, Sl, слабее проявлена дифференциация породообразующих окислов между лейкократовыми и меланократовыми составляющими перекристаллиаованных пород по сравнению с породами юго-восточного сектора. Меньшая изменчивость в содержаниях Р и Ca ийолит-ур-титов севера дуги подтверждают результаты геолого-петрографических наблюдений о связи процессов мобилизации апатита с интейсив-

- 10 -

ностья метасоматического перераспределения вещества.

Глава 4. НЕФЕЛИН ЮРОД МШЛЕЙШ-ИЙСШТ-УРТИТОВОГО.

КОМПЛЕКСА ХИБИНСКОГО МАССИВА.

Нефелин в породах комплекса кристаллизуется одним из первых и характеризуется большим, разнообразием морфологических особенностей, широкими вариациями химического состава и структурного состояния.

При неучений морфологических особенностей нефелина установлена тесная связь среднего размера зерен в породах со степенью совершенства кристаллов, и статистическими моментами кривых распределения зереч по размерам. Для тонко-, и мелкозернистых ийолит -уртитов характерны ксеноморфные очертания кристаллов нефелина и Дифференциальные формы кривых, описываемые в рамках нормальной закона распределения (рис.ы 2). По мере увеличения среднего размера верен основными тенденциями эволюции морфологии нефелина является увеличение степени его идиоморфизма и усложнения кривых распределения верен. Они описываются логнормальным и более сложными полимодальными гаконами, что судя по литературным данным (Ю.О.Яунин, 1954; Р.Мгшер, С.Саксена, 1980), говорит о интенсивной перекристаллизации нефелина в системе (рис.И г).

1-тонкозернистые

2-мёлкозернистые

3-среднеэернистые

4-крупно-,гиганто-аернистые

Рис.К 2. Кривые распределения верен нефелина по размерам в породах комплекса.

Развитие новообразованных минералов, а первую очередь, полевого шпата, по нефелияоодеркашм породам приводит к затушевыванию характера первоначальной тернистости пород, однако полимодаль-вость распределения вереи субстрата отчетливо фиксируется и в породах подвергшихся метасоматическим изменениям.

Установлено, что нефелин является чутким петрохимическим индикатором протекающих процессов. По содержанию главных минерало-«Зразущих компонентов В нем выделяются две большие группы: комп-

Щ и

1«. *>

«4 V ЗЦ I* 31

-ем

леке мельтейгит-ийолит-уртитов и комплекс нефелиновых сиенитов хибинит-фойяитового ряда. Наиболее отклоняется от теоретического (ИазКА1431401б> состав нефелина в хибинитах, фойяитах, лявочорри-тах и неизмененных тонко-, и мелкозернистых ийолитах и уртитах /рис.N 3/. Он характеризуется высокими избыточными содержаниями Б!(до 4,27 атомов на ячейку), Ре, Мд, Са, недостатком А1 и щелочных катионов при всегда значительном избытке Ыа над К, (Ка/К отношение - 4,68). Для нефелинов мельтейгит-ийолит-уртитового комплекса наблюдается однонаправленная тенденция изменения состава: по мере усиления процесса перекристаллизации и развития по породам калиевого полевого шпата в нефелине уменьшается избыток 31, Ре, возрастает суммарная роль щелочей, в первую очередь К, а также А1 (рис.И 3).

5',

...- комплекс хибинитов.фойяи-тов

_- мельтейгит-ийолит-уртиты

---- полевошпатовые мельтейгиты,

ийолита, уртиты +++- ввиты, рисчорриты * - _тэчка теоретического состава нефелина

Рис.М 3. Состав нефелина пород Хибинского массива в координатах Б1 - А1+Ре - ИаИ<+Са.

Анализ выявленных закономерностей и структур корреляционных связей между элементами позволяет выделить основные схемы изоморфных замещений: 31 - А1+К, Ре - А1, N8 - К. В результате соатав минерала в гигантозернистых уртитах, ювитах и рисчорритах приближается к теоретическому ИазКАЦЗЦОхе. Такая направленность изменения состава подтверждена экспериментально (В.Н.Зырянов, 1981). В богатых К пойкилитовых нефелиновых сиенитах установлено обогащение им нефелина, по сравнению с теоретическим, (Иа/К - да 2,6), что может быть объяснено ионно-обменными взаимодействиями с калиевым полевым шпатом (С.Е.ТШеу, 1958). Еще одной важной типохи-мической особенностью нефелина пород комплекса является повышенное содержание Из и значение К/йЬ отношения, которое последовательно уменьшается от 425 до 165, что полностью согласуется с выделенным ранее рядом эволюции пород* Результаты изучения седер

жания микроэлементов в нефелинах говорит о их вхождении в крио таиическую решетку минерала, в первую очередь, в виде включений самостоятельных фаз: пироксена, апатита, титанита, титаномагнети-та. Ойщей тенденцией поведения примесных элементов является закономерное уменьшение количества Т1, Р, У, УЬ, V в перекристаллизованных и полсгшпатовых породах, что подтверждает полученный на основе петрографических наблюдений вывод о сопутствующем процессам метасоматических изменений, освобождении нефелина от включений пироксена и апатита. Установлено, что величина упорядоченности кристаллической решетки разная из хибинит-фойяитовых пород и ив комплекса мельтейгит-ийолит-уртитов. Пробы из первых относятся к неупорядоченным оазновидностям минерала, для нефелина вторых характерен тренд упорядочения структуры ( через частично упорядоченные к упорядоченным ) в ряду пород: мелкозернистые ийолит-ур-титы, перекристаллизованные - полевошпатовые породы, причем тонкозернистый нефелин северной части дуги неупорядочен максимально. От магматических мельтейгит-ийолит-уртитов к перекристаллизованным породам, малиньитам, ювитам, рисчорритам изменяется и параметр кристаллической решетки минерала с"о",отражающий изменение температурных условий формирования пород (Д.Л.Гамильтон. В.С.Мак-Кензи, 1963).

Глава б. ПИРОКСЕН МЕЛЬТЕЙГИТ-ИЙСЛИТ-УРТИТОВОГО КОМПЛЕКСА ХИБИНСКОГО МАССИВА.

Петрографические, кристаллооптические, спектроскопические исследования, изучение химического состава, позволили наметить основные закономерности эволюции состава пироксена в мельтей-гит-ийолит-уртитах и полевошпатовых породах: 1. Минимальные содержания эгиринового минала характерно для пироксенов ийолитов, особенно для их тонко-, и мелкозернистых разновидностей. 2. Для пироксенов перекристадлизованных пород, во все Солее поздних генерациях и вонах кристаллов обнаруживается отчетливая тенденция к накоплению ре3+, Т1, Мп, за счет уменьшения роли Са, Ме, Ре2+ 3. С увеличением в породах содержания калиевого полевого шпата последняя тенденция становится закономерности.

Тренд изменения состава пироксена комплекса в координатах Ас - 01 - Не! (рис. N4) смещен в область с пониженным содержанием ге-денбергита, за счет, изменения соотношении,в основном, между диопсидовой и акмитовой составляющей ( Са + /Мй.Гв2*/ - Иа +

Ре31), что объясняется прогрессивно нарастающей щелочностью среды минералообразованин (А.А.Арзамасцев и др., 1987). Тренд'изменения минального состава пироксенов хибинитов и фойяитов смещен в поле геденбергита, что характерно для последовательных генераций пироксена магматического генезиса (А.А.Кухаренко и др., 1966; Л.Л.Перчук, 1976).

_ -пироксена мельтейгит-ийолит-

уртитового комплексного-восток)

---- -пироксены всей Центральной

дуги (литературные данные) -+-+ -пироксены хибинитов и фойяитов (литературные данные) * -точки состава включений пироксена в нефелинах Рис.Н

4. Диаграмма изменения состава пироксенов пород Хибинского массива (в координатах Ас - 01 - Н<1.

В результате изучения одной из ранних морфологических разновидностей пироксена, а именно - мельчайших включений в нефелине, установлено,' что их состав эволюционирует подобно породообразующим нироксенам, точки локализуются вдоль тренда 01 - Ас, причем преимущественно в его нижней части (рис. N 4).

Для породообразующих пироксенов и пироксенов включений определялось содержание ряда редких элементов - Иг, 7т, МЬ. Наиболее высокие концентрации этих элементов (Бг - 0,076; Ъг - 0,081; НЬ -0,094 вес.%) обнаружены в пироксенах неизмененных пород. В интенсивно перекристаллизованных и полевошпатовых породах, не смотря набольшую изоморфную емкость эгирина (А.А.Кухаренко и др., 1965), их концентрация снижается в несколько раз, что может свидетельствовать о выносе редких элементов из решетки минералов при процессах метасоматического изменения пород.

Глава 6. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ГОРОД МЕЛЬТЕЙГИТ-ИЙОЛИТ-УРТИТОВОГО КОМПЛЕКСА ХИБИНСКОГО МАССИВА.

Проведенные исследования по геологии, минералогии и геохимии пород массива, анализ литературных материалов позволяют считать мельтейгит-ийолит-уртиты древнейшими среди щелочных пород района.

В пределах этого комплекса выделенн породные и минеральные ассоциации, связанные как с магматическими, так и с метасоматическими процессами. Первые представлены линзовидными телами закономерно переслаивающихся тонко- и мелкозернистых мельтейгитов, ийолитов и уртитов с равномернорассеянной акцессорной минерализацией апатита, титанита, титаномагнетита и расположены преимущественно в центральных частях комплекса. Важной особенностью этих пород является тесная генетическая и пространственная связь с сшивинсо-держащими пироксенитами и мельтейгитами. Эти магматические образования по химическому составу, структурно-текстурным особенностям близки к аналогам из щелочно-ультраосновных комплексов Кольской провинции (А.А.Кухаренко и др., 1966; А.А.Арзамасцев, 1993).

Состав нефелина отвечает высокотемпературным разновидностям минерала с высоким содержанием избыточного Б!, существенным преобладанием На над К, неупорядоченной структурой, мелкими ксено-морфиыми зернами, статистические распределения которых по размерам близки к нормальным. Иироксены этих пород являются наименее щелочными, в них преобладает диопсидовый минал. В пределах периферических участков комплекса в породах интенсивно проявлены процессы перекристаллизации и метасоматоза, связанные со становлением интрузий хибинитов, фойяитов и лявочорритов.

Высокая тектоническая активность на всех этапах развития массива обусловила возникновение систем трещин, контролирующих метасоматическую дифференциацию пород на лейкократовые и меланок-ратовые разновидности. Этот процесс сопровождался перекристаллизацией породообразующих минералов. В итоге сформировались разно-зернистые незакономерно чередующиеся уртиты, мельтейгиты, реже ийолиты. Сменяющий перекристаллизацию К-51 метасоматоз приводит к развитии по раяее перекристаллизоваиньа.1 породам полевошпатовых Метасоматитов калиевого ряда. Следствиями нарастающей активности Прогрессивного метаморфизма явились локальные процессы мигматиза-ции И анатексиса - жильные мигматиты полевошпатовых ийолит-урти-тов, пегматиты. Процессы преобразования и замещения минералов шли на фоне иарасгаюшей щелочности, что подтверждается закономерными сменами парагенетических ассоциаций, характером изоморфных замещений в породообразующих минералах, высокой подвижностью редких амфотерных элементов в породах комплекса. Развитие этих процессов Способствовало мобилизации и переотлажекио рассеянного акцессорного айатита, а высокая Подвижность фосфора в щелочных гидротер-

мальных. сридах доказана экспериментально (Л.М.Дялицын и др., 1966; О.Б.Дудкин, 1980J. Поздние метасоматические процессы выразились в интенсивной канкринитиаации, содалитизации, натролитиза-ции нефелина, рззвитию по пироксену амфибола и лепидомелана, формированию редкометальных жил.

Температуры формирования нефелин пироксеновых и нефелин-полевошпатовых пород оценивались с использованием традиционной диаграммы пределов растворимости избытка S1 в нефелине, в зависимости от температуры (Г.Л.Гамильтон и др., 1963), а также диаграммы распределения щелочей между сосуществующими нефелином и полевым шпатом (Л.Л.Перчук, 1970). Наиболее высокотемпературный нефелин характерен для тонко- и мелкозернистых разновидностей мель-тейгит-ийолит-уртитового комплекса (около 700°С), что сближает его с магматическими аналогами нефелиновых сиенитов хибинит-фойя-итового ряда. Для перекристаллизованных и полевошпатовых пород состав минерала отвечает более низкотемпературным условиям < о кристаллизации, преимущественно в области 600 - 450°С.

В результате изучения минералого-геохимических особенностей генетического ряда пород слагающих комплекс выявлено монотонное и последовательное изменение содержания практически всех химических элементов и их индикаторных отношений: K/Na, K/Rb, Sr/Ca. Точки составов пород и минералов в изученных совокупностях проб на факторных диаграммах, графиках К - Rb, Na+K+Ca - Al+Fe3+ - 31 группируются в серию перекрывающихся эллипсов, что может свидетельствовать о их генетическом единстве. Выявленная тесная связь структурно-текстурных особенностей, химического состава пород и минералов со степенью гидротермально-метасоматической переработки пород может служить основой для объяснения эволюции комплекса.

В отличие от пород мельтейгит-ийолит-уртитового комплекса нефелиновые сиениты хибинитов и фойяитов характеризуются меньшей изменчивостью своих структурно-текстурных особенностей, минерального и химического состава. Важной чертой их геохимии, в отличии от пород Центральной дуги, является сравнительно низкое, (при более высокой кремнекислотности) содержание ряд^редких элементов: Zr, Hb, Rb и др. Существенно различаются величины индикаторных отношений: Sr/Ca, K/Rb, химизм и направления эволюции составов породообразующих нефелина и пироксена для хибинитов и фойяитов, с одной стороны, и мельтейгит-ийолит-уртитов, с другой, что позволяет предполагать различные пути и механизмы их формирования.

- 16 -

Таким образом, можно констатировать, что:

1. В пределах мельтейгит-ийолит-уртитового комплекса широко проявлены гидротермаяьно-метасоматические процессы изменения пород. Они выразились в перекристаллизации и метасоматическом перераспределении минералов магматических тонко- и мелкозернистых нефелиновых пород, что привело к формированию дифференцированных незакономерно переслаивающихся разнозернистых уртитов, мельтейги-тпв, ийолитов. В дальнейшем, при развитии по этим породам калиевого полевого шпата, происходила глубокая структурно-текстурная переработка, приведшая к образованию ряда полевошпатовых разновидностей. Мелътейгиты дали начало меланократовым метасоматитам: полевошпатовые мельтейгиты - малиньиты - меланократовые рисчорри-ты; по уртитам развивались полевошпатовые уртиты - ювиты -' рис-чорриты; по ийолитам - полевошпатовые ийолиты -ювиты - рисчорри-ты.

2. Выявленные гидротермально-метасоматические преобразования развиты в пределах комплекса неравномерно: интенсивно измененные породы тяготеют к периферии Центральной дуги, преимущественно к контактам с хибинитами, фойяитами и лявочоррнтами, что приводит к появлению петрографической «зональности комплекса в структурно-текстурном и вещественном плане. Кроме того, интенсивность процессов перекристаллизации и метасоматоза была значительно выше на юге и юго-востоке массива, чем в его северной части.

3. Образование этого Последовательного ряда пород проходило в условиях прогрессивно нарастающей щелочности гидротермальных растворов, привноса к, А1,

4. В процессах гидротермально-метасоматических преобразований пород апатит, первоначально рассеянный в магматических образованиях, перераспределяется в тектонически ослабленные зоны, в меланократовые образования, локализуется на контактах пород.

б. Породообразующие нефелин и пироксен являются чуткими индикаторами минералооОразующих процессов. Их морфологические особенности, химический состав и структурное состояние отражают характер, направленность и интенсивность протекающих в породах изменений.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Нефелин пород юго-восточного сектора Хибинского массива.-Вестн. ЛГУ, сер.7, 1080, г.ып.1, с.З - 11. Соавторы - Серебрицкий

А.И., Барабанов В.Ф., Шапкина Ю.С.

2. Возрастное положение мельтейгит-ийолит-уртитовой толщи в комплексе пород юго-восточного сектора Хибинского массива.-Вестн.ЛГУ, сер.7, 1988, вып.З, с.44 - 49. Соавторы - Серебрицкий А.И., Павлов В.П.

3. Некоторые типоморфные особенности нефелина пород Хибинского массива.- Закономерности поведения редких элементов в породах и минералах.Л., изд-во ЛГУ, 1989, с.140 - ISO.

4. Ийолит-уртитовый продуктивный комплекс северо-восточного сектора Хибин.- Вестн.ЛГУ, сер.7, вып.2, 1989, с.37 - 44. Соавторы - Серебрицкий А^И., Павлов В.П., Серебрицкая Н.И.

5. Типохимизм включений пироксенов в нефелинах пород мель-тейгит-ийолит-уртитового комплекса Хибинского массива. - Тезисы докладов выездной сессии ВМО. Апатиты, 1990, с.6 - 7. Соавторы -Сахаров А.Н., Шаров A.C.

6. Петрохимическая эволюция пород мельтейгит-ийолит-уртито-вого комплекса Хибинского массива.- Зап.ВМО, вып.1, 1992, с.33 -47. Соавторы - Серебрицкий А.И., Павлов В.П., Бич О.В., Серебрицкий И. А.

7. Золь-гель стекольные шихтные продукты на основе нефелина.- Стекло и керамика, вып.11-12, 1994, с.19 - 22, Соавторы -Балмасов Е.Л., Головин А.И., Евстропьев С.К.