Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Минералы группы перовскита из горных пород щелочных магматических формаций Кольского полуострова

ВАК РФ 04.00.20, Минералогия, кристаллография

Автореферат диссертации по теме "Минералы группы перовскита из горных пород щелочных магматических формаций Кольского полуострова"

РГб „ од

Санкт-П

етербургский Государственный университет

На правах рукописи

ШАХМУРАДЯН Антон Ролланович

МИНЕРАЛЫ ГРУППЫ ПЕРОВСКИТА ИЗ ГОРНЫХ ПОРОД ЩЕЛОЧНЫХ МАГМАТИЧЕСКИХ ФОРМАЦИЙ КОЛЬСКОГО ПОЛУОСТРОВА

Специальность 04.00.20 - минералогия, кристаллография

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Санкт-Петербург 1996

Работа выполнена в Санкт-Петербургском Государственном университете

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук,

профессор Булах А.Г.

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук,

ст. н. с. Никитина Л.П. (ИГГД, Санкт-Петербург) кандидат геолого-минералогических наук, доцент Иваников В.В. (СПбГУ)

Ведущая организация: ВСЕГЕИ (Санкт-Петербург)-

Защита состоится " ¿С " C^^TSld^ 1996 г. в /5 часов в ауд. на заседании диссертационного совета Д 063.57.27 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук В Санкт-Петербургском Государственном университете (199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7/9, геологический факультет).

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. А.М.Горького при Санкт-Петербургском Государственном университете.

Автореферат разослан " j 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Семенова Т.Ф.

Актуальность темы. Минералы группы перовскита являются характерными акцессорными и, в ряде случаев, главными компонентами массивов щелочных пород различных формаций. Широкая распространенность природных соединений со структурой перовскита в щелочных породах различного вещественного состава, а также уникальная изоморфная емкость структуры перовскитового типа делает эти минералы чутким индикатором направленности эволюции среды минералообразования. Наряду с пироксенами, слюдами, апатитом и некоторыми другими, минералы группы перовскита являются "сквозными", встречаясь как в типично магматических образованиях, так и в развивающихся по ним метасоматитах. С этих позиций особенно актуальным представляется систематическое исследование типоморфных особенностей перовскита, лопарита и других представителей рассматриваемой группы из разноформационных щелочных массивов.

Цель работы. 1. Установление характера эволюции химического состава и других типоморфных признаков (морфологии, структурных параметров) минералов группы перовскита из диатрем оливин-клинопироксеновых меланефелинитов и массивов щелочно-ультраосновной и нефелин-сиенитовой формаций Кольского полуострова; 2. Систематизация данных по составу минералов группы перовскита из щелочных пород разных формаций Кольского полуострова и других провинций мира по единой классификационной схеме; 3. Уточнение некоторых спорных вопросов изоморфизма в минералах рассматриваемой группы.

Фактический материал и методика исследований. Фактический материал для настоящей работы был собран автором в ходе полевых исследований в Якутии (1990 г.) и на Кольском п-ове в 1992-1994 гг.. Кроме того, были изучены образцы из тематических коллекций кафедры минералогии СПбГУ и любезно предоставленные российскими и зарубежными коллегами. Помимо коллекций по месторождениям Кольского полуострова из массивов Африканда, Ковдор, Себльявр, Лесная Варака, Турьего Мыса, Хибинского, Ловозерского, и диатрем Терского берега, для исследований нами привлекался материал из следующих комплексов и массивов щелочных пород: Маломурунского (Якутия), Ока (Канада), Магнет-Коув (США), Луеши (Заир), Якупиранга (Бразилия), Керимаси (Танзания). В процессе работы над диссертацией автором применялись как традиционные минералогические (оптико-микроскопические, определения физических констант минералов), так и новейшие методы исследования (электронно-микроскопические, микрозондовые, спектроскопические). Нами было изучено около 300 шлифов и аншлифов, выполнено более 1600 оригинальных определений состава минералов группы перовскита по единой аналитической схеме и около 250 определений состава ассоциирующих с ними фаз энерго-дисперсионным методом (SEM Hitachi 570 с аналитической приставкой LINK ISIS). Определения

состава нового минерала - изолуешита были выполнены также методом волновой дисперсии (Cameca SX-50). Рентгеновские исследования минералов группы перовскита и их синтетических аналогов включали: рентгенометрические определения параметров элементарной ячейки перовскита, лопарита и изолуешита (ДРОН-2.0, Philips 3710, Сика-излучение; 38 проб), количественные микрострукгурные измерения эпитаксиальных нарастаний иттрий-бариевого купрата со структурой перовскитового типа на субстратах различного состава (Nonius CAD3, Huber; Сика- и Река-излучение; 10 проб), монокристалльное изучение изолуешита методами качания (РКВ-86) и получения обратной решетки (КФОР). Спектроскопическое изучение минералов группы перовскита включало: ЭПР- (РЭ-1308), ИК- (UR-20, FTIR IFS-66, Specord 75 IR) и оптико-спектроскопические (ПООС) исследования (всего около 30 проб).

Научная новизна. В данной работе впервые проведена систематизация опубликованных (более 100 литературных источников) и новых (результаты свыше 1600 микрозондовых анализов) данных по химическому составу минералов группы перовскита, выполненная на основе единой классификационной схемы, рекомендованной Комиссией по новым минералам и названиям минералов Международной Минералогической Ассоциации; в деталях выявлен характер эволюции состава минералов рассматриваемой группы из щелочно-ультраосновных пород и карбонатитов, нефелиновых сиенитов и связанных с ними метасоматитов; впервые в минералах из ультрамафитов и карбонатитов щелочно-ультраосновных комплексов Карело-Кольского региона установлены "расплавные" твердофазные включения; на основе спектроскопических данных установлена структурная позиция железа, марганца и тория в структуре минералов группы перовскита; детально охарактеризован новый минеральный вид с перовскитовой структурой - изолуешит; показана устарелость понятий "ниоболопарит" и "иринит" и необходимость постановки в дальнейшем вопроса об их дискредитации как самостоятельных минеральных видов.

Практическая ценность настоящей работы заключается, в первую очередь, в том, что представленные в ней данные по морфологии, минеральным ассоциациям, составу и структурным особенностям перовскита и родственных ему минералов существенно расширяют наши знания об этой минеральной группе. Сведения об открытом и описанном нами изолуешите уже пополнили компьютерный банк минералогических данных MDAT AUTO. Кроме того, результаты наших исследований могут быть учтены при ведении поиска коренных месторождений, связанных со щелочными породами различной формационной принадлежности, минералого-геохимическими методами.

Защищаемые положения.

1) Перовскит в кимберлитах, мелилититах, нефелинитах, лампрофирах и в оливин-клинопироксеновых меланефелинитах Терского берега в целом

выдержан по химическому составу. Нам не удалось выявить каких-либо типохимических особенностей, позволивших бы по составу минерала определять формационную принадлежность вмещающих его изверженных щелочно-ультраосновных пород. Более генетически информативным признаком являются взаимоотношения перовскита с ассоциирующими минералами.

2) В карбонатитоносных массивах химический состав минералов группы перовскита эволюционирует по трем основным трендам: луешитовому (обогащение Na и Nb), латраппитовому (обогащение Fe и Nb) и лопаритовому (обогащение Na и REE). Эти эволюционные особенности иногда проявлены в зональности строения зерен (что типично, например, для перовскита из кальцитовых карбонатитов) или образовании кайм на кристаллах более ранних генераций (например, замещение перовскита лопаритом в рудных шлирах, ийолит-пегматитах и кальцит-амфибол-диопсидовых породах).

3) Эволюция состава зерен перовскита в ксенолитах щелочных ультрамафитов и породах фоидолитовой серии Хибинского полиформационного массива проявляется в его последовательном обогащении Na, REE, Nb и Th (аналогично изменению состава перовскита из массивов щелочно-ультраосновной формации по лопаритовому тренду). Такая зональность обусловлена метасоматическими процессами, а именно, - воздействием на эти породы растворов, отщепившихся от нефелин-сиенитового расплава.

4) В Ловозерском и Хибинском массивах нефелиновых сиенитов состав лопарита эволюционирует, обогащаясь Na и Nb вплоть до появления луешита в эвдиалитовых луявритах и натролитизированных фойяитах (Ловозеро), ниобиевого лопарита и изолуешита в наиболее поздних минеральных парагенезисах сложнодифференцированных пегматитовых тел (Хибины). Этот факт указывает на одинаковую направленность химической эволюции нефелин-сиенитового расплава и постмагматических растворов при становлении обоих массивов. Механизмы накопления лопарита в метасоматических породах Хибинского и Ловозерского массивов близки между собой. Иногда лопаритовая минерализация является реликтовой, а иногда представляет собой новообразование. В обоих случаях при переходе от вмещающих пород к метасоматитам состав минерала не претерпевает заметных изменений. Следовательно, образование лопаритовой минерализации в метасоматитах Хибинского и Ловозерского массивов предопределялось не изначальной обогащенностью метасоматических растворов редкими элементами, а их заимствованием из пород субстрата (нефелиновых сиенитов и пегматитов).

5) Обогащенный торием лопарит (с содержанием ТЮг более 1.5 масс.%) не обнаружен в породах Ловозерской интрузии, но обычен в нефелин-сиенитовых пегматитах и метасоматитах Хибинского массива. Вместе с тем, в породах последнего не обнаружены торийсодержащие и ториевые силикаты и фосфато-силикаты, обычные для нефелиновых сиенитов и пегматитов Ловозерской

интрузии. Этот факт свидетельствует в пользу принципиальных отличий в механизмах накопления Th в породах двух массивов.

6) Структурный типоморфизм четко проявлен в перовските из щелочно-ультраосновных массивов. От наиболее ранних серий пород (ультраосновной, мельтейгит-уртитовой и турьяитовой) к более поздней карбонатитовой серии обогащение состава минерала Na и № (по луешитовому тренду) приводит к увеличению параметров его элементарной ячейки и возрастанию степени отклонения " структуры перовскита от идеальной кубической ввиду дестабилизирующего влияния этих изоморфных примесей. Закономерное возрастание параметров элементарной ячейки в зависимости от концентраций Na vi Nb отмечается также для лопарита из массивов нефелйн-сиенитовой формации. Традиционные рентгеновские методы не позволяют выявить специфику процессов структурного искажения для этого минерала ввиду малой степени отклонения симметрии его кристаллической решетки от идеальной кубической. Изолуешит является стабилизированной полиморфной модификацией ниобата натрия NaNbC>3.

Апробация работы. Основные положения, изложенные в диссертации, обсуждались на международной конференции памяти А.А.Иностранцева (Санкт-Петербург, 1994 г.) и на годичных собраниях Минералогической Ассоциации Канады и Геологической Ассоциации Канады в Ватерлоо (1994 г.) и в Виннипеге (1996 г.). По результатам проведенных исследований опубликовано 4 статьи в российских и зарубежных изданиях, 2 статьи находятся в печати в журнале "Canadian Mineralogist".

Объем и структура работы. Работа состоит из введения, 7 глав, заключения и приложений общим объемом 306 страниц, включая 135 стр. машинописного текста, 11 табл., 100 рис., 21 прил. и список литературы из 358 наименований.

Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю проф. А.Г.Булаху (каф. минералогии СПбГУ) за постановку интересной темы, предоставление широких научных контактов и постоянное вйиманиё к работе. Автор также признателен проф. РХМитчеллу (Университет Лэйкхёд, Канада) й проф. Х.Р.Венку (Калифорнийский университет США) за предоставленную возможность выполнить аналитические исследования в лабораториях указанных университетов. Большую помощь автору в аналитический исследованиях, а также при интерпретации их результатов оказали доц. М.Д.Евдокимов и ст. н. с. Н.И.Краснова (каф. минералогии СПбГУ), ст. н. с. С.М.Сухаржевский и М.Л.Зорина (каф. геохимии СПбГУ), доц. М.М.Болдырева (каф. полезных ископаемых СПбГУ), Н.В.Чуканов (Институт Химической Физики, Черноголовка), А.Н.Богданова (ГИ КНЦ РАН, Апатиты) и А.Дж.МакКензи (Университет Лэйкхед, Канада). Автор выражает свою особую благодарность сотрудникам Геологического Института КНЦ РАН (Апатиты) В.Н.Яковенчуку, А.К.Шпаченко,

Ю.П.Меньшикову, Е.Г.Балаганской, Г.Ю.Иванюку, а также М.М.Калинкину (Мурманская ГРЭ, Мончегорск) за помощь при сборе фактического материала и возможность использовать их тематические коллекции. Данная работа была бы неосуществима без поддержки со стороны заведующего каф. минералогии СПбГУ проф. В.Г.Кривовичева

Содержание работы Глава 1. Фактический материал и методика исследований

Охарактеризованы основные методы минералогического исследования, привлеченные автором при работе над диссертацией (см. выше). Приведены составы минералов группы перовскита, использовавшихся как эталоны при микрозондовых аналитических исследованиях.

Глава 2. Щелочной магматизм в истории Кольско-Карельского региона Кольско-Карельский регион представляет собой восточную часть Балтийского (Фенноскандинавского) щита, обрамляющего с севера ВосточноЕвропейскую (Русскую) платформу. Щит сложен архейскими и протерозойскими кристаллическими комплексами метаморфического и магматического происхождения ("Геологическое строение СССР и закономерности размещения полезных ископаемых", 1985; "Метаморфические комплексы фундамента Русской плиты", 1978). Щелочные магматические образования различного возраста (РЯг Р2г) имеют здесь достаточно широкое распространение, особенно в пределах Кольского тектонического блока. Особенно интенсивно щелочной магматизм проявился в среднелалеозойское время. Именно в этот период произошло становление основной доли массивов щелочно-ультраосновной формации (Ковдора, Африканды и др.), нефелин-сиенитовой формации (Хибинского и Ловозерского) и дайково-диатремного комплекса щелочно-ультраосновных пород различного вещественного состава (кимберлитов, мелилититов, меланефелинитов и др.) (Когарко и др., 1981; 1983; Булах, Иваников, 1984; Калинкин, Арзамасцев, 1991; Кгатш е. а., 1993). По своему пространственному положению, они трассируют рифтогенные зоны раннепротерозойской активизации щита: Ковдор-Хибины-Ивановскую, Юго-Западную и Кандалашкжо-Двинскую ("Магматизм и металлогения рифтогенных систем восточной части Балтийского щита", 1993). Нами изучались образцы минералов группы перовскита из массивов щелочно-ультраосновной формации Ковдор, Африканда, Лесная Барака, Себльявр, Турьего п-ова, интрузий нефелин-сиенитовой формации Ловозерской и Хибинской, трубки взрыва ультраосновных фоидитов "Хлебная-2".

Глава 3. Классификация минералов группы перовскита и проявленные в них особенности изоморфизма ...

Группа перовскита объединяет следующие минеральные виды: перовскит СаТЮз (Rose, 1839); лопарит (Ce,Na,Ca)(Ti,Nb)03 (Кузнецов, 1925); луешит NaNbOa (Safiannikoff, 1959); латраппит (Ca,Na)(Nb,T¡,Fe)03 (Nickel, 1964); македонит РЬТЮэ (Radusinovic, Markov, 1971); таусонит БгТЮз (Воробьев и др., 1984); изолуешит (Na,La,Ca,Sr) (Nb.Ti)Oa (настоящая работа). Все перечисленные минеральные виды, за исключением македонита и изолуешита, связаны между собой непрерывными или близкими к непрерывным изоморфными рядами. Наиболее современная систематика, основанная на существовании твердых растворов в рассматриваемой группе и учитывающая все имеющиеся на данный момент сведения об их составе, была разработана Р.Х.Митчеллом (1996). В ней в качестве конечных членов изоморфных рядов приняты составы, соответствующие идеализированным формулам минералов (СаТЮз, NaNbCb, РЬТЮэ, SrTiOs), за исключением лопарита и латраппита. Для упрощения в качестве соответствующих миналов приняты NaREElbOe и CaaNbFeOe, предложенные Э.М.Бонштедт-Куплетской (1946) и позднее полученные искусственно (Филипьев, Фесенко, 1965; Кирсанов, Базуев, 1988).

В природных перовскитоподрбных соединениях типа АВОз помимо основных видообразующих катионов (Са, Na, REE, Sr и Pb в позиции A; Ti, Nb и Fe в позиции В) обычны изоморфные примеси К, Th, U, Та, Al, Si, Zr, Mg и Mn (Минералы, 1967). Наиболее сложен вопрос о структурной позиции Fe и Th, присутствующих в ряде минералов группы перовскита в значительных концентрациях. ЭПР-спектроскопическое изучение перовскита и лопарита из месторождений Кольского п-ова, а также латраппита и таусонита из массивов Ока (Канада) и Маломурунского (Якутия) показывает, что во всех них присутствуют парамагнитные центры Fe3+ в различной концентрации. При этом ЭПР-спектры перовскита из кальцит-амфибол-диопсидовой породы массива Африканда и латраппита представляют собой суперпозицию линий центров Fe3+ и Мп2+. Сравнение спектральных параметров изученных образцов с данными для синтетических веществ со структурой перовскита (Альтшуллер, Козырев, 1972) показывает, что оба типа парамагнитных центров (Fe3+ и Мп2+) локализованы в окгаэдрических позициях В, т.е. изоморфно замещают ионы Ti4+. На оптических спектрах поглощения ряда минералов группы перовскита присутствуют абсорбционные линии около 480 и 700 нм, которые могут быть связаны с электронными переходами в хромофорных центрах Fe3+ или с переносом зарядов О2' -> Fe3+. Сравнение ионных радиусов Th и различных катионов, входящих в позиции А и В в структуре перовскитового типа показывает, что вхождение Th в позиции В затруднено. Данные по химическому составу ториевого лопарита из Хибинского массива подтверждают этот вывод. Наиболее

вероятна следующая схема изоморфного вхождения Th в позиции А в решетке • лопарита: Na4REE3++Ti4+-> Th44+[vac]+Ti4+.

Глава 4. Минералы группы перовскита в оливин-клинопирокссновых меланефелинитах Терского берега

Трубки взрыва щелочно-ультраосновных пород (кимберлитов, мелилититов, ультраосновных фоидитов) широко распространены в пределах Ермаковского грабена (Калинкин, Арзамасцев, 1991). Изученные нами образцы ультраосновных фоидитов трубки "Хлебная-2" имеют порфировую структуру и по минеральному составу отвечают оливин-клинопироксеновым меяанефелинитам. Перовскит в виде мельчайших зерен (до 0.03 мм) обнаружен в мелкозернистой ткани породы, цементирующей порфировые вкрапленники оливина и диопсид-клиноэнстатита. Выделения минерала корродированы и подвержены последовательному замещению Ti-андрадитом (меланитом) и титанитом.

Состав перовскита близок к теоретическому: (Cao.e3-o.97Nao.o2-o.osREEo-o.oiSro. 0.01 )(Tio.93-o.97Feo.o3Nbo.oi-o.03Tao-o,01)03. Сравнение с нашими и литературными (Арзамасцев и др., 1988; Nkoumbou е. а., 1995; мн. др. работы) данными по составу минерала из изверженных щелочно-ультраосновных пород других типов показывает, что перовскит из кимберлитов, мелилититов, нефелинитов, щелочных пикритов и лампрофиров также беден примесными компонентами (ЫаСеТЪОе, NaNbÜ3 и др.), содержания которых не превышают 10 мол.%. Специфичный состав имеет только перозскит из лампроитов и оранжеитов, зачастую обогащенный Na, REE и Sr (Mitchell, Bergman, 1991; др. работы).

Информативными в отношении формационной принадлежности вмещающих пород являются взаимоотношения перовскита с ассоциирующими минералами. Так, отмеченное нами замещение минерала силикатами, происходившее при увеличении активности ЭЮг в ходе эволюции исходного щелочно-ультраосновного расплава, не наблюдается в лампроитах, оранжеитах и кимберлитах. В последних отмечались случаи развития рутила по перовскиту (например, Милашев и др., 1963). Кроме того, для кимберлитов типично образование перовскита в результате взаимодействия ранних минералов этих пород, слагающих макрокристы (пикроильменита, шпинелидов, пиропа), с остаточным расплавом, обогащенным Ca (Смирнов, 1959; Clarke, Mitchell, 1975; др. работы). Образование перовскита в оливин-кпинопироксеновых меланефелинитах Терского берега контролировалось недосыщенностью исходного расплава S1O2 при повышенных концентрациях в нем Ca и Ti.

Глава 5, Минералы группы перовскита в массивах щелочно-ультраосновных пород и карбонатитов

Особенности геологии, петрографии, минералогии и геохимии массивов щелочно-ультраосновной формации детально охарактеризованы в монографиях А.А.Кухаренко и др. (1965; 1971) и многих других публикациях. Среди минералов группы перовскита, наибольшим распространением в породах этих массивов

пользуется собственно перовскит. Он является обычным акцессорным и, в ряде случаев (например, в рудных ультрамафитах), - главным минералом пород ультраосновной, мельтейгит-уртитовой, турьяитовой и карбонатитовой серий. Морфология выделений минерала крайне разнообразна и, в основном, подчиняется закономерности, подмеченной А.А.Кухаренко и Э.А.Багдасаровым (1961). Интересной особенностью перовскита из оливинитов и Мелйлитовых оливинитов массива Африканда и кальцитовых карбонатитов массива Себльявр является присутствие в них твердофазных ("расплавных") включений, ! по морфологии и составу близких к включениям в перовските из оливинитов Мата да Корда, Бразилия (Ф.Ллойд, личное сообщение), и карбонатитов Тулинской интрузии, Маймеча-Котуйская провинция (Kogarko е. а., 1991).

Лопарит впервые был обнаружен в породах щелочно-ультраосновных интрузий Кольского полуострова Г.Ф.Субботиной и др. (1991). Согласно нашим данным, этот минерал достаточно широко распространен в перовскит-титаномагнетитовых шлирах массивов Африканда и Себльявр, ийолит-пегматитах и кальцит-амфибол-диопсидовых (Cal-Am-Di) породах массива Африканда. Во всех случаях лопарит развивается по ранее образованному перовскиту и слагает на нем тонкие (до 60 мкм) коррозионные и регенерационные каймы. В рудных шлирах минерал ассоциирует с титанитом и бритолитом (?). Здесь образование лопарита и титанита по перовскиту происходило при флогопитизации вмещающих ультраосновных пород с выносом из них Si02:

3CaMgSi2O6+K++AI3++2H+->KMg3AISi3Oi0(OH)2+3(SiO2)aq+3Ca2+;

(Cai.xNao.5xCeo.5x)Ti03+(1-x)(Si02)aq->(1-x)CaTiSi05+0.5xNaCeTi206. В ийолит-пегматитах и Cal-Am-Di породах образование лопарита часто предварялось обогащением исходного перовскита (ранняя генерация) Na, REE и иногда - Nb и Th (поздняя генерация). Лопарит обычно ассоциирует с кальцитом и его образование, очевидно, просходило при воздействии на исходный перовскит REE-содержащих карбонатных растворов:

2CaTi03+Na++[Ce(C03)2]*->NaCeTi206+CaC03.

Луешит является характерным акцессорным минералом поздних доломитовых и кальцит-доломитовых карбонатитов. Более редки находки минерала в кальцитовых и анкеритовых карбонатитах.

Суммируя наши данные по' составу минералов группы перовскита из массивов данной формации, отметим, что для пород ультраосновной, мельтейгит-уртитовой и турьяитовой серий характерен перовскит, почти стерильный в отношении примесей (до 1.2 масс.% №гО, 9.8 масс.% REE2O3, 2.4 масс.% ЫЬгОб, 2.4 масс.% РегОз). В породах карбонатитовой серии наименьшие количества изоморфных примесей характерны для перовскита из фоскоритов. Перовскит кальцитовых карбонатитов обогащен №гО (до 2.7 масс.%), ЫЬгОб (да 14.2 масс.%) и РегОз (до 4.3 масс.%), при этом повышенные содержания этих компонентов отмечаются в краевых зонах кристаллов минерала. В' поздни>

доломитовых карбонатитах появляется и собственно Na-Nb-член группы перовскита - луешит. Однако, в породах массивов щелочно-ультраосновной формации Кольского полуострова не установлен максимально обогащенный Nb и Fe, но бедный Na минерал группы - латраппит.

При метасоматических процессах изменения перовскита (см. выше) наблюдается постепенный переход от практически чистого СаТЮз (перовскит ранней генерации) к обогащенному Na и REE перовскиту поздней генерации и далее - к лопариту. Таким образом, в массивах щелочно-ультраосновной формации Кольского полуострова проявлены три основных тренда эволюции состава минералов группы перовскита (рис. 1): луешитовый (обогащение Na и Nb), латраппитовый (Fe и Nb) и лопаритовый (Na и REE). Согласно нашим и литературным (Чернышева и др., 1990; Treiman, Essene, 1985; др. работы) данным, луешитовый тренд проявлен также в карбонатитоносных массивах Саянской провинции, а латраппитовый - в комплексах Магнет-Коув (США) и Ока (Канада).

Глава 6. Минералы группы перовскита в массивах нефелин-сиенйтовой формации

Ловозерская и Хибинская интрузии являются наиболее крупными массивами нефелин-сиенитовой формации в мире. При этом Хибинская интрузия является полиформационной и сформировалась в ходе эволюции двух пространственно совмещенных магматических источников - щелочно-ультраосновного и щелочно-базальтового (Галахов, 1966; Арзамасцев, 1990). С первым из них связано образование ультрамафитов и пород фоидолитовой серии. Со щелочно-базальтовым расплавом связано образование нефелиновых (хибинитов, фойяитов, лявочорритов) сиенитов, слагающих основной объем массива, щелочных сиенитов, а также эффузивных аналогов этих пород.

В Ловозерском и Хибинском массивах установлены четыре минерала группы перовскита - лопарит, перовскит, луешит и изолуешит, среди которых наибольшим распространением пользуется первый. Лопарит является обычным акцессорным и, в ряде случаев, породообразующим минералом интрузивных пород Ловозерского массива. Здесь наибольшие концентрации минерала связаны с породами дифференцированного комплекса, где скопления лопарита тяготеют к подошвам уртитовых - кровлям луявритовых горизонтов (Власов и др., 1959; Веселовский и др., 1990). Лопарит также распространен в пегматитах нозеановых и содалитовых сиенитов, где тяготеет к контактовым зонам тел. В породах интрузивных серий Хибинского массива лопарит редок. Наиболее простым и вероятным объяснением этого факта является недосыщенность нефелиновых сиенитов массива главными элементами, входящими в состав лопарита (Ti, Na, REE и Nb) по сравнению с Ловозерской интрузией (Герасимовский и др., 1966; Кухаренко и др., 1971). В Хибинском массиве лопарит более обычен в пегматитах и пегматитоподобных породах (типа эгирин-

Рис. 1. Эволюция состава минералов группы перовскита в породах массивов щелочно-ультраосновной формации Кольского полуострова.

СаТВДз СаТЮз

Рис. 2. Эволюция состава минералов группы перовскита в породах массивов нефелин-сиенитовой формации Кольского полуострова, а - Ловозерский массив: 1 - пойкилитовые фельдшпатоидные сиениты и их пегматиты, 2 - дифференцированный комплекс уртитов-фойяитов-луявритов, 3 -эвдиалитовые луявриты;

б - Хибинский массив: 1 - ультрамафиты и фоидолиты, 2 - хибиниты и их пегматиты, 3 - эгирин-микроклиновые жилы и пегматиты в рисчорритах, 4 - фойяиты и их пегматиты.

микроклиновых жил в рисчорритах), где его образование происходило из .остаточных расплавов, обогащенных титаном и редкими элементами относительно исходных расплавов. Наиболее обычны для лопарита из интрузивных пород и пегматитов двойники прорастания по флюоритовому закону, реже встречаются монокристаллы и скелетные образования. В обоих массивах нефелин-сиенитовой формации лопарит также обычен в метасоматитах различного состава (микроклиновых, эгирин-апьбитовых и т.д.). При этом лопаритовая - минерализация может быть реликтовой или являться новообразованием. В первом случае лопарит во вмещающих породах и метасоматитах одинаков по морфологии и размеру выделений, а для новообразованного лопарита наиболее обычны скелетно-футлярные метакристаллы с включениями альбита, эгирина и др. минералов метасоматитов.

Перовскит - это обычный акцессорный минерал ультрамафитов и пород фоидолитовой серии Хибинского массива (Елисеев, 1937; Галахов, 1966; др. работы). В ассоциации с перовскитом наиболее обычны диопсид (в перидотитах также оливин), флогопит, апатит, магнетит, ильменит, сульфиды, а также присутствуют другие более редкие минералы (кальциртит, велерит и др.).

Луешит в породах массивов нефелин-сиенитовой формации Кольского полуострова впервые достоверно установлен нами. В Ловозерском массиве самостоятельные выделения минерала обнаружены в натролитизированных фойяитах дифференцированного комплекса, а в эвдиалитовых луявритах луешит слагает регенерационные каймы на кристаллах лопарита.

Иэалуешит - новый минерал, утвержденный Российской и Международной КНМНМ. Он был обнаружен и исследован нами совместно с В.Н.Яковенчуком, Р.Х.Митчеллом, А.Н.Богдановой и Н.В.Чукановым. Минерал встречен пока только в пегматитовом теле среди ийолит-уртитов Хибинского массива. Он ассоциирует с микроклином, содалитом, эгирином, арфведсонитом и лампрофиллитом. Образует идиоморфные кристаллы (комбинация {100} и {110}). 0Изм.= 4.72(1) г/см3; DBbi4.= 4.69 г/см3; VHN7o=512-580 кГс/мм2; л„зм=2.20(1); пвыч-2.22; R=14.4-16.6 %. Кристаллы минерала содержат включения микроклина и цериопирохлора. По типу зональности, особенностям минерального состава пегматитовой жилы, где был найден изолуешит, и ее пространственному положению, можно предположить наличие генетической связи пегматита с рисчорритами.

Данные по химическому составу минералов группы перовскита из пород массивов нефелин-сиенитовой формации суммированы на рис. 2. В Ловозерском массиве от наиболее ранних пород комплекса пойкилитовых фельдшпатоидных сиенитов к более поздним эвдиалитовым луявритам состав минералов группы перовскита обогащался Na, Nb и, отчасти, Sr вплоть до появления в эвдиалитовых луявритах луешита с повышенными концентрациями REE и Ti. Его состав описывается формулой (Nao.e8-o.7iCeo.o9-o.il Lao.o7-o.oaPro.oiNdo.oiCao.oi-

o.o2Sro.o3)(Nbo.64-o.5eTio.43-o.4eFeo.o.oi)03. Луешит установлен также в фойяитах дифференцированного комплекса, претерпевших автометзсоматическую переработку. Аналогичная направленность изменения состава лопарита отмечена в опытах по кристаллизации этого минерала в псевдобинарной системе лопарит-нефелин (Векслер и др., 1985). В породах Хибинского массива похожий тренд эволюции химического состава минералов группы перовскита характерен для рисчорритов и связанных с ними пегматитовых образований. Здесь наиболее обогащенный СаО (до 6.8 масс.%) и ТЮг (до 41.0 масс.%) лопарит типичен для эгирин-микроклиновых жил и нефелин-микроклинового парагенезиса в пегматитах среди рисчорритов, а в составе более поздней генерации минерала из натролитового парагенезиса отмечаются повышенные содержания ЫагО (до 12.1 масс.%) и Nb2Os (до 34.8 масс.%). В этом же парагенезисе встречается изолуешит, состав которого варьирует в следующих пределах: (Nao.6e-o.73Lao.o5-o.08Ceo.o3-o.oaCao.o5-o.o8Ndo-o.otSro.o2-o.o3Tho.oi.oo3) (Nbo.52-o.66Tio.35-o.49Tao.o.ot)03-

Характерно, что в породах Хибинского массива (преимущественно, связанных с фойяитовой серией) обычен лопарит со значительным содержанием ThOz (до 18.4 масс.%). В породах Ловозерского массива лопарит с концентрациями ThC>2 более 1.5 масс.% не обнаружен. Вместе с тем, в них обычны силикаты и силико-фосфаты Th, не встречающиеся в Хибинах. Этот факт свидетельствует в пользу принципиальных различий в механизмах накопления Th в породах двух массивов.

Состав лопарита из метасоматитов массивов нефелин-сиенитовой формации очень близок к составу минерала из исходных пород (нефелиновых сиенитов и пегматитов), подвергшихся метасоматической переработке. По-видимому, образование лопаритовой минерализации в метасоматитах Хибинского и Ловозерского массивов предопределялось не изначальной обогащенностью метасоматических растворов редкими элементами, а их заимствованием из пород субстрата.

Состав перовскита из ультрамафитов и фоидолитов Хибинского массива последовательно обогащался Na, REE, Nb и Th в процессе метасоматического изменения вмещающих пород. Этот эволюционный тренд аналогичен лопаритовому тренду, выявленному нами для перовскита из массивов щелочно-ультраосновной формации. Однако, в случае Хибинского массива наиболее вероятным источником метасоматических растворов были нефелин-сиенитовые расплавы, внедрившиеся позднее ультраосновных пород и фоидолитов.

Глава 7. Некоторые особенности кристаллохимии минералов

группы перовскита в месторождениях Кольского полуострова

Структура перовскитового типа характеризуется большой изоморфной емкостью, что и обеспечивает сложность химического состава природных перовскитоподобных соединений. При этом вхождение различных изоморфных примесей в структуру минералов группы перовскита может оказывать

дестабилизирующее влияние на нее или, наоборот, обеспечивать устойчивость .идеальной кубической кристаллической решетки при нормальной температуре. Так, например, увеличение содержаний таких изоморфных'примесей, как Na, Nb и REE в перовските из массивов щелочно-ультраосновной формации приводит к

увеличению параметров элементарной ячейки минерала (от ао=3.825 до «

ао=3.854 А) и к усилению степени отклонения ромбической структуры перовскита (Pbnm) от идеальной кубическойГЭто проявляется в возрастании значений углов о) и ф, характеризующих величину разворота октаэдров (ВОб) в кристаллической решетке минерала (табл. 1). Наоборот, в случае изсшуешита изоморфные примеси REE, Ti, а также, возможно, Ca и Sr стабилизируют структуру минерала, которая характеризуется кубической симметрией (РтЗ или Р23, Z=1; ао=3.911(3) А). В отличие от луешита, который, как и синтетический NaNbOe, имеет ромбическую структуру, изолуешит является стабилизированной полиморфной модификацией ниобата натрия (по терминологии Н.Л.Смирновой и Н.В.Белова, 1969). Рентгеновские диффрактограммы лопарита индицируются в кубической установке. Однако, современными исследованиями минерала методами просвечивающей электронной микроскопии (Meisheng е. а. , 1992) установлена ромбическая симметрия его кристаллической решетки. Отклонение структуры лопарита от идеальной кубической (разворот полиэдров (ВОд)) примерно в 2.5 раза меньше, чем в случае перовскита. При увеличении содержаний в составе лопарита таких элементов, как Na, Nb и Sr возрастают параметры его элементарной ячейки - от ао=3.878 до ао=3.903 А.

Табл. 1. Параметры элементарной ячейки и углы разворота полиэдров (ВО«) в кристаллической решетке перовскита из щелочно-ультраоЬновных массивов.

Порода, массив » аромб.1 А • ■Ьромб.» А • ' Сромб. 1 А

Оливинит, Африканда 5.453(2) 7?661(2) 5.362(5) 8.2 10.5

Ослюденелый оливинит, -5.475(2)' 7.681(6) 5.404(4) 5.8 9.2

Ковдор

Пироксенит, Африканда . 5.454(3) 7,667(3) 5.368(7) 8.0 10,2

"Гибридный'1 ийолит- 5,471(2) 7.677(2) 5.374(5) 8.1 10.8

пегматит, Африканда '

Трещинный ийолит- . 5.465(2). 7.681(3) 5.384(6) 7.6 9.9

пегматит, Африканда

Трещинный ийолит- 5.473(3) 7.694(4) 5.379(9) 8.6 10.6

пегматит, Ковдор

Кальцитовый карбо- 5.486(2) 7.701(3) 5.377(7) 9.1 11.4

натит, Ковдор

Кальцитовый карбо- 5.545(2) 7.755(2) 5.396(4) 11.4 14.8

натит, Турий Мыс

Кальцит-амфибол- 5.490(3) 7.722(4) 5.376(9) 10.1 11.7

диопсидовая порода,

Африканда

Полисинтетические двойники по {1211 и {101} в перовските имеют, ■очевидно, ростовую природу, т.к. температуры образования вмещающих минерал пород (Кухаренко и др., 1965) обычно ниже, чем температуры полиморфных переходов в структуре СаТЮэ (Galasso, 1969). В луешите полисинтетическое двойникование по этим законам может иметь и трансформационное происхождение, т.к. температуры полиморфных переходов в NaNbOa находятся в интервале 360-640° С (Исмаилэаде, 1963; Ahtee е. а., 1972; др. работы).

Заключение

Изложены защищаемые положения диссертации, обсуждается научная новизна работы и ее практическая ценность (см. выше).

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Особенности типоморфизма и кристаллохимии минералов группы перовскита как индикаторы формационной принадлежности щелочных пород // Вопросы геологии и археологии. Тезисы докл. Международного Симпозиума памяти А.А.Иностранцева. 1994. С. 49-50.

2. Perovskites: Their behaviour during the formation of carbonatite massifs // Waterloo'94 Geol. Assoc. Canada / Mineral. Assoc. Canada Ann. Meeting. 1994. Program with Abstr. P. A12.

3. Пегматиты Маломурунекого массива ультракалиевых щелочных пород // Минерал. Журнал. 1994. N 3-4. С. 8-21. (соавтор - М.Д.Евдокимов);

4. Loparite mineralization of the Niorkpakhk Mt. (Khibiny): A role of metasomatism in its formation // Записки BMO. 1995. N 2. C. 72-78. (соавторы -Н.С.Рудашевский, А.Н.Пилипюк);

5. Опыт сравнения природных и искусственных продуктов замещения кристаллов Ц Записки ВМО. 1995. N 5, С. 47-57. (соавтор - М.Ю.Синай);

6. On the development of niobium and rare-earth minerals in monticellite-calcite carbonatite of the Oka complex, Quebec // Canadian Mineralogist. 1996. N 2. P. 479484.

7. Perovskites from ultramafites and foidolites of the Khibina alkaline complex, Kola Peninsula, Russia // Winnlpeg'96 Geol. Assoc. Canada / Mineral. Assoc. Canada Ann. Meeting. 1996. Program with Abstr. P. A16. (соавтор - R.H.Mitcheli).