Особенности химического состава и условия образования титанита и минералов группы лампрофиллита в Ловозерском массиве, Кольский полуостров

Зайцев, Виктор Анатольевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Особенности химического состава и условия образования титанита и минералов группы лампрофиллита в Ловозерском массиве, Кольский полуостров
ВАК РФ 25.00.09, Геохимия, геохимические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Особенности химического состава и условия образования титанита и минералов группы лампрофиллита в Ловозерском массиве, Кольский полуостров"

На правах рукописи

Зайцев Виктор Анатольевич

Особенности химического состава и условия образования титанита и минералов группы лампрофиллита в Ловозерском массиве, Кольский полуостров

25.00.09 - геохимия, геохимические методы поисков полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

МОСКВА 2005

Работа выполнена в Институте геохимии и аналитической химии им. В И. Вернадского РАН.

Научный руководитель:

Доктор геол.-мин. наук, академик РАН Когарко Л.Н.

Официальные оппоненты:

Доктор геол.-мин. наук, ст. н.с. Владыкин Н.В. Доктор геол.-мин. наук Луканин O.A.

Ведущая организация:

Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН

Защита состоится 15 июня 2005 г. в 1100 на заседании диссертационного совета Д 002.109.02 при Институте геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН 119991, Москва, ул. Косыгина, 19 Факс (095) 938-20-54

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН.

Автореферат разослан 13 мая 2005 года Ученый секретарь

диссертационно! о совета кандидат геол.-мин. наук

ЯЛ9-У

Актуальность проблемы.

Неослабевающий интерес к щелочным породам экономически обусловлен повышенным содержанием в них некогерентных редких элементов С этими породами связаны суперкрупные месторождения редких металлов (Nb, Та, REE) и фосфора Концентрации многих редких этементов, в щелочных породах настолько высоки, что в будущем они, несомненно, будут представлять экономический интерес

Одной из геохимических особенностей щелочных пород Кольского полуострова является повышенное содержание титана Формирование минералов титана в щелочных магмах (ильменита, титанита, лопарита, мозандрита и др ) определяет геохимию многих редких элементов, одни из которых замещают титан в октаэдрах, другие - занимают собственные позиции в титанистых минералах. Минералогия титана в щелочных породах очень разнообразна. Эго позволяет использовать формы нахождения титана как индикатор условий образования пород.

Наиболее ценным минералом - концентратором титана, а также Nb, Та и REE в Лово-зерском массиве является лопарит Условия формирования лопарита и лопаритовых руд рассмотрены в работах (Kogarko et al, 2002, Векслер, 1989, Буссен, Сахаров, 1972, Еслисеев, Федоров, 1953 и др )

Настоящая работа посвящена исследованию других минералов - концентраторов титана, ппанита и минералов ipynnbi лампрофиллита и их химической эволюции в процессе дифференциации Ловозерской щелочной интрузии Выбор этих минералов обусловлен их широкой распространенностью в щелочных породах В балансе титана в большинстве пород Ловозер-ского массива они являются главными минералами - концентраторами этого элемента. Однако состав этих минералов, условия их кристаллизации и особенности парагенетических ассоциаций исследованы недостаточно

В ходе эволюции щелочной магмы Ловозерского массива, кристаллизация которого, по мнению ряда исследователей (Kogarko et а!, 2002, Геохимия Ловозерского.. , 1966), была направлена снизу вверх, титанит предшествует появлению промышленно важного минерала гопарита, а минералы группы лампрофиллита являются обычной частью замещающих лопарит агрегатов Содержание лампрофиллита значительно увеличивается в самых верхних зонах массива.

Цель и задачи исследования.

Целью работы являлось изучение главных минералов-концентраторов титана (титанита и минералов группы лампрофиллита) в Ловозерском массиве как индикаторов условий ми-нералообразования в процессах, формирующих этот высокощелочной массив.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи

создание банков данных по составу титанита и минерал

.Л

изучение вариаций состава титановых минералов в природе и выявление факторов, контролирующих эту изменчивость;

исследование форм выделения, парагенезисов и химической эволюции минералов в ходе дифференциации щелочной магмы Ловозерского массива,

зкеперичентальные исследования равновесий титановых минералов в щелочных расплавах

Фак1ический материал и методы исследования.

В основу работы ier материал, собранный автором в ходе экспедиций на Ловозерский массив в 1999, 2000. 2001 и 2003 годах В меньшей мере - материал из коллекций лаборатории геохимии щелочных пород ГЕОХИ РАН Часть каменного материала, использованного в работе, была любезно предоставлена автору Н В Владыкиным, А А Арзамасцевым, Э М Спиридоновым и В И Фельдманом

Основное внимание было сосредоточено на породах двух главных интрузий Ловозерско-i о массива дифференцированного комплекса и комплекса эвдиалитовых луявритов. а также порфировидных л>явритах Ловозерского массива Эти породы находятся в массиве в нена-р>шенном залегании, поэтому возможен достоверный анализ как временных соотношений между различными геологическими телами, так и между породами одного интрузивного комплекса Хорошо выраженная магматическая расслоенность массива позволяет рассмотреть эволюцию химического состава минералов-концентраторов титана в вертикальных раз-ре sax различных интрузивных фаз и выявить тренды состава этих минералов в процессе шфференциации Ловозерского массива

Материал изучался макроскопически, методами оптической петрографии на микроскопах ПОЛАМ Л-213 и Ohmpus ВХ-51, методами рентгенофазового и дифференциально термического анализов Химический состав минерачов определялся методом электронно-зондовог о микроанализа на приборах Camebax microbeam при 15 kV и 40 пА (получено более 500 анализов) Рентгенограммы минералов были подучены на дифрактометре ДРОН с фиксацией спектра на б>мажном носителе Условия съемки Си-антикатод. 1°/мин Оцифровка рентгенограмм производилась вручную Расчеты параметров элементарной ячейки были выполнены с использованием программ IND и Knst

Проведено 62 закалочных эксперимента по плавлению в системах лампрофиллит-пефе шн. ммпрофиълит-кремшлем и ичпрофидлит-баритотачпрофиллит в диапазоне тем-иерат\р 778-1145°С

Для изучения особенностей изоморфизма в структуре титанита и минералов группы 1а\шрофилтита и исследования их гипоморфизма автором были созданы банки данных по составам этих минералов В банки данных были включены анализы, опубликованные в лите-рат\ре и сети Internet, а также собственные данные Несколько анатизов было любезно пре-

доставлено А А Ярошевским, Н В Чукановым и Д В Лисициным Кроме того, в банк данных бы 1И добавлены сведения о физических константах и параметрах элементарной ячейки тампрофиллитов из различных массивов мира, а также оценки температуры и давления формирования титанитов Эти данные включались в банки только в том случае, если они приводи шсь непосредственно вместе с анализами Из полученной совокупности данных перед проведением статистического анализа были изъяты анализы, неудовлетворительно пересчи-тываюшиеся на формулы Объем банка данных по минералам группы лампрофиллита составляет около 430 анализов, он включает практически все опубликованные анализы этих минералов Банк данных по титанитам включает более 1200 анализов

Научная новизна.

1) Создан банк данных по составу титанита различного генезиса. На основе статистического анализа этого банка данных выявлены главные черты изоморфизма в титаните различного ¡енезиса и определены особенности химического состава титанита из различных пород Предложены регрессионные уравнения для оценки условий образования титанита по содержанию в нем алюминия и фтора.

2) Создан банк данных по составу лампрофиллитов из щелочных массивов мира Проведен его статистический анализ и сделаны выводы об особенностях изоморфизма в ламиро-филлитах

1) Предложены регрессионные уравнения для определения состава лампрофиллита по физическим константам и параметрам его элементарной ячейки. Они могут быть использованы для оценки состава минералов по данным, приводимым в работах «домикрозондо-вой эпохи»

4) Впервые систематически исследованы вариации состава титанита и лампрофиллита в разрезе дифференцированной серии, комплекса эвдиалитовых луявритов и крупного тела порфировидных луявритов Ловозерского массива Выявлены условия формирования этих минералов

5) Впервые проведены исследования диаграмм плавкости с участием лампрофиллита лам-профиллит-нефелин, лампрофиллит-кремнезем и лампрофилит-баритолампрофиллиг Осуществлен синтез лампрофиллита и баритолампрофиллита Оценены коэффициенты распределения калия, магния, марганца и железа и коэффициент сокристаллизации стронция и бария между лампрофиллитом и расплавом

6) Па основании полученных аналишческих материалов по составам минералов-концентраторов титана в различных породах Ловозерского массива и проведенных экспериментов сделаны выводы об условиях формирования титанита и лампрофиллита в Ловозерском массиве

Практическая значимость:

Систематически изучены вариации состава акцессорных минералов в породах дифференцированной серии и комплекса эвдиалитовых луявритов Ловозерского массива, представляющих экономический интерес (к ним приурочены редкометальные месторождения с тогыритовыми, лопарю-эвдиалитовыми и эвдиалитовыми рудами)

Рез^тьгаты изучения эволюции состава титанита в вертикальном разрезе Ловозерскою массива и генетические выводы об условиях формирования титанистых минералов могут быть испотьзованы для построения численных моделей формирования массива и развития представлении об эволюции щелочной магмы и генезисе связанных с ней месторождений

Полученные данные о фазовых соотношениях и коэффициентах распределения в экспериментально изученных системах являются справочным материалом

Предложенные регрессионные уравнения связи между содержанием в минералах группы ммпрофичлита ряда элементов и оптическими константами, плотностью и параметрами

I гемен (арной ячейки могут быть использованы дтя опенки состава этих минералов

Проведенные исследования дали возможность оценить потенциальную рудоносность Ловозерской интр>зии на титанит и тампрофиллит

Защищаемые положения:

1) Анализ созданного нами банка данных по составу титанитов показал, что для титанитов из те гючных формаций характерно более низкое содержание алюминия и фтора по сравнению с титанитами гранитоидов Для них характерны также высокие содержания натрия и ниобия

II и особенности отмечаются и для пород Ловозерского массива

2) В породах нижней части дифференцированной серии Ловозерского массива (800 м мощности) титанит является ранней, кумулятивной фазой, отражающей эволюцию щелочной магмы на ранних этапах Установленные вариации состава титанита в вертикальном разрезе дифференцированного комплекса Ловозерского массива и зональность отдельных зерен указывают на уветичение в ходе эволюции расплава содержания Sr и уменьшения содержания А1 Ге Се и Г а Ранняя насыщенность магмы дифференцированного комплекса в отношении титанит определяет его потенциальную рудоносность на этот минерал.

3) На основании созданного банка данных по составам минералов группы чампрофиллита и пот\ченных аналитических материалов по составу минералов группы лампрофиллита из массивов Ловоерского, Хибинского, Турьемысского, Нива, Одихиича, Мурунского, Кон-лср Ытымах. Берпо и Горюн Бьют установлено существование полного ряда твердых растворов о г почти чисто стронциевого лампрофитлита до почти чисто бариевого баритолам-профиллита Зафиксирована линейная зависимость между параметрами элементарной ячейки и составом катионов в межслоевой позиции

4) В ряду твердых растворов лампрофиллит-баритолампрофиллит в породах Ловозерского массива наблюдаются три дискретные группы, резко различающиеся по 8г/Ва отношению Группы различаются между собой и по соотношению элементов, занимающих октаэдриче-ские позиции (Мп, Ре, Са, Мд) В зональных кристаллах лампрофиллита от центра к краю увеличиваются содержания К, Ва и А1, а содержания N8. Са, вг и Ие - уменьшаются Для стронциевых лампрофилитов из эвдиалитового комплекса обнаружено закономерное у величение содержания Ие вверх по разрезу Для стронциевых лампрофиллитов из порфиро-видных лувритов г Паргуайв вверх по разрезу обнаружено закономерное увеличение содержания N3 и Мп и уменьшение содержания М§ и Ре

5) Впервые исследованы диаграммы плавкости лампрофиллит-нефелин, лампрофиллит-баритолампрофиллит и лампрофиллит-кремнезем Доказано, что лампрофиллит может кристаллизоваться из щелочного расплава Лампрофиллит инконгруэнтно плавится при 875°С с образованием расплава, таусонита фрейденбергита и рутила Наиболее высокотемпературной титановой фазой является таусонит, при более низкой температуре кристаллизуются рутил и фрейденбергит и, наконец, лампрофиллит Температура совместной кристаллизации ммпрофиллита с нефелином оценена как 790°С Бариевый лампрофиллит более легкоплавок, и в ходе эволюции расплава стронциевый лампрофиллит закономерно сменяется бариевым В системе, содержащей 90 мае % лампрофиллита и 10 мас% кремнезема наиболее высокотемпературной фазой является рутил, при понижении температуры появляется таусонит Ниже 900° вместо рутила присутствует титаносиликат стронция, близкий по составу к минералам группы лабунцовита Показано, что ассоциация лампрофиллит+кварц в природе явля-егся запрещенной

6) Сопоставление экспериментальных данных по диаграммам плавкости с участием лампрофиллита с литературными материалами по гомогенизации включений в породообразующих минералах и анализ закономерностей вариации состава лампрофиллита в породах массива в породах Лоиозерского массива показывает, что этот минерал кристаллизовался главным образом из интерстициального расплава Это говорит о том, что магма Ловозерского массива не была насыщена в отношении лампрофиллита на ранних стадиях и породы Ловозерского массива не перспективны на лампрофиллитовое оруднение

Апробация работы: Основные результаты диссертации опубликованы в 5 статьях и 15 тезисах на всероссийских и международных совещаниях и симпозиумах Результаты исследования обсуждались на' годичной сессии Московского отделения ВМО (Москва. 2001 г ), Международном симпозиуме «Минералогические музеи в 21 веке» (Санкт-Петербург, 2002 г) годичных сессиях Научной школы «Щелочной магматизм Земли» (Москва, 2001 2002. 2003 и 2005 гг), Ежегодных семинарах по экспериментальной минералогии, петрологии и геохи-

мии (Москва, 2003 и 2004 и), Международном симпозиуме EMPG-X (2004) Франкфурт, Г ермания и Международном совещании PERALK Tübingen, Germany, March 4-6, 2005

Объем и структура работы: Работа состоит из введения, 5 глав и заключения Общий объем - 138 tip , включая 41 таблицу, 54 рисунка, 2 приложения и список литературы из 106 наименований

Благодарности: Автор глубоко благодарен д г -м н академику JI Н Ко1арко за согрудниче-tiBo и чуткое научное руководство сотрудникам иборатории геохимии щелочных пород ja BtctiopoHHioio поддержку и внимание к pa6oie Автор искренне признателен А А Ярошев-скому, HB Чуканову, HB Владыкину, А А Арзамасцеву, ЭМ Спиридонову, В И Фельдману и Д В Лисицину, предоставившим часть каменного материала и часть aHa-ли юв. использованных при статистических расчетах Автор благодарен И В Пекову за помощь в проведении полевых работ, Л Д Кригману за помощь в проведении экспериментов и осмыслении их результатов Н В Сорохтиной. Р К Расцветаевой, Б Е Боруцкому, И T Расс, А А Арискину - за совместное обсуждение результатов исследований В Г Сенину. В Н Кореневой, Л В Мельчаковой, Е Л Белоконевой, Р К Расцветаевой, Т С Вильямсу (Музей ес-it-ствешюй истории, Лондон), Т Нтафлосу (каф петрологии Венского университета) за со-1р>дничество в исследовании минералов и проведении аналитических работ Работа была поддержана грантами РФФИ (05-05-64) 44-а 04-05-64830-а, 03-05-06264-мас. 02-05-79060-к. 02-05-64122-а. 99-05-64835-а) и грантом по поддержке научных школ (НШ-00-15-98497)

Глава 1. Строение Ловозерского массива.

Ловозерс! ий массив площадью около 650 км2 является крупнейшей агпаитовой интрузией мира Он прорывает архейские гранито-гнейсы и эффузивно-осадочные породы Ловозер-LKoii свиты в центральной части Кольского полуострова Форма массива близка к лополиту (Геохимия Ловозерского , 1966) или трогу с подводящим каналом (Арзамасцев и др . 1998) Породы массива сформированы в несколько интрузивных фаз, часть из которых представ гена в ксенолитах Породы ранних фаз известны только в ксенолитах Автором изуча-шсь породы щфференцированного комплекса, комплекса звдиалшовых луявритов и пор-фировидных туявритов

Дифференцированный комптекс состоит из закономерно сменяющих друг друга в вер-I икальном разрезе уртитов, фойяитов и луявритов, а также переходных разновидностей Мощность комплекса превышает 2400 м (Геохимия Ловозерского , 1966)

Г твными минералами пород дифференцированной сеши являются нефелин, полевой шпат и эгирин Породы характеризуются Ка,„>1 и присутствием характерных для агпаиго-

вы\ пород акцессорных минералов, таких как эвдиалит, ломоносовит, мурманит, лампро-филлит, рамзаит. виллиомит, лопарит и др однако в нижней зоне дифференцированного комплекса ведущую роль играют такие акцессорные минералы, как титанит, ильменит и апатит

Породы комплекса эвдиалитовых луявритов прорывают и перекрывают дифференцированный комплекс Видимая мощность пород комплекса составляет 450 м (Геохимия Ловзер-ского , 1966) Они включают в себя лейко-, мезо- и меланократовые эвдиалитовые чуяври-тн говиты и фойяиты, характеризующиеся еще большим, чем породы дифференцированного комплекса, Ка1П и более широким развитием титано- и цирконосиликатов, которые начинают играть роль породообразующих минералов Среди пород дифференцированного и эвдиали-гового комплексов находятся округлые тела содалитовых сиенитов и тавитов Поздние диф-ференциаты массива - порфировидные луявриты Они залегают в виде секущих жил или со-пасных тинзовидных тел, иногда достигающих мощности сотен метров, но, как правило, не превышающих первых метров Формирование этих пород, по-видимому, связано с сегрегацией интерстициальной жидкости эвдиалитовых луявритов, ее перемещением в ослабленные зоны и последующей эволюцией in situ.

Наиболее поздними образованиями массива являются дайки щелочных лампрофиров. сек> щие все щелочные породы и породы рамы Дайки имеют выдержанное северо-восточное простирание и крутые углы падения (Буссен, Сахаров, 1972, Герасимовский и др , 1966)

Глава 2. Распространение, формы выделения и эволюция химического состава титанита в Ловозерском массиве.

Автором был создан банк данных по составу титанита в различных типах пород (около 1200 анализов).

Главными изоморфными примесями в титанитах являются А1, Fe. F и ОН- группы Содержание фгора в титанитах различного генезиса показано на рис 1.

На рисунке видно, что кривые распределения, характеризующие титаниты из различных пород в средней своей части близки Заме гно меньшие содержания фтора характерны для титанита из гидро-термалитов, заметно большие -

для титанита гранитов Очень высокие содержания фтора (до нескольких процентов) встре-

а>тигенныи

гидротерчалиты

метаморфиты

щеточные породы

граниты

гранодиориты

пегматиты

диориты

12 3 4

Содержание Г, масс %

Рис 1 Распределение содержаний фтора в титанитах различ ного генезиса

0.6 -

0.5 -

04 -

-е- 03 -

•Л.

02 -

0 <1

Габброкды

♦ гранодиоряты 1 монцоннты

* Гранятовды

• Щелочные породы ' Лов(иеро

Щелочные граниты

е:

0.1

0.2

0.4

0.6

0.3 А1, ф.е.

Рис 2 Содержание алюминия и фтора в титанитах из магматических пород

чаю I ся в титан и I ах гранитов и метаморфических пород Для титанитов щелочных пород характерен очень узкий диапазон концентраций содержания фтора 70% анализов попадают в

диапазон от 0 2 до 0 8 масс% Р

Фтор, находящийся в титаните, связан главным образом с вьюаньяитовым компонентом (СаА18104Р) На рис 2 видна положительная корреляция для содержаний алюминия и фтора в титанитах из различных магматических пород Известно, что с повышением щелочности алюминий перераспределяется из ок-таэдрической координации в тет-раэдрическую и начинает проявить исключительно анионные функции (Когарко, 1990) Для щелочных, особенно агпаито-вых. расплавов характерен низкий коэффициент активности Р (Когарко, Кригман, 1981) Оба лих фактора понижают активность вьюаньяитового компонента в щелочной магме

Типоморфное значение имеют и другие элементы примеси, содержащиеся в титаните -) .ля щелочных пород и их дериватов характерны титаниты, обогащенные № - более 0 3 мае %, для титаниюв из других типов пород содержание №гО крайне редко превышает 0 3 мас%

-) богатые танталом и ниобием титаниты (>0 3 % Та и > 2% №>) характерны для гранитных пегматитов, а титаниты, обогащенные ниобием (0 8-2% №>) - для щелочных пород Характерные ХЬ/Та отношения в титанитах для гранитных пегматитов 0 15-1 5, для гранитов 4-8. для щелочных пород 6-20

-) наиболее низкими содержаниями редкоземельных элементов (как правило, менее 0 7 %) характеризуются титаниты и) метаморфитов и гидротермалитов, наибольшими (как правило о г I 5 до 3 %) - из гранодиоритов и гранитов Щелочные породы и гранитные пегматиты в о 1 ношении содержания этих элементов занимают промежуточное положение

В Ловозерском массиве титанит встречается в породах всех комплексов Наиболее разни I лот минерал в нижней зоне дифференцированной серии, где его содержание в отдельных с г>чаях достиг ает 20-25% Эвоподия состава титанита была изучена в разрезе скважины № 904 вскрывающей дифференцированный комплекс более чем на 2 километра Титанит выдстяется в виде хорошо оформленных кристаллов, размером от 0 1 мм до 0 8 мм либо встречается в виде кссроморфных зерен, цементирующих нефелин, КГТТН и темноцветные минералы Титанит дифференцированного комплекса содержит 0 7-2% ^гО. 0 1 -0 5% АЬО?

0 2-2 0% РеО, до 0 6 % БгО, до 1 1% 7x0-1, 0 4-2 з % т2о0.1 -0 6 %

1 а20,, 0 2-2 1% Се2Оэ и 0 1-0 7% Р Установлено, что диапазоны колебаний составов интерстициального и кумулятивного титанита совпадают Ого позволяет рассматривать их эволюцию совместно

В вертикальном разрезе наблюдается тенденция к росту содержаний МЬ. 7т и Бг вверх по разрезу. Содержание А1, Ре, Се и Ьа в этом направлении уменьшается Наиболее ярко эти закономерности проявлены в отношении редкоземельных элементов (см. рис 3)

Таблица 1 Вариации состава в зональных кристаллах титанита дифференцированной серии Ловозерского массива_

ЭЮ. ТА 7гО; А!2О, МпО ЩО СаО SЮ N820 К,0 1а203 Се20, Г -0-К2 Сумма

Пен'р Край 28 12 28 84 36 51 38 98 0 77 0 15 0 26 0 15 2 15 0 64 0 14 0 14 001 0 25 82 24 73 0 0 02 09 1 52 ооз 0 01 03 0 15 1 44 081 1 04 1 03 0 51 0 59 021 0 25 97 82 97 55

Центр Край 29 44 29 88 36 53 38 97 0 87 0 22 0 34 0 16 1 88 0 71 0 11 0 13 24 94 24 44 0 12 0 33 0 91 1 49 04 0 25 1 41 0 94 1 09 0 17 0 34 0 24 0 14 0 1 98 24 97 83

Центр Край 29 37 30 18 36 81 39 4 0 57 021 0 37 0 13 2 01 0 54 0 08 0 16 24 87 24 32 0 13 021 1 21 1 69 0 37 0 16 1 38 0 67 09 1 05 0 47 0 46 02 0 19 98 34 98 99

Пинр край 28 47 29 13 36 84 39 2 0 48 0 11 0 28 0 11 1 6 081 0 07 0 1 0 01 0 02 25 71 24 62 0 0 11 081 1 58 0 01 0 0 42 01 1 63 0 91 1 02 1 12 0 32 0 56 0 13 0 24 97 56 98 28

Для идиоморфных кристаллов титанита характерна зональность' края обогащаются относительно центральных зон N8 и Бг и обедняются Ът, А1, Ре и ИЕЕ (см табл 1).

Таким образом, как вариации состава титанита в вертикальном разрезе, так и зональность отдельных зерен указывают на увеличение в ходе эволюции расплава содержания 5г и уменьшения содержания А1, Ре, Се и Ьа Вариации состава кристаллов на одной глубине сопоставимы с изменением состава в вертикальном разрезе Это свидетельствует о том, что эволюция интеркумулусной жидкости проходит так же глубоко, как и эволюция магмы всего дифференцированного комплекса

Л Н Когарко с соавторами (Кх^агко е1 а1, 2002) был детально исследован состав допарила Ловозерского массива и закономерности его изменения в вертикальном разрезе Ими было обнаружено, что содержание в лопарите Ка, Эг, № и ТИ возрастает вверх по разрезу, а содержание редкоземельных элементов и титана - уменьшается. Таким образом, наблюдайся одинаковая направленность изменения состава лопарита и титанита

Идиоморфизм кристаллов титанита и наблюдаемые закономерности изменения состава титанита в вертикальном разрезе нижней зоны дифференцированного комплекса Ловозер-

2.50 ¡¡Р 2.00

I 1.50

9 X

* 1.00

О 0.50 0.00

♦ Се203

■ и20Э

'" • Линейный (Се203) - " Линеиный (1^203)

500

1000

1500

2000

Глубина от контакта с эвдиалитовым комплексом, м

Рис 3 Эволюция состава титанита в нижней части дифференцированного комплекса

ского массива свидетельствуют о кумулятивной природе титанита Отсюда следует, что магма дифференцированного комплекса была насыщена в отношении титанита на ранних этапах Принцип котек 1 ической насыщенности (Когарко, 1990) позволяет предполагать возможность концентрирования титанита, вплоть до образования титанитовых рул

Глава 3. Минералы группы лампрофиллита

В группу лампрофиллита входят минералы с формулой вида (Ml)2NdM22Ti2[TiHSi207)2]02X2 где Ml- Sr, Ва, К, Na, М2~ Na, Fe, Mn, Mg. Ca, Zn и X—О, ОН, Г Выделяются следующие минеральные виды лампрофиллит, баритолампрофил-тит набалампрофиллит и разновидность баритолампрофиллита обогащенная калием - К- ба-ритолампрофиллит Для лампрофиллита и баритолампрофиллита могуг быть выделены фтор- и гидроксил- доминантные члены

Благодаря кристхтлографическим работам (Woodrow, 1964 Сафьянов и др. 1983. Рас-пветаева и др , 1990, Расцветаева, Дорфман, 1995, Расцветаева и др, 1995, Расцветаева, Чу-канов. 1999) в настоящее время имеется хорошее представление о структуре минералов ]р\пиы лампрофиллита, однако некоторые вопросы изоморфизма в ней остаются нерешенными

Минералы группы лампрофиллита входят в обширное семейство титаносиликатных с под Основу их структуры составляют трехслойные пакеты из центрального триоктаэдри-ческого слоя, заключающего позиции Na, Ti(2) и М(2) и боковых сеток, построенных из ди-oproipynn S12O7. объединенных пятивершинниками Ti(l) Все атомы кислорода триоктаэд-рического слоя за исключением 0(1), входящего в ОН-группу, замещаемую на F и С1, обоб-шесгвтены с титан-кремнекислородными сетками Между этими пакетами находятся атомы, занимающие позицию МП), в основном - стронций и барий

Сташстический анализ банка данных по составам минералов группы тампрофиллита позволил показать, что

1) импрофиллиты в подавляющем большинстве случаев являются стехиометричными минералами,

2) А! находится, в основном, в позиции Si поэтому пересчет анализов минерала должен производиться на 4 формульные единицы Si+Al,

3) С'а находится в основном в позиции М(2), замещая в ней Na, а не в позиции М(1), как это предполагалось ранее (Беляевская, Боруцкий, 1993 и др ),

4) в природе имеется полная серия твердых растворов ряда лампрофиллит-бариiолампрофиллит

[Та основе анализа включенных в банк данных сведений о физических константах и параметрах ячейки минералов группы ¡амирофиллита из различных массивов нами предложены регрессионные уравнения для оценки состава этих минералов по оптическим константам.

удельному весу и параметрам ячейки в виде Sr=12 315-3 3002*d, Ва=4 2434*d-14 501. AI-24 156-13 797*Np Ti=ll 148*Ng-16 975, Fe=!4 695*Ng-25 661, FeNi=22 145*Np-38 334, Fe-„=20,95 l*Ng-36 904, Fer,0 1024*2V-2 9237, K+Ba = 201431*a- 41091 и Ba= 17 764*b -125 36

Обнаружена прямолинейная зависимость параметра элементарной ячейки а от среднего радиуса катионов в межсдоевой позиции Это говорит об отсутствии объемных эффектов смешения в системе твердых растворов лампрофиллитов, что, в свою очередь, свидетельствует в пользу совершенства изоморфизма в этой системе

Согласно наблюдениям автора и литературным данным минералы группы лампрофил-лита встречены в Хибинском, Ловозерском, Ковдороском массивах, массивах Африканда, Нива, щелочном комплексе Турьего мыса (Кольская щелочная провинция), массиве Одихин-ча (Маймеча-Котуйская провинция), Мурунском, Кондерском, Инаглинском, Ылымах, Стрелка, (Алданская провинция), Кокшаровском (Дальневосточная провинция), Бурпалин-lkom (Байкальская провинция), Френчинг (Южно-Гобийская провинция) массивах, массиве Mai нет Ков, в массивах Кордильерской щелочной провинции- Гордон Бьют, Берпо, в лам-профитовых дайках Северного Хайвуда, и комплексе Айс Ривер, в массиве Сент-Илер, в провинции Рэд Вайн, в щелочных комплексах Гардинер (Гренландия) и Сарамби (Бразилия), в массивах Тамазерт и Пилансберг, а также в лавах вулкана Олдонио-Ленгаи и Нижнерейнской провинции Кроме того, лампрофиллит известен в жадеитите района Итогава (Япония)

Таким образом, минералы группы лампрофиллита обнаружены во всех крупных щелочных провинциях мира, в которых известны агпаитовые породы Они обнаруживаются как в массивах с ярко выраженной калиевой (например, Мурунский массив), так и с яркой натровой спецификой, например Ловозерский массив Анализ списка массивов говорит о том, что минералы гр>ппы лампрофиллита связаны с глубоко дифференцированными массивами и формируются в поздних магматическких породах, пегматитах и метасоматитах. Породы, в которых встречается лампрофиллит, агпаитовые и недосыщенные кремнеземом Как правило, главными породообразующими минералами в них являются нефелин и полевой шпат, буферирующие активность SiOî

Схожесть минеральных ассоциаций, в которых установлены минералы группы лампро-филчита в различных массивах, говорит о том, что минералы группы лампрофиллита закономерно возникают на позднемагматической, пегматитовой или гидротерматьной стадиях процесса эволюции щелочной магмы Глубинность, по-видимому, не является фактором, определяющим присутствие или отсутствие этих минералов Обнаружение лампрофиллита в жадеитите района Итогава свидетедьствует о гоч, что в процессах низкотемпературного метаморфизма он стабилен, по крайней мере, до фации голубых сланцев (т е до давления не ниже 7 кбар)

Несмотря на возможность совершенного изоморфизма между стронциевыми и бариевыми членами группы лампрофиллитов, в ряде массивов наблюдается контрастное распределение составов Это деление не всегда совпадает с формальным делением на лампрофиллит и баритолампрофиллит по «правилу 50%»

Для различных массивов характерна смена стронциевых лампрофиллитов бариевыми от более ранних ассоциаций к более поздним Такая эволюция состава, по видимому, обуслов-1сна двумя причинами с одной стороны накоплением бария в расплаве в ходе эволюции магмы, а с друюй стороны - появлением на поздних этапах эволюции минеральных фаз, обладающих бо 1ыпим сродством к стронцию (фосфатов, карбонатов, минералов группы чевке-нита)

Анализ вариаций химического состава лампрофиллитов из различных массивов на диаграмме в координатах К-Яг-Ва (рис 4) показывает, что поля составов заметно перекрываются Можно выделить три группы массивов (это деление надежно производится только по богатым Ва составам)

I М>р> некий массив, 2 - Инаг- 1- Хибины 2 - Нива 3 - Турий 1 - Сарамби, 2 - Олдонио-

линский массив, мыс, 4-7 Ловозерский массив Ленгаи,

3 Ботогол, 4 - Кондерский мае- 4-дифференцированный ком- 3 - Сент-Илер, 4 - Гардинер,

сив, плекс, 5 - эвдиалитовый ком- 5- Гордон Бьют 6- Берпо 7 -

5-Массив Ылычах плекс, 6 - порфировидные ту- Пилансберг 8- массив Инагли,

явриты, 7 - пегматиты (нанесен для сравенния) 8 - массив Инагли (нанесен для сравнения)

Рис 4 Поля составов лампрофиллита из различных массивов мира

Бариюлампрофиллиты и бариевые лампрофиллиты массивов первой группы (Мурун Инат ш, Боготл, Нива. Турий мыс, Олдонио-Ленгаи. Гордон Бьют) обогащены К Во вторую ¡ругш) входят массивы, бариевые тампрофиллиты и баритолам про филлиты которых характеризуются некими со [ержаниями К например. Берпо. Ловозеро и Гардинер Хибинскии массив можно выделить в третью группу, он занимает промежуточное положение

Существует связь между калиевой или натровой специализацией массивов и составом баритолампрофиллита в нем Так, лампрофиллиты Мурунского массива характеризуются наиболее высоким содержанием К, что соответствует геохимической специфике этого массива Однако эта закономерность проявляется не всегда Например, содержание К?0 в нефе-лшштовых лавах Олдонио-Ленгаи (4 38-5 43) близко к содержанию К20 в породах эвдиали-тового комплекса Ловозерского массива (4 60) Однаяо для Олдонио-Ленгаи характерен вы-

сококалиевый Ва-лампрофиллит в то время как для эвдиалитового комплекса - низкокалиевый

По-видимому, состав лампрофиллитов определяется как исходным составом магматической системы, так и физико-химическими факторами - температурой, давлением и фугитив-ностями летучих компонентов, влияющими на термодинамические активности компонентов слагающих лампрофиллит

Вариации состава минералов группы лампрофиллита были детально изучены в породах тифферениированною комплекса комптекса эвдиалитовых луявритов и порфировидных лу-явритах Представительные анализы минералов группы лампрофиллита приведены в табл 2

Таб шца 2 Представительные составы минералов группы лампрофиллита Ловозерского массива__

Номер БЮг ТЮг А120, РеО Мл О МЙО СаО ею ВаО N320 КгО ЫЬ203 Сег03 Р -0~Р2

1 0\ О 34 30 64 30 39 0 27 3 34 1 95 3 18 451 0 44 0 63 15 02 1 10 11 16 0 46 0 45 0 52 1 40 0 59 98 41

469-589 31 81 28 42 0 211 0 29 0 40 10 80 8 74 9 60 0 87 0 52 0 17 1 29 0 54 99 58

521 448 29 97 27 83 0 24 1 97 2 24 0 42 0 74 10 23 12 92 И 38 0 86 0 27 0 56 1 83 0 77 101 46

Л-ОО-ЗО-ц 31 10 29 34 0 18 4 30 2 39 0 76 0 62 15 19 1 05 12 06 0 48 021 0 23 2 85 1 20 101 96

Л-00-30-П 32 89 29 13 021 3 27 3 64 051 0 56 14 49 2 04 11 98 0 55 0 28 0 56 2 56 1 08 103 75

Л-00-30-К 31 16 29 87 0 29 2 29 3 34 029 0 20 ¡3 79 7 91 9 08 0 86 0 07 0 00 1 71 0 72 101 58

I то 163-и 32 51 29 83 0 12 2 77 401 051 0 56 15 43 0 78 11 97 0 45 0 23 0 08 1 61 0 68 101 54

Ьо\о 163-п 31 09 27 61 0 20 1 83 3 30 0 19 0 20 9 53 13 04 11 01 0 87 0 30 0 04 1 41 0 59 101 21

I о\о 163-ь 29 64 25 74 0 25 1 28 2 34 0 08 0 12 3 79 23 34 10 09 1 04 0 58 0 00 1 17 0 49 99 95

Л-01-547 34 90 27 36 0 25 2 80 2 44 0 68 0 66 16 52 0 86 12 24 0 59 0 20 0 24 0 10 0 04 99 84

1-01-549 32 39 29 50 0 13 2 03 3 97 0 38 0 43 15 32 0 79 12 44 0 52 0 35 0 23 0 05 0 02 98 53

Л-01-551 30 95 29 77 0 12 237 3 39 0 20 0 35 16 91 0 98 12 87 0 53 0 63 1 71 0 72 100 78

(вг Ва К Ыа) (Ыа Са Ре Мп) (Т, N6) (Б. А1) Р

1 о\о34 1 22 0 06 0 08 0 64 2 15 0 1 0 1 041 0 39 2 95 0 03 3 96 0 04 0 64

521-448 0 85 071 0 15 03 2 62 0 12 0 1 0 25 0 28 2 77 0 02 3 96 0 04 0 86

464-589 0 85 0 45 0 14 0 56 1 76 0 06 0 07 0 23 0 54 2 67 0 03 3 97 0 03 0 57

1-00-30-и 1 13 0 05 0 08 0 74 2 24 0 09 0 15 0 46 0 26 2 82 001 3 97 0 03 1 28

Л-ОО-ЗО-п 1 01 0 1 0 08 0 8 2 0 07 0 09 0 33[ 0 37 2 64 0 02 3 97 0 03 1 09

Л-00-30-К 1 02 0 39 0 14 0 45 1 78 0 03 0 05 0 24 0 36 2 85 0 3 96 0 04 0 77

I пуо 163-и 1 1 0 04 0 07 08 2 05 0 07 0 09 0 28 0 42 2 75 0 01 3 98 0 02 07

ино !63-п 0 71 0 65 0 14 0 5 2 23 0 03 0 04 02 0 36 2 65 0 02 3 97 0 03 0 64

1-о\о 163-к 0 29 1 22 0 18 031 231 0 02 0 02 0 14 0 26 2 59 0 04 3 96 0 04 0 55

1-01-551 1 24 0 05 0 09 0 62 2 53 0 05, 0 04 0 25 0 36 2 74 0 04 3 98 0 02 0 68

| П1-5Г 1 21 0 06 0 08 0 65 2 06 0 051 0 07 02 031 2 51 0 01 3 97 0 03 0 16

1-01 549 1 13 0 041 0 08 0 74 2 31 0 06 0 07 021 0 43 2 86 0 02 3 98 0 02 0 02

Примечание ШУО 34, 469-589 и 521-448 - дифференцированный комплекс, Л-00-30 и 1,о\и-163 - эвдиалитовый комплекс, ц- центр, п- промежуточная зона, к-край, Л-01-551, Л-01-547 и Л-01-549 - порфировидные луявриты

В дифференцированном комплексе минералы группы лампрофиллита образуют главным образом ксеноморфные выделения между кристаллами породообразующих минералов или замещают лопарит Реже, в крупных интерстициях, встречаются ограненные кристаллы лампрофиллита По составу выделяется три группы лампрофиллитов стронциевые лампрофил-ш гы. высокобариевые лампрофиллиты и баритолампрофитлиты (рис 2) Эти разности отли-

чаются и по составу катионов, занимающих октаэдрические позиции' баритолампрофиллиты характеризуются значительно меньшим содержанием Са, Mg и Мп, чем лампрофиллиты В ряду низкобариевый лампрофитлит-высокобариевый лампрофиллит-баритолампрофиллит наблюдается понижение содержания Бе

В псевдоморфозах по лопариту низкобариевые лампрофиллиты ассоциируют с монаци->ом, мозандритом и эгирином, а высокобариевые - с апатитом, витуситом, ломоносовитом, стенстру пином, церитом, монацитом и беловитом (Ко£агко е1 а1, 2002) Первый тип псевдоморфоз можно назвать щелочным, а второй - ультращелочным. В первом случае стронций и барий входят с состав лампрофиллита, во втором - стронций концентрируется в минералах I р>ппы апатита, а барий - в лампрофиллше В более общем виде аналогичный характер разделения Эг и Ва был показан И В Пековым (2002) на примере пегматитов Хибинского массива.

В эвдиалитовом комплексе лампрофиллит главным образом находится в интерстициях йместе с эгирином Он образует небольшие идиоморфные кристаллы, либо корродирует эги-рин Среди лампрофиллитов эвдиалитового комплекса так же, как и среди лампрофиллитов дифференцированного комплекса, отчетливо выделяются низкобариевые и высококобарие-вые лампрофиллиты и баритолампрофиллиты (рис. 56)

Рис 5 Вариации состава минералов группы лампрофиллита в породах дифференцированной серии (а), эвдиалитового комплекса (б) и порфировидных луявритов (в) Ловозерского массива

От стронциевых лампрофиллитов к бариевым и дальше к баритолампрофиллитам в меж-с шевых позициях увеличивается содержание К и Ва и уменьшается содержание 8г и № В октаэдрических позициях содержание N8 увеличивается, а содержание Са, Mg, Ре и Мп -уменьшается

В некоторых случаях встречаются зональные кристаллы лампрофиллита высокобариевый лампрофиллит в виде каймы обрастает стронциевый лампрофиллит Наблюдаются также кристаллы в которых последоватетьно проявлены зоны стронциевого лампрофиллита. бариевого лампрофиллита и баритолампрофиллита Смена в ходе минералообразующего про-

цссса стронциевого лампрофиллита бариевым является обычной она фиксируется и в других щеточных массивах мира

В юнальных кристаллах от центра к краю >величиваются содержания К. Ва и А1, а со-тержания Ма. М§, Са, Чг и Ре - уменьшаются Содержание Мп, как правило, уменьшается

Вверх по разрезу, эвдиалитового

0 60" 0 51^ 0 4о| озо) 0 20-1 0 10 0 00

0 50 100 150 200 250 300 350 400 Высота от подошвы эвдиалитового комплекса, ч

Рис. 6

Эво иоция лампрофилтита в разрезе эвдиалиговых л>явритов Ловозерского массива

комплекса, мощность которого составляет 350 м, для стронциевых лампрофиллитов наблюдается увеличение содержания Ре (рис 6) Закономерного изменения содержания других элементов не обнаруживается.

Состав лампрофиллитов из пор-фировидных луявритов был изучен на примере залежи порфировидных луявритов г Паргуайв с привлечением данных по составу лампрофиллитов из других тел порфировидных луявритов Ловозерского массива Лампрофиллит представлен стронциевой разностью (рис 5в) Пределы колебаний состава этих лампрофиллитов аналогичны пределам колебания состава низкобариевых лампрофиллитов эвдиалитового компдекса

Были изучены закономерности изменения состава лампрофиллита в вертикальном разрезе (см рис 7) Вверх по разрезу увеличивается содержание Мп и N8 и уменьшается содержание Ре и Mg Закономерною изменения содержания других элементов не обнаруживается

• ■ м-] I

* Мд Са ЛинвйиьЯ (Мд) ЛиноАмй (Са)

—Линвйчый (Мп) —ЛИНВЙНЫЙ(РВ)

Высоти |гт подошвы тела порфировидньн луявритов

Рис 7

Эволюция лампрофиллита в разрезе залежи порфировидных луявритов г Паргуайв

Глава 4. Диаграммы плавкости с участием лампрофиллита

Для определения устовий кристаллизации лампрофиллита в щелочной магме были вы-потнены эксперименты по изучению фазовых сооношений в системах тампрофиллит-нефелин, лампрофиллит-кремнезем и лампрофиллит-баритотампрофиллит

Исходным веществом служили природные образцы лампрофиллита и баритолампро-филлита из пегматитов Маломурунского (Алдан), Ловозерского и Хибинского (Кольский полуостров) массивов, кремнезем и искусственное стекло, по составу отвечающее нефелину КаА18Ю4

Таблица 3 Составы исходных веществ, использованных в экспериментах.

Lam X-Lam M-Lam Ne

Si02 31 78 33 32 29 72 42,30

Ti02 29 49 23 99 28 55

AI203 0 17 0 24 0 23 35,88

FeO 2 15 4 33 3 26

MnO 4 02 0 89 2 23

МдО 0 63 1 14 0 39

CaO 0 87 1 09 1 29

SrO 15 05 6 42 6 57

BaO 1 05 13 88 16 15

Na20 12 07 10 87 8 60 21,81

K20 0 49 1 40 2 48

Nb205 0 21 0 12 0 07

F 2 05 2 50 1 04

Сумма 100 03 100 19 100 58

Ba/Sr 0 05 1 46 1 66

Примечание I аш-лампофиллит из пегматита г Лепхе-Нельм, Ловозерский массив, X-Lam -тампрофиллит из пегматита, Хибины, M-Lam - лампрофиллит из пегматита, Мурунский массив, Ne - искуственое стекло нефелинового состава (состав по синтезу).

Эксперименты проводились закалочным методом в вертикальных электрических печах с нихромовым платиновым нагревателями Шихты запаивались в платиновые капсулы Выдержка составляла от 5 до 360 часов Равновесие достигалось в ряде опытов «сверху» и «снизу», в других только «сверху». Результаты экспериментов изучались в иммерсионных препаратах и методом рентгеноспектрального микрозондоваго анализа. В препаратах наблюда-тись стекло, лампрофиллит (Lam), нестехиометричный таусонит Sr|.xNaxTi03.x/2 (Per), рутил (Ru), фрейденбергит (Freu), нефелин (Ne) и недиагностированная фаза. Состав фрейденбер-гита Nai «,Sr004К0 oiFeo 6sMn0 35Mgo 16T17 00 - Nai ^Sro 02K0oiFeo 9lMn02sMgo |7Ti6 5! близок к вы-сокоти ганистому фрейденбергиту, описанному в дайках щелочных сиенитов Катценбукель-ского вулкана Штеле с соавторами (Stähle et al, 2002)

Фазовые соотношения в системе приведены на рисунке 8

Чистый лампрофиллит инконгруэнтно плавится при температуре около 860-870°С с об-раюванием расплава, таусонита, фрейденбергита и рутила Полное плавление достигается при температуре около 1100°С При охлаждении расплава первой среди титанистых фаз кристаллизуется таусонит, затем - рутил и фрейденбергит и, наконец, лампрофиллит Ликвидус-пые кривые таусонита и фрейденбергита имеют форму пологого купола с вершинами при 1200° и 1050°С соответственно Такая форма поверхностей связана с псевдобинарностью исследованной системы Экстраполяция линий ликвидуса нефелина и лампрофиллита позво-

1050

1 +Pei

1150

L- расплав Per - тауеоннт Ru - ругал

Frey - фрейденбергит Ne - нефелин Lam • тампрофи 1ли t

ляет оценить температуру минимума совместной кристаллизации лампрофиллита и нефелина в исследованной системе в субликвидус -ной области как 790 °С

На диаграмме плавкости выделяется 7 об-

ластей

750

0% Ьаш

Рис 8 Диаграмма плавкости лампрофиллит-нефелин

20%

40%

Wass% oepbeline

60%

80%

100

ГСе

Поле Ь однофазное Вещество представлено расплавом, при закалке

превращающемся в прозрачное стекло

Область Ь+Рег характеризуется двухфазным равновесием таусонит + расплав Таусонит яв-тяется первой кристаллизующейся фазой во всем исследованном диапазоне составов В области ^Рег^-Яи наблюдается трехфазное равновесие между расплавом, таусонитом и рутилом

В области Ь+Рег+Ргеи - трехфазное равновесие расплав-таусонит-фрейденбергит Поле Ь+Рег+Ке характеризуется трехфазным равновесием расплав-таусонит-нефелин Че гырехфазное поле Ь+Рег+Ргеи+Ые отделено от поля Ь+Рег+Ые линией появления фрей-денбергита Нижняя граница этого поля не определена из-за склонности богатых нефелиновым компонентом расплавов к стеклованию

Четырехфазное поле Ь+Рег+Ргеи+Яи характеризуется равновесием расплава с фрейденберги-том таусонитом и рутилом Оно отделяется от вышележащего поля Ь+Рег+Яи линией появ-[ения фрейденбергита, а от поля Ь+Рег+Ргеи линией появления рутила Снизу поле ограничено линией появления лампрофиллита. ниже которой расположено поле, где лампрофиллит сосуществует с расплавом

Рассмотрение диаграммы плавкости показывает, что по мере снижения температуры ти-танаты и оксиды сменяются титаносиликатами Аналогичная ситуация наблюдается в природе например, в Ловозерском массиве, где наблюдается замещение лопарита лампрофилли-том и баритолампрофиллитом

Добавление к лампрофиллиту 10 масс % кремнезема резко меняет порядок кристаллизации Наиболее высокотемпературной фазой, кристаллизующейся из расплава, состав которого соответствует смеси 90 мае % лампрофиллита с 10 мае % кварца оказывается не таусонит. а рутил Он остается единственной кристаллической фазой до температуры около 975°С. при которой начинает кристаллизоваться таусонит При температуре ниже 900° вместо рутила

присутствует силикатная фаза, близкая по составу к минералам группы лабунповита Эта фаза образует вытянутые кристаллы, иногда - занимаег промежутки между зернами лампро-филтита и кварца Это позволяет объяснить отсутствие минералов группы лампрофиллита в ще гачных гранитах и их производных тем, что в присутствии кварца более устойчивы другие титаносиликаты натрия и щелочноземельных металлов - минералы группы лабунцовита

Опыты по плавлению бариевого лампрофиллита и баритолампрофилита показали, что они. так же как стронциевый лампрофиллит, плавятся инконгруэнтно Инконгруэнтное плавление начинается при температуре около 800° С Среди продуктов, инконгруэнтного плавления бариевого лампрофиллита и баритолампрофиллита обнаруживаются таусонит. титанат бария и железа, два титаносиликата бария и стронция, один из которых близок к минералам 1руппы лабунцовита, и стекло Кроме того, присутствует лампрофиллит более стронциевого состава, чем исходный Для исходного состава, соответствующего баритолампрофиллиту Мурунского массива (VI-Lam), он исчезает при температуре 861°

(I 02 DJ 06 08 I

Ba/Sr отношение в стекле мольн

Рис 9 Зависимость состава лампрофилита от состава равновесного с ним расплава Размер значка пропорционален стронциевости лампрофиллита Темно- серые значки - эксперимент, свегло-серые - данные по Олдонио Ленгаи (Dawson, Hill, 1998)

В экспериментах с бариевым лампрофиллитом, смесями лампрофиллит-нефелин и лам-профиллит-кремнезем наблюдается равновесие между лампрофиллитом и расплавом Это позволяет изучи ib распределение компонентов между лампрофиллитом и равновесным с ним расплавом На рис 9 показано соотношение между содержанием ряда компонентов в тампрофиллите и расплаве Для сравнения на эти рисунки вынесены данные Давсона и Хил-та (Dawson, Hill, 1998) для лампрофиллита и стекла из комбеитового нефеленита Олдонио Ленгаи На графиках видно хорошее соответствие между природными и экспериментальными данными Наклон прямых, наилучшим образом описывающих данные, представляет собой опенку коэффициента распределения между лампрофиллитом и расплавом Величины эгих коэффициентов показывают, что лампрофиллит обеднен относительно расплава К и Fe и обогащен Mg Лампрофиллит харак(еризуется более низким отношением Ba/Sr, чем равновесный с ним расптав Это находится в соответствии с большей легкоплавкостью барито-тампрофиллита и с наблюдаемым в большинстве природных объектов направлением эволюции состава этой фазы' от лампрофиллита к баритолампрофиллиту

Глава 5. Условия формирования титанита и минералов группы лампрофиллита в породах Ловозерского массива

Механизм образования пород Ловозерского массива и причины формирования рассло-енности. многократно обсуждались в литературе (Елисеев, Федоров, 1953, Буссен, Сахаров 1972 Геохимия Ловозерского, 1979 и др) На настоящий момент наиболее обоснованной точкой зрения является то, что формирование пород массива происходило путем гравитационной седиментации кристаллов из конвектирующей магмы на дно магматической камеры Эю позволяет выделять два принципиально различных этапа минералообразования в каждой и? пород на более раннем этапе минералы взвешены в конвектирующей магме В этот момент их можно рассматривать как находящиеся в равновесии со всей массой конвектирующей магмы Второй этап минералообразования начинается сразу посте осаждения кристал-тов на дне камеры и их перекрытия вышележащим слоем При этом кристаллы уже не могут быть равновесны со всем объемом магматической камеры, а их рост продолжается за счет м\ваченной интерстициальной жидкости Различие этих этапов является чрезвычайно важным с точки зрения рудообразования, поскольку согласно принципу котектической насыщенности, разработанному (Когарко, 1990) эффективная концентрация на магматическом этапе (кумуляция) минерала возможна только при условии его ранней кристаллизации, когда активны процессы конвекции и седиментации Ранняя насыщенность магматического рас-п ива в отношении рудной фазы определяет потенциальную рудоносность интрузивных пород

Идиоморфный характер кристаллов титанита и наличие значительно обогащенных титанитом пород (содержащих до 20-25% титанит) свидетельствует о том, что магма, из которой

кристаллизовались породы нижней части дифференцированной серии была насыщена по отношению к титаниту

Зональность кристаллов титанита говорит о том, что в ходе эволюции расплава титанит, равновесный с расплавом, обогащается Na и Sr и обедняется Zr, Al, Fe и REE В вертикальном разрезе дифференцированной серии наблюдается тенденция к увеличению содержания в титаните Nb, Zr и Sr вверх по разрезу Содержание Al, Fe, Се и La в этом направтении уменьшается Таким образом, в обоих случаях в ходе эволюции расплава происходит увеличение содержания в титаните Sr и уменьшения содержания Al, Fe, Се и La 1 акая аналогия эволюции состава титанита подтверждает, что магма дифференцированного комплекса Ловозерского массива была насыщена в отношении этого минерала на ранних этапах, что определяет его потенциальную перспективность на титанитовое оруденение

Сопоставимость вариаций химического состава титанита на одной глубине с вариациями состава этого минерала в вертикальном разрезе свидетельствует о том, что эволюция интер-кумулусной жидкости проходит так же глубоко, как и эволюция магмы дифференцированного комплекса в целом Об этом же говорит и наличие в интерстициях пород нижней части дифференцированной серии таких минералов как эвдиалит и лопарит, становящихся кумулятивными фазами в породах, кристаллизовавшихся из более дифференцированного расплава

Формы выделения лампрофилчита в породах Ловозерского массива (см выше) указывают на его сравнительно позднюю кристаллизацию

Зональность кристаллов лампрофиллита, проявлена в уведичении от центра к краю содержаний в К, Ва и А1, и уменьшении содержаний Na, Mg, Са, Sr и Fe Поведение главных для лампрофиллита компонентов увеличение содержания в лампрофиллите Ва и уменьшение - Sr хорошо объясняется большей легкопдавкостью баритолампрофиллита по отношению к стронциевому лампрофиллиту Данные В И Герасимовского с соавторами (Геохимия Ловозерского 1966) по количественному минеральному составу пород комптекса эвдиа-титовых луявритов и порфировидных луявритов и содержании в них Sr и Ва показывают, что дчя этих элементов лампрофиллит является главным минералом - концентратором Поведение остагьных элементов, очевидно, должно объясняться кристаллизацией породобра-зующих минералов, поскольку роль лампрофиллита в их балансе ничтожна Таким образом, эволюция состава лампрофиллита в микромасштабе объясняется процессом кристаллизационной дифферноциации

Изучение вариаций состава лампрофиллита в вертикальных разрезах показало, что вверх по разрезу комплекса эвдиадитовых луявритов в лампрофиллите увеличивается содержание Fe, а в порфировидных луявритах в лампрофиллите вверх по разрезу увеличивается содержание Vin и уменьшаются содержания Mg, Fe и Са Содержание Sr и Ва в лампрофил-1ше в обоих случаях остается постоянным Таким образом, закономерности изменения со-

става лампрофиллита в вертикальном разрезе сложно объяснить процессом кристаллизационной дифференциации

Стоистая структура лампрофиллита делает его непригодным для исследования расплав-ны\ и флюилных включений Однако изучение первичных включений в породообразующих минералах дает косвенную информацию об условиях его образования

Большой объем данных по гомогенизации расплавных включений в породообразующих минералах эвдиалитовых луявритов Ловозерского массива был получен Б П Романчевым Л Н Лазуткиной и Л Н Когарко (Когарко и др 1988, Романчев, 1974) Для полевого шпата интервал температур гомогенизации составляет 850-860°С. для нефелина - 830-850°С ч !я звдиалита 800-850°С, а для эгирина - 800-820°С

Проведенные эксперименты пока;ывают, что при температуре ниже 875° лампрофиллит може I кристаллизоваться из расплава Его совместная кристаллизация с нефелином возможна при температуре не выше 790° В более сложных природных системах с большим количеством компонентов лампрофиллит будет кристаллизоваться при еще более низких температурах

Сопоставление данных по температуре гомогенизации включений в породообразующих минералах эвдиалитовых луявритах с результатами изучения диаграммы плавкости лампро-филлит-нефелин говорит о том, что лампрофиллит кристаллизовался позже кумулусных минералов эвдиалитовых луявритов

Использование полученных нами коэффициентов распределения ряда элементов между лампрофиллитом и расплавом позволяет оценить их содержание в расплаве, из которого лампрофиллит кристаллизовался Из таблицы 4 видно, что рассчитанный расплав, из которою кристаллизовался лампрофиллит, более дифференцирован, по сравнению с составом пор-фировидных луявритов Это значит, что лампрофиллит не равновесен с исходным расплавом порфировидных луявритов Он мог кристаллизоваться в порфировидных луявритах только после значительной кристаллизации породы

Таким образом по-видимому, лампрофиллит кристаттизовался после того, как ма! «этическая камера была заполнена кристаллической массой, из интерстициально! о расплава Это говорит о том, что Ловозсрский массив не перспективен на лампрофиллитовое оруднение

Таблица 4 Оценка содержания некоторых элементов в расплаве, из которого кристал-_лизовался лампрофиллит порфировидных луявритов_

Коэффициент распределения Лампрофиллит расплав Среднее содержание в лампрофилтите порфировидных луявритов Опенка содержания в расплаве Среднее содержание в порфировидных луявритах*

MgO 1 29 0 46 041 081

FeO 0 16 0 37 16 00 8 25**

Vfnü 1 08 2 05 3 05 1 06

К,О 0 25 051 2 08 4 20

* По данным (Буссен, Сахаров. 1972) ** все железо пересчитано на РеО

Систематическое изучение кумулятивных минералов в масштабе расслоенных комплексов Ловозерского массива показывает закономерное изменение их состава, отражающее эволюцию конвектирующей магмы Помимо изучения состава титанита, предпринятого в этой работе, можно отметить работы, показавшие: для лопарита - увеличение концентраций в Иа, вг ЫЬ и ТЪ и уменьшение содержаний ИЕЕ и "П вверх по разрезу (Ь^агко е! а!, 2002), для эгирина - увеличение содержания Ре3+ и Т1 и уменьшение содержания Са (Когарко, 2002), для эвдиалита - увеличение содержаний Мп, N8, Яг и С1 и уменьшение концентраций Ре и в (К^агко. 2005) Таким образом, к моменту формирования лампрофиллита процесс кристаллизационной дифференциации сформировал закономерно изменяющийся по вертикали состав твердой фазы.

Известно, что в расслоенных массивах, в том числе в Ловозерском, широко развиты процессы перекристаллизации и переуравновешивания первично сформированных минералов с интерстициальным расплавом. Эти процессы являются следствием того, что при остывании кристаллического осадка первичные кумулятивные фазы становятся неравновесными с эволюционировавшим интерстициальным расплавом Это приводит также к развитию по эгирину амфибола, к пертитовому распаду полевых шпатов, к развитию по нефелину и полевому шпату содалита, анальцима и альбита Результатом этого процесса является локальное перераспределение компонентов, фиксирующееся в вариациях состава минералов, в пределах ритма, не объясняющихся с позиций простой конвективно-седиментационной модели ("Векслер, 1989) Очевидно, что состав минералов, образующихся в этом процессе иди кристаллизующихся из интестициального расплава во время этого процесса должен зависеть от состава ранних твердых фаз Таким образом, поскольку формирование лампрофиллита проходило из интерстициального расплава на фоне переуравновешивания раннемагматических минералов с остаточным расплавом, можно предположить, что первичная гетерогенность их состава должна была фиксироваться в составе лампрофиллита Эго может быть объяснением того факта, что состав лампрофиллита закономерно меняется ввер!?ам|янрез$1аправление изменения состава лампрофиллита в эвдиалитовых и в порфиро-видных луявритах может быть объяснено разницей в пропорции кумулятивных фаз Известно. что по мере дифференциации магмы Ловозерского массива происходило накопление темноцветной составляющей об этом говорят как данные по среднему химическому составу, так и данные по среднему модальному составу пород (Геохимия Ловозерского. ., 1966, Бус-сен, Сахаров, 1972) Поэтому доля эгирина в общей массе кумулятивных фаз в порфировид-ных луявритах существенно больше, чем в эвдиалитовых Если в эвдиалитовых луявритах происходит постепенное накопление темноцветной составляющей и содержание железа увеличивается вверх по разрезу, то в порфровидных луявритах доля эгирина среди кумулятивных фаз велика и эволюция расплава выражается не в накоплении железа, а в изменении

пропорций элементов, изоморфно входящих в этирине в позиции, занимаемые натрием и железом

Петрографические наблюдения показывают, что преобразование первичных минералов проходило в несколько стадий Наиболее ранним минералом, развивающимся по полевому шпагу, является альбит, сначала шахматный, потом - лейстовый Альбит и нефелин замещается содалитом, содалит, альбит и нефелин - анальцимом, а анальцим, и перечисленные ранее минералы - цеолитами Такой ступенчатый характер процессов изменения полевых шпатов приводит к сложной эволюции содержания стронция и бария в минералообразующей среде Это позволяет объяснить резкую смену состава минералов группы лампрофитлита в ходе формирования пород

Заключение

Цель проведенных исследований состояла в изучении условий образования минералов титана (титанита и минералов группы лампрофиллита) в щелочных породах В качестве природного полигона для исследований был выбран Ловозерский щелочной массив Он является классическим объектом для изучения геохимии щелочных пород, поскольку этот высоко-дифференцированный массив представляет пример прекрасной магматической рассяоенно-сги

Для того, чтобы исследовать закономерности изоморфных замещений в изучаемых минералах были созданы банки данных по составам титанита и минератов группы лампрофил-тита и проведен их детальный корреляционный анализ Помимо уточнения изоморфзма этот анализ позволил показать связь состава этих минералов с их физическими константами и условиями образования

В ходе проведенных работ был детально изучен состав титанита и минералов группы шмпрофилтита в породах Ловозерского массива и проведен анализ зависимости их состава от потожения в вертикальном разрезе, являющегося в данном случае показателем степени дифференцированности породы

Были проведены экспериментальные исследования, в ходе которых впервые изучены диаграммы плавкости с участием лампрофиллита: лампрофиллит-нефелин лампрофиллит-баритолампрофиллит и лампрофиллит-кремнезем Хотя эти системы являются упрощенными модельными, их изучение позволило доказать возможность кристаллизации лампрофит-1и г а из расплава, оценить важные реперные температуры фазовых переходов показать зависимость состава лампрофиллита от состава расп шва и объяснить отсутствие лампрофиллита в щелочных гранитах

танита, являющегося ранним, ликвидусным минералом, участвующим в процессах седиментации и образующим кумулятивные скопления, и лампрофиллита, не являющимся ликвидусным минералом в породах массива Щелочная магма Ловозерского массива становится насыщенной в отношении лампрофиллита на поздних стадиях, когда процессы гравитационной дифференциации и конвекции затруднены Таким образом, Ловозерский массив, по-видимому, перспективен на титанитовое оруденение, но не перспективен на лампрофиллито-вое оруденение

Результаты работы могут быть использованы для построения численных моделей формирования массива и разработки комплексной модели эволюции щелочной магмы

Публикации по теме диссертации:

1 Зайцев В.А., Когарко Л Н Составы минералов группы лампрофиллита из щелочных массивов мира. Геохимия, 2002, № 4 с 355-364.

2 Зайцев В А , Кригман Л.Д , Когарко Л Н Плавление лампрофиллита при атмосферном давлении Электронный научно-информационный журнал «Вестник Отделения наук о Земле РАН» №1(21) 2003

URL http7/www scgis ru/russian/cpl251/h_dgggms/l-2003/informbul-l/magm-3.pdf URL http //www scgis ru/russian/cpl251/h_dgggms/l-2003/informbul-l/magm-3e pdf

3 Зайцев В А., Кригман Л Д , Когарко Л Н Экспериментальное изучение диаграммы плавкости лампрофиллит-нефелин Электронный научно-информационный журнал «Вестник Отделения наук о Земле РАН» 2004

4 Зайцев В.А , Кригман Л Д , Когарко Л.Н Сенин В.Г. Плавление минералов группы лампрофиллита зависимость температуры плавления от состава и распределение компонентов между лампрофиллитом и расплавом Электронный научно-информационный журнал «Вестник Отделения наук о Земле РАН» 2004

5 Зайцев BAO численной зависимости параметров элементарной ячейки минералов группы лампрофиллита от состава в межслоевой позиции // Кристаллография, 2005, №2 сс. 240242

6 Зайцев В А . Когарко Л Н , Чуканов Н В Банк данных по соствам лампрофиллита из щелочных массивов Мира Труды научной школы Щелочной магматизм Земли., М 2001 сс 3233

7 Зайцев В А , Когарко Л Н О взаимосвязи между соством и свойствами лампрофиллитов Тр\ды научной школы Щелочной магматизм Земли , М 2001. С. 33-34

8 Зайцев В А . Когарко Л Н. О типоморфизме химического состава минералов группы лампрофиллита Тезисы докладов годичной сессии ВМО, М 2001, сс 67-68

9 Зайцев В А , Сенин В Г , Когарко Л Н Эволюция состава лампрофиллита в разрезе эвдиа-литового комплекса Ловозерского массива Материалы годичной сессии школы Щелочной

\М1 матизм Зем™ и Всероссийского семинара с участием сгран СНГ Геохимия магматических пород М , 2002 сс 42-43.

10 Зайцев В Л , Вильяме Т С . Когарко Л II Эволюция состава сфсна в вертикальном разрезе дифференцированного комплекса Ловозерского массива Материалы годичной сессии школы Щелочной машашзм Земли и Всероссийского семинара с участием стран СНГ Геохимия магматических пород М , 2002 сс. 43-44.

11 Зайцев ВАС численной зависимости параметрв элементарной ячейки минералов группы ымпрофиллита от состава в межслоевой позиции // Минералогические музеи Материалы IV

Международного симпозиума по истории минералогии и минералогических музеев, минералогии. хеммологии. кристаллохимии и кристаллогенезису СПб НИИЗК СпбГУ, 2002 сс 245-246

12 Зайцев В А , Кригман Л Д Когарко Л Н Плавление лампрофиллита при атмосферном давлении Тезисы докладов Ежегодного семинара по экспериментальной минералоши, петрологии и геохимии 22-23 апреля 2003 г с 22

13 Зайцев В А , Сенин В Г , Когарко Л Н Эволюция состава лампрофиллита в разрезе залежи порфировидных л>кявритов г. Паргуайв (Ловозерский массив)// Геохимия магматических пород Труды XXI Всероссийского семинара и школы Щелочной магматизм Земли 3-3 сентября 2003 г Апатиты сс. 60-61

14 Zaitse\ V A Krigman L D Kogarko L N Pseudobinare phase diagram lamprophylhte -nephehne // EMPG-X Symposyum Abstracts/Lithos 73 (2004) s 122

15 Зайцев В A , Кригман Л Д . Когарко Л Н Экспериментальное исследование диаграммы п твкости лампрофиллит-нефелин Тезисы докладов Ежегодного семинара по экспериментальной минералогии, пехрологии и геохимии 20-21 апреля 2004 г с 25

16 Зайцев В А , Кригман Л Д , Когарко Л Н Экспериментальное исследование плавления минералов группы лампрофиллита Тезисы докладов Ежегодного семинара по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии 20-21 апреля 2004 г с 26

17 7aitsev V A Krigman L D Kogarko L N Melting of lamprophylhte group minerals experimental data and natural applications// Pre-Prmt Micro- and Mesoporous Minerasl Phases. Academia Nazionale dei Lincei, Rome. December 6-7, 2004, pp 317-320

18 Zaitsev V A Krigman L D Kogarko L N Phase relationship m systems with lamprophylhte group minerals evidence from experimental data // Peralkaline rocks Sources, economic potential and evolution from alkaline melts Abstract Volume of PFRALK workshop Tübingen, Germany, Match 4-6, 2005

19 Зайцев В А О парагенезисе кварц+лампрофилит // Труды Всероссийско!о семинара '<Геохимия магматических пород» и школы «Щеточной магматизм Земли, Москва, 26-27 апрлея 2005, сс 55-57

Ц1 0 56 3

РНБ Русский фонд

2006-4 8244

Отпечатано на ризографе в ОНТИ ГЕОХИ РАН Тираж ! 00 экз.

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Зайцев, Виктор Анатольевич

Введение.

Глава 1. Строение Ловозерского массива.

1.1. Общая схема Ловозерского массива.

1.2. Петрографическое описание исследуемых пород.

Глава 2. Распространение, формы выделения и эволюция химического состава титанита в Ловозерском массиве.

2.1. Титанит - распространенность, кристаллохимические свойства, типоморфизм.

2.2. Распространенность и химический состав титанита в различных комплексах пород Ловозерского массива.

Глава 3. Минералы группы лампрофиллита.

3.1. Общие сведения о лампрофиллите: структура и возможные изоморфные' замещения.

3.2. Влияние химического состава минералов группы лампрофиллита на физические константы и параметры элементарной ячейки.

3.3. Минералы группы лампрофиллита в породах Ловозерского массива.

3.4. Распространенность и особенности состава минералов группы лампрофиллита в щелочных массивах мира.

Глава 4. Диаграммы плавкости с участием лампрофиллита.

4.1. Лампрофилл ит-нефелин.

4.2. Лампрофиллит-кремнезем.

4.3. Зависимость температуры плавления лампрофиллита от его состава.

Глава 5. Условия формирования титанита и минералов группы лампрофиллита в породах

Ловозерского массива.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Особенности химического состава и условия образования титанита и минералов группы лампрофиллита в Ловозерском массиве, Кольский полуостров"

Неослабевающий интерес к щелочным породам экономически обусловлен повышенным содержанием в них некогерентных редких элементов. С этими породами связаны суперкрупные месторождения редких металлов (Nb, Та, REE) и фосфора. Концентрации многих редких элементов, в щелочных породах настолько высоки, что в будущем они, несомненно, будут представлять экономический интерес.

Одной из геохимических особенностей щелочных пород Кольского полуострова является повышенное содержание титана. Формирование минералов титана в щелочных магмах (ильменита, титанита, лопарита, мозандрита и др.) определяет геохимию многих редких элементов, одни из которых замещают титан в октаэдрах, другие - занимают собственные позиции в титанистых минералах. Минералогия титана в щелочных породах очень разнообразна. Это позволяет использовать формы нахождения титана как индикатор условий образования пород.

Наиболее ценным минералом — концентратором титана, а также Nb, Та и REE в Ловозерском массиве является лопарит. Условия формирования лопарита и лопаритовых руд рассмотрены в работах (Kogarko et al., 2002, Векслер, 1989, Буссен, Сахаров, 1972, Елисеев, Федоров, 1953 и др.)

Настоящая работа посвящена исследованию других минералов - концентраторов титана: титанита и минералов группы лампрофиллита и их химической эволюции в процессе дифференциации Ловозерской щелочной интрузии. Выбор этих минералов обусловлен их широкой распространенностью в щелочных породах. В балансе титана в большинстве пород Ловозерского массива они являются главными минералами - концентраторами этого элемента. Однако состав этих минералов, условия их кристаллизации и особенности парагенетических ассоциаций исследованы недостаточно. .

В ходе эволюции щелочной магмы Ловозерского массива, кристаллизация которого, по мнению ряда исследователей (Kogarko et al., 2002, Геохимия Ловозерского., 1966), была направлена снизу вверх, титанит предшествует появлению промышленно важного минерала лопарита, а минералы группы лампрофиллита являются обычной частью замещающих лопарит агрегатов. Содержание лампрофиллита значительно увеличивается в самых верхних зонах массива.

Цель и задачи исследования:

Целью работы являлось изучение главных минералов-концентраторов титана титанита и минералов группы лампрофиллита) в Ловозерском массиве как индикаторов условий минералообразования в процессах, формирующих этот высокощелочной массив.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи: создание банков данных по составу титанита и минералов группы лампрофиллита;

- изучение вариаций состава титановых минералов в природе и выявление факторов, контролирующих эту изменчивость;

- исследование форм выделения, парагенезисов и химической эволюции минералов в ходе дифференциации щелочной магмы Ловозерского массива;

- экспериментальные исследования равновесий титановых минералов в щелочных расплавах.

Объекты исследования:

Объектом исследования являлись породы дифференцированной серии, комплекса эвдиалитовых луявритов и порфировидные луявриты Ловозерского массива (Кольский полуостров). Эти породы, в отличие от более ранних нефелиновых и нозеановых сиенитов, находятся в массиве в ненарушенном залегании, поэтому возможен достоверный анализ как временных соотношений между различными геологическими телами, так и между породами одного геологического тела. Особенностью Ловозерского массива является хорошо выраженная магматическая раслоенность. Это озволяет рассмотреть эволюцию химического состава минералов- концентраторов титана в вертикальных разрезах различных интрузивных комплексов Ловозерского и выявить тренды состава этих минералов в процессе дифференциации расслоенного Ловозерского массива.

Кроме того, именно породы дифференцированной серии и комплекса эвдиалитовых луявритов представляют наибольший экономический интерес. В них были разведаны редкометальные месторождения (лопаритовые, лопарит-эвдиалитовые, эвдиалитовые). Лопаритвые месторождения в настоящий момент разрабатываются.

Фактический материал и методика исследований

В основу работы лег материал, собранный автором в ходе экспедиций на Ловозерский массив в 1999, 2000, 2001 и 2003 годах. В меньшей мере - материал из коллекций лаборатории геохимии щелочных пород ГЕОХИ РАН. Часть каменного материала, использованного в работе, была любезно предоставлена автору Н.В. Владыкиным, А.А. Арзамасцевым, Э.М. Спиридоновым и В.И. Фельдманом.

Основное внимание было сосредоточено на породах двух главных интрузий Ловозерского массива: дифференцированной серии и комплексе эвдиалитовых луявритов, а также порфировидных луявритах Ловозерского массива. Эти породы находятся в массиве в ненарушенном залегании, поэтому возможен достоверный анализ как временных соотношений между различными геологическими телами, так и между породами одного интрузивного комплекса. Хорошо выраженная магматическая расслоенность массива позволяет рассмотреть эволюцию химического состава минералов- концентраторов титана в вертикальных разрезах различных интрузивных фаз и выявить тренды состава этих минералов в процессе дифференциации Ловозерского массива.

В ходе работ было изучено более 100 образцов Ловозерского масива, а также около 20 образцов из других массивов.

В ходе экспедиций были собраны коллекции пород комплекса эвдиалиовых луявритов и порфировидных луявритов а также штуфы из пегматитов различных частей массива. Кроме того, были охарактеризованы разрезы комплекса эвдиалитовых луявритов на г. Кедыкверпакх и порфировидных луявритов на г. Паргуайв. Положение исследованных разрезов показано на Рис. 1. Разрезы взяты по коренным обнажениям.

Разрез дифференцированной серии изучался по скважине 904, опробованной сотрудниками лаборатории Геохими щелочных пород ранее.

Материал изучался макроскопически, и микроскопически, в протолочках и микрозондовых шлифах.

Микроскопическое изучение в шлифах проводилось стандарными пертрографическими методами на микроскопах ПОЛАМ Л-213 и Olimpus BX-51 (просмотрено более 100 шлифов).

Химический состав минералов определялся методом электронно-зондового микроанализа на приборах Camebax microbeam при 15 kV и 40 пА (получено более 500 анализов) совместно с электронно-микроскопическим изучением в 2000-2004 гг. Аналитик В.Г. Сенин.

Стандарты и хактеристические линии приведены в Табл. 1

Табл. 1

Стандарты и аналитические линии, использованные при микрозондовом анализе.

Элемент Линия Стандарт

Ва La BaS04

Ti Ka Перовскит

Мп Ka MnTi - стандарт

Fe Ka Андрадит

Si Ka Ортоклаз

A1 Ka Ортоклаз

Mg Ka Оливин

Na Ka Альбит

F Ka Апатит

Sr Ka Синтетическое стекло

Nb Ka Синтетическое стекло

К Ka Ортоклаз

Ca Ka Апатит

Расчет весовых концентраций элементов включал в себя процедуру ZAF- коррекции.

Пересчет анализов минералов группы лампрофиллита производился на 4 атома Si+Al с контролем по сумме катионов (выбор методики пересчета обоснован в посвященном этим минералам разделе). Анализы, сумма катионов которых отличалась от теоретической более чем на За (стандартное отклонение), не рассматривались. Анализы, для которых сумма формульных количеств Sr, Ва и К превышала 2 формульные единицы более чем на 0.2, также считались неудовлетворительными и не рассматривались.

Анализы титанита пересчитывались на 1 атом Si, после чего все анализы, для которых сумма катионов составляла менее 2.85 или более 3.2 были удалены как некачественные. Были удалены также анализы, для которых сумма катионов, занимающих позицию Са или Ti, была менее 0.88 ф.е. Таким образом, был получен равномерный эллипс рассеяния анализов в координатах сумма катионов в позиции Са-сумма катионов в позиции Ti. Обоснование выбора данной методики приведено в разделе, посвященном титаниту.

Рентгенограммы минералов были сняты на дифрактометре ДРОН с фиксацией спектра на бумажном носителе (4 рентгенограммы). Условия съемки: Cu-антикатод, скорость съемки 1 "/минуту. Оцифровка рентгенограмм производилась вручную. Расчеты параметров элементарной ячейки были выполнены с использованием программ IND и Krist.

Для изучения особенностей изоморфизма в структуре титанита и минералов группы лампрофиллита и исследования их типохимизма автором были созданы электронные банки" данных по составам этих минералов.

В банк данных были включены анализы, опубликованные в литературе и сети Internet, собственные данные, а также несколько анализов, любезно предоставленных А.А. Ярошевским, Н.В. Чукановым и Д.В. Лисициным. В банки данных включались анализы, выполненные методами «мокрой» химии, полученные с помощью электронного микрозонда и из расшифровок структур минералов.

Кроме того, в банк данных были добавлены сведения о физических константах и параметрах элементарной ячейки лампрофиллитов из разных массивов мира, а также оценки Т-Р параметров формирования титанитов. Данные вносились в банк в том случае, если приводились непосредственно вместе с анализами.

Статистическая обработка данных осуществлялась при помощи пакета статистического анализа и средств построения графиков Microsoft Exel. Для анализа полей составов использовался графический редактор Adobe Photoshop.

Эксперименты по изучению фазовых равновесий были выполнены в вертикальных электрических печах. Автором проведено 62 закалочных эксперимента по плавлению в системах лампрофиллит-нефелин, лампрофиллит-кремнезем и лампрофиллит-баритолампрофиллит. Меиодика проведения эксперимента детально описана в соответствующей главе.

Исследования были выполнены в лаборатории геохимии щелочных пород Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН под руководством заведующего лабораторией доктора геолого-минералогических наук академика Л.Н. Когарко при поддержке грантов РФФИ (05-05-64144-а, 04-05-64830-а, 03-05-06264-мас, 02-05-79060-к, 02-05-64122-а, 99-05-64835-а) и гранта по поддержке научных школ (НШ-00-15-98497).

Объем и структура работы: Работа состоит из введения, 5 глав и заключения. Общий объем - 139 стр., включая 41 таблицу, 54 рисунка, 2. приложения и список литературы из 106 наименований.

Научная новизна:

1) Создан банк данных по составу титанита различного генезиса. На основе статистического анализа этого банка данных выявлены главные черты изоморфизма в титаните различного генезиса и определены особенности химического состава титанита из различных пород. Предложены регрессионные уравнения для оценки условий образования титанита по содержанию в нем алюминия и фтора.

2) Создан банк данных по составу лампрофиллитов из щелочных массивов мира. Проведен его статистический анализ и сделаны выводы об особенностях изоморфизма в лампрофиллитах.

3) Предложены регрессионные уравнения для определения состава лампрофиллита по физическим константам и параметрам его элементарной ячейки. Они могут быть использованы для оценки состава минералов по данным, приводимым в работах «домикрозондовой эпохи».

4) Впервые систематически исследованы вариации состава титанита и лампрофиллита в разрезе дифференцированной серии, комплекса эвдиалитовых луявритов и крупного тела порфировидных луявритов Ловозерского массива. Выявлены условия формирования этих минералов.

5) Впервые проведены исследования диаграмм плавкости с участием лампрофиллита: лампрофиллит-нефелин, лампрофиллит-кремнезем и лампрофилит-баритолампрофиллит. Осуществлен синтез лампрофиллита и баритолампрофиллита. Оценены коэффициенты распределения калия, магния, марганца и железа и коэффициент сокристаллизации стронция и бария между лампрофиллитом и расплавом.

6) На основании полученных аналитических материалов по составам минералов-концентраторов титана в различных породах Ловозерского массива и проведенных экспериментов сделаны выводы об условиях формирования титанита и лампрофиллита в Ловозерском массиве.

Защищаемые положения:

1) Анализ созданного нами банка данных по составу титанитов показал, что для титанитов из щелочных формаций характерно более низкое содержание алюминия и фтора по сравнению с титанитами гранитоидов. Для них характерны также высокие содержания натрия и ниобия. Эти особенности отмечаются и для пород Ловозерского массива.

2) В породах нижней части дифференцированной серии Ловозерского массива (800 м мощности) титанит является ранней, кумулятивной фазой, отражающей эволюцию щелочной магмы на ранних этапах. Установленные вариации состава титанита в вертикальном разрезе дифференцированного комплекса Ловозерского массива и зональность отдельных зерен указывают на увеличение в ходе эволюции расплава содержания Sr и уменьшения содержания Al, Fe, Се и La. Ранняя насыщенность магмы дифференцированного комплекса в отношении титанита определяет его потенциальную рудоносность на этот минерал.

3) На основании созданного банка данных по составам минералов группы лампрофиллита и полученных аналитических материалов по составу минералов группы лампрофиллита из массивов: Ловозерского, Хибинского, Турьемысского, Нива, Одихинча, Мурунского, Кондер, Ылымах, Берпо и Гордон Бьют установлено существование полного ряда твердых растворов от почти чисто стронциевого лампрофиллита до почти чисто бариевого баритолампрофиллита. Зафиксирована линейная зависимость между параметрами элементарной ячейки и составом катионов в межслоевой позиции.

4) В ряду твердых растворов лампрофиллит-баритолампрофиллит в породах Ловозерского массива наблюдаются три дискретные группы, резко различающиеся по Sr/Ba отношению. Группы различаются между собой и по соотношению элементов, занимающих октаэдрические позиции (Mn, Fe, Са, Mg). В зональных кристаллах лампрофиллита от центра к краю увеличиваются содержания К, Ва и А1, а содержания Na, Mg, Са, Sr и Fe -уменьшаются. Для стронциевых лампрофилитов из эвдиалитового комплекса обнаружено закономерное увеличение содержания Fe вверх по разрезу. Для стронциевых лампрофиллитов из порфировидных лувритов г. Паргуайв вверх по разрезу обнаружено закономерное увеличение содержания Na и Мп и уменьшение содержания Mg и Fe.

5) Впервые исследованы диаграммы плавкости лампрофиллит-нефелин, лампрофиллит-баритолампрофиллит и лампрофиллит-кремнезем. Доказано, что лампрофиллит может кристаллизоваться из щелочного расплава. Лампрофиллит инконгруэнтно плавится при 875°С с образованием расплава, таусонита, фрейденбергита и рутила. Наиболее высокотемпературной титановой фазой является таусонит, при более низкой температуре кристаллизуются рутил и фрейденбергит и, наконец, лампрофиллит. Температура совместной кристаллизации лампрофиллита с нефелином оценена как 790°С. Бариевый лампрофиллит более легкоплавок, и в ходе эволюции расплава стронциевый лампрофиллит закономерно сменяется бариевым. В системе, содержащей 90 мас.% лампрофиллита и 10 мас% кремнезема наиболее высокотемпературной фазой является рутил, при понижении температуры появляется таусонит. Ниже 900° вместо рутила присутствует титаносиликат стронция, близкий по составу к минералам группы лабунцовита. Показано, что ассоциация лампрофиллит+кварц в природе является запрещенной.

6) Сопоставление экспериментальных данных по диаграммам плавкости с участием лампрофиллита с литературными материалами по гомогенизации включений в породообразующих минералах и анализ закономерностей вариации состава лампрофиллита в породах массива в породах Ловозерского массива показывает, что этот минерал кристаллизовался главным образом из интерстициального расплава. Это говорит о том, что магма Ловозерского массива не была насыщена в отношении лампрофиллита на ранних стадиях и породы Ловозерского массива не перспективны на лампрофиллитовое оруднение.

Практическая значимость:

Систематически изучены вариации состава акцессорных минералов в породах дифференцированной серии и комплекса эвдиалитовых луявритов Ловозерского массива, представляющих экономический интерес (к ним приурочены редкометальные месторождения с лопаритовыми, лопарит-эвдиалитовыми и эвдиалитовыми рудами).

Результаты изучения эволюции состава титанита в вертикальном разрезе Ловозерского массива и генетические выводы об условиях формирования титанистых минералов могут быть использованы для построения численных моделей формирования массива и развития представлений об эволюции щелочной магмы и генезисе связанных с ней месторождений.

Полученные данные о фазовых соотношениях и коэффициентах распределения в экспериментально изученных системах являются справочным материалом.

Предложенные регрессионные уравнения связи между содержанием в минералах группы лампрофиллита ряда элементов и оптическими константами, плотностью и параметрами элементарной ячейки могут быть использованы для оценки состава этих минералов.

Проведенные исследования дали возможность оценить потенциальную рудоносность Ловозерской интрузии на титанит и лампрофиллит.

Аппробация работы: Основные результаты диссертации опубликованы в 5 статьях и 15 тезисах на всероссийских и международных совещаниях и симпозиумах. Результаты исследования обсуждались на: годичной сессии Московского отделения ВМО (Москва, 2001 г.), Международном симпозиуме «Минералогические музеи в 21 веке» (Санкт-Петербург, 2002 г), годичных сессиях Научной школы «Щелочной магматизм Земли» (Москва, 2001, 2002, 2003 и 2005 гг), Ежегодных семинарах по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии (Москва, 2003 и 2004 гг), Международном симпозиуме EMPG-X (2004) Франкфурт, Германия и Международном совещании PERALK Tubingen, Germany, March 4-6,2005.

Благодарности: Автор глубоко благодарен д.г.-м.н. академику Л.Н. Когарко за сотрудничество и чуткое научное руководство, сотрудникам лаборатории геохимии щелочных пород за всестороннюю поддержку и внимание к работе. Автор искренне признателен А.А. Ярошевскому, Н.В. Чуканову, Н.В.Владыкину, А.А. Арзамасцеву, Э.М. . Спиридонову, В.И.Фельдману и Д.В. Лисицину, предоставившим часть каменного материала и часть анализов, использованных при статистических расчетах. Автор благодарен И.В.

Пекову за помощь в проведении полевых работ, Л.Д. Кригману за помощь в проведении экспериментов и осмыслении их результатов. Н.В. Сорохтиной, Р.К. Расцветаевой, Б.Е. Боруцкому, И.Т. Расс, А.А. Арискину - за совместное обсуждение результатов исследований. В.Г. Сенину, В.Н. Кореневой, Л.В. Мельчаковой, Е.Л. Белоконевой, Р.К. Расцветаевой, Т.С. Вильямсу (Музей естественной истории, Лондон), Т. Нтафлосу (каф. петрологии Венского университета) за сотрудничество в исследовании минералов и проведении аналитических работ. Работа была поддержана грантами РФФИ (05-05-64144-а, 04-05-64830-а, 03-05-06264-мас, 02-05-79060-к, 02-05-64122-а, 99-05-64835-а) и грантом по поддержке научных школ (НШ-00-15-98497).

Заключение Диссертация по теме "Геохимия, геохимические методы поисков полезных ископаемых", Зайцев, Виктор Анатольевич

Результаты работы могут быть использованы для построения численных моделей формирования массива и разработки комплексной модели эволюции щелочной магмы.

Заключение

Цель проведенных исследований состояла в изучении условий образования минералов титана (титанита и минералов группы лампрофиллита) в щелочных породах. В качестве природного полигона для исследований был выбран Ловозерский щелочной массив. Он является классическим объектом для изучения геохимии щелочных пород, поскольку этот высокодифференцированный массив представляет пример прекрасной магматической расслоенности.

Для того, чтобы исследовать закономерности изоморфных замещений в изучаемых минералах, были созданы банки данных по составам титанита и минералов группы лампрофиллита и проведен их детальный корреляционный анализ. Помимо уточнения изоморфзма этот анализ позволил показать связь состава этих минералов с их физическими константами и условиями образования.

В ходе проведенных работ был детально изучен состав титанита и минералов группы лампрофиллита в породах Ловозерского массива и проведен анализ зависимости их состава от положения в вертикальном разрезе, являющегося в данном случае показателем степени дифференцированное™ породы.

Были проведены экспериментальные исследования, в ходе которых впервые изучены диаграммы плавкости с участием лампрофиллита: лампрофиллит-нефелин, лампрофиллит-баритолампрофиллит и лампрофиллит-кремнезем. Хотя эти системы являются упрощенными, модельными, их изучение позволило доказать возможность кристаллизации лампрофиллита из расплава, оценить важные реперные температуры фазовых переходов, показать зависимость состава лампрофиллита от состава расплава и объяснить отсутствие лампрофиллита в щелочных гранитах.

Рассмотрение полученных данных в рамках седиментационно-конвекционной модели формирования Ловозерского массива и имеющихся в литературе оценок параметров формирования его пород позволило показать отличие в условиях образования этих минералов: титанита, являющегося ранним, ликвидусным минералом, участвующим в процессах седиментации и образующим кумулятивные скопления, и лампрофиллита, не являющимся ликвидусным минералом в породах массива. Щелочная магма Ловозерского массива становится насыщенной в отношении лампрофиллита на поздних стадиях, когда процессы гравитационной дифференциации и конвекции затруднены. Таким образом, Ловозерский массив, по-видимому, перспективен на титанитовое оруденение, но не перспективен на лампрофиллитовое оруденение.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Зайцев, Виктор Анатольевич, Москва

1. Агеева О.А., Боруцкий Б.Е., Чуканов Н.В., Соколова М.Н. Аллуайвит и генетический аспект образования обогащенных титаном эвдиалитов в Хибинском массиве. ЗВМО №1, 2002, сс. 99-106

2. Азарова Ю.В., Об акцессорном лампрофиллите из луяврит-малиньитов Хибинского массива. Тезисы докладов годичной сессии ВМО. «Традиционные и новые направления в минералогических исследованиях. Москва, 2001 сс. 3-4.

3. Арзамасцев А.А., Арзамасцева JI.B. Щелочно-ультроосновная серия в Ловозерском массиве. ДАН России 1996 т. 348 № 1 сс. 74-77

4. Арзамасцев А.А., Арзамасцева Л.В., Глазнев В.Н., Раевский А.Б. Строение палеозойских щелочно-ультраосновных интрузий Кольского полуострова по гравиметрическим данным Геология и геофизика, 1998, т.39, №2, с.211-221.

5. Арзамасцев А.А. с соавторами (2004) Геохимия щелочных пород 2004

6. Афифи А., Эйзен С., Статистический анализ: подход с использованием ЭВМ М: Мир, 1982,488 с.

7. Балашов Ю.А., Геохимия редкоземельных элементов, 267 е., Наука, Москва, 1976.

8. Барабанов В.Ф. Минералогия апофиллитовых жил горы Юкспор (Хибинские тундры) // Вопросы геологии и минералогии Кольского полуострова. вып.З, Изд-во АН СССР, М.-Л., 1960, сс. 161-218.

9. Белоконева Е.Л., Гаранин В.К., Кудрявцева Г.П., Симонов М.А., Белов Н.В. Кристаллическая структура ильменита из якутских кимберлитов. ДАН СССР, 1978, т. 242, № 2 сс. 330- 336.

10. Беляев И.Н., Беляева А.Г. Система Na2Ti03-NaCl-Ti02 Журнал неорганической химии, 1965, т. 10 №2, с. 467-471.

11. Беляевская Г.П., Боруцкий Б.Е. Соответствие между реальным химическим составом и кристаллической структурой лампрофиллита.// Докл. РАН 1993, том 328 № 1 сс. 90-93.

12. Буссен И.В. Отчет по теме «Ловозерскоен комплексное мелсторождение редких металлов» Фондовые материалы. Апатиты, Кольский филиал АН СССР 1958,221 с.

13. Буссен И.В., Сахаров А.С. Петрология Ловозерского массива, Изд-во Наука, Л, 1972,296 с.

14. Векслер И.В. Физико-химические условия образования лопаритовой минерализации. Автореферат Дисс., М, 1989,25 с.

15. Винклер Г. Генезис метаморфических пород. М: Недра 1979 327 с

16. Галахов А.В. Рисчорриты Хибинского щелочного массива. Изд-во академии наук СССР, 1959,174 с.

17. Геохимия Ловозерского щелочного массива. Герасимовский В.И., Волков В.П., Когарко Л.Н. и др., Москва, Наука, 1966,396 с.

18. Евдокимов М.Д. Фениты Турьинского щелочного комплекса Кольского полуострова (минеральные ассоциации и геохимические особенности). Изд-во ЛГУ, 1982 248 С.

19. Егоров Л.С. Ийолит- карбонатитовый плутонизм (на примере Маймеча-Котуйского комплекса Полярной Сибири). Л.: Недна, 1991.-260 с.

20. Елисеев Н.А., Федоров Э.Е. Ловозерский плутон и его месторождения. Москва, 1953. 308 с.

21. Зайцев В.А., Кригман Л.Д., Когарко Л.Н. Экспериментальное изучение диаграммы плавкости лампрофиллит-нефелин. Электронный научно-информационный журнал «Вестник Отделения наук о Земле РАН» 2004а

22. Зайцев В.А. О численной зависимости параметров элементарной ячейки минералов группы лампрофиллита от состава в межслоевой позиции.// Кристаллография, 2005, №2 сс. 240-242.

23. Зайцев В.А. О парагенезисе кварц+лампрофилит.// Труды Всероссийского семинара «Геохимия магматических пород» и школы «Щелочной магматизм Земли, Москва, 26-27 апрлея 2005, сс. 55-57.28.

Информация о работе

Зайцев, Виктор Анатольевич
кандидата геолого-минералогических наук
Москва, 2005
ВАК 25.00.09

Диссертация

Особенности химического состава и условия образования титанита и минералов группы лампрофиллита в Ловозерском массиве, Кольский полуостров - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы