Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
The article describes the simulation of ontogenesis of rock mineral aggregate with debatable genesis. Lenses or stokes of weakly deformed rocks are found in the South Urals in the block of kyanite-bearing stratified rocks of the Borisovskiye Sopki, the structure of which corresponds to the structures of igneous rocks. Induced surfaces of joint simultaneous growth are observed in all minerals — muscovite, kyanite, quartz, rutile, pyrite, monazite, xenotime and zircon. This is a paragenesis (eutectics). An interesting fact is that large quartz individuals are saturated with muscovite inclusions, while kyanite, synchronous with them, is free from muscovite inclusions, which is explained by repulsion in the melt-solution of minerals with equally charged surface. The mineral aggregate of the studied rocks lacks morphological signs of metasomatism (metacrystals, pseudomorphs, shadows of previous solid bodies) and recrystallization. This indicates magmatic genesis of the studied quartz-kyanite-muscovite rocks.
mica, igneous rock, quartz, kyanite, muscovite, induction surfaces, Southern Urals
Введение
Кианитсодержащие горные породы Борисовских (Соколиных) сопок на Южном Урале освещены во многих публикациях, а также в последнем по времени обзоре (Коротеев и др., 2011). Традиционно происхождение кианитсодержащих горных пород в этом обзоре рассмотрено как метаморфическое и гидротермально-метасоматическое. Иногда встречаются указания на нахождение кианита в кварцевых жилах как телах заполнения полостей (Колисниченко, Попов, 2008).
Кианит в сланцах собственно Борисовского месторождения разнообразен по величине, форме, цвету, парагенезисам (Колисниченко, Попов, 2008). Основные сведения о минералогии кианитовых руд и геологии месторождения получены при разведке и частичной отработке его в 30-х годах прошлого столетия (Игумнов, Кожевников, 1935). Установлено, что линзообразные тела кианитсодержащих пород рассланцованы в разной мере, и в их составе могут преобладать мусковит (серицит) либо кварц, акцессорными являются рутил, пирит и турмалин. Некоторые из тел имеют слабое рассланцевание и форму линз или штоков, рвущих другие тела (рис. 1). Предположительно из таких тел в нашей коллекции выделены образцы с минимальной пластической деформацией (рис. 2), для которых нами предпринята попытка смоделировать онтогенез горной породы.
Исследования выполнены на образцах из коллекции С. В. Колисниченко, собранной в 90-х годах прошлого века. Задача данной статьи — показать один из примеров онтогенического анализа минерального агрегата для моделирования генезиса горной породы, имеющего дискуссионный характер.
Методы исследований
Применялась обычная геолого-минералогическая методика исследований с элементами онтогении минералов: визуальные наблюдения текстуры агрегата; под микроскопом — структурно-морфологические особенности минералов, относительный возраст, предварительная диагностика; на микрозонде — дополнительная диагностика и химические особенности минеральных индивидов. Для установления генетического типа поверхностей между кристаллами использовалось препарирование минеральных сростков. Химический состав минералов изучался в полированных препаратах на сканирующем электронном микроскопе TESCAN Vega 3 (аналитик И. А. Блинов).
Результаты и обсуждение
Текстура агрегата исследованных образцов может быть названа однородной (массивной), структура — разнозернистой, порфировидной (рис. 3); по форме кристаллов минералов — столбчато-таблитчато-изометрично-зернистой. Породообразующие минералы — кварц, кианит и мусковит; акцессорные — рутил, пирит, турмалин, монацит, циркон, ксенотим. Преобладающей ориентировки у минералов в агрегате не обнаружено.
Кианит Al2SiO4. Минерал образовал крупные (до 4 см) столбчато-таблитчатые кристаллы неоднородного синего цвета с мелкими включениями рутила (0.05—1 мм) и пирита (0.01—0.3 мм). Неоднородность синего цвета обусловлена неконтрастной зональностью и секториальностью кристаллов и небольшими вариациями состава (по Fe и Cr), что видно в эмпирических формулах кианита (расчёт на 3 катиона) по точкам в одном кристалле (рис. 4): o — Al1.98Fe0.01Cr0.005 (SiO4)O; p — Al1.99 Fe0.01(SiO4); q — Al1.98Fe0.02(SiO4)O. Со всеми контактирующими минералами кианит имеет индукционные поверхности одновременного роста. Кристаллы рутила и пирита распространены равномерно внутри и вне кристаллов кианита, тогда как кристаллы мусковита есть только снаружи индивидов кианита, но имеют с ним индукционные поверхности (с периферическими зонами роста). Кианит занимает около 20 % объёма образца (рис. 2).
Кварц SiO2. Представлен округлыми зёрнами дымчатого (светло-серого) цвета, величиной 1—3 мм, равномерно насыщенными мелкими частицами мусковита, рутила и пирита. Некоторые зёрна кварца частично или полностью включены в более крупные индивиды кианита. Со всеми контактирующими минералами у кварца наблюдаются индукционные поверхности одновременного роста (рис. 5). Кварц составляет 5—7 % объёма образца.
Мусковит KAl2(AlSi3O10)(OH)2. Преобладающая (65—75 % объёма) ткань горной породы сложена мелкозернистым (менее 1 мм) желтовато-зеленоватым таблитчатым мусковитом. Индивиды мусковита по химическому составу сравнительно однородны, что заметно и в эмпирических формулах (расчёт на 7 катионов) по данным микрозондовых анализов в разных точках препарата (рис. 5, а, точки b—d):
b — K0.70Na0.19Fe0.11Mg0.07Ti0.04Al1.90(Si3.08Al0.92) O10(OH)2;
c — K0.70Na0.20Fe0.11Mg0.06Ti0.04Al1.88(Si3.05Al0.95)O10(OH)2;
d — K0.66Na0.22Fe0.11Mg0.07Ti0.04Al1.90(Si3.05Al0.95)O10(OH)2;
j — K0.62Na0.24Fe0.13Mg0.05Ti0.03Al1.88(Si3.05Al0.95)O10(OH)2.
Индивиды мусковита имеют только индукционные поверхности одновременного роста со всеми минералами горной породы. Если кварцевые зёрна насыщены включениями мусковита, то в кианите включений мусковита нет, и индукционные поверхности есть только по периферии зёрен кианита (рис. 5). Одновременный с кианитом мусковит мог отталкиваться кристаллами кианита до тех пор, пока в жидкости (расплаве-растворе) было свободное от фиксированных твёрдых тел пространство. По-видимому, поверхности зёрен кианита и мусковита несут одинаковый заряд (отталкиваются), а мусковит и кварц — разнозарядные (притягиваются).
Рутил TiO2. Мелкими (0.03—3 мм) зёрнами красного рутила насыщена вся исследуемая порода (рис. 3—5). Облик зёрен — короткостолбчатый. Поверхность зёрен — индукционная, что говорит о синхронной кристаллизации со всеми контактирующими минералами. В составе минерала есть Fe и V: a — Ti0.99V0.01 Fe0.003O2, f — Ti0.98Fe0.01V0.01O2.
Рутила в породе около 0.3 % по объёму.
Пирит FeS2. Как и рутил, пирит насыщает мелкими (0.01—0.3 мм) кристалликами всю породу (рис. 4, 5), его существенно меньше по объёму (0.05 %). Индивиды имеют индукционные поверхности, лишь местами видны фрагменты граней куба. В составе пирита примесных компонентов не выявлено (ниже чувствительности использованного микрозонда).
Монацит-(Се) CePO4. Минерал наблюдался только в виде микровростков (5—30 мкм) в разных породообразующих минералах (рис. 6). Химический состав монацита несколько варьирует, но картины неоднородности не видно:
i — Ce0.40La0.20Nd0.16Ca0.08Th0.05Pr0.04Gd0.04Sm0.02Dy0.01(P0.97S0.03O4);
m — Ce0.43La0.21Nd0.16Pr0.05Ca0.04Sm0.03Th0.03Dy0.01(P0.98S0.02O4);
n — Ce0.42La0.22Nd0.15Pr0.04Ca0.05Sm0.03Th0.02(P0.98S0.02O4).
Ксенотим YPO4. Ксенотим встречается редко в заметных выделениях при больших увеличениях и имеет состав: l — Y0.75Dy0.09Gd0.08Er0.03Tb0.02Sm0.01 Eu0.01Ho0.01(PO4).
Циркон ZrSiO4 образовал очень мелкие зёрна (первые микрометры) и наблюдается по всей породе. Примесных компонентов в цирконе не выявлено.
По тонким трещинкам в породе есть экзогенный лимонит, местами придающий породе жёлто-красный цвет и частично затушёвывающий истинную массивную текстуру минерального агрегата.
Заключение
Структура, текстура и геологическое положение изученной горной породы в виде штока или линзы среди рассланцованных пород позволяют предположить её магматическое происхождение. К этому же склоняют нас отсутствие метакристаллов, псевдоморфоз и «теней» предшествующих горных пород. Наличие индукционных поверхностей одновременного роста между индивидами всех восьми минералов указывает на их парагенетические взаимоотношения. Такие агрегаты по структуре относятся к эвтектическим при кристаллизации расплавов-растворов. По минеральному составу изученную горную породу можно отнести к классу слюдитов (глиммеритов). В данном случае — кварц-кианит-мусковитовый слюдит. По-видимому, в природе чаще встречаются метасоматические слюдиты (биотитовые, флогопитовые, мусковитовые и др.), но здесь морфологических признаков метасоматоза нет. Среди деталей формирования структуры горной породы интересен факт отсутствия включений мусковита в индивидах кианита, тогда как в синхронном с кианитом кварце наблюдается множество синхронных зёрен мусковита. Этот факт интерпретирован нами как «отталкивание» кианитом зёрен мусковита при кристаллизации в расплаве-растворе и одинаковости (плюс или минус) заряда на поверхности росших минералов. В процессах метасоматоза отталкивания зёрен минералов не происходит.
1. Igumnov A. N., Kozhevnikov K. E. Ural deposits of distene (kyanite). M.-L. ONTI, 1935. 184 p.
2. Kolisnichenko S. V., Popov V. A. "Russian Brazil" in the Southern Urals. Chelyabinsk: Sanarka, 2008. 528 p.
3. Koroteev V. A., Ogorodnikov V. N., Voitekhovsky Y. L., Shchiptsov V. V., Polenov Y. A., Sazonov V. N., Savichev A. N., Koroteev D. V. Non-bauxite aluminum raw materials of Russia. Institute of Geology and Geochemistry UB RAS. Yekaterinburg: UB RAS, 2011. 228 p.
