Записки Российского минералогического общества, 2022, T. 151, № 3, стр. 37-49

1. ВВЕДЕНИЕ

В последние годы идеи отечественных минералогов об эволюции минерального мира (Жабин, 1979, 1983; Юшкин, 1982, 2008; и др.) получили развитие в работах, посвященных изучению минерального разнообразия и эволюции минерального состава Земли во времени (Кривовичев, 2013; Hazen et al., 2008; Hazen, Ferry, 2010; Krivovichev et al., 2018a, b, c; Hazen et al., 2019; и др.) и привели к формулировке нового научного направления в минералогии, названного Р. Хейзеном с соавторами (Hazen et al., 2015) “минеральной экологией” (mineral ecology). В задачи минеральной экологии входит анализ процессов, влияющих на распределение, разнообразие, сложность и распространенность минералов, включая взаимодействие минералов с окружающей средой в абиотических и биотических системах. В качестве основного метода для обработки минералогических баз данных минеральная экология использует математическую статистику в сочетании с различными приемами анализа и визуализации сложных многомерных систем, отражающих разнообразие и особенности распределения минералов в природных геологических объектах (Hazen et al., 2019).

Альтернативный подход к сравнительной оценке минерального разнообразия геологических объектов и их эволюции основан на концепции минеральных систем (Кривовичев, Чарыкова, 2013а, б; Krivovichev et al., 2018a, c; Кривовичев и др., 2020), согласно которой любой минерал может быть отнесен к определенной минеральной системе, состоящей из минимального количества видообразующих химических элементов, необходимых для его образования. Минеральные системы можно отнести к концентрационным показателям (по Н.П. Юшкину, 1982), которые используются для количественного сравнительно-исторического анализа эволюции минерального вещества в геологической истории.

В этой связи, особый интерес представляет использование концепции минеральных систем для оценки сходства или различия геологических объектов по минеральному составу (минеральным системам). Продуктивность этого подхода была продемонстрирована на примерах сравнительного анализа распределения минеральных видов в конкретных геологических объектах: высокощелочных массивах (Хибины и Ловозеро, Кольский п-в, Россия; и Сент-Илер, Квебек, Канада) (Кривовичев, Чарыкова, 2015), соляных месторождениях (Индер, Казахстан, и Серлз, США) (Кривовичев, Чарыкова, 2016), продуктах современной фумарольной деятельности на активных вулканах (Толбачик, Камчатка, Россия, и Вулкано, Сицилия, Италия) (Кривовичев, Чарыкова, 2017) и двух месторождениях, отличающихся уникальной минералого-геохимической специализацией в отношении теллура и селена (Отто Маунтин, Калифорния, США, и Эль Драгон, Потоси, Боливия) (Кривовичев, Чарыкова, 2018b).

В настоящей статье этот подход используется для оценки наличия эвапоритов в протолите при формировании рубина и благородной шпинели в мраморах на примере месторождения Лук Йен (Северный Вьетнам). Отметим, что признаки наличия эвапоритов в породах исходного субстрата (протолите) включают сравнение петрохимических и геохимических данных метаморфических пород и предполагаемых пород исходного субстрата (Moine et al., 1981; Belley, Groat, 2019; и др.). Кроме того, часто используют и косвенные признаки, например, присутствие в метаморфизованных породах минералов, содержащих элементы (Na, Cl, S, F, В), которые рассматривают в качестве индикаторов растворов, генетически связанных с эвапоритовыми отложениями или полученных в результате выщелачивания солей. В отношении рубин- и шпинельсодержащих мраморов этот вопрос достаточно детально обсуждался В. Гарнье и др. (Garnier et al., 2008), которые в качестве признаков присутствия эвапоритов в протолите приводят результаты определения изотопов серы в ангидрите и бора в турмалине, наличие включений ангидрита и шпинели в рубине и шпинели, наличие остатков ангидрита в мраморе. Все это позволило сделать предположение, что известняк осаждался в среде, благоприятной для отложения других минералов эвапоритов (хлоридов, сульфатов, боратов и др.).

Наша цель, как отмечалось выше, состоит в сопоставлении видообразующих элементов (минеральных систем) в эвапоритах и в рубин- и шпинельсодержащих мраморах, поскольку в данном случае сравнение соотношений содержаний (в ат. или мас. %) индикаторных элементов в обоих объектах не перспективно. Это обусловлено тем, что многие минералы эвапоритов хорошо растворимы и поэтому практически невозможно выделить относительно инертные элементы во время метаморфических преобразований этих пород.

2. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И МЕТОДЫ

3. РЕЗУЛЬТАТЫ

Как отмечалось выше, целью настоящей работы является сравнительный анализ минеральных систем, формирующихся в двух различающихся по условиям образования геологических обстановках: (1) минералы соляных пород и продукты их преобразования (Индерское месторождение, Казахстан) и (2) минералы метаморфогенного месторождения рубина и благородной шпинели в мраморах (Лук Йен, Вьетнам).

Минералы эвапоритов Индерского месторождения, расположенного в пределах одноименного соляного купола, и их минеральные системы приведены в табл. 1 (данные И.В. Пекова и Д.В. Абрамова (1993) и mindat.org). Список включает минералы солевых пород, продуктов эволюционного развития сложного по генезису Индерского месторождения (Пеков, Абрамов, 1993). Наиболее древними породами в пределах месторождения являются морские (лагунные) эвапориты пермского возраста (от карбонатно-гипсово-ангидритовых к существенно галитовым и карналлит-бишофитовым фациям), которые изменялись при диагенезе и галокинезе с образованием минеральных ассоциаций глинисто-гипсового кепрока (включая продукты преобразования боратов как выше, так и ниже уровня грунтовых вод). Существенно меньший вклад в минеральное разнообразие месторождения вносят минералы современных отложений (эвапоритов) озера Индер. В целом подобный список минералов характерен и для других близких по составу соленосных толщ морских заливов и лагун, мест осадкообразования из подземных вод (внутрипочвенных корок).

Аналогичные данные по минеральным системам месторождения Лук Йен (табл. 2) были составлены по данным базы http://www.mindat.org/, статьи (Кукса и др., 2019) и собственной базы данных, включающей более 2000 микрозондовых анализов.

Характер распределения числа минералов в зависимости от числа видообразующих элементов для обоих месторождений близок к нормальному (табл. 3), что подтверждается статистическими оценками. При этом число видообразующих элементов в минералах месторождений изменяется от 1 до 7, а максимальное число минералов образовано 3 и 4 элементами.

Для количественной характеристики минерального разнообразия рассматриваемых объектов для них были рассчитаны минеральные кларки видообразующих элементов (табл. 4). Графически эти данные представлены на рис. 1 – по оси абсцисс графика нанесены химические элементы в порядке уменьшения числа минералов в земной коре, в которые эти элементы входят как видообразующие, а по оси ординат – минеральные кларки, т.е. доли (в %) минералов, содержащих каждый элемент, от общего числа минералов. Гистограммы построены для месторождений Индер и Лук Йен, а также для Земли в целом.

Рис. 1.

Минеральные кларки (в %) видообразующих элементов. 1– все минералы, 2 – эвапориты (Индер); 3 – мраморы (Лук Йен) (табл. 4). Fig. 1. Mineral clarks for essential, species-defining chemical elements in the Earth (1), evaporites (Inder) and marbles (Luc Yen) (Table 4).

Более наглядно различия между минералами эвапоритов и мраморов иллюстрирует рис. 2, на котором по оси абсцисс графика нанесены химические элементы в порядке уменьшения числа минералов в эвапоритах, а по оси ординат – отношения минеральных кларков Лук Йена и Индера, т.е. величины, показывающей во сколько раз Лук Йен обогащен или обеднен тем или иным видообразующим элементом в сравнении с эвапоритами Индерского месторождения. Видно, что рассматриваемые объекты проявляют заметные различия. Положительные значения коэффициентов концентрации К_i (рис. 2), отвечают видообразующим элементам, минеральные кларки которых выше в мраморах Лук Йена, по сравнению с отложениями Индерского месторождения. К таким элементам относятся, главным образом, Al, Si, C и F. Это хорошо согласуется с преимущественным присутствием среди солевых минералов месторождения карбонатов и фторидов.

Рис. 2.

Отношения минеральных кларков видообразующих элементов (K_i) в мраморах (Лук Йен) и эвапоритах (Индер) (табл. 4). Fig. 2. Ratio of mineral clarks for essential, species-defining chemical elements (K_i) in marbles (Luc Yen) and evaporites (Inder) (see Table 4).

В то же время, отрицательные значения К_i отвечают видообразующим элементам, минеральные кларки которых выше в отложениях Индерского месторождения, по сравнению с мраморами района Лук Йен: O, B, Cl, H, S, Mg, Na, Ca и K. Эти данные хорошо согласуются с преобладанием среди минеральных видов Индерского месторождения хлоридов, сульфатов и боратов щелочных и щелочноземельных металлов. Низкие величины К_i для Al и Si, по всей вероятности, связаны с тем, что сведения по терригенным, в частности глинистым, минералам в литературе отсутствуют, что может быть обусловлено их слабой изученностью. Кроме того, собственно озеро Индер бессточное, реки в озеро не впадают, а источники питания, в основном, подземные (соленые источники, приуроченные к глинистым отложениям). С этим, по-видимому, и связано отсутствие терригенного материала, который, по модели В. Гарнье и др. (Garnier et al., 2008), является основным источником алюминия и кремния в метаморфизованных мраморах.

Обеднение магнием, калием, кальцием и натрием минералов, ассоциирующих со шпинелью и рубином в мраморах Лук Йена, а также присутствие дравита и замена гидроксильных групп в амфиболах, слюдах и минералах группы гумита фтором и хлором являются дополнительными доказательствами участия эвапоритов в образовании месторождения Лук Йен. Наблюдаемые различия двух рассмотренных минеральных систем, по всей вероятности, связаны с разными ландшафтными обстановками их формирования – лагунно-морской и континентально-озерной в случае Индерского месторождения и только лагунно-морской для субстрата мраморов месторождения Лук Йен. Систематическое изучение современных и древних соленосных толщ (Проблемы соленакопления…, 1977) показало, что для континентально-озерных эвапоритов характерен преимущественно хлоридный, натриево-сульфатный либо хлоридно-карбонатный тип отложений, тогда как в лагунно-морских условиях формируются главным образом карбонатные и фторидные соединения часто с примесью терригенного материала.

Образование сульфидов в мраморах связано (Garnier et al., 2008) с органическим веществом, наличие которого способствовало при повышении температуры и понижении фугитивности кислорода восстановлению эвапоритовых сульфатов до сульфидов.

4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, сравнительный анализ минерального состава эвапоритов месторождений Индер и Лук Йен с выделением видообразующих элементов (минеральных систем) позволил установить их сходство, что является дополнительным аргументом в пользу участия эвапоритов в образовании протолита мраморов месторождения Лук Йен, содержащего рубиновую и благородную шпинелевую минерализацию. Как отмечалось выше, установленные отличия в преобладающем составе солей двух рассмотренных минеральных систем по всей вероятности обусловлены разницей в условиях их формирования – лагунно-морские и континентально-озерные эвапориты в случае Индерского месторождения и только лагунно-морские эвапориты для протолита мраморов месторождения Лук Йен. Кроме того, усложнение минерального состава метаморфизованных мраморов может быть связано с наличием в протолите терригенного материала, а также с возможными метасоматическими преобразованиями, связанными с встречающимися в районе Лук Йен гранитоидами и пегматитами.

Полученные данные могут служить вещественной основой для построения количественных физико-химических моделей формирования месторождений шпинели и рубина в мраморах.

Авторы благодарны чл.-кор. РАН, проф. И.В. Пекову за ценные замечания и конструктивные советы при подготовке рукописи к печати.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда (РНФ), проект № 22-27-00172. Часть исследований была проведена на оборудовании Ресурсных Центров Научного парка СПбГУ: “Методы анализа состава вещества”, “Геомодель”, “Ретгенодифракционные методы исследования”, “Оптические и лазерные методы исследования вещества”.