Записки Российского минералогического общества, 2021, T. 150, № 6, стр. 88-95

ВВЕДЕНИЕ

Одной из задач парагенетического анализа, получившего сильное развитие в середине XX века, является “… установление наблюдаемых закономерностей парагенезисов минералов в горных породах …” (Коржинский, 1973, с. 275). Наше внимание привлек новый минерал из группы чевкинита – поляковит-(Ce), установленный в карбонатитах и карбонатит-пегматитах Ильменских гор на Южном Урале (Попов и др., 2000; Popov et al., 2001). Удивительна локальность нахождения этого минерала в копи № 97. За прошедшие почти сорок лет со времени его первой находки в мире пока не обнаружено других мест, где бы попался поляковит, если не считать описание “хромистого чевкинита” в виде мелкого включения в африканском алмазе (Копылова и др., 1997). Поляковит-(Ce), очевидно, следует отнести к акцессорным минералам, которые трудно идентифицировать в процессе полевых работ и закартировать его распространение. Существенную помощь при картировании акцессорных минералов могут оказать синхронные с ними породообразующие минералы. В этой работе парагенезисы поляковита-(Ce) устанавливались на основании наблюдений индукционных поверхностей одновременного роста между минеральными индивидами. Состав минералов определялся Е.И. Чуриным на электронно-зондовом микроанализаторе JXA-733 Geol и М.А. Рассомахиным на сканирующем электронном микроскопе Tescan Vega 3.

Ильменские горы и их отроги на Южном Урале сложены миаскитами Ильменогорского массива, телами сиенитов, гранитов, ультрамафитов, карбонатитов и вмещающими их метаморфическими породами – гранито-гнейсами, амфиболитами, кристаллическими сланцами, кварцитами (рис. 1). Они хорошо известны открытиями 18 новых минералов (Минералы…, 1949; Попов, Попова, 2006; и др.) и новых горных пород – миаскитов (“ильменских гранитов”), фирситов и “зернистых известняков”. Через сто лет после описания “зернистых известняков” подобные породы были названы карбонатитами (Brögger, 1921). Именно в “зернистых известняках” (карбонатитах и, как мы считаем, карбонатит-пегматитах) Ильменских гор найдены богато ограненные кристаллы ильменита, циркона, пирохлора, молибденита, чевкинита, алланита и других минералов.

Рис. 1.

Местоположение копи № 97 относительно миаскитового массива (а) и геологическая схема района копи (б). 1 – миаскиты; 2 – вмещающие породы; 3 – пироксеновые фениты; 4 – граниты; 5 – гранитные пегматиты; 6 – ультрамафиты; 7 – канавы с выходами жил слюдит-пегматитов и карбонатит-пегматитов. Fig. 1. The location of mine No 97 relative to the miaskite massif (a) and the geological scheme of the area of the mine (б). 1 –miaskites, 2 – host rocks, 3 – pyroxene phenites, 4 – granites, 5 – granite pegmatites, 6 – ultramafites, 7 – ditches with outcrops of mica-pegmatite and carbonatite-pegmatite veins.

Щелочные ультрамафиты и карбонатиты в восточном экзоконтакте Ильменогорского миаскитового массива известны с начала XIX века (разведки П.Н. Барбот де Марни, Минералы…, 1949). Однако жильные слюдиты и слюдит-пегматиты, флогопит-энстатит-тремолитовые, флогопит-рихтеритовые (“роговообманковые”) пегматиты, карбонатиты и карбонатит-пегматитовые тела не относили в те далекие времена к позднее выделенной формации щелочных ультрамафитов с карбонатитами. Когда появились данные о форстеритсодержащих парагенезисах в телах этой серии жильных тел в районе копей № 13 и 97 в Ильменских горах, возникла модель фенитизации “обычных” ультрамафитов (Поляков, Недосекова, 1990). Специальные онтогенические исследования в районе копи № 97 дают другую модель их образования без привлечения представлений о фенитизации (Попов, 2004). Объемное препарирование индивидов минералов показало, что между форстеритом, флогопитом и рихтеритом наблюдаются индукционные поверхности совместного одновременного роста (парагенезис). Это означает, что форстеритсодержащая порода не подвергалась фенитизации, она изначально имела наблюдаемый состав и принадлежит щелочно-ультрамафитовой серии. Описываемая порода имеет темный зеленовато-коричневый цвет и плотное сложение. Магматические фазы щелочно-ультрамафитовой серии представлены рихтерит-флогопит-форстеритовыми породами, а некоторые – переходными к карбонатитам и карбонатит-пегматитам или слюдитам и слюдит-пегматитам.

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГОРНЫХ ПОРОД И ЖИЛЬНЫХ ТЕЛ КАРБОНАТИТ-ЩЕЛОЧНОУЛЬТРАМАФИТОВОЙ ФОРМАЦИИ В РАЙОНЕ КОПИ № 97

В сложном теле щелочных ультрамафитов района копи № 97 (рис. 1) установлено несколько горных пород – рихтерит-флогопит-форстеритовых, флогопитовых, рихтеритовых пород и карбонатитов (рис. 2), местами претерпевших неоднократную хрупко-пластическую деформацию с образованием бластомилонитов и брекчий, а также реликтовых менее деформированных участков. В связи с интенсивными деформациями, относительный возраст разных породных тел установить трудно: контакты сорваны, сдвинуты, есть разновременное брекчирование ранних агрегатов. Небольшое сложное тело щелочных ультрамафитов нанесено на геологическую схему в кососекущем положении по отношению к вмещающим гнейсовидным пироксеновым сиенитам. Явлений фенитизации в ультрамафитах (Поляков, Недосекова, 1990) нами не наблюдалось, и нет доказанных секущих их миаскитовых и сиенитовых тел. Тело ультрамафитов разбито разноориентированными трещинами, в которых наблюдаются жилы карбонатитов, слюдитов, карбонатит-пегматитов, слюдит-пегматитов, флогопит-рихтеритовых пегматитов, частично смещенных по склону в коре выветривания.

Рис. 2.

Горные породы, слагающие сложное ультрамафитовое тело в районе копи № 97. а – рихтерит-флогопит-форстеритовая; б – флогопит-рихтеритовая; в – флогопитовый слюдит; г – полосчатый флогопит-кальцит-доломитовый карбонатит. Fig. 2. Some rocks that make up a complex ultramafic body in the area of mine No 97. a – richterite-phlogopite-forsterite rock, б – phlogopite-richterite rock, в – phlogopite mica-rock, г – banded phlogopite-calcite-dolomite carbonatite.

Жильные тела сильно отличаются друг от друга по количественным соотношениям как породообразующих (доломита, кальцита, флогопита, рихтерита, минералов группы гумита, форстерита, хлорита), так и второстепенных минералов – монацита-(Ce), поляковита-(Ce), эшинита-(Ce), фергусонита-(Ce), хромита, шпинели, циркона, цирконолита-(Y) и др. В некоторых случаях встречаются скопления нескольких акцессорных минералов. Характерной чертой сложного щелочного ультрамафитового тела является сходство минералогии горных пород и их пегматитовых аналогов.

МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ ЩЕЛОЧНЫХ УЛЬТРАМАФИТОВ И КАРБОНАТИТОВ КОПИ № 97

Рихтерит-флогопит-форстеритовая порода мелко- и среднезернистая (рис. 2, а), в объеме содержащая 93–95% форстерита и 2–5% флогопита и рихтерита; прочие минералы – пирит, пирротин, пентландит, халькопирит, молибденит, хромит, монацит-(Ce), апатит, барит. В отвалах встречена и неравнозернистая (порфировидная) рихтерит-флогопит-форстеритовая порода, в которой наблюдаются изометричные индивиды форстерита размером 5–10 см, вкрапления флогопита и редкие призмы зеленого рихтерита размером до 1 см. Формулы минералов:

Mg_1.8Fe_0.18Mn_0.01Ni_0.003(SiO₄) – форстерит,

(K_0.9Na_0.04Ba_0.005)(Mg_2.9Fe_0.15)(Al_0.92Si_3.08)O₁₀(OH_1.74F_0.26) – флогопит,

(Na_0.95K_0.12)(Ca_1.4Mg_5.12Fe_0.28Al_0.06Mn_0.04Cr_0.03)(Si₈O₂₂)(OH_1.64F_0.36) – рихтерит.

Акцессорными минералами в этой породе являются хромит, пирит, пирротин, пентландит и халькопирит. Акцессорные минералы мелки, лишь иногда размер их индивидов достигает 1–2 мм. Они включены в породообразующие минералы и имеют с ними компромиссные поверхности одновременного роста. Их очень мало, в сумме около 1%. Состав хромита по данным электронно-зондового анализа (мас. %): Cr₂O₃ 56.94, FeO 35.23, MgO 3.21, Al₂O₃ 0.53, TiO₂ 0.43, V₂O₃ 0.53, MnO 1.59, ZnO 1.82, сумма 100.28. Состав сульфидов в рихтерит-флогопит-форстеритовой породе почти соответствует идеализированным формулам с небольшими примесями: в пирите – до 0.4% Со, в пентландите – до 2.5% Со, в пирротине – до 0.4% Со и до 0.5% Ni; халькопирит свободен от примесей. Обращают на себя внимание примеси никеля, хрома, ванадия, кобальта и бария в породообразующих минералах и наличие акцессорных минералов, содержащих эти элементы. В отдельных глыбах рихтерит-флогопит-форстеритовая порода выглядит совершенно неизмененной (“свежей”), без следов деформации и замещения.

Флогопит-рихтеритовая порода (рис. 2, б) содержит 70–90% рихтерита, 10–30% флогопита и акцессорные хромит, монацит-(Се) и циркон. Между всеми названными минералами наблюдались поверхности одновременного роста. Состав минералов относительно однороден, мало отличается в разных участках. В восточном эндоконтакте тело флогопит-рихтеритовой породы местами имеет крупнозернистую структуру и содержит крупные индивиды поляковита-(Ce).

Слюдиты – жилообразные небольшие по размерам (до 2 м) карбонатно-слюдистые тела, сложенные светло-коричневым флогопитом (рис. 2, в) или (в других случаях) коричнево-черным биотитом и карбонатами (кальцитом и доломитом), с алланитом-(Се), шпинелью, скаполитом, пирротином, магнетитом и другими акцессорными минералами. Все минералы синхронны, а кальцит с доломитом образуют синтаксические срастания. Флогопит таблитчатый. Он характеризуется эмпирической формулой K_0.95Na_0.09Mg_1.78Fe_0.83Mn_0.03Ti_0.12Al_0.20(Si_2.79Al_1.21)О₁₀(OH_1.75F_0.25). Алланит-(Ce) представлен изометричными зернами серого цвета, он нерадиоактивный (без плеохроичных двориков), его эмпирическая формула Ca_1.15Ce_0.44La_0.33Nd_0.06Pr_0.04Fe_0.74Al_1.94(SiO₄)(Si₂O₇)O(OH). Зерна скаполита субизометричны, бесцветны, имеют промежуточный между мейонитом и мариалитом состав, отвечающий формуле Na_2.42Ca_1.49Fe_0.02(Al_4.01Si_7.94O₂₄)(Cl_0.58(CO₃)_0.42). Sr-содержащий фторапатит образует мелкие бесцветные субизометричные зерна; его эмпирическая формула Ca_4.8Sr_0.1Na_0.07Mg_0.01Ce_0.01U_0.01(P_2.93Si_0.06S_0.01)O₁₂(F_0.95OH_0.05).

Вместе с алланит-флогопитовой породой в отвале найдены обломки темной шпинель-флогопитовой породы, содержащей также доломит, клинохлор, апатит, ильменит и акцессорные бадделеит, циркон, монацит-(Ce), рабдофан, барит, рутил. Встречены дендриты меди в лимонитовой псевдоморфозе по железистому доломиту. В небольшой полости от замещенного зерна доломита наблюдались мелкие тройники клинохлора. В зерне алланита встречено включение калиевого полевого шпата, неоднородного по содержанию бария (гиалофан, рис. 3).

Рис. 3.

Зонально-секториальный Ba-содержащий калиевый полевой шпат в срастании с флогопитом и олигоклазом. Фото в отраженных электронах. Fig. 3. Intergrowth of zonal-sectorial barium-containing K-feldspar with phlogopite and oligoclase. BSE image.

Некоторые слюдиты с преобладанием флогопита и небольшой примесью доломита имеют светло-коричневый цвет и среднезернистую структуру. Под микроскопом в некоторых зернах флогопита видны мелкие зеленые синтаксические вростки клинохлора. Эмпирическая формула флогопита K_0.91Na_0.03Ba_0.01Mg_2.89Fe_0.24(Al_0.85Si_3.07)O₁₀(OH_1.63F_0.37). В тонких вростках клинохлора определены следующие примеси (мас. %): NiO 0.22, CaO 0.33; Ba не обнаружен, в отличие от флогопита. Хлорит подтвержден рентгенограммой. Доломит по составу отвечает формуле Ca_1.00Mg_0.91Fe_0.06Mn_0.02Sr_0.01(CO₃)₂.

В светло-коричневом слюдите местами встречаются линзы крупнозернистого зеленого клинохлора (индивиды размером до 3 см) и крупные индивиды светло-коричневого хондродита размером до 4 см (рис. 4). Состав хондродита (мас. %): SiO₂ 34.27, MgO 51.74, FeO 6.78, TiO₂ 1.35, MnO 0.77, F 5.28, –O=F₂ 2.22, сумма 97.97. Рентгенограмма хондродита соответствует эталону.

Рис. 4.

Флогопит-хондродитовые крупнозернистые сростки в слюдите. Fig. 4. Phlogopite-chondrodite coarse-grained intergrowths in the mica-rock.

Корунд-флогопитовые пегматиты встречены только в рыхлом отвале северной канавы копи № 97. Изометричные розоватые индивиды корунда имеют размер до 4 см. Флогопит толстотаблитчатый, зеленоватый, крупнозернистый. Совместно с корундом кристаллизовались диаспор, шпинель, прайсверкит, циркон, фергусонит-(Ce), кальцит, пирротин, уранинит, торианит, кальцит в мелких выделениях.

Флогопит-клиногумитовая порода встречена в отвалах юго-восточной части ультрамафитового тела. Эта светло-коричневая неравнозернистая порода, которая содержит мелкие зерна хромита и монацита-(Ce). В пегматитовом аналоге флогопит-клиногумитовой породы встречены рихтерит и поляковит-(Ce).

Флогопит-доломит-кальцитовые карбонатиты. Долгое время в коре выветривания сложного ультрамафитового тела в разведочных канавах встречались лишь фрагменты карбонатит-пегматитовых тел. В 2012 г. в восточной части центральной канавы на контакте крупной жилы доломитового карбонатит-пегматита с обильным монацитом-(Ce) были обнаружены среднезернистые слабо полосчатые флогопит-доломит-кальцитовые карбонатиты (рис. 2, г) с монацитом-(Ce), поляковитом-(Ce), хромитом и другими акцессорными минералами.

Местами встречаются своеобразные магматические¹¹ брекчии, где обломки флогопит-форстеритовой породы сцементированы флогопит-рихтеритовой породой, а также брекчия флогопитового слюдита с карбонатитовым “цементом”.

Район копи № 97 Ильменских гор уникален по набору мелких тел магматических фаз карбонатит-щелочноультрамафитовой формации, а также и по минеральному составу этих тел. Карбонатиты необычны – они обогащены одновременно редкими землями, Cr, Ni, Ba и Sr. В слюдитах и карбонатитах встречается магматический хлорит, местами образующий небольшие собственные тела хлоритолитов.

Поляковит-(Ce) определен как в парагенезисах магматических горных пород, так и в их пегматитовых аналогах – рихтерит-флогопит-доломит-кальцитовых карбонатитах, флогопит-клиногумитовой породе, рихтерит-флогопитовой породе и флогопит-рихтеритовой породе. Кроме поляковита-(Ce) в этих породах наблюдались акцессорные минералы – эшинит-(Ce), фергусонит-(Ce), монацит-(Ce), хромит и другие. Парагенетические взаимоотношения между минералами устанавливаются по наличию индукционных поверхностей одновременного роста. Карбонатиты и карбонатит-пегматиты копи № 97 в Ильменских горах похожи на карбонатиты других участков Ильменогорско-Вишневогорского комплекса, но только в них установлен в заметных количествах хромит. Он характеризует хромовую специализацию карбонатитовой системы, определившей наличие поляковита вместо других минералов группы чевкинита, а также хромовую специфику некоторых других минералов (существенная примесь Cr в составе рихтерита, давидита, корунда и др.). В карбонатит-пегматитах копи 97 встречаются кристаллы хромита размером до 12 мм.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По мнению автора, парагенетический анализ в рамках онтогении минералов может быть осуществлен без привлечения физико-химического моделирования. Практический выход для топоминералогических предсказаний при этом вряд ли существенно уменьшается. Выполнение собственно минералогических исследований ведет к открытию широкого спектра полиминеральных парагенезисов, характерных для природных объектов.

Небольшое тело щелочных ультрамафитов копи № 97 является уникальным образованием среди минеральных объектов Ильменских гор в связи с разнообразием минеральных парагенезисов и многообразием минералов, число которых к настоящему времени достигло 62 минеральных видов. В копи № 97 открыты два новых минерала –поляковит-(Ce) и фторрихтерит. Встречены здесь также новые разновидности пород – доломит-скаполит-шпинель-алланит-биотитовые слюдиты, рихтерит-флогопит-доломит-кальцитовые карбонатиты и карбонатит-пегматиты с большим количеством редких акцессорных минералов (Попов и др., 2020).

Проявление поляковита-(Ce), вскрытое выработками копи № 97, является пока единственным в мире. Здесь найдены его кристаллы размером до 16 см – самые крупные среди минералов группы чевкинита. В парагенезисе с поляковитом-(Ce) установлены породообразующие – рихтерит, флогопит, форстерит, доломит, кальцит, клиногумит, хондродит а также акцессорные минералы – хромит, эшинит-(Ce), фергусонит-(Ce), монацит-(Ce). Подобные парагенезисы, но без поляковита, можно встретить в других районах Южного Урала, в том числе в карбонатитах (Ильменские и Вишневые горы, Шишимские и Назямские горы, “Русская Бразилия” и др.). На возможное нахождение поляковита-(Ce) Ce₄MgCr₂Ti₂O₈(Si₂O₇)₂, по-видимому, может указывать наличие хромита FeCr₂O₄. Отсутствие или малое содержание Cr в системе препятствует появлению поляковита.

Щелочные ультрамафиты в районе копи № 97 являются частью Ильменогорско-Вишневогорского щелочного комплекса, трассирующего одну из южноуральских рифтовых систем и относящуюся к восточной части Главного Уральского разлома. Несколькими выработками копи № 97 вскрыто небольшое, но сложно дифференцированное тело щелочных ультрамафитов с жилами слюдитов, карбонатитов и карбонатит-пегматитов. На этом объекте впервые для Ильменских гор встречены карбонат-флогопитовые слюдиты и флогопитовые карбонатиты, которые, как считает автор, возникают из расплавов-растворов минимальной вязкости, с высокой растворимостью оксидов и силикатов. Рассмотренная уникальная минерализация в щелочных ультрамафитах Ильменских гор является важной характеристикой геологических процессов, протекающих в рифтовых системах.