Закономірності зміни складу мінералів з докембрійських порід українського щита

Публікації. За темою дисертації опубліковано 51 працю, в тому числі: 1 монографію, 31 статтю у фахових виданнях ВАК, 17 тез і матеріалів конференцій. Отримано 1 патент України та 1 авторське свідоцтво на винахід.

В усіх породах спостерігається перекриття складу з одночасним існуванням реліктового і новоутвореного піроксену. Параметри рівнянь апроксимації Fe(Mg) за складом ромбічних піроксенів з ендербіто-гнейсів та кристалосланців близькі, аналогічно - за складом моноклінних піроксенів. Їх відмінність на графіку Fe(Mg) зображається квазіпаралельними прямими. У ромбічних піроксенів відсутні закономірні зміни компонентів Al(Mg), Al(Si), Al(Тi), тоді як у моноклінних вони майже лінійні, як у амфіболів. Це свідчить проподібність моноклінних піроксенів до амфіболів за характером процесу, що відповідає заміні «сіми» (Ca+Mg+Si) на «сіаль» (Na+K+Al), та відношення ромбічних і моноклінних піроксенів до якісно різних етапів цього процесу. Зміна складу амфіболів з кристалосланців та ендербіто-гнейсів у порівнянні з піроксенами описується меншою кількістю зв'язків (найбільш достовірні залежності між Fe і Mg, Fe і Si) з меншими значеннями параметрів апроксимації. Ступінь лінійності зв'язків у амфіболів із кристалосланців вища, ніж у амфіболів з ендербіто-гнейсів. У амфіболів із кристалосланців та ендербіто-гнейсів протилежний характер зміни компонентів в координатах Al(Тi), К(Mg), К(Na). У кристалосланцях напрям зміни компонентів такий же, як у амфіболів більш низьких фацій метаморфізму, а в ендербіто-гнейсах - характерний для амфіболів гранулітової фації метаморфізму і моноклінних піроксенів. Це свідчить про кардинальні зміни РТ-умов при перетворенні ендербіто-гнейсів в кристалосланці. Найбільш інформативними характеристиками закономірної зміни складу породоутворювальних мінералів із докембрійських порід Дністерсько-Бузького мегаблоку є залежності між компонентами Na+K+Al= f (Ca+Mg+Si), Fe (Mg+Са+Si), Na(Mg), Al(Mg), Al(Si). Лінійна залежністть між Na(Mg) характерна для піроксенів з ендербіто-гнейсів та амфіболів із грануліта, вона є типоморфною ознакою зміни РТ-умов гранулітової фації. Ймовірно, що зміна складу зі зменшенням порядкового номеру елементів характеризує зміну тиску. Перехід від гранулітової до амфіболітової фації змінює напрям взаємозаміни елементів у бік збільшення порядкового номера, починає проявлятися лінійна залежність Al(Mg). Далі показано, що це пов'язано з переважним впливом температури. Таким чином, залежності Na(Mg) та Al(Mg) зміни компонентів амфіболів є індикаторами переходу від гранулітової до амфіболітової фацій.

Порівнянням зміни складу амфіболів із гнейсів і гранулітів тоналіт-трондьємітової асоціації порід гнейс-мігматитового комплексу Середньопридніпровського мегаблоку виявлено більшу лінійність залежностей, більші значення параметрів рівнянь Al(Si) і Al(Тi) у амфіболів із гранулітів, яка відповідає більш високим термодинамічним умовам. Виявлено закономірну зміну складу амфіболів із метабазитів, як на рівні індивіду, так і на рівні монофракцій.

Однакові значення параметрів лінійних залежностей у амфіболів цих структур, свідчать про єдиний закономірний процес змін у територіально роз'єднаних структур з різним проявом метаморфізму, що означає внутрішню еволюційну природу метаморфізму. Взаємна зміна синхронної зміни вмісту пари компонентів відображають певний механізм закономірного еволюційного розвитку мінеральної речовини.

Прикладним застосуванням методу динамічних зв'язків є розроблений спосіб фаціального розчленування порід (хімічні аналізи амфіболів взято з монографії Є.О. Костюк, 1970). Спосіб особливо актуальний при відсутності в породі критичних мінералів. Лінійний характер зміни компонентів зафіксовано на графіках Al(Тi) і Al(К) у породах тільки гранулітової фації.

На графіках Al(Si) лінійні зв'язки існують між компонентами амфіболів кожної фації (рис. 7). На відміну від незакономірної зміни компонентів (R2=0,12 і R2=0,24) на об'єднаних графіках Al(Тi) і Al(К), на об'єднаному графіку Al(Si) отримано надійну лінійну залежність (R2=0,82), хоча по окремих фаціях значення коефіцієнтів лінійної апроксимації значно менші (від 0,31 до 0,54). Значення параметрів (a і b) рівнянь Al(Si) для амфіболів різних фацій закономірно збільшуються від зелено-сланцевої до низької гранулітової фації метаморфізму, що і покладено в основу розробленого способу. Залежність між параметрами a і b лінійних рівнянь окремих фацій (рис. 8) має надійний (R2=0,97) лінійний характер і описується рівнянням b = 46,54a+8,02. Реперні точки фацій на графіку мають наступні координати: зелено-сланцева - a = 0,47, b = 27,95.

Склад амфіболів при різних температурах, тисках і фугітивностях кисню (fO2) був досліджений у роботі Speer, 1981. Наведені електронно-зондові аналізи використано нами для побудови залежностей між відповідними компонентами. Зі зміною температури зміною ступеню окиснення змінюєтья на протилежний. Зі зміною температури відбувається лінійна різнонаправлена зміна компонентів Al і Si та однонаправлена зміна Al і Тi. В цих координатах точки складу амфіболів з різними буферами лягають на одну пряму (R2=0,85-0,92), що свідчить про однакову швидкість зміни компонентів під час зміни температури незалежно від ступеню окиснення. Лінійність на інших залежностях існує тільки в межах кожного окремого буферу, а об'єдані дані закономірної зміни не виявляють.

Внаслідок нагрівання амфіболи чітко розділяються на 2 групи залежно від ступеню окиснення за ступенем лінійності і напрямом зміни компонентів на графіках Na+K+Al=f (Ca+Mg+Si) і Fe(Al). Амфіболи розділяються на 3 групи: з найбільшим ступенем окиснення (немає закономірної зміни), середнім (R2=0,64) і найнижчим (R2=0,98), де достовірно проявляється різнонаправлена зміна компонентів. Отже, при зміні температури, надійні зв'язки між компонентами амфіболів існують у середовищі з меншим ступенем окиснення.

Зі зміною тиску лінійно і протилежно змінюється вміст Al і Si (R2=0,95; 0,99; 1,00), лінійні зміни компонентів виявлені тільки в умовах магнетит-гематитового буфера (R2=0,95) і на об'єднаному графіку (R2=0,93), демонструючи закономірну зміну Fe і Mg внаслідок зміни окиснення. Лінійні різнонаправлені зміни складу під час змін фугітивності кисню і тиску фіксують графіки Na(Mg) і Na+K+Al=f (Ca+Mg+Si). Внаслідок зміни фугітивності кисню (Т і Р постійні) отримано закономірні лінійні залежності між всіма парами компонентів, крім Fe(Ca). Отже, зміну температури фіксують лінійні залежності між компонентами амфіболів Al і Si, Al і Ti, зміну тиску - залежності між Al і Si, Na і Mg, Mg+Ca+Si і Na+K+Al, а на закономірну зміну Fe і Mg, Fe і Mg+Ca+Si, Mg+Ca+Si і Na+K+Al, Fe і Al найбільше впливає зміна киснево-водневого потенціалу. Те, що внаслідок зміни окисненості не проявляється лінійна залежність між Fe і Са, у разі лінійних змін інших компонентів, може бути індикатором постійності параметрів тиску і температури. Ймовірно, зміна ступеня окиснення в мінеральному середовищі є визначальним чинником лінійних зв'язків між компонентами амфіболів. Таким чином, виявлено синхронну зміну компонентів складу амфіболів під дією зовнішніх чинників, встановлено закономірні зміни компонентів породоутворювальних мінералів різних за складом і генезисом порід, що може бути покладено в основу нового напряму - еволюційної мінералогії.

Мікрогетерогенність хімічного складу акцесорних мінералів і зв'язки між їхніми компонентами

Електронно-зондовим методом досліджено особливості складу цирконів із різних порід (масиви: Жовтневий, Березова Гать, Малотерсянський, Проскурівський, Володарський, Кам'яні Могили, Чернігівський) Приазовського мегаблоку. Закономірні лінійні зв'язки встановлено між компонентами складу гетерогенних цирконів при заміщенні елементів у бік збільшення атомного номера, головним чином, Si>Р. Гетерогенність цирконів має характерні прояви пов'язані з РТ-умовами, типом порід тощо, у вигляді ділянок, що містять «легкі» елементи, лужно-магній-залізо-алюмосилікатне скло, мінеральні утворення.

Більшу ступінь змін у цирконах із карбонатитів ЧКК, що корелює зі складом домішок і мікроутвореннями в них. Встановлено існування однонаправленої лінійної зміни між такими ізоморфними компонентами як Нf і Zr у складі циркона.

Показано гетерогенність складу цирконів із лужних пегматитів Азовського родовища. В породах вони представлені одним або двома різновидами, які відрізняються між собою розмірами кристалів, домішковим і основним складом. Іноді внутрішня частина зерен покрита бурими плямами, а їхня поверхня - плівкою графіту (вуглецю). По перерізу кристалів проявляється плямистий розподіл елементів, часто у вигляді квазіпаралельних темних і світлих ділянок. При цьому світлі ділянки ніби поглинаються темними, що утворюються всередині індивидів. Виявлено подібність їх до деяких цирконів із ендербіто-гнейсів, що свідчить про схожість зміни складу цирконів в породах різних за складом і генезисом.

Монофракції цирконів і монацитів із анадольських, каранських, кам'яно-могильських гранітів складаються з 2-3 генерацій з широкою варіацією складу та різноманітними проявами гетерогенності. Зміна компонентів цирконів з високою надійністю апроксимується переважно, полімінеральні агрегати, які складаються зі «скла» з дрібними фазами ториту, ксенотима, хаттоніта і фосфорхаттоніта з високим вмістом Y замість Ce, домішками Sc, W, Nb, Yb, Dy у всіх фазах. Гетерогенність виявляють генерації непрозорих монацитів всіх гранітів (рис. 13), тоді як прозорі зерна гомогенні. Вольфрам постійно входить до складу цирконів і монацитів із гранітів Кам'яних могил, що є ознакою їх вольфрамової металогенічної спеціалізації.

Досліджено прояви гетерогенності складу у найдавніших на УЩ цирконах із Новопавлівського комплексу (рис. 14). Виявлено невідповідність між суттєво різним складом (електронно-зондовий мікроаналіз) і однаковим віком (мас-спектрометрія вторинних іонів) ділянок реліктових ядер циркону з ультрабазиту. Мікрогетерогенність цирконів традиційно пов'язують із явищами метасоматозу або зміною РТ-умов. Гетерогенний склад центральної краю, і не доходять до центральної гладкої (без тріщин) гетерогенної області. Крім того, при метасоматозі з циркону виносився б, насамперед, Pb радіогенний, що призвело б до коливання його «геохронологічного» віку, але встановлено однаковий вік. З іншого боку, отримано лінійні залежності між компонентами складу цих цирконів, що свідчить про внутрішню еволюційну природу зміни складу.

В гетерогенних цирконах із розсипного родовища Самоткань виявлені ділянки з домішковими елементами Sc, Ca, F, Tl, а з родовища Вовче - із домішками Sc, Ta, Co, Ni, Tl. Методом динамічних зв'язків виявлено тенденцію закономірної зміни складу цирконів. У цирконів із Самотканського родовища зафіксовано один напрям зміни, значення параметрів лінійної апроксимації (a, b, R2) високі, що свідчить про одне джерело зносу, або про значний розвиток цирконів in situ. В родовищі Вовчому джерел зносу, скоріше, не менше двох.

Досліджено прояви гетерогенності цирконів із ендербіто-гнейсів Бердичівського і Гайворонського комплексів Дністерсько-Бузького мегаблоку. Для них характерні метаміктні кристали із високим вмістом домішкових елементів, з великою кількістю включень, у тому числі породоутворювальних мінералів, дрібні утворення в ядрах (рис. 16) із «легкими» елементами.

Монофракції цирконів складаються із 3-4 генерацій, зміна складу яких описується однією лінійною залежністю, що свідчить про їх генетичну єдність. Особливість цирконів - лінійна різнонаправлена зміна компонентів Zr і Hf. В бердичівському граніті виявлено три генерації

Зміна складу всіх цирконів трьох генерацій разом описується надійними лінійними залежностями (Al2O3+Y2O3)=f(SiO2+ZrO2) - Y= ?0,21X+20,8, R2=0,94 та (Р2O5+СaO+FeO)=f(SiO2+ZrO2) - Y= ?0,19X+18,6, R2=0,93, що свідчить про еволюційний розвиток цирконів в бердичівському граніті.

Циркони із гранітів, що контактують із амфіболітами Середньопридніпровського мегаблоку проявляють особливу гетерогенність складу. Там, у пухкій шаруватій масі метаміктного циркону, поруч із ділянками з широким спектром домішкових елементів, знаходяться утворення з атомним номером Z  8 (ймовірно, С). У цирконі з плагіограніту (Кривий Ріг) зафіксовані найбільші прояви гетерогенності по основних і домішкових (Na, Mg, Al, K, Ca, Fe, Re) елементах. Встановлено достовірний (R2=0,83) лінійний зв'язок між Al2O3+Y2O3 і SiO2+ZrO2, тоді як циркони з саксаганських гранітів майже не проявляють закономірної зміни вмісту компонентів. Лінійна залежність частіше існує в координатах (Р2O5+СaO+FeO)=f(SiO2+ZrO2). В осадових породах виявлено циркони, які відрізняються за конституцією від цирконів гранітоїдів, що може бути проявом різного ступеня еволюційної зміни, а не тільки існуванням додаткових джерел зносу.