Первая находка твердых растворов торита и ксенотима в метаперитовых гранулитах Курско-Бесединского блока (Воронежский кристаллический массив)

Два зерна твердых растворов были зафиксированы в керне скважины 3555, глубина 203 м, пробуренной в пределах Ушаковских магнитных аномалий Курско- Бесединского блока ВКМ (рис. 1).

Курско-Бесединский блок сложен биотитовыми, биотит-роговообманковыми плагиогнейсами с маломощными прослоями роговообманковых амфиболитов, часто мигматизированных и гранитизирован- ных. В пределах гнейсового комплекса на фоне общего мозаичного поля выделяются интенсивные положительные магнитные аномалии эллипсовидной, серповидной и полосовидной формы, сложенные комплексом разнообразных пород, претерпевших метаморфизм в условиях гранулитовой фации. Их мезоархейский возраст (2819±6 млн лет) [1] подтвержден геохронологическими определениями по монациту (U-Pb изохронный метод) из метапелито- вых гранулитов, переслаивающихся в разрезе с железистыми кварцитами.

Рис. 1 Курско-Бесединский блок ВКМ (район исследования): 1 - высокотемпературные метаморфические комплексы (метапелиты, метабазиты, метаультрабазиты) с железистыми формациями; 2 - поздне - и посттектонические щелочные и полевошпатовые лейкократовые гранитоиды; 3 - габброиды; 4 - зоны глубинных разломов; 5 - местоположение скважин; 6 - границы Курско-Бесединского блока. Красным цветом выделена исследованная скважина

Методы исследования

Обнаруженные зерна твердых растворов были изучены на растровом электронном микроскопе Jeol- 6380 LV (ЦКПНО ВГУ); химический состав фаз определялся при помощи полупроводникового детектора INCA x-sight EDS 250, смонтированного на электронном микроскопе. Условия анализа: ускоряющее напряжение 20 кВ, ток зонда 10-15 нА, время набора спектра в зависимости от задач варьировало от 70 до 150 сек., диаметр электронного пучка в приповерхностном слое образца обычно равнялся 3-5 мкм.

ZAF коррекция при расчете содержания окислов и оценка точности проводились с помощью комплекта программ математического обеспечения системы. Точность анализа систематически контролировалась по эталонным образцам природных и синтетических минералов.

Кристаллохимические формулы рассчитаны на 4 атома кислорода, оптимизация данных, полученных в результате микрозондовых анализов, была проведена на базе программы «MinFile».

Полученные результаты

Твердые растворы представляют собой округлые, мелкие (20х30 мкм) выделения с неровными слабо корродированными границами (рис. 2а). Для зерна № 1 матричными являются плагиоклаз (андезин) и железистый биотит; зерно № 2 полностью оконтурено каймой железистого хлорита (рис. 2а). Оба изученных зерна пересекаются тонкими трещинами и ответвлениями, уходящими за их границы. Высококонтрастная съемка позволила установить неоднородности внутреннего строения зерен - наличие в них мельчащих (<1 мкм) выделений, отвечающих по составу предположительно галениту (рис. 2б).

По химическому составу (табл. 1) изученные зерна представляют собой твердые минеральные растворы ряда торит-ксенотим. Торит изоструктурен с ксенотимом (тетрагонален) поэтому может образовывать твердые растворы с механизмом компенсационного парного замещения: Th⁺⁴+Si⁺⁴=Y, HREE⁺³+P⁺⁵ [2, 3]. Следует отметить, что ранее подобные (за некоторым исключением) твердые растворы были описаны только в гранитоидах Германии и Иордании [4]. В метаморфических породах ВКМ рядом авторов [5] были изучены твердые растворы системы торит-циркон и торит-коффинит.

Исходя из данных химического анализа (табл. 1) обнаруженные зерна представляют собой различные по смесимости минеральные системы: зерно № 2 по сравнению с зерном № 1 обогащено торитовым мина- лом (64 % против 50 %); твердый раствор, слагающий зерно № 1, представляет собой природный эталон полной смесимости торита и ксенотима (Рис. 3).

В изученных твердых растворах отмечаются примеси воды (заниженные суммы в составе), которая играет важную роль в расширении полей смесимости многокомпонентных минеральных систем.

Рис. 2 Электронно-микроскопические фотографии торит-ксенотимовых твердых растворов (изображения в обратноотраженных электронах): а - твердые растворы торит-ксенотим (Thor+Xen) (зерно №1, №2) в ассоциации с плагиоклазом (Pl), хлоритом (Chlt), биотитом (Bt) и рутилом (Ru); б - выделения галенита (Gln) в твердом растворе торит-ксенотим (зерно №2)

Таблица 1

Химические составы торит-ксенотимовых твердых растворов

Примечания: * - среднее по 7 анализам;

** - среднее по 9 анализам

Рис. 3 Положение составов твердых растворов на треугольной диаграмме в системе «монацит - ксенотим - торит (хаттонит)»: 1 - зерно № 1; 2 - зерно № 2; 3 - метастабильная область существования составов

К примеру, экспериментальные исследования систем циркон-торит (коффинит) [6], циркон-ксенотим [7] показали разрыв смесимости на уровне 15 мол, %, что опровергается исследованиями природных твердых растворов [4]. Такой парадокс, вероятно, является следствием простых (беспримесных) и безводных минеральных систем, применяющихся при проведении экспериментов.

Заключение

Считается, что образование метастабильных промежуточных твердых минеральных растворов обязано быстрому охлаждению горных пород [8]. Ранее [9], для мезоархейских гранулитов Курско-Бесединского блока ВКМ был построен тренд эволюции с несколькими стадиями метаморфизма, разделенными периодами изотермической декомпрессии и изобарического охлаждения. Вероятно, наблюдаемые в изучаемых метапелитах твердые растворы сформировались в один из этапов изобарического охлаждения на ретроградной стадии метаморфизма. Источником минерального вещества для изученных зерен, по аналогии с гранитными массивами [4] могли послужить гидротермы с активным (F, CO₂, H₂O) флюидом, проникающие по трещинам и тонким каналам в породе.

Еще одним аспектом изучения обнаруженных твердых растворов является наличие в них мельчащих кристаллов галенита. В последнее время в петрологии активно используется метод химического датирования (CHIME), в основе которого лежит предположение о радиогенной природе свинца в минералах- геохронометрах (монацит, ксенотим и др.). Наличие в таких индикаторных минералах примесей серы [10] или свинцовых выделений (рис. 2б) делает некорректным их применение для определения возраста геологических процессов.

Литература

1. Возраст метаморфизма гранулитовых комплексов ВКМ: результаты U-PB геохронологических исследований монацита / К. А. Савко [и др.] // Доклады Академии наук. Сер. Геология. 2010. Т. 435. № 5. С. 1-6.

2. Дир, У. А. Породообразующие минералы / У. А. Дир, Р. А. Хауи, Дж. Зусман // Издательство «Мир». 1966. Т. 5. С. 379.

3. Kohn, M. J. Phosphates. Geochemical, Geobiological and Material Importance / M. J. Kohn, J. Rakovan, J. Hughes // Mineral. Soc. Of Am. 2003. V. 48. P. 1-99.

4. Fosrter, H.J. Composition and origin of intermediate solid solutions in the system thorite-xenotime-zircon-coffinite / H. J. Fosrter // Lithos. 2005. V. 88. P. 35-55.

5. Фазовые равновесия редкоземельных минералов при метаморфизме углеродистых сланцев Тим-Ястребовской структуры, Воронежский кристаллический массив / К. А. Савко [и др.] // Петрология. 2010. Т. 18. № 4. С. 402-433.

6. Mumpton, F. A. Hydrothermal stability studies of the zirconthorite group / F. A. Mumpton, R. Roy // Geochimica Cosmo- chimica Acta. 1961. V. 21 - P. 217-238.

7. Rare earth elements in synthetic zircons: Part 1. Synthesis, and rare earth element and phosphorus doping / J. M. Hanchar [et al.] // American Mineralogist - 2001. V. 86 - P. 667- 680.

8. Pointer, C. M. The zircon-thorite mineral group in metasoma- tized granite, Ririwai, Nigeria 1. Geochemistry and metastable solid solution of thorite and coffinite / C. M. Pointer, J. R. Ashworth, R. A. Ixer // Mineralogy and Petrology - 1988a. V. 38 - P. 245-262.

9. Пилюгин, С. М. Глиноземисто-железистые породы Кур- ско-Бесединского гранулитового блока ВКМ (физикохимические условия метаморфизма, тренд тектоно- термальной эволюции) / С. М. Пилюгин // Вестник Воронеж. гос. ун-та. Серия Геология. 2010. №2. С.147-158.

10. Sulfur-rich monazite with high common Pb in ore-bearing schists from the Schellgaden mining district (Tauern Window, Eastern Alps) / E. Krenn [et al.] // Miner. Petrol. 2011. V. 102. P. 51-62.

Размещено на Allbest.ru