Фуксит в метапесчаниках стойленской свиты курской серии КМА (особенности минералогии, условия образования)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Фуксит в метапесчаниках стойленской свиты курской серии КМА (особенности минералогии, условия образования)

С. М. Пилюгин, А. В. Никитин, Т. Н. Полякова

Воронежский государственный университет

Аннотация: в работе приводится детальная минералогическая характеристика фукситовыхметапесчаников стойленской свиты курской серии КМА. Охарактеризованы их породообразующие и акцессорные минералы. Установлено развитие в метаосадочных породах фуксита (K(Al,Cr)SiO₀(OH)2) за счет дегидратации гидрослюд и разложения детритовых кристаллов феррохромита в условиях эпидот-амфиболитовой фации метаморфизма.

Ключевые слова: Курская магнитная аномалия, протерозой, стойленская свита, фуксит, фер-рохромит.

FUCHSITE IN META-SANDSTONE OF THE STOILENSKAYA SUITE OF THE KURSK SERIES KURSK MAGNETIC ANOMALY (FEATURES OF MINERALOGY, CONDITIONS OF FORMATION)

Abstract: theworkpresents a detailedmineralogicalcharacteristicoftheFuchsitemeta-sandstoneoftheStoilenskayasuiteoftheKurskseries KMA. Therock-formingandaccessorymineralsarecharacterized. Thedevelopmentoffuchsite (K(Al,Cr)SiO0(OH)2) inmetasedimentaryrockshasbeenestablishedduetodehydrationofhydro-micaanddecompositionofferro-chromitedetritalcrystalsunderconditionsofepidote-amphibolitefaciesofthemetamorphism.

Keywords: Kurskmagneticanomaly, Proterozoic, Stoilenskayasuite, Fuchsite, Ferro-chromite.

Введение

Стойленская свита курской серии палеопротерозоя Воронежского кристаллического массива (ВКМ) занимает особое место в метаморфических образованиях Курской магнитной аномалии (КМА). Ее накопление маркирует начало развития морского бассейна, в котором на терригенных породах отлагались хемо- генные железисто-кремнистые осадки, преобразованные при метаморфизме в железистые кварциты ко- робковской свиты. Ими сложены месторождения железа мирового класса (Коробковское, Лебединское, Стойленское и Михайловское).

Стойленская свита представлена в разрезах сланцами и кварцито-песчаниками, метаморфизованными в условиях эпидот-амфиболитовой фации метаморфизма. Породы стойленской свиты вскрыты и прослежены в коренном залегании в восточном и юговосточном ответвлении шахтных стволов Коробков-ского месторождения (рис. 1).

В нижней части стойленской свиты фиксируются фукситовыеметапесчаники, в качестве источников обломочного материала для которых традиционно рассматриваются метаморфизованные протолиты михайловской серии неоархея [1]. Среди возможных источников называются различные по составу образования (от гипербазитов до гранодиоритов) [2], однако, эти данные носят предположительный характер и нуждаются в дополнительных исследованиях, в том числе на детальном вещественном уровне. Этому решению посвящена настоящая статья.

Петрография и минералогия

Фукситовыеметапесчаники были отобраны в юговосточном ответвлении шахтного ствола №4 Короб-ковского месторождения (горизонт -71м) (рис. 1). Они представлены породой травянисто-зеленого, реже зеленовато-бирюзового цвета с полосчатой текстурой. Структура породы гранобластовая, лепидогра-нобластовая в некоторых случаях порфиробластовая за счет присутствия крупных (0,5 см) выделений голубовато-серого кварца. Основными породообразующими минералами фукситовыхметапесчаников является кварц и зеленоватая хромсодержащая разновидность мусковита - фуксит. Фуксит в проходящемсвете темно-зеленый, мелкочешуйчатый, в скрещенных николях плеохроирует в радужных тонах. Для кварцевых агрегатов характерна слабо вытянутая, реже неправильная, для фуксита - почти всегда мелкочешуйчатая ориентированная по направлению полосчатости форма. Размеры кристаллов варьируют в широких пределах - от нескольких микрон до 2-3 мм. Микроскопически кристаллы фуксита «собраны» в породе в отдельные сегменты (кластеры), окруженные со всех сторон кварцем (рис. 2 а).

Рис. 1. Схема геологического строения юго-восточного ответвления шахтного ствола Коробковского месторождения (горизонт -71 м): 1 - гранат-амфиболовые сланцы; 2 - слабо-рудные кварциты; 3 - кварц-серицитовые сланцы; 4 - кварцито- песчаники; 5 - гранито-гнейсы; 6 - жильные образования; 7 - тектонические нарушения; 8 - действующие камеры; 9 - отработанные камеры; 10 - 1 квартал 2018 г.; 11 - 2 квартал 2018 г.; 12 - 3 квартал 2018 г.; 13 - 4 квартал 2018 г.; 14 - балансовые запасы железистых кварцитов; 15 - временно неактивные запасы железистых кварцитов; 16 - заложенное выработанное пространство.

По данным энергодисперсионного микроанализа фуксит содержит примеси хрома (3,4-3,8 мас.% Cr₂O₃), а также незначительные примеси железа, магния, титана и натрия (табл. 1). Изоморфное замещение трехвалентного алюминия на хром в катионном комплексе мусковита (K(Al,Cr) Si O (OH) ) ведет к обра- 3 3 10 2 зованиюфуксита.

При детальном изучении образцов на растровом электронном микроскопе Jeol 6380 LV с энергодисперсионной системой количественного анализа Inca- 250 (ВГУ) было установлено, что фукситовые кластеры в центральных частях содержат небольшие (150200 мкм) корродированные и фрагментированные кристаллы хромита (рис. 2 а). По химическому составу это практически чистые феррохромиты [3], с небольшими примесями цинка (1,3 мас.% ZnO), магния и марганца (табл. 2).

Рис. 2. Микрофотографии минеральных ассоциаций фукситовыхметапесчаников: Fuch - фуксит; Crm - хромит; Py - пирит; Qtz - кварц; OtPy - халькопирит; Zr - циркон; Zrt - циртолит; Pt - самородная платина.

Фуксит в метапесчаниках стойленской свиты Курской серии КМА ...

Таблица 1

Химические составы фуксита, полученные по данным точечного рентгеноспектрального микроанализа

Акцессорная минерализация изученных пород представлена достаточно широко. Были обнаружены: сульфиды (пирит, халькопирит, пирротин, пентландит, молибденит), фосфаты (монацит, ксенотим), окислы и силикаты (рутил, касситерит, циркон, торит), самородные минералы (платина), карбонаты (сидерит).

Новообразованными (метаморфическими) акцессорными минералами в фукситовыхметапесчаниках являются все прожилковые выделения сульфидов, а также фосфаты. К примеру, было установлено, что при переходе от зеленосланцевой к эпидот-амфибо-литовой фации метаморфизма детритовых кристаллов монацита в породе не остается [4]. К детритовым минералам можно отнести хорошо окатанные мелкие (1-5 мкм) кристаллы платины, касситерита, а также циркона.

Большинство изученных кристаллов циркона характеризуется зональной структурой, подчеркнутой процессами циртолитизации (гидроокисным замещением H₂O = 12-15 мас.%) (рис. 2 б). В фукситовыхметаконгломератах нами был обнаружен кристалл самородной платины с примесью родия (Rh = 0,8 вес.%), находящейся в ассоциации с пиритом и халькопиритом (рис. 2 б).

Интерпретация полученных результатов

Исходя из проведенных нами петрографических наблюдений и анализа особенностей химического состава породообразующих минералов, можно сформулировать следующую последовательность образования фукситовыхметапесчаников: на стадии диакатагенеза была сформирована цементирующая кварцевые зерна (и детритовые акцессории) минеральная масса, представленная преимущественно гидрослюдой.

Таблица 2

Химические составы хромита, полученные по данным точечного рентгеноспектрального микроанализа

Процесс фазового перехода (перекристаллизации) глинистых минералов (каолинита, либо монтмориллонита) в минералы группы гидрослюд (иллита, серицитового мусковита) подробно описан в ряде работ [5, 6] (в том числе экспериментальных [7]). Стоит отметить, что основным параметром перехода является адсорбция глинистыми минералами калия из морской воды [8]: фукситовый метапесчаник метаосадочный дегидратация

3Al₄Si₄O₁₀(OH)₈+4K⁺ = 4KAl₃Si₃O₁₀(OH)₂+6H₂O+4H⁺ Каолинит Иллит

Далее, при повышении температуры и давления в ходе регионального метаморфизма, происходила дегидратация цементирующего материала (иллита, серицита) с образованием активного (возможно щелочного) флюида, корродирующего кристаллы ферро- хромита (рис. 2 а). К примеру, реакция разложения феррохромита в лабораторных условиях за счет гидроксида калия в бескислородной среде хорошо известна:

N2

Fe(CrO₂)₂+6KOH+4H₂O ^ 2K₃[Cr(OH)₆] +Fe(OH)₂;

При этом, образуется комплексное соединение гексагидроксохромат калия (K₃[Cr(OH)₆]) неустойчивое при повышении температуры.

Таким образом, изовалентное замещение алюминия на хром в структуре серицита, вероятно, связано с инфильтрационной активностью флюида при про-градном метаморфизме. Гомогенные составы как фуксита, так и феррохромита подтверждают наше предположение - в ультрамафитовых ксенолитах вулканогенно-осадочного комплекса месторождения Альмаден (Испания) [9] были описаны процессы гидротермального замещения хромовой шпинели фукситом и хромсодержащим хлоритом с большими вариациями химических составов всех реагирующих минералов.

Заключение

Проведенное исследование позволило сформулировать следующие основные выводы:

1. Фуксит образовался за счет метаморфической перекристаллизации тонкокристаллического серицита с изовалентным замещением в катионном комплексе алюминия хромом.

2. Источником хрома для образования фуксита являлись продукты растворения корродированных кристаллов феррохромита.

3. Акцессорная минерализация фукситовыхметапесчаников (самородная платина, минералы никеля, касситерит, циркон, торит) косвенно подтверждает существование архейского бимодального магматизма ВКМ в условиях внутриконтинентального рифто- генеза.

ЛИТЕРАТУРА

1. Полищук, В. Д. Метаморфические комплексы фундамента бассейна Курской магнитной аномалии (КМА). / В. Д. Полищук, В. И. Полищук // В сб. Метаморфические комплексы фундамента Русской плиты (ред. В. Б. Дагелайский и Л. П. Бондаренко). - 1978. - C. 131-156.

2. Чернышов, Н. М. О принадлежности золото-платино-металльногооруденения в железистых кварцитах и сланцах КМА к единой рудообразующей системе / Н. М. Чернышов // Вестник Воронеж. гос. ун-та. Сер. Геология. - 2014. - № 2. - С.88-96.

3. Дир, У. А. Породообразующие минералы / У. А. Дир, Р. А. Хауи, Дж. Зусман. - Издательство «Мир». Том № 5. - 1966. - 94 с.

4. Rasmussen, B.Monazitebegetsmonazite: eviidencefordissolutionofdetritalmonaziteandreprecipitationofsyntecton- icmonaziteduringlow_graderegionalmetamorphism / B. Rasmussen, J. R. Muhling // Contrib. Mineral. Petrol. - 2007. - V. 154. - P. 675-689.

5. Dietz, R. S.Claymineralsinrecentmarinesediments / R. S. Dietz // Am. Mineral. - 1942. - V. 27. - P. 219.

6. Yoder, H. S.Syntheticandnaturalmuscovites / H. S. Yoder, H. P. Eugster // Geochim. etCosmochim. Acta. - 1955. - V. 8. - P. 225.

7. Caillere, S.Tranformationexperimentaled'unemontmorilloniteenunephyllite a 10 A typeillite / S. Caillere, S. Henin // Comp. Rend. Acad. SciParis. - 1948. - V. 226. - P. 680.

8. Grim, R. E.Themicainargillaceoussediments / R. E. Grim, R. H. Bray, W. F. Bradley // Am. Mineral. - 1937. - V. 22. - P. 813.

9. Morata, D.FuchsiteandotherCr-richphyllosilicatesinultramaficenclavesfromAlmadenmercuryminingdistrict, Spain / D. Morata, P. Higueras, S. Dominguez-Bella // Clayminerals. - 2001. - V. 36. - P. 345-354.

Размещено на Allbest.ru