Характеристика химического состава и эволюция клинопироксенов комплекса эвдиалитовых луявритов Ловозерского щелочного массива

Установлено, что пироксены не эволюционировали непрерывно и почти во всех случаях каждый отдельно взятый кристалл проходил две-три стадии эволюции.

Кристаллы пироксена с одинаковой зональностью находятся в близко расположенных разрезах, но при этом локализуются на разной глубине. То есть не наблюдается прямая связь химического состава пироксенов со стратиграфическим уровнем (в том числе и по содержанию циркония), как предполагалось ранее (Буссен и Сахаров, 1972; Korobeynikov and Laaioki, 1994; Kogarko et al., 2006).

В рамках существующих концепций формирования пород массива данный вывод подтверждает версию фракционной кристаллизации извергшихся расплавов и формирование в них кумулатов.

Эволюция клинопироксенов Ловозерского и Хибинского массивов

При изучении эволюции клинопироксенов Ловозерского массива неизбежно их сравнение с клинопироксенами из наиболее родственного Хибинского массива.

Составы клинопироксенов из наиболее ранних пород Ловозерского и Хибинского массива довольно близки (Na--Mg = -0,75) (рис. 10). Из дифференцированного расплава начали формироваться клинопироксены обширной серии ДК, соответствующие твердым растворам Aeg_5-100 Di_0-57 Hed_0-3₈ (Korobeynikov and Laaioki, 1994; Femenias et al., 2005; Kogarko et al., 2006; Когарко 2015; Suk et al., 2009). Пироксены (КЭЛ), соответствующие III фазе, начали формироваться из более дифференцированной магмы (Na--Mg > 0,8), по составу они представлены главным образом эгирином (Aeg_74-100 Di_0-12 Hed_0-18). Сведения, приведенные в настоящей работе, дополнены литературными данными: (Korobeynikov and Laaioki, 1994; Kogarko et al., 2006; Когарко, 2015; Suk et al., 2009). А наиболее примитивными (Na--Mg = -0,9) среди рассмотренных являются пироксены из дайковой фазы Хибинского массива, представленные диопсидом и диопсид- авгитом (Aeg_0-20 Di_45-96 Hed₀,2-35) (Arzamastsev et al., 2005). Полученные выводы подтверждаются данными других исследователей (Костылёва-Лабунцова и др., 1978; Kramm et al.,1993; Arzamastsev et al., 2013, и др.)

Для клинопироксенов обоих массивов характерно резкое уменьшение содержания титана, проявленное на поздней стадии фракционирования. Эту особенность объясняют кристаллизацией пироксена в парагенезисе с титансодержащими минералами групп ломоносовит-мурманита, лампрофиллита. Некоторые исследователи предполагали присутствие титана в форме нептунитовой составляющей (Ferguson, 1977; Korobeynikov and Laaioki, 1994; Kogarko et al., 2006). Наши расчеты не подтвердили наличие нептунита в клинопироксенах пород КЭЛ, так как весь титан оказался связанным с Ti--Zr-эгирином.

В Ловозерском массиве, в отличие от Хибинского и массива Илимауссак, наблюдается более низкое содержание Fe²⁺ (Korobeynikov and Laaioki, 1994), входящего в состав и геденбергита, и Ti--Zr-эгирина.

Характерная особенность пород Ловозерского массива -- их обогащение цирконием, проявленное во всех комплексах пород (Когарко, 2015; Korobeynikov and Laaioki, 1994). По данным работы (Когарко, 2015), наиболее высоко содержание циркония в клинопироксене в породах ДК (ZrO2 2,38 %), а в породах КЭЛ наблюдается его пониженное содержание в данном минерале, что связано с последней стадией фракционирования и появлением собственной циркониевой фазы -- эвдиалита.

Результаты нашего исследования, дополненные данными других авторов, показали, что кристаллы минералов группы пироксена, изученных нами во всех типах пород КЭЛ, имеют отчетливую зональность и для некоторых из них характерно высокое содержание циркония в центральной зоне -- ядре. На рис. 10 видно, что клинопироксены из КЭЛ более богаты цирконием, чем клинопироксены из ДК и КСС. Так, по нашим данным, максимальное содержание ZrO₂ в них 3,09 % по сравнению с 2,38 % в клинопироксенах из ДК по данным работы (Когарко, 2015).

Рис. 10 Эволюция состава клинопироксенов: соотношение основных петрогенных элементов в клинопироксенах с индексом фракционирования (ф. е.) в Ловозерском и Хибинском массивах

Состав клинопироксенов из КЭЛ определен по нашим данным, из ДК и КСС -- по данным работ (Korobeynikov and Laaioki, 1994; Femenias et al., 2005; Kogarko et al., 2006; Когарко, 2015; Suket al., 2009); из Хибинского массива -- по данным работы (Костылёва-Лабунцова, 1978); из даек Хибинского массива -- по данным работы (Arzamastsev et al., 2005)

Интересно отметить, что такое повышенное содержание циркония характерно для пироксенов из среднезернистых эвдиалитовых луявритов с «очковой» структурой -- пород с наибольшим содержанием эвдиалита, как собственной фазы циркония. Таким образом, эти данные демонстрируют иное, чем в работе (Когарко, 2015), предположение о связи уменьшения содержания циркония в клинопироксене с появлением эвдиалита в качестве собственной циркониевой фазы. Но в то же время они подтверждают факт значительного уменьшения содержания циркония в краевых зонах кристаллов. По всей видимости, это можно объяснить тем, что весь цирконий фракционировал в более раннюю стадию, участвуя одновременно в кристаллизации эвдиалита и ядер клинопироксенов, обогащенных этим микроэлементом.

Стоит заметить, что, как упомянуто в работах (Буссен и Сахаров, 1972; Власов и др., 1959), эвдиалит из пород КЭЛ отличается от эвдиалита из ДК гораздо большей степенью идиоморфизма -- он одновременно кристаллизуется в КЭЛ вместе с нефелином, микроклином и клинопироесеном. Поэтому, возможно, порядок кристаллизации минералов способствовал обогащению 7г пироксе- нов КЭЛ. Он описывается следующей постепенно сменяющейся зональностью: (С₀)^С^С₂^К. Содержание 7г0₂ в таких пироксенах достигает 1,46 %, а ядра наиболее обогащены диопсидовой составляющей по сравнению с другими изученными клинопироксенами КЭЛ. Эти пироксены относятся ко II и III типохимическим группам пород.

Сильное циркониевое обогащение части кристаллов клинопироксенов (7г0₂ до 3,09 %, что соответствует зоне Сг_г), относящихся к I группе пород, не увязывается с постепенным фракционированием (рис. 11), которое принято считать единственным ведущим фактором при формировании пород массива. Скорее всего, можно говорить о дополнительном флюидном/расплавном обогащении пород цирконием.

Рис. 11 Вариации содержания (2г + Мп) по отношению к индексу фракционирования в образцах 13 (график слева) и 10-1 (график справа). Показано возможное отделение 2г-йохансенитового минала (закрашенные квадраты) в качестве отдельной ветви

Данный факт приводит к пониманию того, что можно выделить отдельные ветви эволюции клинопироксенов -- низко- и высокоциркониевую.

Первая ветвь является следствием фракционной кристаллизации расплава, способствовавшего формированию основного тренда эволюции ловозерских клинопироксенов. Этот тренд совпадает с трендом эволюции составов клинопи- роксенов из ДК, постепенно сходящим на нет к концу фракционирования (см. рис. 10).

Вторая ветвь связана с дополнительным 7г-содержащим флюид/расплав обогащением, проявившимся только во время III фазы внедрения (КЭЛ) в промежутках между стадиями, в течение которых состав клинопироксенов соответствовал зонам С₀ и С₁, а также зонам С₁ и С₂ (рис. 12). Эта фаза и обусловила повышенное циркониевое обогащение клинопироксенов в КЭЛ по сравнению с клинопироксе- нами в ДК.

В пироксенах, эволюция которых происходила по механизму основной ветви (низкоциркониевой), вероятнее всего, осуществляется следующая схема изоморфизма, связанная с фракционированием титана и циркония:

Рис. 12 Зональность клинопироксенов, нанесенная на тройную диаграмму Aeg -- -- Неё. Показан импульсный характер появления зоны С^г (центральной обогащенной цирконием зоны), возможно, проявляющийся в промежутках между стадиями эволюции пироксенов

Вторая ветвь (высокоциркониевая) с наиболее высоким содержанием Ег0₂, практически не фракционируя, сливается с основным трендом (рис. 11). Тут реализуется следующая схема изоморфизма:

Выводы

В данной работе впервые комплексно рассмотрена эволюция составов клинопироксенов КЭЛ Ловозерского массива -- восполнен пробел в изучении главного меланократового породообразующего минерала. Выявлены петрографические особенности клинопироксенов разных ассоциаций среди основных пород III фазы внедрения: эвдиалитовых луявритов, фойяитов и пофировидных луявритов. Детально исследованы зональность клинопироксенов и их морфологические типы. Намечены общие и частные тренды эволюции химического состава пироксенов, отвечающие ее зональности. Показано возможное присутствие Ег-йохансенита и Т1--Ег-эгирина, не рассмотренное до этого другими авторами. Также установлено присутствие последнего только в породах Ловозерского массива.

В настоящей статье применен иной, особый подход для изучения эволюции пироксенов, учитывающий все разнообразие химических составов зональных кристаллов. Тщательно исследована зональность клинопироксена в главных породах КЭЛ. На графиках зависимости содержания основных петрогенных элементов просматривается неясно выраженная дискретность, связанная с изменениями химического состава во время эволюции кристаллов. В целом же в кристаллах переход от одной эволюционной стадии к другой подчинен общему тренду эволюции массива. Установлено, что нет прямой связи химического состава пироксенов со стратиграфическим уровнем пород (в том числе и по содержанию циркония), как считалось ранее. Породы, схожие по химическому составу клинопироксенов, группируются по месту отбора. В рамках существующих концепций это подтверждает версию фракционной кристаллизации извергшихся расплавов.

При сравнении химического состава клинопироксенов из различных пород Ловозерского и Хибинского массивов зафиксированы наиболее высокие содержания циркония в породах КЭЛ, несмотря на то что в этих породах широко распространена собственная фаза циркония -- эвдиалит. Ранее отмечалось, что кли- нопироксены ДК наиболее обогащены цирконием (Когарко, 2015). Вероятно, это объясняется недостатком данных о химическом составе клинопироксенов КЭЛ по сравнению с объемом данных о составе клинопироксенов из ДК. Настоящая статья позволяет восполнить этот пробел.

При изучении зональности в кристаллах клинопироксенов КЭЛ выявлено значительное уменьшение содержания циркония в их краевых частях. Это объясняется тем, что весь цирконий фракционировал ранее, участвуя в кристаллизации эвдиалита и центральных зон кристаллов пироксена.

Нельзя объяснить наличие циркония тем, что часть кристаллов клинопирок- сенов обогащается им в ходе постепенного фракционирования. Поэтому предполагается, что имеет место дополнительное флюидно-расплавное обогащение пород КЭЛ цирконием. Выделяются две отдельные ветви эволюции клинопироксенов:

1. низкоциркониевая -- является продуктом фракционной кристаллизации расплава, сформировавшая основной тренд эволюции клинопироксенов Ловозерского массива;

2. высокоциркониевая -- связанная с дополнительным 7г-содержащим флюид/расплав обогащением.

Изучение химического составов клинопироксенов из пород КЭЛ позволило дать пространственно-временную характеристику эволюции этих пород: выделить стадии их формирования, а также установить тенденции их пространственного распространения.

Литература

1. Базарова, Т. Ю., 1969. Термодинамические условия формирования некоторых нефелинсодержащих пород. Наука, Ленинград.

2. Буссен, И. В., Сахаров, А. С., 1972. Петрология Ловозерского щелочного массива. Наука, Ленинград.

3. Власов, К. А., Кузьменко, М. В., Еськова, Е. М, 1959. Ловозерский щелочной массив (породы, пегматиты, минералогия, геохимия и генезис). Изд-во Академии наук СССР, Москва.

4. Герасимовский, В. И., 1952. Минералогия Ловозерского щелочного массива. Гос. изд. геологической литературы, Москва.

5. Когарко, Л. Н., 2015. Фракционирование циркония в пироксенах щелочных магм. Геохимия 1, 3-11.

6. Костылёва-Лабунцова, Е. Е., Боруцкий, Б. Е., Соколова, М. Н., Шлюкова, З. В., Дорфман, М. Д., Дудкин, О. Б., Козырева, Л. В., 1978. Минералогия Хибинского массива 2. Наука, Москва.

7. Семенов, Е. В., Еськова, Е. М., Капустин, Ю. Л., Хомяков, А. П., 1974. Минералогия щелочных массивов и их месторождений. Наука, Москва.

8. Уэйджер, Л., Браун, Г., 1970. Расслоенные изверженные породы. Мир, Москва.

9. Andersen, T., Elburg, M., Erambert, M., 2016. The miaskitic-to-agpaitic transition in peralkaline nepheline syenite (white foyaite) from the Pilanesberg Complex, South Africa. Chemical Geology. http://dx.doi. org/10.1016/j.chemgeo.2016.08.020.

10. Arzamastsev, A. A., Arzamastseva, L. V., Glaznev, V. N., Raevsky, A. B., 1998. Petrologic-Geophysical Model for the Structure and Composition of Deep levels of the Khibina and Lovozero Complexes, Kola Peninsula. Petrologiya 6, 478-496.

11. Arzamastsev, A. A., Arzamastseva, L. V., Zhirova, A. M., Glaznev, V. N., 2013. Model of Formation of the Khibiny-Lovozero Ore Bearing Volcanic-Plutonic Complex. Geology of Ore Deposits 55(5), 341-356.

12. Arzamastsev, A. A., Belyatsky, B. V., Travin, A. V., Arzamastsev, L. V., Tsarev, S. E., 2005. Dike rocks in the Khibina massif: relations with the plutonic series, age and characteristics of the mantle source. Petrology 13, 267-288.

13. Arzamastsev, A., Yakovenchuk, V., Pakhomovsky, Y., Ivanyuk, G., 2008. The Khibina and Lovozero Alkaline Massifs: Geology and Unique Mineralization. 33 IGC Excursion 47, Apatity, 22 July -- 2 August 2008, 11-14.

14. Droop, G. T. R., 1987. A general equation for estimating Fe³⁺ in ferromagnesian silicates and oxides from microprobe analysis, using stoichiometric criteria. Mineral Mag 51, 431-437.

15. Femenias, O., Coussaert, N., Brassinnes, S., Demaiffe, D., 2005. Emplacement processes and cooling history of layered cyclic unit II-7 from the Lovozero alkaline massif (Kola Peninsula, Russia). Lithos 83(3-4), 371-393.

16. Ferguson, A. K., 1977. The natural occurrence of aegirine-neptunite solid solution. Contributions to Mineralogy and Petrology 60, 247-253.

17. Kogarko L. N., 2014. Superlarge strategic-metal deposits in the peralkaline complexes of Eastern part of Baltic Shield (age, isotopic sources, geochemistry, mechanisms of ores formation). 30^th international conference on “Ore potential of alkaline, kimberlite and carbonatite magmatism” 29 September --2 October 2014, Antalya, Turkey, 99-101.

18. Kogarko, L. N., Lahaye, Y., Brey, G. P., 2010. Plume-related mantle sources of super-large rare metal deposits from the Lovozero and Khibina massifs on the Kola Peninsula, eastern part of Baltic Shield: Sr, Nd and Hf isotope systematics. Mineralogy and Petrology 98(1-4), 197-208.

19. Kogarko, L. N., Williams, C. T., Woolley, A. R., 2006. Compositional evolution and cryptic variation in pyroxenes of the peralkaline Lovozero intrusion, Kola Peninsula, Russia. Mineralogical Magazine, 70(4), 347-359.

20. Korobeynikov, A. N., Laaioki, K., 1994. Petrological aspects of the evolution of clinopyroxene composition in the intrusive rocks of the Lovozero alkaline massif. Geochemistry International 31, 69-76.

21. Kramm, U., Kogarko, L. N., Kononova, V. A., Vartiainen, H., 1993. The Kola alkaline province of the CIS and Finland: precise Rb--Sr ages define 380-360 age range for all magmatism. Lithos 30, 33-44.

22. Mann, U., Marks, M., Markl, G., 2006. Influence of oxygen fugacity on mineral compositions in peralkaline melts: The Katzenbuckel volcano, Southwest Germany. Lithos 91, 262-285.

23. Morimoto, C., 1988. Nomenclature of pyroxenes. Mineral. Mag. 52, 535-550.

24. Stephenson, D., 1972. Alkali clinopyroxenes from nepheline syenites of the South Qoroq Centre, south Greenland. Lithos 5, 187-201.

25. Suk, N. I., Kotelnikov, A. R., Kovalsky, A. M., 2009. Iron-magnesium minerals from differentiated rocks of Lovozersky alkaline massif. Geochemistry, Mineralogy and Petrology 47, 97-107.

26. Wu, B., Wang, R. C., Yang, J. H., Wu, F.-Y., Zhang, W-L., Gu, X.-P., Zhang, A.-C., 2016. Zr and REE mineralization in sodic lujavrite from the Saima alkaline complex, northeastern China: A mineralogical study and comparison with potassic rocks. Lithos 262, 232-246.

27. Wager, L. R., Brown, G. M., 1967. Layered igneous rocks. Oliver & Boyd, Edinburg, Scotland.

References

1. Andersen, T., Elburg, M., Erambert, M., 2016. The miaskitic-to-agpaitic transition in peralkaline nepheline syenite (white foyaite) from the Pilanesberg Complex, South Africa. Chemical Geology. http://dx.doi. org/10.1016/j.chemgeo. (accessed: 2016.08.02).

2. Arzamastsev, A. A., Arzamastseva, L. V., Glaznev, V. N., Raevsky, A. B., 1998. Petrologic-Geophysical Model for the Structure and Composition of Deep levels of the Khibina and Lovozero Complexes. Kola Peninsula. Petrologiya 6, 478-496.

3. Arzamastsev, A. A., Arzamastseva, L. V., Zhirova, A. M., Glaznev, V. N., 2013. Model of Formation of the Khibiny-Lovozero Ore Bearing Volcanic-Plutonic Complex. Geology of Ore Deposits 55(5), 341-356.

4. Arzamastsev, A. A., Belyatsky, B. V., Travin, A. V., Arzamastsev, L. V., Tsarev, S. E., 2005. Dike rocks in the Khibina massif: relations with the plutonic series, age and characteristics of the mantle source. Petrology 13, 267-288.

5. Arzamastsev, A., Yakovenchuk, V., Pakhomovsky, Y., Ivanyuk, G., 2008. The Khibina and Lovozero Alkaline Massifs: Geology and Unique Mineralization. 33 IGC Excursion 47, Apatity, 22 July -- 2 August 2008, 11-14.

6. Bazarova, T. Yu., 1969. Termodinamicheskie usloviia formirovaniia nekotorykh nefelinsoderzhashchikh porod [Thermodynamic conditions for the formation of some nepheline-bearing rocks]. Nauka, Leningrad. (In Russian)

7. Bussen, I. V., Sakharov, A. S., 1972. Petrologiia Lovozerskogo shchelochnogo massiva [Petrology of the Lovozero Alkaline Massif]. Nauka, Leningrad. (In Russian)

8. Droop, G. T. R., 1987. A general equation for estimating Fe3+ in ferromagnesian silicates and oxides from microprobe analysis, using stoichiometric criteria. Mineral Mag 51, 431-437.

9. Femenias, O., Coussaert, N., Brassinnes, S., Demaiffe, D., 2005. Emplacement processes and cooling history of layered cyclic unit II-7 from the Lovozero alkaline massif (Kola Peninsula, Russia). Lithos 83(3-4), 371-393.

10. Ferguson, A. K., 1977. The natural occurrence of aegirine-neptunite solid solution. Contributions to Mineralogy and Petrology 60, 247-253.

11. Gerasimovskii, V. I., 1952. Mineralogiia Lovozerskogo shchelochnogo massiva [Mineralogy of the Lovozero alkaline massif]. Gos. izd. geologicheskoi literatury, Moscow. (In Russian)

12. Kogarko L. N., 2014. Superlarge strategic-metal deposits in the peralkaline complexes of Eastern part of Baltic Shield (age, isotopic sources, geochemistry, mechanisms of ores formation). 30^th international conference on “Ore potential of alkaline, kimberlite and carbonatite magmatism” 29 September --2 October 2014, Antalya, Turkey, 99-101.

13. Kogarko, L. N., 2015. Fraktsionirovanie tsirkoniia v piroksenakh shchelochnykh magm [Fractionation of zirconium in pyroxenes of alkaline magmas]. Geokhimiia [Geochemistry] 1, 3-11. (In Russian)

14. Kogarko, L. N., Lahaye, Y., Brey, G. P, 2010. Plume-related mantle sources of super-large rare metal deposits from the Lovozero and Khibina massifs on the Kola Peninsula, eastern part of Baltic Shield: Sr, Nd and Hf isotope systematics. Mineralogy and Petrology 98(1-4), 197-208.

15. Kogarko, L. N., Williams, C. T., Woolley, A. R., 2006. Compositional evolution and cryptic variation in pyroxenes of the peralkaline Lovozero intrusion, Kola Peninsula, Russia. Mineralogical Magazine 70(4), 347-359.

16. Korobeynikov, A. N., Laaioki, K., 1994. Petrological aspects of the evolution of clinopyroxene composition in the intrusive rocks of the Lovozero alkaline massif. Geochemistry International 31, 69-76.

17. Kostyleva-Labuntsova, E. E., Borutskii, B. E., Sokolova, M. N., Shliukova, Z. V., Dorfman, M. D., Dud- kin, O. B., Kozyreva, L. V., 1978. Mineralogiia Khibinskogo massiva 2 [Mineralogy of the Khibiny Massif 2]. Nauka, Moscow. (In Russian)

18. Kramm, U., Kogarko, L. N., Kononova, V. A., Vartiainen, H., 1993. The Kola alkaline province of the CIS and Finland: precise Rb--Sr ages define 380-360 age range for all magmatism. Lithos 30, 33-44.

19. Mann, U., Marks, M., Markl, G., 2006. Influence of oxygen fugacity on mineral compositions in peralkaline melts: The Katzenbuckel volcano, Southwest Germany. Lithos 91, 262-285.

20. Morimoto, C., 1988. Nomenclature of pyroxenes. Mineral. Mag. 52, 535-550.

21. Semenov, E. V., Es'kova, E. M., Kapustin, Yu. L., Khomiakov, A. P, 1974. Mineralogiia shchelochnykh mas- sivov i ikh mestorozhdenii [Mineralogy of alkaline massifs and their deposits]. Nauka, Moscow. (In Russian)

22. Stephenson, D., 1972. Alkali clinopyroxenes from nepheline syenites of the South Qoroq Centre, south Greenland. Lithos 5, 187-201.

23. Suk, N. I., Kotelnikov, A. R., Kovalsky, A. M., 2009. Iron-magnesium minerals from differentiated rocks of Lovozersky alkaline massif. Geochemistry, Mineralogy and Petrology 47, 97-107.

24. Vlasov, K. A., Kuz'menko, M. V, Es'kova, E. M, 1959. Lovozerskii shchelochnoi massiv (porody, pegmatity, mineralogiia, geokhimiia i genezis) [Lovozero Alkaline Massif (rocks, pegmatites, mineralogy, geochemistry and genesis)]. Izd-vo Akademii nauk SSSR, Moscow. (In Russian)

25. Wager, L. R., Brown, G. M., 1967. Layered igneous rocks. Oliver & Boyd, Edinburg, Scotland.

26. Wu, B., Wang, R. C., Yang, J. H., Wu, F.-Y., Zhang, W-L., Gu, X.-P, Zhang, A.-C., 2016. Zr and REE mineralization in sodic lujavrite from the Saima alkaline complex, northeastern China: A mineralogical study and comparison with potassic rocks. Lithos 262, 232-246.

Размещено на Allbest.ru