2011

Тезисы международной конференции

Рудный потенциал щелочного, кимберлитового

 и карбонатитового магматизма

Abstracts of International conference

Ore potential of alkaline, kimberlite

and carbonatite magmatism

Реакционное взаимодействие гемоильменита с кимберлитовым расплавом при давлении 2 ГПа и температуре 1100 °С.

Николенко Е.И. Афанасьев В.П. Жимулев Е.И. Чепуров А.И.

Институт геологии и минералогии Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск, Россия.  nevgeny@gmail.com

Пикроильмениты из кимберлитов имеют достаточно сложный состав, который может быть представлен как твердый раствор ильменитового, гейкелитового и гематитового компонентов с переменными значениями примесей Cr₂O₃ (0.01–12 мас.%) и Al₂O₃ (0.4–0.7 мас. %, редко выше 1 мас.%). В большинстве кимберлитовых тел преобладает высокомагнезиальный (MgO > 6 мас. %) высокотитанистый (TiO₂ > 43 мас. %) парамагнитный при комнатной температуре пикроильменит, с содержанием гематитового компонента от 5 до 30 мол.%. Ильмениты с содержанием менее 6 мас.%  MgO и 30-43 мас.% TiO₂, относятся к ферримагнитным при комнатной температуре [Гаранин и др., 1984]. Из-за низкого содержания MgO (6-17 мол.% Gei), при высоком содержании  трехвалентного железа данные минералы следует относить к растворам ряда FeTi0₃ - Fe₂O₃, которые образуют гемоильмениты [FeTiO₃]_x[Fe₂O₃]_1–x. Гемоильменит по составу близок к ульвешпинели, однако по структуре и оптическим свойствам от нее отличается [Николенко, Афанасьев, 2007; Розова и др., 1980].

В гемоильменитах из кимберлитовых даек поля Массаду (Гвинея), трубок Дачная (Якутия), Катока (Ангола), Мир, Ягодка (Якутия) содержание гематитового компонента составляет 31-48 мол.%.  Содержание FeO в них колеблется в диапазоне 52-66 мас.% [Николенко, Афанасьев, 2007; Розова и др., 1980; Haggerty, 1991]. В Якутии такие гемоильмениты характерны для трубок Мало-Ботуобинского района и для ореолов индикаторных минералов кимберлитов вдоль Вилюйско-Мархинской ситемы глубинных разломов - к северу от Мало-Ботуобинского района [Афанасьев и др., 2001].

Изучение генетических особенностей этого минерала связано с трудностями из-за малой распространенности глубинных парагенезисов с ильменитом, изучение которых, позволяет понять условия его образования и существования в силикатном веществе Земли и характер глубинных минералообразующих процессов. В рамках экспериментальных исследований предполагается получить зональные ильмениты, по своему строению и составу аналогичные природным образцам из кимберлитов.

Подготовка образцов для эксперимента включала отбор ферримагнитных ильменитов из минерального концентрата кимберлитовых даек поля Массаду (Гвинея) и выделение центральной части зонального зерна, обогащенной гематитовым компонентом,  с помощью ультразвукового диспергатора УЗДН-1. Кимберлит для эксперимента был отобран из керна скважины трубки Поисковая (Верхнемунское поле, Якутия). Образец кимберлита измельчили в порошок, предварительно освободив от ксенолитов других пород. Состав кимберлита определен РФА методом в Институте земной коры (г. Иркутск).

Эксперименты проводили на беспрессовом аппарате высокого давления типа «разрезная сфера» [Чепуров и др., 1997]. Исследуемый образец помещался в платиновую капсулу, которую затем заваривали дуговой сваркой и опрессовывали в столбик тугоплавких оксидов (MgO, ZrO₂). Калибровку давления проводили при комнатной температуре по фазовым переходам в Bi и PbSe. Температуру измеряли PtRh 30/6 термопарой, помещенной в центральную часть нагревателя. Охлаждение образцов производили закалкой. Эксперименты на данном этапе проводились при давлении 2.0±0.25 ГПа и температуре 1200 - 1350 ±20⁰С (таблица 1).

После второго эксперимента на гемоильмените была получена зональность, по своему строению аналогичная зональности на гемоильменитах из кимберлитов Гвинеи и Якутии, но небольшая по мощности. Увеличение времени выдержки с 30 до 60 минут не оказало почти никакого влияния на мощность каймы. Дальнейшее увеличение времени до 600 минут позволило увеличить мощность каймы со 100 до 200-250 микрон.

Таблица. №1. Параметры экспериментов.

Исследования на сканирующем микроскопе (LEO 1430 VP) показали идентичность строения зональных зерен ильменитов полученных в результате эксперимента и из кимберлитов Африки и Якутии (рис. 1.).

Несмотря на полное сходство в строении каймы природных ильменитов и полученных экспериментально, по составу они отличаются. Исследуемый тип зональности характеризуется обогащением краевых частей зерен ильменитов MgO, TiO₂, Cr₂O₃, но в данном случае не происходит обогащение каймы TiO₂, что, вероятно, связано с низким его содержанием в исходном кимберлите. При проведении  последующих экспериментов в капсулу был добавлен металлический титан, который связывал окислительные компоненты, и в капсуле поддерживалась высоко восстановительная обстановка.

Результаты рентгеноспектрального анализа (JEOL JXA 8100), полученные после первой серии экспериментов  демонстрируют рост MgTiO₃ в кайме при постоянном Fe₂O₃, и подчеркивают главную роль изоморфных замещений изовалентного характера (Mg²⁺↔Fe²⁺).

Во второй серии экспериментов в результате взаимодействия высокожелезистого исходного ильменита с кимберлитовым расплавом, обогащенным Mg и Ti, произошло полное замещение исходного зерна. В новообразованном ильмените отмечается рост MgTiO₃/Fe₂O₃ при постоянном FeTiO₃, что отражает преобладание гетеровалентного изоморфизма (Mg²⁺, Fe²⁺)+Ti⁴⁺↔2Fe³⁺. Полученный ильменит имеет неоднородную, мелкозернистую структуру и по составу относиться к высокомагнезиальным высокотитанистым парамагнитным пикроильменитам.

Результаты проведенного эксперимента показывают, что кайма на ферримагнитных пикроильменитах может образоваться путем реакционного взаимодействия с кимберлитовым расплавом при температуре 1100±20 ⁰С и давлении 2.0±0.25 ГПа.

Разница в содержании Hem составляющей в центре зерна и в кайме составляет десятки процентов, что указывает на ксеногенную природу ядерной части зерна и образование её в более окислительной обстановке относительно кимберлитового расплава.

Исходя из полученных в серии экспериментов результатов, можно предполагать, что одним из путей образования парамагнитного пикроильменита в кимберлитах является реакционное взаимодействие исходного высокожелезистого материала с кимберлитовым расплавом. Ферримагнитный ильменит, характерный для трубок Мало-Ботуобинского района, является в таком случае продуктом незавершенной реакции и более близок по составу к исходному материалу. Открытым остается вопрос природы исходного высокожелезистого минерала, по которому развивается парамагнитный пикроильменит.

Работа выполнена при финансовой поддержке по гранту президента РФ МК-908.2011.5

Литература:

Афанасьев В.П., Зинчук Н.Н., Похиленко Н.П. Морфология и морфогенез индикаторных минералов кимберлитов. Новосибирск, Филиал «Гео» Изд. СО РАН. 2001. 276 с.

Гаранин В.К., Кудрявцева Г.П., Сошкина Л.Г. Ильменит из кимберлитов. М.: Изд. МГУ. 1984, 240 с.

Николенко Е.И. Афанасьев В.П. Особенности морфологии и химического состава пикроильменита из кимберлитов Африки (р. Гвинея) и Якутии (тр. Дачная) // Материалы II международной конференции «Кристаллогенезис и минералогия». Санкт-Петербург: кафедра кристаллографии и кафедра минералогии СПбГУ. 2007. с. 307-309.

Чепуров А.И., Федоров И.И., Сонин В.М. Экспериментальное моделирование процессов алмазообразования // Новосибирск: Изд.-во СО РАН, НИЦ ОИГГМ. 1997. 196с.

Haggerty S.E. Oxide mineralogy of the upper mantle. Reviews in Mineralogy and Geochemistry. 1991. v. 25. p. 355-416.

Розова Е.В., Францессон Е.В., Плешаков А.П., Ботова М.М., Филиппова Л.П. Ферримагнитные минералы из кимберлитов Якутии // Докл. АН СССР. 1980. т. 250, с. 1025-1031.