Особенности состава пикроильменитов из кимберлитов Восточного Приазовья

Цымбал С.Н.*, Соболев В.Б.**, Стрекозов С.Н.***, Цымбал Ю.С.*, Литвиненко Ю.А.*

*Институт геохимии, минералогии и рудообразования им. Н.П. Семененко НАН Украины, Киев, Украина; ** Технический центр НАН Украины, Киев, Украина; *** Приазовская геологическая экспедиция, Волноваха, Украина

Пикроильменит – один из наиболее распространенных и важных в поисковом отношении глубинных минералов многих кимберлитовых тел из разных алмазоносных провинций мира. Не представляют исключение и кимберлиты юго-восточной части Приазовского мегаблока Украинского щита. Здесь известны трубки Петровская, Южная, Новоласпинская и Надия, а также дайки Южная и Новоласпинская. Они сложены флогопитовыми кимберлитами эруптивной и гипабиссальной фаций девонского возраста. Обе фациальные разновидности кимберлитов принадлежат к высокотитанистому и высококалиевому петрохимическому типу. Содержание TiO₂ в них варьирует преимущественно от 2 до 5 %, K₂O – от 1 до 2 % и более. Основным минералом-концентратором TiO₂ является магнезиальный ильменит (пикроильменит).

Пикроильменит встречается в изученных кимберлитах обычно в виде макрокрист и значительно реже образует мегакристы и желваки. Размер первых до 2-5 мм, вторых – 5-10 мм и более. В кимберлитах трубки Новоласпинская обнаружен желвак пикроильменита размером более 6 см. Часть пикроильменитов имеет монокристальное строение, другая часть – гранобластово-агрегатное (Смирнов и др., 1993; Цымбал и др., 1996). Поверхность их неровная, иногда "шипастая". На многих макрокристах развита реакционная кайма различной ширины и строения. Более широкие каймы наблюдаются на мелких фрагментах агрегатных и монокристальных зерен. Внутренняя граница каймы сильно извилистая, но всегда четко выраженная и достаточно уверенно устанавливаемая по изменению состава ильменита. В направлении к внешнему краю каймы происходит существенное уменьшение содержания MgO и одновременное увеличение содержания MnO и FeO. Количество TiO₂ при этом изменяется мало. Внешняя часть каймы по составу отвечает уже не магнезиальной, а марганцевой разновидности ильменита, почти не содержащей MgO.

Массовое определение состава центральных (не затронутых реакционными изменениями) частей макро- и мегакристов пикроильменита из трубок и даек Южная и Новоласпинская показало, что они подобны таковым из кимберлитов Якутской провинции. Содержание основных компонентов в них варьирует в пределах (%): TiO₂ – 45-55; FeO – 22-30; Fe₂O₃ – 5-17; MgO – 7-14; Cr₂O₃ – 0-5; Al₂O₃ – 0-0,5; MnO – 0,1-0,3. От пикроильменитов из кимберлитов Якутии они отличаются отсутствием низкомагнезиальных (MgO < 7 %) ферримагнитных (Fe₂O₃> 20 %) разновидностей. На диаграммах состава изученные нами пикроильмениты образуют линейно вытянутые поля, подчеркивающие прямую зависимость между MgO и TiO₂, MgO и Al₂O₃, а также обратную зависимость между MgO и FeO, MgO и Fe₂O₃, TiO₂ и Fe₂O₃, Al₂O₃ и Fe₂O₃. По содержанию Cr₂O₃ приазовские пикроильмениты можно разделить на три группы: низкохромистые (Cr₂O₃ < 0,5 %), среднехромистые (Cr₂O₃ – 1,8-2,4 %) и высокохромистые (Cr₂O₃ – 2,7-4,4 %, редко до 5,0 %). Они отчетливо обособляются на диаграммах MgO – Cr₂O₃, TiO₂ – Cr₂O₃, Al₂O₃ – Cr₂O₃ и Fe₂O₃ – Cr₂O₃, но корреляция между содержаниями этих оксидов отсутствует. Большинство низкохромистых пикроильменитов являются более глиноземистыми (Al₂O₃ – 0,2-0,5 %) по сравнению со среднехромистыми (Al₂O₃ < 0,15 %) и высокохромистыми (Al₂O₃ – 0,05-0,2 %). Наличие отчетливой положительной корреляции между содержанием MgO и Al₂O₃ в изученных пикроильменитах с учетом данных Д.Грина и Н. Соболева (1975) о повышении растворимости Al в ильмените с ростом температуры образования его позволяет сделать вывод, что низкохромистые пикроильмениты с повышенным содержанием Al₂O₃ являются более высокотемпературными, чем высокохромистые. Судя по типохимическим особенностям, низкохромистые пикроильмениты кристаллизовались раньше, чем средне- и высокохромистые. Из общего количества проанализированных пикроильменитов (более 1300 макро- и мегакристов) низкохромистые разновидности составляют 46 %, среднехромистые – 32 %, высокохромистые – 22 %.

LA-ICP MS анализом в макрокристах пикроильменита из кимберлитов трубки Южная установлены примеси таких элементов (ppm): Ni – 167-896; Co – 144-207; V – 1476-2847; Sc – 20-53; Ga – 8-22; Zn – 98-249; Cu – 7-78; Zr – 349-932; Hf – 16-72; Nb – 528-2861; Ta – 63-283; Sn – 8-65 (Панов, 2001). Наиболее обогащены Nb, Ta, Hf и Zr высокохромистые разновидности пикроильменитов, наименее – низкохромистые. Есть основание полагать, что все они испытали влияние глубинного метасоматоза.

Изучение крупного желвака пикроильменита показало, что он сложен рекристаллизованными полигональными зернами. На стыках последних часто развиты тонкие "листочки" флогопита, а по трещинам и вдоль них – вторичные минералы: обедненный MgO и обогащенный MnO ильменит, титаномагнетит, рутил, барит, кальцит, кассит (водный оксид Ca и Ti). Из этого желвака было проанализировано 20 полигональных зерен. Оказалось, что состав их центральных частей варьирует в пределах (%):TiO₂ – 51,08-55,17; MgO – 9,48-10,63; FeO – 27,35-29,21, Fe₂O₃ – 7,45-9,92, MnO – 0,21-0,56; Cr₂O₃ – 0,16-0,26; Al₂O₃ – 0,35-0,49; BaO – 0,1-0,3. ICP MS анализ валовой пробы желвака показал наличие в нем элементов-примесей (ppm): Zr – 350; Nb – 450; Ta – 59; Hf – 14; Ba – 1060; Ni – 297; Co – 180; V – 1760; Zn – 48; Sc – 25; Ga – 15; Cu – 14; Sr – 12; Sn – 8. По составу пикроильменит из желвака сопоставим с низкохромистым макрокристным пикроильменитом.

Имеющиеся данные о морфологии и составе макро- и мегакристов пикроильменита из разныхх кимберлитовых трубок и даек восточной части Приазовского мегаблока позволяют сделать вывод, что они очень близки между собой, имеют общий источник и образовались в результате фракционной кристаллизации магматического расплава, закономерно эволюционирующего в направлении уменьшения магнезиальности, увеличения железистости и повышения активности кислорода. По составу некоторые из них обнаруживают сходство с пикроильменитами из ксенолитов алмазоносных пироповых перидотитов трубок Мир (Пономаренко и др., 1977) и Удачная (Похиленко и др., 1976), а также с пикроильменитами-включениями в алмазе из кимберлитовых трубок Мир (Соболев и др., 1976), Премьер и Ягерсфонтейн (Tsai и др., 1979).

Помимо макро- и мегакристов пикроильменита в микрофенокристах оливина из основной массы кимберлитов трубок Южная и Новоласпинская впервые обнаружены и изучены включения пикроильменита, кристаллизовавшегося из кимберлитового расплава на малоглубинном уровне.

Оливин образует идиоморфные фенокристаллы размером меньше 100 микрон. Он почти весь изменен и замещен серпентином или серпентином и кальцитом. В псевдоморфозах по нему установлены идиоморфные микрокристаллы пикроильменита и их сростки. Грани многих кристаллов пикроильменита параллельны граням кристаллов оливина-матрицы, что свидетельствует об их сингенетичности. Состав большинства этих пикроильменитов варьирует в пределах (%): TiO₂ – 51,9-55,3; MgO – 11,9-16,8; FeO – 19,6-25,6, Fe₂O₃ – 3,7-8,8, MnO – 0,3-0,6; Cr₂O₃ – 0,3-2,0; Al₂O₃ – 0,05-0,25. Это одна из наиболее высокомагнезиальных разновидностей ильменита, известных в концентратах из кимберлитовых трубок Якутии и Южной Африки, а также в ксенолитах мантийных пород. Высокая магнезиальность пикроильменита и низкое содержание Fe₂O₃ свидетельствует об образовании его при высокой температуре и низкой фугитивности кислорода. Редко встречаются менее магнезиальные (MgO – 8,7-9,1 %) и менее титанистые (TiO₂ – 48,2-48,9 %) разновидности пикроильменита с более высоким содержанием FeO + Fe₂O₃ (37,0-38,9 %) и Cr₂O₃ (2,4-2,7 %). Во всех пикроильменитах установлены примеси V₂O₅ (0,39-0,68 %) и Nb₂O₅ (0,01-0,31 %), в некоторых Ta₂O₅ (< 0,1 %).

Большинство изученных пикроильменитов-включений в микрофенокристаллах оливина на диаграмме MgO – Cr₂O₃ образуют обособленное поле, располагающееся между полями низко- и среднехромистых мегакристных и макрокристных пикроильменитов и смещенное по отношению к ним в область наиболее магнезиальных (MgO – 12,5-16,8 %) и высокотитанистых (TiO₂ – 52,8-55,3 %) разновидностей. Из 14 проанализированных пикроильменитов-включений в фенокристах оливина один попал в поле низкохромистых макрокристных пикроильменитов и два – в поле высокохромистых макрокристных пикроильменитов.

На всех без исключения кристаллах пикроильменита, включенных в фенокристы серпентинизированного оливина, имеется выдержанная по ширине каемка, сложенная марганцевой разновидностью ильменита, в которой содержание MnO достигает иногда 8-15 %. Если учесть, что в пикроильмените MnO составляет 0,3-0,6 %, его недостаточно для образования вокруг кристаллов пикроильменита значительных по ширине реакционных кайм с таким высоким содержанием MnO и соответственно пирофанитового минала. Мы предполагаем, что каемки Mn-ильменита возникли на этапе высокотемпературной серпентинизации кимберлитов при значительной активности марганца.

О происхождении макро- и мегакристов пикроильменита в кимберлитах есть две противоположные точки зрения. Одни исследователи рассматривают их как продукты дезинтеграции пикроильменитсодержащих глубинных пород, другие считают фенокристаллами, образовавшимся из кимберлитового расплава при его фракционной кристаллизации. Полученные нами данные при изучении пикроильменитов из кимберлитов Приазовья дают основания утверждать, что они в подавляющем большинстве являются фенокристаллами-кумулятами. Тренды состава и геохимические особенности пикроильменитов отражают взаимосвязанные изменения термодинамических и окислительно-восстановительных условий минералообразования в эволюционирующем кимберлитовом расплаве. Последний был изначально обогащен титаном.

Литература

Панов Ю.Б. Типоморфные химические особенности индикаторных минералов из кимберлитов Приазовья // Наук. праці Донецького національного техніч. ун-ту. Серія гірничо-геологічна. 2001. Вип. 32. С. 44-52.

Пономаренко А.И. Первая находка гранат-ильменитового перидотита с алмазами из кимберлитовой трубки "Мир" // Докл. АН СССР. 1977. 235, № 4. С. 914-917.

Похиленко Н.П., Соболев Н.В., Соболев В.С., Лаврентьев Ю.Г. Ксенолит алмазноного ильменит-пиропового лерцолита из кимберлитовой трубки "Удачная" (Якутия) // Докл. АН СССР. 1976. 231, № 2. С. 438-441.

Соболев Н.В., Боткунов А.И., Лаврентьев Ю.Г., Усова Л.В. Новые данные о составе минералов, ассоциирующих с алмазами кимберлитовой трубки "Мир" // Геология и геофизика. 1976. № 12. С. 3-15.

Смирнов Г.И., Чашка А.И., Тарасюк О.Н. и др. Ильменит из кимберлитов Приазовья // Минерал. журн. – 1993. – 15, № 3. 33-41.

Tsai H.M., Meyer H.O., Moreau J., Milledge H.J. Mineral inclusion in diamond: Premier, Jagersfonrein and Finest kimberlites, South Africa, and Williamson Mine, Tanzania // Kimberlites diatremes and diamonds: their geology, petrology and geochemistry / Eds F.R. Boyd, H.O.A. Meyer, - Washington: AGU, 1979. P. 16-26.

Tsymbal S.N., Tatarintsev V.I., Kniazkov A.P. The minerals of deep parageneses from Yuzhnaya kimberlite pipe (East Peri-Azov) // Mineral. Journ. (Ukraine) 1996. 18. № 5. P. 18-45. (in Russian)