Циркониевые минералы из кимберлитов Новоласпинской трубки и дайки (Восточное Приазовье)

Цымбал С.Н.*, Кременецкий А.А.**, Соболев В.Б.***, Цымбал Ю.С.*

*Институт геологии, минералогии и рудообразования им Н.П. Семененко НАН Украины, Киев, Украина; **Институт минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов РАН, Москва, Россия; *** Технический центр НАН Украины, Киев, Украина

tsymbal@igmof.gov.ua

 

Новоласпинская трубка и сопряженная с ней дайка кимберлитов расположены в восточной части Приазовского мегаблока Украинского щита. На современном эрозионном срезе трубка имеет форму эллипса размером 100х40 м. Дайка мощностью от 5 до 10 м и больше прослежена на юго-запад от трубки почти на 300 м. Трубка изучена бурением скважин до глубины более 100 м, дайка – до 75 м. Вмещающими для них породами являются граниты, грано-сиениты и сиениты хлебодаровского комплекса палеопротерозоя. Кимберлиты представлены слюдистыми (флогопитовыми) разновидностями диатремовой и гипабиссальной фаций. Эруптивные брекчии кимберлитов развиты в краевых частях трубки, массивные порфировидные кимберлиты – в центральной части трубки и дайки. Вблизи поверхности обе разновидности кимберлитов сильно изменены наложенными процессами выветривания, что значительно затрудняет их изучение. Из ксеногенных минералов глубинных парагенезисов и в трубке, и в дайке чаще всего встречаются оливин (полностью замещен серпентином и кальцитом), флогопит, пикроильменит, хромшпинелиды и пироп. Значительно меньше распространены хромдиопсид и амфибол паргаситового состава. По данным ICP MS в кимберлитах из трубки Новоласпинская содержание Zr составляет 392-580 г/т, из одноименной дайки – 425-494 г/т.

В продуктах обогащения изученных кимберлитов установлены сравнительно крупные (до 2-3 мм) цирконы "кимберлитового" типа. Это, как правило, бесцветные или светло-розовые зерна неправильной формы, их обломки и осколки. Состав макрокристного циркона близок к теоретическому. По данным микрозондового анализа содержание основных минералообразующих компонентов в нем составляет (%):ZrO₂ – 65,0-66,3; SiO₂ – 32,0-32,7; HfO₂ – 1,2-1,8. В некоторых цирконах установлены примеси FeO (до 0,08 %), Y₂O₃ (до 0,07 %), TiO₂ (до 0,05 %) и CaO (до 0,03 %). Методом LA-ICP MS определены также U (4-60 ppm), Th (1-42 ppm), РЗЭ (11,3-37,5 ppm). Среди РЗЭ преобладают тяжелые лантаноиды (особенно Dy, Er и Yb), а из легких лантаноидов в небольшом количестве присутствуют Ce и Sm. На спектрах нормированного по хондриту распределения РЗЭ хорошо проявлена положительная аномалия Ce. Ее наличие ряд исследователей рассматривают как показатель кристаллизации циркона при низкой фугитивности кислорода (Белоусова и др., 1998).

Измеренные отношения ¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf в цирконах из кимберлитовой трубки и дайки Новоласпинская варьируют соответственно в пределах 0,282704-0,282799 и 0,282737-0,282767. Близость величин изотопных отношений ¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf в разных зернах циркона из трубки и дайки позволяет предполагать, что они являются не ксенокристаллами, а фенокристаллами и образовались непосредственно из протокимберлитового расплава. Возраст изученных цирконов существенно отличается от возраста содержащих их кимберлитов, определенного по геологическим (конец среднего - начало позднего девона) и Rb-Sr изохронным данным (380-391 млн лет) (Цымбал и др., 2007). Разные зерна циркона имеют изотопный возраст от 382 ± 33 до 469 ± 25 млн лет (измерен с помощью ионного микрозонда SHRIMP-II в Центре изотопных исследований, Санкт-Петербург).

По многим особенностям состава цирконы из девонских кимберлитов трубки и дайки Новоласпинская подобны цирконам из кимберлитов других регионов, описанным Р. Крестен и др. (1975), А.А. Краснобаевым (1979), Е.А. Белоусовой и др. (1998), Р. Довнес и др. (2006).

На мегакристах циркона часто развиты реакционные каймы серовато-желтого и серовато-белого цвета. Толщина кайм на разных и даже одних и тех же зернах циркона значительно варьирует. В наиболее сохранившихся участках отчетливо выделяются две отличающиеся по строению и составу части их – внешняя и внутренняя. Внешняя часть каймы сложена преимущественно кристаллами бадделеита, в промежутках между которыми развиты зерна диопсида, иногда амфибола, флогопита и кальцита. Внутренняя часть каймы обычно микрокристаллическая. Состав ее варьирует в широких пределах, но преобладают те же компоненты, что и в цирконе – ZrO₂, SiO₂ и HfO₂. Однако соотношение между этими компонентами здесь иное, чем в цирконе. Так, содержание ZrO₂ колеблется от 54,3 до 77,5 %, SiO₂ – от 33 до 8,5 %, HfO₂ – от 1,2 до 2 %. В отличие от циркона эти каймы содержат значительно больше FeO (0,3-2,5 %), TiO₂ (0,1-3,0 %),  CaO (0,25-8,0 %), MgO (0,1-1,6 %) и Y₂O₃ (0,2-1,8 %). Они также более обогащены РЗЭ (1,3-3,5 %). Среди последних преобладают легкие лантаноиды (Ce, Nd, Sm), а из тяжелых лантаноидов в небольшом количестве присутствуют Dy, Gd и Ho.

Анализ имеющихся данных о составе внутренней части реакционных кайм показывает, что при ее формировании из циркона происходит в одних случаях частичный вынос ZrO₂ при сохранении высокого содержания SiO₂, в других – прогрессирующий вынос SiO₂ и в связи с этим увеличение концентрации ZrO₂. При этом многие компоненты заимствуются из остаточного кимберлитового расплава, недосыщенного SiO₂ и обогащенного щелочами, титаном, РЗЭ и карбонатной составляющей.

Бадделеит – один из наиболее распространенных минералов во внешней зоне реакционных кайм на зернах циркона. Он образует мелкие короткие (до 10-20 микрон) или сильно удлиненные (до 50-100 микрон) идиоморфные кристаллы, которые в большинстве своем ориентированы перпендикулярно к контурам зерен циркона и часто параллельны между собой. Некоторые из них берут начало вблизи внутренней части каймы и "прорастают" внешнюю часть каймы на всю толщину. Кристаллы имеют зональное строение. В отраженных электронах их центральные части темные, краевые – светлые. Кроме того, центральные части кристаллов не люминесцируют, а краевые – интенсивно люминесцируют синевато-зеленым цветом. Микрозондовое изучение бадделеитов показало, что их центральные и краевые части значительно отличаются между собой по составу. Содержание ZrO₂ в центральной части кристаллов варьирует от 90,6 до 95,6 %, TiO₂ – от 1,6 до 6,2 %. Причем наблюдается отчетливая обратная зависимость между ZrO₂ и TiO₂. В краевой части кристаллов ZrO₂ составляет 93-96 %, TiO₂ – 0,5-3,4 % и корреляция между ними отсутствует. В бадделеите постоянно присутствует FeO в количестве от 0,2 до 0,8 %. Центральные части его кристаллов обычно содержат больше FeO, чем краевые. Для бадделеита характерно сравнительно высокое содержание HfO₂ – 1,8-2,5 %, тогда как в цирконе, по которому он развивается, на HfO₂ приходится 1,25-1,84 %. Отношение Zr/Hf в центральных частях кристаллов бадделеита изменяется от 33 до 42. Преимущественно в краевой части кристаллов бадделеита изредка содержится примесь SiO₂ (до 0,1-0,2 %) и CaO (обычно меньше 0,1 %, редко – до 0,20-0,25 %). Более чем в половине изученных кристаллов установлено наличие Ta₂O₅ (до 0.20-0.25 %) и ThO₂ (до 0,06-0,08 %). Почти все кристаллы имеют примесь MgO (от 0,01 до 0,1 %, редко – до 0,3 %) и лишь некоторые из них – Y₂O₃ (0,01-0,06 %). В небольших количествах определены также РЗЭ.

Описанный бадделеит возник в результате реакции макрокристного циркона с недосыщенным SiO₂ кимберлитовым расплавом, обогащенным карбонатной составляющей, щелочами и другими флюидами. Высвободившийся при этом кремнезем пошел на образование ассоциирующих с бадделеитом силикатных минералов – диопсида, флогопита и амфибола. Особенности состава последних позволяют заключить, что эти процессы происходили при низких Р-Т параметрах на этапе кристаллизации остаточного кимберлитового расплава.

В составе основной массы массивных кимберлитов с порфировой структурой из Новоласпинской трубки нами установлены бадделеит, цирконолит и кальциртит. Эти минералы имеют позднемагматическое происхождение и образовались при кристаллизации остаточного кимберлитового расплава в гипабиссальных условиях.

Бадделеит в основной массе выделился позже перовскита, но раньше апатита и кальцита. Он образует преимущественно идиоморфные микрофенокристаллы гомогенного строения или сростки нескольких (до 10) кристаллов удлиненно-призматической формы с хорошо выраженными вершинами. Состав бадделеита выдержанный и не зависит от его положения относительно ассоциирующих с ним минералов основной массы. В нем определены (%):ZrO₂ – 94,1-97,5; HfO₂ – 0,6-2,0; TiO₂ – 0,4-3,0; FeO – 0,4-1,3. Некоторые бадделеиты имеют повышенное содержание CaO (до 0,5 %), SiO₂ (до 0,4 %), MgO (иногда до 0,3 %) и ThO₂ (до 0,07 %). Примеси РЗЭ и Ta₂O₅ микрозондовым анализом установлены лишь в некоторых кристаллах. Интенсивно люминесцирует синевато-зеленым цветом. Отсутствует зональность. Бадделеит из основной массы кимберлитов отличается от бадделеита из реакционных кайм на макрокристах циркона более высоким содержанием ZrO₂, FeO и CaO и более низким – HfO₂, TiO₂, РЗЭ, Ta₂O₅.

Цирконолит – редкий минерал основной массы кимберлитов трубки Новоласпинская. Встречен в виде идиоморфных фенокристаллов микронных размеров или их включений в перовскитах, значительно замещенных сфеном и марганцевым ильменитом. Состав его варьирует в пределах (%): ZrO₂ – 42,8-48,1; TiO₂ – 34,3-36,4; CaO – 11,2-12,3; FeO – 5,5-6,0. Постоянными примесями являются MgO (0,8-0,85 %), ThO₂ (0,4-0,5 %), Nb₂O₅ (0,3-0,4 %), Ta₂O₅ – 0,17-0,35 %), SiO₂ (0,1-0,2 %). Содержание РЗЭ составляет 1,0-1,5 %, легкие лантаноиды значительно преобладают над тяжелыми.

Кальциртит в основной массе кимберлитов трубки Новоласпинская встречается редко и, как правило, в виде идиоморфных фенокристаллов размером меньше 10 микрон. Последние часто расположены на границе кристаллов перовскита с выделениями кальцита, иногда образуют сростки с кристаллами бадделеита. Состав кальциртита близок к теоретическому. Минералообразующие компоненты в нем составляют (%):ZrO₂ – 66,6-69,96; CaO – 12,15-16,94; TiO₂ – 13,85-16,93. В повышенных количествах установлены также HfO₂ (0,89-1,33 %), FeO (0,61-1,67 %), MgO (0,23-0,36 %) и SiO₂ (0,04-0,43). Несмотря на высокое содержание TiO₂, в кальциртите почти полностью отсутствуют примеси Nb₂O₅, Ta₂O₅ и РЗЭ.

 

References:

Belousova E.A., Griffin W.L., Pearson N.J. Trace element composition and cathodoluminescence properties of Southern African kimberlitic zircons // Miner. Magazine. 1998. Vol. 62 (3). P. 355-366.

Downes P.J, Griffin B.J., Griffin W.L. Mineral chemistry and zircon geochronology of xenocrysts and altered mantle and crustal xenoliths from the Aries micaceous kimberlite: Constraints on the composition and age of the central Kimberley Craton, Western Australia // Lithos. 2006. P. 1-24.

Krasnobayev A.A. Mineralogicval-geochemical features of zircon from kimberlites and problems of their origin // Internat. Geology Rev. 1979. Vol. 22. P. 1199-1209. (in Russian).

Kresten P. Fels P. and Berggren G. Kimberlitic zircons – a possible aid in prospecting for kimberlites // Mineral. Deposita. 1975. Vol. 10. .№ 1. P. 47-56.

Tsymbal S.N., Kremenetsky A.A. Strekozov S.N.,Bondarenko V.A. The age of kimberlites Peri-Azovian geoblocks of the Ukrainian shield (according to geological and isotopic data) // In Sat: Alkaline magmatic and ore of the Earth. Kiev. 2007. P. 245-248. (in Russian).