Состав и парагенетические типы пиропов из кимберлитов Восточного Приазовья

Цымбал С.Н.*, Цымбал Ю.С.*, Бондаренко В.А.**, Лацько В.Г.**

*Институт геохимии, минералогии и рудообразования им. Н.П. Семененко НАН Украины, Киев, Украина; **Приазовская комплексная геологическая партия КП "Укрюжгеология", г. Волноваха, Украина

tsymbal@igmof.gov.ua

 

Пироп – характернейший минерал кимберлитов и содержащихся в них ксенолитов глубинных перидотитов. Его считают одним из важнейших спутников алмаза. Он эффективно используется для поисков кимберлитов, оценки их алмазоносности и реконструкции условий минералообразования в верхней мантии.

Многие годы по ореолам рассеяния его ведутся поиски кимберлитов и в Украине. Они привели к открытию в восточной части Приазовского мегаблока Украинского щита трубок Петровская, Надия, Южная и Новоласпинская, а также даек Южная и Новоласпинская, сложенных кимберлитовыми брекчиями и массивными порфировыми кимберлитами девонского возраста.

Пироп установлен во всех кимберлитовых телах, но в разных количествах и разных соотношениях с другими глубинными минералами. Наиболее редко встречается он в трубке Надия, наиболее часто – в трубках Петровская и Южная.

Пироп представлен овальными трещиноватыми зернами с магматогенной (оплавленной) поверхностью, их обломками и осколками неправильной формы. На некоторых из них сохранились келифитовые каймы или их реликты. Келифитовые каймы в разной степени изменены наложенными процессами. Под келифитовой каймой поверхность пиропов гладкая или тонкоматированная, вне каймы – хорошо скульптированная в результате метасоматического и гипергенного растворения. Наиболее широко развиты пирамидально-черепитчатая, занозистая и бугорчатая скульптуры. Размер зерен пиропа колеблется от 0,1-0,2 до 5-7 мм и составляет преимущественно 0,5-2,0 мм. Большинство их имеет фиолетово-лиловую, лиловую и лилово-розовую окраску. Значительно распространены пиропы розового, красного и красновато-оранжевого цвета и пироп-альмандины оранжевого и оранжево-желтого цвета.

Оптико-спектроскопические и колориметрические исследования пиропов из кимберлитов трубки Петровская (Мацюк и др., 1983), трубки Южная (Цымбал и др., 1986), трубки и дайки Новоласпинская (наши не опубликованные данные) показали, что преобладающее количество их принадлежит к парагенезису пироповых и хромшпинель-пироповых лерцолитов. Есть также разновидности пиропов, характерные для гарцбургитов, верлитов, вебстеритов, магнезиальных и магнезиально-железистых эклогитов.

Химический состав пиропов из всех известных кимберлитовых тел изучен достаточно полно, но охарактеризован в опубликованных работах лишь частично (Цымбал и др., 1996; Панов и др., 2000; Панов, 2001). Выполненные к настоящему времени свыше 2000 микрозондовых анализов пиропов свидетельствуют, что их состав изменяется в широких пределах. На предложенной Н.В. Соболевым диаграмме CaO–Cr₂O₃ они попадают в поля пиропов лерцолитового, верлитового и дунит-гарцбургитового типов.

Пиропы лерцолитового типа составляют 95 % от проанализированных. Содержание Cr₂O₃ в них колеблется от 0,3-0,5 до 10-12 %, а CaO от 4-5 до 7-8 %. По количеству Cr₂O₃ эти пиропы можно разделить на низко-, средне- и высокохромистые.

Низкохромистые разновидности развиты мало. Содержание Cr₂O₃ в них, как правило, меньше 2 %, CaO – 4,0-5,5 %. Они имеют несколько повышенную глиноземистость (Al₂O₃ – 20-23 %) и титанистость (TiO₂ – 0,4-0,8 %) и пониженную магнезиальность (MgO – 18-22 %). FeO варьирует от 5 до 10 %, Fe₂O₃ – от 0,8 до 3,6 %. Кноррингитовый компонент отсутствует. По составу подобны пиропам в ксенолитах зернистых лерцолитов с высоким содержанием клинопироксена и вебстеритов из кимберлитов других регионов.

Среднехромистые пиропы по количеству значительно преобладают над другими разновидностями. Содержание основных оксидов в них таково (%):Cr₂O₃ – 2-8; CaO – 4,5-6,5; MgO – 19-23; Al₂O₃ – 18-23; FeO+Fe₂O₃ – 5,5-7,5; TiO₂ – 0,10-0,65. Между CaO и Cr₂O₃ существует отчетливая положительная корреляция, между Al₂O₃ и Cr₂O₃, MgO и CaO – отрицательная, между MgO и FeO, TiO₂ и FeO она отсутствует. Кноррингитовый компонент обычно не превышает 10 % мол., что позволяет предполагать их образование при давлении 25-35 кбар. Пиропы с содержанием 5-7 % Cr₂O₃ и 5,5-6,5 % CaO иногда образуют сростки с высокомагнезиальным хромитом (Cr₂O₃ – 52-58 %). Материнскими породами для среднехромистых пиропов были пироповые и хромшпинель-пироповые лерцолиты с умеренным и пониженным содержанием клинопироксена.

Высокохромистые пиропы лерцолитового типа встречаются редко. Для них характерно высокое содержание не только Cr₂O₃ (8-12 %), но и CaO (6,5-8,0 %) и, кроме того, пониженное содержание MgO (17-20 %), Al₂O₃ (14,0-17,5 %) и TiO₂ (< 0,2 %). На кноррингитовый компонент приходится от 10 до 20 % мол. В пиропах этой разновидности установлены включения высокомагнезиальных высокохромистых хромитов (Cr₂O₃ – 54-61 %, MgO – 11-13 %). Предполагается, что материнскими породами их были зернистые лерцолиты с низким содержанием клинопироксена, образовавшиеся при давлении 35-45 кбар.

Пиропы верлитового типа составляют около 2,5 % от изученных. Выделяются три их разновидности, образующие на диаграмме CaO–Cr₂O₃ обособленные поля. Общей для них особенностью является более высокое содержание CaO, чем в пиропах лерцолитового типа соответствующей хромистости.

Пиропы первой разновидности имеют низкое содержание Cr₂O₃ (3,2-3,6 %), повышенное – CaO (5,8-6,2 %), FeO (8,0-8,4 %) и TiO₂ (0,32-0,37 %), несколько пониженное – MgO (19,6-19,9 %) и Al₂O₃ (21,0-21,3 %). Примесь Na₂O иногда достигает 0,11 %. Характерно отсутствие Fe₂O₃ и кноррингитового компонента.

Пиропы второй разновидности содержат 4,4-5,2 % Cr₂O₃ и 6,7-7,1 % CaO. По сравнению с первой разновидностью они более железистые (FeO+Fe₂O₃ – 9,7-10,4 %) и соответственно менее магнезиальные (MgO – 16,8-17,3 %) и менее глиноземистые (Al₂O₃ – 20-21 %). Примесь TiO₂ не превышает 0,1 %, Na₂O – до 0,14 %.

Пиропы третьей разновидности отличаются от первых двух наиболее высокими содержаниями CaO (6,5-8,8 %) и Cr₂O₃ (6,7-10,3 %) и низкими – Al₂O₃ (14-19 %) и FeO+Fe₂O₃ (5,4-7,5 %). Fe₂O₃ обычно меньше 2 %, MgO составляет 18-20 %. Они имеют повышенное содержание Na₂O (до 0,12 %) и TiO₂ (иногда до 0,7-0,8 %).

Пиропы верлитового типа всех разновидностей обогащены уваровитовым компонентом, а наиболее хромистые из них кроме того и кноррингитовым компонентом (до 10-15 %). Особенности их состава указывают на то, что они кристаллизовались в области высоких давлений при низкой фугитивности кислорода.

Пиропы дунит-гарцбургитового типа, на которые приходится около 2 % от изученных, представлены умереннохромистыми разновидностями (Cr₂O₃ – 2,8-7,0 %), содержание CaO в которых варьирует от 1,6 до 4,5 %. Они отличаются от пиропов других типов наиболее высокой магнезиальностью (MgO – 22,5-24,3 %) и соответственно наименьшей железистостью (FeO – 4,6-6,3 %). Содержание Al₂O₃ составляет 17,0-22,0 % и связано отчетливой обратной зависимостью с Cr₂O₃. Примесь TiO₂ не превышает 0,1 %, Na₂O достигает 0,12 %. Все пиропы этого типа обогащены кноррингитовым компонентом (до 15 % мол.). На диаграмме CaO – Cr₂O₃ часть из них попадают в поле пиропов алмазной ассоциации.

LA-ICP MS анализ пиропов лерцолитового типа из трубок Петровская, Надия, Южная и Новоласпинская показал, что они близки между собой по "набору" и концентрации элементов-примесей. Их содержание колеблется в пределах (ppm): V – 164-318; Sc – 110-212; Ni – 25-70, иногда 110-132; Co – 28-44; Ga – 2-10; Y – 2-33; Zr – 6-100, реже 100-156; Hf – 0,3-3,9; Nb – 0,1-1,3; Sr – 0,2-7,9 (Панов и др., 2000; Панов, 2001). Из этих данных следует, что среди пиропов лерцолитового типа имеются деплетированные и обогащенные несовместимыми элементами разновидности. Судя по содержанию Ni, пиропы образовались при различной температуре. Для большинства из них она составляла 1000-1150^о С. Есть также более низкотемпературные (800-900^о С) и более высокотемпературные (1200-1400^о С) пиропы. Наличие пиропов, содержащих Y<10 ppm и кристаллизовавшихся при Т=1000-1150^о С, позволяет предполагать, что мощность литосферы в районе расположения известных кимберлитовых трубок и даек в девоне превышала 140 км.

Характерной особенностью приазовских кимберлитов является редкая встречаемость магнезиально-железистых гранатов, отвечающих по составу пироп-альмандину из ксенолитов магнезиальных и магнезиально-железистых эклогитов, развитых в кимберлитах Якутской и других провинций. Микрозондовым анализом в них определены (%): SiO₂ – 39,9-42,5; TiO₂ – 0,0-0,4; Al₂O₃ – 22,0-23,8; Cr₂O₃ – 0,06-0,15, редко до 0,3; FeO+Fe₂O₃ – 10,7-18,3; MnO – 0,3-0,5; MgO – 12,0-19,3; CaO – 3,7-8,0. Принадлежность их к эклогитовому типу подтверждена данными оптической спектроскопии и колориметрии (Цымбал и др., 1996).

На основании имеющихся данных сделаны следующие общие выводы.

1. Во всех изученных кимберлитовых трубках и дайках Восточного Приазовья присутствуют однотипные по составу макрокристовые пиропы. Среди них доминируют разновидности лерцолитового типа. В небольшом количестве развиты уваровит-пиропы верлитового типа и кноррингит-пиропы дунит-гарцбургитового типа. Очень редко встречаются пироп-альмандины эклогитового типа.

2. По типохимическим особенностям пиропы подразделяются на две группы: деплетированные и обогащенные несовместимыми элементами-примесями. Наличие последних свидетельствует о том, что породы верхней мантии под восточной частью Приазовского мегаблока Украинского щита испытали высокотемпературный метасоматоз.

3. Пиропы кристаллизовались при давлении от 25 до 45 кбар и температуре от 800-900 до 1150-1200^о С. При образовании кимберлитов в девоне тепловой поток составлял 40-45 мВт/м² (Панов и др., 2000).

4. Известные в Восточном Приазовье трубки и дайки имеют общий источник кимберлитового расплава, очаг которого располагался на глубине более 140 км, вблизи границы перехода графита в алмаз. Наличие кноррингит-пиропов алмазной ассоциации позволяет считать эти кимберлиты потенциально алмазоносными, а район развития их – перспективным для продолжения поисковых работ.

 

Литература:

Мацюк С.С., Платонов А.Н., Лавриненко Л.Ф. и др. О генетическом типе коренного источника пиропа на одном из участков Восточного Приазовья // Геол. журн. 1983, Т. 43, № 4, С. 72-82.

Панов Б.С., Гриффин В.Л., Панов Ю.Б. Р-Т условия образования Cr-пиропов из кимберлитов Украинского щита // Доклады НАН Украины. 2000. № 3. С. 137-143.

Панов Ю.Б. Типоморфные химические особенности индикаторных минералов из кимберлитов Приазовья // Наук. праці Донецького національного технічного університету. Серія гірничо-геологічна,. Донецьк, 2001. Вип. 32. С. 44-52.

Цымбал С.Н., Татаринцев В.И., Князьков А.П. Минералы глубинных парагенезисов из кимберлитов трубки Южная (Восточное Приазовье) // Минерал. журн. 1996. 18, № 5. С. 18-45.

Griffin W.L., O'Reilly S.Y. and Ryan C.G. The composition and origin of sub-continental lithospheric mantle // The Geochemical Society. Special Publication. 1999. № 6. P.13-45.