Минералогия основной массы кимберлитов Кировоградского мегаблока Украинского щита

Цымбал С.Н. Цымбал Ю.С.

Институт геохимии, минералогии и рудообразования им Н.П. Семененко НАН Украины, Киев, Украина

tsymbal@igmof.gov.ua

 

В центральной части Кировоградского мегаблока палеопротерозойского возраста установлены Лелековское и Щорсовское проявления маломощных даек флогопитовых кимберлитов гипабиссальной фации. По данным Rb-Sr изохронного метода возраст их 1770±9,4 млн лет (Юткина и др., 2005). К настоящему времени достаточно полно изучена петрография, минералогия и геохимия этих кимберлитов и содержащихся в них ксенолитов глубинных пород (Цымбал и др., 1999). Данных по минералогии матрикса очень мало.

При исследовании кировоградских кимберлитов были использованы EMS JSM-6700F с энергодисперсионной системой JED-2300 для микроанализа, а также микрозонд JXA-8200 фирмы JEOL (Япония). В результате установлено, что матрикс кимберлитов представлен в основном микрофенокристаллами оливина, флогопита и кальцита, соотношение между которыми варьирует на небольших участках. Значительно меньше распространены титаномагнетит, перовскит, сфен, апатит, клинопироксен, амфибол, ильменит и рутил.

Оливин – преобладающий минерал основной массы кимберлитов. Его кристаллы полностью замещены серпентином, состав которого позволяет предполагать, что это был высокомагнезиальный форстерит.

Флогопит – второй по распространенности минерал основной массы. Он образует лейсты, которые "обтекают" кристаллы оливина и ксенолиты глубинных пород. Выделяются три разновидности его.

Флогопит первой разновидности имеет высокую магнезиальность (MgO – 26,3-27,3 %, FeO – 5,0-6,4 %), пониженное содержание K₂O (7,4-9,0 %) и Al₂O₃ (10,5-11,7 %) и высокое BaO (4,1-4,8 %). Примесь TiO₂ составляет 0,13-0,16 %. Он кристаллизовался почти одновременно с оливином.

Флогопит второй разновидности широко представлен в составе матрикса. Лейстовидные кристаллы его образовались позднее оливина, но раньше кальцита, апатита, титаномагнетита и перовскита. Центральные части их отличаются от флогопита первой разновидности более низкой магнезиальностью (MgO – 20,8-21,3 %) и более высокими глиноземистостью (Al₂O₃ – 14,7-16,2 %) и титанистостью (TiO₂ – 2,6-3,0 %). Кроме того, в нем содержится больше K₂O (9,2-10,0 %) и меньше – BaO (1,5-2,7 %).

Флогопит третьей разновидности слагает тетраферрифлогопитовые каймы на флогопитах второй разновидности. Если в последних FeO составляет 6,5-7,2 %, то в тетраферрифлогопитах – 7,8-8,4 % при почти том же содержании MgO и K₂O, но более низком Al₂O₃ (12,3-13,4 %), TiO₂ (1,9-2,6 %) и BaO (0,59-0,78 %). Работами по синтезу флогопита показано, что при температуре 800^о С и давлении менее 2 кбар в него может входить до 3 % BaO. Исходя из этого нами сделан вывод об образовании флогопита первой разновидности при температуре более 800^о С, а флогопита третьей разновидности – при более низкой температуре.

Титаномагнетит – достаточно часто встречающийся минерал в составе основной массы кимберлитов. Он образует микрокристаллы или их сростки, редко – выделения в флогопите и кальците. Иногда содержит включения сфена и перовскита. По составу выделяются две его разновидности.

Титаномагнетит первой разновидности имеет высокое содержание TiO₂ (11,9-14,8 %) и FeO+Fe₂O₃ (74-97 %), а также примеси Cr₂O₃ (обычно менее 0,3 %, редко до 1-1,6 %), Al₂O₃ (до 3,5 %), MnO (0,3-1,4 %).

Титаномагнетит второй разновидности отличаются от первой низким содержанием FeO (59-69 %) и высоким Cr₂O₃ (6-15 %), Al₂O₃ (3,2-4,7 %) и MnO (1,5-5,5 %). В его составе магнетитовый компонент достигает 40 % мол. и в значительных количествах находятся хромитовый и ульвошпинелевый.

Особенности состава и взаимоотношения титаномагнетитов с другими минералами матрикса свидетельствуют о том, что обогащенные Cr и Al разновидности представляют собой более раннюю генерацию по сравнению с низкохромистыми и высокоглиноземистыми титаномагнетитами. Обе разновидности являются высокотемпературными образованиями.

Перовскит – характерный минерал кимберлитового матрикса. Представлен идиоморфными кристаллами октаэдрического габитуса, их сростками и групповыми выделениями гомогенного или зонального строения. Единичные включения его наблюдались в низкохромистых и низкоглиноземистых титаномагнетитах. Иногда имеет включения Mn-ильменита и рутила. Выделены две разновидности перовскита.

В первой разновидности содержится 34,2-37,3 % CaO и 51,5-54,1 % TiO₂. В повышенных количествах установлены FeO (2,8-5,6 %), Na₂O (0,47-0,80 %) и Nb₂O₅ (0,5-2,3 %), а в виде примесей - ThO₂ (0,13-0,26 %), Ta₂O₅ (до 0,1-0,2 %), ZrO₂ (до 0,1-0,2 %), MnO (<0,1 %), Y₂O₃ (<0,07 %) и UO₂ (<0,06 %). На редкоземельные элементы приходится 3,3-3,9 %. Среди них преобладают Ce₂O₃ (1,7-2,1 %), La₂O₃ (0,7-1,0 %) и Nd₂O₃ (0,7-1,0 %). Перовскит этого состава не отличается от перовскитов из кимберлитов Якутии.

Перовскит второй разновидности развит мало. Его включения установлены в титаномагнетите, который почти не содержит Cr₂O₃ и Al₂O₃. Этот перовскит имеет высокую железистость (FeO – 16,7 %) и несколько пониженное по сравнению с первой разновидностью содержание TiO₂ (46,3 %), CaO (27,8 %), TR₂O₃ (2,3 %) и ThO₂ (0,02 %). В нем присутствует значительное количество Fe³⁺ и соответственно латрапитового компонента.

Исходя из взаимоотношения перовскита с другими минералами матрикса кимберлитов сделан вывод, что он кристаллизовался после оливина и флогопита и почти одновременно с титаномагнетитом поздней генерации. Это один из главных концентраторов редких земель и ниобия в кировоградских кимберлитах.

Хромшпинелиды в матриксе исследованных кимберлитов встречаются редко и, как правило, в виде включений в обогащенном Cr и Al титаномагнетите. Одно из таких микровключений имеет состав (%):Cr₂O₃ – 30,54; Al₂O₃ – 36,85; MgO – 16,78; FeO – 13,51; Fe₂O₃ – 2,44; TiO₂ – 0,56; MnO – 0,15; ZnO – 0,11; NiO – 0,16. Это – алюмохромпикотит, в котором шпинелевый компонент составляет 70 % мол., а хромитовый – 30 % мол.

Рутил образует тонкие каймы вокруг сфена или самостоятельные кристаллы. Из примесей в нем определены FeO (0,45-1,05 %), CaO (0,75-1,25 %) и Nb₂O₅ (0,35-0,85 %).

Марганцевый ильменит – редко встречающийся минерал в основной массе. Одиночные включения его обнаружены в титаномагнетите и перовските в ассоциации с рутилом. MnO в первом случае составляет 4,4 %, во втором – 9,5 %, а FeO – 6,5 % и 3,5 % соответственно. Для этого ильменита характерно повышенное содержание CaO (0,75 и 0,35 %), низкое MgO (<0,2 %) и Al₂O₃ (<0,3 %). В более марганцевом ильмените установлена примесь Cr₂O₃ (1,3 %). Он образовался раньше, чем титаномагнетит и перовскит.

Сфен распространен мало. Обычно образует включения в титаномагнетите и иногда сам содержит включения титаномагнетита и рутила. Состав его варьирует в пределах (%):SiO₂ – 30,5-31,7; TiO₂ – 35,0-38,0; CaO – 26,4-29,0. Примеси представлены FeO (1,1-3,7 %), V₂O₅ (0,16-0,33 %) и Nb₂O₅ (0,1-0,3 %).

Клинопироксен в матриксе кимберлитов установлен в виде идиоморфных кристаллов, их сростков и розетковидных выделений в "такситовом" кальците. На локальных участках его содержание достигает 15-20 %. Иногда с ним ассоциируют апатит и амфибол рихтеритового типа. Его кристаллизация происходила до образования апатита и кальцита. Впервые был установлен петрографическими исследованиями (Цымбал и др., 1999) и ныне подтвержден микрозондовыми анализами. По составу клинопироксен отвечает высококальциевому диопсиду (CaO – 24,3-25,1 %, MgO – 14,4-15,3 %, FeO – 5,2-5,9 %) с незначительной примесью Cr₂O₃ (< 0,05 %). Для него характерно повышенное содержание TiO₂ (0,4-1,1 %), Al₂O₃ (0,4-1,1 %) и Na₂O (0,35-0,50 %). Весь Al находится в четверной координации. Имеется примесь жадеитового компонента. Оцененная по величине отношения Ca/(Ca+Mg) температура равновесия диопсида не превышала 800^о С. Расчеты по методу Дж. Мерсье (1980) показали, что он кристаллизовался при температуре около 750^о С и давлении менее 20 кбар. По составу исследованные нами диопсиды подобны диопсидам из основной массы кимберлитов других регионов и существенно отличаются от ксенокристов клинопироксена.

Амфиболы в матриксе кимберлитов встречаются редко и, как правило, в виде идиоморфных кристаллов в такситовых выделениях кальцита. Состав их варьирует в пределах (%):SiO₂ – 56,0-58,4; TiO₂ – 0,2-0,3; Al₂O₃ – <0,1; FeO – 3,2-6,1; MnO – 0,05-0,13; MgO – 20,3-23,0; CaO – 5,5-7,5; Na₂O – 4,8-6,1; K₂O – 1,4-1,6; F – 0,6-0,9; BaO – < 0,05. По этим данным они соответствуют низкокалиевой и низкотитанистой разновидности высокомагнезиального рихтерита. Отношение Na/(Na+ K) = 0,83-0,88.

Апатит развит сравнительно широко. Он образует идиоморфные кристаллы призматического габитуса, которые приурочены преимущественно к выделениям кальцита и являются по отношению к нему более ранними образованиями. По составу это – фторапатит (F=3,0-4,8 %). Характерной примесью его является SrO. Выделяются две разновидности апатита – низкостронциевая и высокостронциевая. В первой SrO составляет менее 1 %, во второй – 2,5-8,0 %. В апатите установлены также примеси Na₂O (0,45-0,85 %), FeO (0,1-0,4 %), SiO₂ (0,2-0,6 %), MnO (<0,1 %) и TR₂O₃ (<0,1 %).

Кальцит – один из главных минералов матрикса кимберлитов. Согласно данным петрографических исследований (Цымбал и др., 1999), содержание его на отдельных участках достигает 20 %. Кальцит однотипный по составу и почти лишен примесей FeO, MnO, MgO, BaO, SrO и TR₂O₃. Он является конечным продуктом кристаллизации остаточного кимберлитового расплава.

Таким образом, изучение основной массы кимберлитов центральной части Кировоградского мегаблока позволило получить оригинальные данные по морфологии, составу и последовательности образования слагающих ее минералов и на этой основе определить закономерности эволюции кимберлитового расплава в малоглубинных условиях. Установленные типохимические особенности собственно кимберлитовых минералов имеют большое значение для понимания геохимической специализации кимберлитов вообще.

 

Литература

Цымбал С.Н., Богданова С.В., Кривдик С.Г., Цымбал Ю.С. Геохимические особенности кимберлитов Кировоградского мегаблока Украинского щита // Геохимия магматических пород: Матер. ХХV Всероссийского семинара "Щелочной магматизм Земли", 23-26 мая 2008 г., Санкт-Петербург. – Санкт-Петербург-Москва, 2008. С. 164-166.

Цымбал С.Н., Кривдик С.Г, Кирьянов Н.Н., Макивчук О.Ф. Вещественный состав кимберлитов Кировоградского геоблока (Украинский щит) // Минерал. журн. 1999. 21, № 2/3. С. 22-38.

Цымбал С.Н., Кривдик С.Г. Ксенолиты глубинных пород из кимберлитов Кировоградского геоблока (Украинский щит) // Минерал. журн. 1999. 21, № 2/3. С. 97-111.

Юткина Е.В., Кононова В.А., Цымбал С.Н., Левский Л.К., Кирьянов Н.Н. Изотопно-геохимическая специализация мантийного источника кимберлитов кировоградского комплекса (Украинский щит) // Доклады РАН. 2005. 402, № 1. С. 87-91.

Mercier S. C. C. Single–pyroxene thermobarometry // Tectonophysics. 1980. Vol. 70, № 1-2. P. 1-37.