Кутнагорит из карбонатитов Большетагнинского массива (Восточный Саян, Россия)

Всероссийский НИИ минерального сырья (ВИМС), Москва, Россия; vims-sokol@mail.ru

Приводятся новые данные о кутнагорите CaMn(CO₃)₂ из флюоритовых карбонатитов Большетагнинского массива. Посредством метода оптической микроскопии, рентгенофазового и микрозондового анализов были выделены минеральные типы кутнагоритсодержащих карбонатитов, определены ассоциирующие с кутнагоритом минералы, в число которых входят обогащенные марганцем карбонаты – кальцит, сидерит, доломит, родохрозит. По химическому составу изученные кутнагориты относятся к железистой разновидности (FeO = 7.70-11.51 мас. %).

Кутнагорит – двойной карбонат кальция и марганца из группы доломита с идеальной формулой CaMn(CO₃)₂ – получил свое название по месту первой находки в месторождении марганцевых руд Kutná Hora, Богемия (Bukowsky, 1901). Впоследствии минерал был обнаружен во многих регионах мира (США, Япония, Бразилия, Россия – Хибины, Урал) как продукт различных геологических процессов: гидротермального, карбонатитового, метаморфического, осадочного.

В карбонатитах Большетагнинского массива, который относится к формации щелочно-ультраосновных пород, кутнагорит впервые был обнаружен М.Я. Соминой (1975). При изучении флюоритовой минерализации, связанной с карбонатитовым штоком этого массива, автором были получены новые данные по кутнагориту карбонатитового генезиса. (Соколов, 2007, 2008).

По минеральному составу выделяется несколько типов кутнагоритсодержащих карбонатитов. Среди них наиболее широким распространением пользуются бикарбонатные карбонатиты с альбитом или микроклином, в которых количественные соотношения между кальцитом и кутнагоритом могут меняться очень существенно. Меньшее развитие получили бесполевошпатовые манганосидерит-кутнагоритовые (± Mn-кальцит) и Mn-кальцит-кутнагоритовые (± Mn-сидерит) разновидности и еще более редкие, практически монокарбонатные кутнагоритовые карбонатиты. Кутнагорит вместе с флюоритом, кальцитом, полевыми шпатами (альбит, микроклин) и апатитом является главным породообразующим минералом, слагает от 15-20 до 40% массы породы, а местами его количество достигает 60-70%. Гематит и пирит во всех перечисленных карбонатитах играют второстепенную роль.

В карбонатитах кутнагорит обычно выделяется в виде мелкозернистых агрегатов и наиболее часто ассоциирует с кальцитом. Визуально эти карбонаты легко различаются по цвету – кальцит белый, а кутнагорит кремовый до буро-коричневого. Под микроскопом кутнагорит, в отличие от бесцветного кальцита, обладает буровато-серой окраской и, помимо того, более высоким светопреломлением и четко выраженной псевдоабсорбцией.

В карбонатитах с преобладающим кальцитом кутнагорит образует гипидиоморфные кристаллы субромбоэдрического габитуса, размер которых достигает 0,2-0,3 мм. Примечательно, что флюорит концентрируется преимущественно в обогащенных кальцитом участках, тогда как в ассоциации с кутнагоритом его содержание заметно снижается.

Тонкозернистое строение отдельных участков карбонатитов (размеры минеральных индивидов нередко составляют 10-20 мкм) потребовало применения рентгенофазового анализа (аналитик И.С. Наумова, ВИМС) и микрозондового метода (анализатор JXA-8100 Superprobe, аналитик Н.И. Чистякова, ВИМС), использование которых позволило уточнить минеральный состав пород и выявить тесную ассоциацию кутнагорита с разнообразными минералами микронных размеров. Было установлено, что пирохлор присутствует во всех вышеуказанных карбонатитах; Ti-колумбит отмечен только в микроклиновом типе, а циркон – в кальцит-кутнагоритовом типе; Nb-рутил, V-ильменорутил и F-карбонаты редких земель (бастнезит, паризит) характерны для разновидностей, не содержащих полевые шпаты.

Полученные результаты анализов говорят о достаточно широком развитии в карбонатитах целой группы обогащенных марганцем карбонатов. Наряду с кутнагоритом это марганецсодержащий кальцит (1.96-2.69% MnO) и манганокальцит (6.43-7.04%), Mn-сидерит (4.66-11.89%) и манганосидерит (22.79-28.06%), Fe-Mn-доломит (8.89-10.06%) и родохрозит (50.79-52.88%). Подобная ассоциация свидетельствует о марганцевой специфике минералообразующей среды, формировавшей флюоритовые карбонатиты данного массива. Заметим, что в карбонатитах других массивов Восточного Саяна (Белозиминский и Среднезиминский), также как и в большинстве щелочно-ультраосновных массивов Кольского полуострова, обогащенные марганцем карбонаты не получили столь значительного распространения.

Согласно рентгенографическим данным (аналитик Г.К. Кривоконева, ВИМС), изученный кутнагорит следует относить к промежуточному члену между фазами серии доломит-анкерит и собственно кутнагоритом, но заметно ближе к последнему. Из результатов электронно-микрозондового анализа следует (табл. 1), что минерал относится к низкомагниевой железистой разновидности кутнагоритов. По составу с ним можно сопоставить железистый кутнагорит из анкерит-родохрозитовых карбонатитов Хибинского массива (Zaitsev, 1996), который при равном количестве FeO (8.11-11.38%) отличается от минерала Большетагнинского массива меньшими концентрациями MgO (0.97-2.68%), но более высокими содержаниями MnO (17.47-21.52%). Рентгенографические и химические данные подтверждают точку зрения Э.Дж. Ессена (1987) о существовании между карбонатами доломит-анкеритовой серии и кутнагоритом широкой области твердых растворов.

Таблица 1. Химический состав (мас. %) и миналы (мол. %) Fe-кутнагорита и Fe-Mn-доломита

Минерал	Fe-кутнагорит		Fe-Mn-доломит
Минерал	Интервал содержаний	Среднее (n = 8)	Интервал содержаний	Среднее (n = 3)
CaO	26.16-29.80	28.49	27.75-30.41	29.00
MgO	3.45-5.69	4.38	7.06-7.92	7.59
FeO	7.70-11.51	9.48	7.28-11.99	9.94
MnO	13.86-15.63	14.65	8.89-10.06	9.62
CO₂	41.57-42.51	42.03	42.94-43.27	43.09
Сумма		99.03		99.24
CaCO₃		53.2		52.8
MgCO₃		11.4		19.2
FeCO₃		13.8		14.15
MnCO₃		21.6		13.85
Сумма		100.0		100.0

Во всех анализах содержания SrO, BaO, REE₂O₃, Y₂O₃ лежат ниже предела определения.

Содержания CO₂ и миналов и кристаллохимические формулы рассчитаны автором.

Выявленные при петрографическом изучении образцов и шлифов структурные соотношения свидетельствуют об эволюции минерального состава карбонатитов, и в первую очередь о последовательном образовании карбонатов. На геохимическом уровне это отражает изменение состава видообразующих катионов от кальцита (Ca) через Fe-Mn-доломит и кутнагорит (Ca,Mn,Fe,Mg) к сидериту (Mn,Fe) и родохрозиту (Mn) и соответствует постепенной замене сильных оснований на слабые. Более раннее обильное выделение кальцита указывает на сравнительно высокую щелочность минералообразующей среды. Однако, согласно Д.С. Коржинскому, уменьшение активности основных элементов дает основание утверждать, что в ходе карбонатитового процесса при снижающейся температуре происходит постепенное повышение кислотности. Понижение щелочности растворов также подтверждается ростом количества и числа минеральных видов сульфидов (вместе с пиритом кристаллизуются сфалерит и галенит), а также появлением редкоземельных F-карбонатов. Заключительная низкотемпературная стадия формирования кутнагоритовых карбонатитов характеризуется возрастанием щелочности и окислительного потенциала, когда по Mn-кальциту и кутнагориту начинает развиваться пиролюзит, а вместо ассоциации пирит + гематит возникает ассоциация пирит + барит (Сорокин и др., 1997).

Ессен Э.Дж. Карбонатные твердые растворы и взаимная растворимость их конечных членов применительно к геологической термобарометрии // Карбонаты. Минералогия и химия. М.: Мир, 1987. С. 105-127.

Соколов С.В. Новые данные о минералогии флюоритовых руд Большетагнинского месторождения // Роль минералогии в познании процессов рудообразования. Материалы Годичной сессии МО РМО. М.: ИГЕМ РАН, 2007. С. 306-311.

Соколов С.В. Флюоритовые карбонатиты Большетагнинского массива (Восточный Саян, Россия) // Геохимия магматических пород. Материалы XXV Всероссийского семинара с участием стран СНГ. Школа "Щелочной магматизм Земли". Санкт-Петербург 23-26 мая 2008 г. СПб.: 2008. С. 144-145.

Сомина М.Я. Доломитовые и анкеритовые карбонатиты Восточной Сибири. М.: Недра, 1975. 191 с.

Сорокин В.И., Дадзе Т.П., Каширцева Г.А. Сульфид-сульфатные соотношения в гидротермальном процессе // Петрология. 1997. № 1. С. 63-72.

Bukowsky A. Kuttenberger manganmineralien. Anzeiger Der III Congr. Böhm. Naturforsch. und Ärzte. Prague: 1901. 293 s.

Zaitsev A.N. Rhombohedral carbonates from carbonatites of the Khibina massif, Kola Peninsula, Russia // Canadian Mineralogist. 1996. Vol. 34. Pt. 2. P. 453-468.