Ассоциации и условия образования тела лейцит-мелилитового клинопироксенита (Пуртовино, Вологодская область): щелочно-ультраосновная паралава

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Представлена новая петрогенетическая схема формирования тела лейцит-мелилитового клинопироксенита р-на Пуртовино из паралавы щелочно-ультраосновного состава. Протолитом тела, по всей вероятности, была смесь осадочных пород верхнепермского возраста (алевролиты, мергели и др.). Явления дегазации, эвапорации и контактового термального метаморфизма оказали существенное воздействие на петрогенезис, обусловив значительное разнообразие минеральных видов в ассоциациях. Кристаллизация паралавы в близповерхностных условиях сопровождалась интенсивной дегазацией и везикуляцией расплава, обусловившей локально значительную пористость пород. Высокая степень окисления расплава и прогрессивный рост fO2, вероятно вследствие удаления H2 при везикуляции и диссоциации воды, способствовали ранней кристаллизации магнезиохромита (Mchr) и хромистой шпинели, обогащенных Fe3+, затем минералов серии магнезиоферрит–магнетит. Плавление in situ кварцсодержащих и карбонатно-глинистых пород привело к развитию обособлений перщелочного фельзитового стекла, окружающего частично резорбированные зерна кварца. Обильные выделения волластонита и редкого ларнита формировались в ходе контактного термального пирометаморфизма. Прогрессивное накопление щелочей в расплаве в ходе его кристаллизации вело к росту содержания Na в минералах серии акерманит–геленит. Лейцит формировался после мелилита. Кристаллы клинопироксена обладают концентрической скрытой зональностью. Зона аномального обогащения Mg в Cpx образована в связи с локальным дефицитом Fe2+. В результате продолжающегося роста fO2 в каймах зональных зерен клинопироксена состав эссенеита достигает значений Fe3+ = 0.48–0.54 а. ф. е. Две схемы парных изоморфных замещений: Mg2+ + Si4+ → (Fe3+ + Al3+) и (Ti4+ + Al3+) + (Na + K)+ → 2Mg2+ + Si4+ прослеживаются в разных текстурно-структурных разновидностях Cpx. Возможно, ранее существовавшие зерна оливина (в парагенезисе с Mchr) были полностью замещены сепиолитом–палыгорскитом в ассоциации с браунмиллеритом и сребродольскитом (Fe3+–доминантным аналогом). Пласт щелочного микроклинопироксенита является уникальным для Русской плиты, и другие пирогенные образования здесь нуждаются в дальнейшем изучении. Последующие исследования также призваны оценить содержание и объем каменного угля (или другого источника углеводородов), возгорание и длительное горение которого обеспечило формирование значительного объема щелочно-ультраосновной паралавы р-на Пуртовино.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Ю. Барков

Череповецкий государственный университет

Email: anderez@mail.ru

лаборатория промышленной и рудной минералогии

Россия, Череповец

А. А. Никифоров

Череповецкий государственный университет

Email: anderez@mail.ru

лаборатория промышленной и рудной минералогии

Россия, Череповец

Р. Ф. Мартин

McGill University

Email: anderez@mail.ru

Department of Earth and Planetary Sciences

Канада, Montreal

В. Н. Королюк

Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН

Email: anderez@mail.ru
Россия, Новосибирск

С. А. Сильянов

Сибирский федеральный университет

Email: anderez@mail.ru

Институт цветных металлов

Россия, Красноярск

Б. М. Лобастов

Сибирский федеральный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: anderez@mail.ru

Институт цветных металлов

Россия, Красноярск

Список литературы

  1. Авдошенко Н.Д., Труфанов А.И. Геологическая история и геологическое строение Вологодской области. Вологда: Изд-во ВГПИ, 1989. 72 с.
  2. Буслович А.Л. О мезозойской тектонической и магматической активизации на севере Московской синеклизы (в пределах Вологодской области) // Геология и минеральные ресурсы Вологодской области. Вологда: Русь, 2000. С. 72–78.
  3. Верзилин Н.Н., Калмыкова Н.А., Суслов Г.А. Крупные песчаные линзы в верхнепермских отложениях севера Московской синеклизы // Тр. СПб. Об-ва Естествоиспытателей. 1993. Т. 83. № 2. 112 с.
  4. Когарко Л.Н. Щелочной магматизм в истории Земли // Тектоника и геодинамика. СПб.: Изд-во ВСЕГЕИ, 2004. С. 76–81.
  5. Королюк В.Н., Нигматулина Е.Н., Усова Л.В. О точности определения состава основных породообразующих силикатов и оксидов на микроанализаторе JXA-8100 // Журнал аналитической химии. 2009. Т. 64. № 10. С. 1070–1074.
  6. Лаврентьев Ю.Г., Королюк В.Н., Усова Л.В. и др. Рентгеноспектральный микроанализ породообразующих минералов на микроанализаторе JXA-8100 // Геология и геофизика. 2015. Т. 56. № 10. С. 1813–1824.
  7. Перетяжко И.С., Савина Е.А., Хромова Е.А. и др. Уникальные клинкеры и паралавы нового Нилгинского пирометаморфического комплекса в Центральной Монголии: минералого-геохимические особенности, условия формирования // Петрология. 2018. Т. 26. № 2. С. 178–210.
  8. Пирогенный метаморфизм // Ред. Э.В. Сокол, Н.В. Максимова, Е.Н. Нигматулина, В.В. Шарыгин, В.М. Калугин. Новосибирск: СО РАН, 2005. 284 с.
  9. Савина Е.А., Перетяжко И.С., Хромова Е.А. и др. Плавленые породы (клинкеры и паралавы) пирометаморфического комплекса Хамарин-Хурал-Хид, Восточная Монголия: минералогия, геохимия, процессы образования // Петрология. 2020. Т. 28. № 5. С. 482–510.
  10. Савина Е.А., Перетяжко И.С. Условия и процессы формирования кристобалитового клинкера, железистых и мелилит-нефелиновых паралав в пирометаморфическом комплексе Хамарин-Хурал-Хид, Восточная Монголия // Геология и геофизика. 2023.
  11. https://doi.org/10.15372/GIG2023144
  12. Труфанов А.И., Масайтис В.Л. Первая находка раннемезозойских щелочных ультраосновных магматических пород на севере Русской плиты // Региональная геология и металлогения. 2007. № 30–31. С. 57–61.
  13. Чесноков Б.В., Баженова Л.Ф. Сребродольскит Ca2Fe2O5 – новый минерал // Зап. ВМО. 1985. Т. 114. № 2. С. 195–199.
  14. Шацкий В.С. Ксенолит фассаит-гранат-анортитовой породы из кимберлитовой трубки Удачная (Якутия) // Докл. АН СССР. 1983. Т. 272. № 1. С. 188–192.
  15. Якубович О.В., Заякина Н.В., Олейников О.Б. и др. Эссенеит из ксенолитов в дацитовых лавах Лено-Вилюйского водораздела, Якутия: кристаллическая структура и генезис // Зап. РМО. 2017. Т. 146. № 5. С. 105–115.
  16. Alapieti T.T., Kujanpaa J., Lahtinen J.J. et al. The Kemi strati- form chromitite deposit, northern Finland // Econ. Geol. 1989. V. 84. P. 1057–1077.
  17. Barkov A.Y., Martin R.F. Anomalous Cr-rich zones in sector-zoned clinopyroxene macrocrysts in gabbro, Mont Royal, Montreal, Quebec, Canada // Can. Mineral. 2015. V. 53. P. 895–910.
  18. Barkov A.Y., Korolyuk V.N., Barkova L.P. et al. Double-front crystallization in the Chapesvara ultramafic subvolcanic complex, Serpentinite Belt, Kola Peninsula, Russia // Minerals. 2019. V. 10. P. 14.
  19. Barkov A.Y., Nikiforov A.A., Barkova L.P. et al. Zones of PGE–chromite mineralization in relation to crystallization of the Pados-Tundra ultramafic complex, Serpentinite Belt, Kola Peninsula, Russia // Minerals. 2021а. V. 11. P. 68.
  20. Barkov A.Y., Nikiforov A.A., Korolyuk V.N. et al. The chromian spinels of the Lyavaraka ultrabasic complex, Serpentinite belt, Kola Peninsula, Russia: patterns of zoning, hypermagnesian compositions, and early oxidation // Can. Mineral. 2021b. V. 59. P. 1–17.
  21. Barkov A.Y., Nikiforov A.A., Korolyuk V.N. et al. The Lyavaraka ultrabasic complex, Serpentinite Belt, Kola Peninsula, Russia // Geosciences. 2022. V. 12. P. 323.
  22. Bindi L., Cellai D., Melluso L. et al. Crystal chemistry of clinopyroxene from alkaline undersaturated rocks of the Monte Vulture Volcano, Italy // Lithos. 1999. V. 46. P. 259–274.
  23. Borisova A.Y., Zagrtdenov N.R., Toplis M.J. et al. New model of chromite and magnesiochromite solubility in silicate melts // 2020. http: hal.science/hal-02996632
  24. Cosca M.A., Peacor D.R. Chemistry and structure of esseneite (CaFe3+AlSiO6); a new pyroxene produced by pyrometamorphism // Amer. Mineral. 1987. V. 72. P. 148–156.
  25. Cosca M.A., Essene E.J., Geissman J.W. et al. Pyrometamorphic rocks associated with naturally burned coal beds, Powder River basin, Wyoming // Amer. Mineral. 1989. V. 74. P. 85–100.
  26. Czamanske G.K., Wones D.R. Oxidation during magmatic differentiation, Finnmarka complex, Oslo area, Norway: Part 2, the mafic silicates // J. Petrol. 1973. V. 14. P. 349–380.
  27. Galuskina I.O., Stachowicz M., Vapnik Y. et al. Qeltite, IMA 2021–032. CNMNC Newsletter 62; Mineral. Mag. 2021. V. 85.
  28. Ghose S., Okamura F.P., Ohashi H. The crystal structure of CaFe3+SiAlO6 and the crystal chemistry of Fe3+ → Al3+ substitution in calcium Tschermak’s pyroxene // Contrib. Mineral. Petrol. 1986. V. 92. P. 530–535.
  29. Guy B., Thiéry V., Garcia D. et al. Columnar structures in pyrometamorphic rocks associated with coal-bearing spoil-heaps burned by self-ignition, La Ricamarie, Loire, France // Mineral. Petrol. 2020. V. 114. P. 465–487.
  30. Irvine T.N. Crystallization sequences in the Muskox intrusion and other layered intrusions – II. Origin of chromitite layers and similar deposits of other magmatic ores // Geochim. Cosmochim. Acta. 1975. P. 39. P. 991–1020.
  31. Kabalov Yu.K., Oeckler O., Sokolova E.V. et al. Subsilicic ferrian aluminian diopside from the Chelyabinsk coal basin (southern Urals) – an unusual clinopyroxene // Eur. J. Mineral. 1997. V. 9. P. 617–622.
  32. Kinnaird J.A., Kruger F.J., Nex P.A.M. et al. Chromitite formation – a key to understanding processes of platinum enrichment // Appl. Earth Sci. 2002. V. 111. P. 23–35.
  33. Korolyuk V.N., Usova L.V., Nigmatulina E.N. Accuracy in the determination of the compositions of main rock forming silicates and oxides on a JXA-8100 microanalyzer // J. Anal. Chem. 2009. V. 64. P. 1042–1046.
  34. Melluso L., Conticelli S., D’Antonio M. et al. Petrology and mineralogy of wollastonite- and melilite-bearing paralavas from the Central Apennines, Italy // Amer. Mineral. 2004. V. 88. P. 1287–1299.
  35. Mitchell R.H. Undersaturated alkaline rocks: mineralogy, petrogenesis, and economic potential // Mineral. Ass. Canada. 1996. 312 p.
  36. Mitchell R.H. Igneous Rock Associations 26. Lamproites, Exotic Potassic Alkaline Rocks: A Review of their Nomenclature, Characterization and Origins // Geosci. Canada. 2020. V. 47. P. 119–142.
  37. Morimoto N., Fabries J., Ferguson A.K. et al. Nomenclature of pyroxenes // Mineral. Mag. 1988. V. 52. P. 535–550.
  38. Mulders J.P.A., Oelkers E.H. An experimental study of sepiolite dissolution and growth rates as function of the aqueous solution saturation state at 60℃ // Geochim. Cosmochim. Acta. 2021. ff10.1016/j.gca.2021.09.004ff.ffhal-03329471f
  39. Peretyazhko I.S., Savina E.A., Khromova E.A. Low-pressure (>4 MPa) and high-temperature (>1250°C) incongruent melting of marl limestone: formation of carbonate melt and melilite–nepheline paralava in the Khamaryn–Khural–Khiid combustion metamorphic complex, East Mongolia // Contrib. Mineral. Petrol. 2021. V. 176. P. 38.
  40. Reato L., Huraiová M., Konečný P. et al. Formation of esseneite and kushiroite in Tschermakite-bearing calc-silicate xenoliths ejected in alkali basalt // Minerals. 2022. V. 12. P. 156.
  41. Sharygin V.V. A hibonite-spinel-corundum-hematite assemblage in plagioclase-clinopyroxene pyrometamorphic rocks, Hatrurim Basin, Israel: mineral chemistry, genesis and formation temperatures // Mineral. Mag. 2019. V. 83. P. 123–135.
  42. Sokol E., Volkova N., Lepezin G. Mineralogy of pyrometamorphic rocks associated with naturally burned coal-bearing spoil-heaps of the Chelyabinsk coal basin, Russia // Eur. J. Mine- ral. 1998. V. 10. P. 1003–1014.
  43. Sokol E., Sharygin V., Kalugin V. et al. Fayalite and kirschsteinite solid solutions in melts from burned spoil-heaps, South Urals, Russia // Eur. J. Mineral. 2002. V. 14. P. 795–807.
  44. Stoppa F., Rosatelli G., Cundari A. et al. Comment on Melluso et al. (2003): Reported data and interpretation of some wollastonite- and melilite-bearing rocks from the Central Apennines of Italy // Amer. Mineral. 2005. V. 90. P. 1919–1925.
  45. Woolley A.R., Kogarko L.N., Konova V.A. et al. Alkaline Rocks and Carbonatites of the World. Part 2. Former USSR. Springer, 1995. 229 p.
  46. Yalçin H., Bozkaya Ö. Ultramafic-rock-hosted vein sepiolite occurrences in the Ankara Ophiolitic Mélange, central Anatolia, Turkey // Clays Clay Mineral. 2004. V. 52. P. 227–239.
  47. Zhang Y., Zhang X., Hower J.C. et al. Mineralogical and geochemical characteristics of pyrometamorphic rocks induced by coal fires in Junggar Basin, Xinjiang, China // J. Geochem. Explor. 2020. V. 213. P. 106511.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Местоположение и схема геологического строения р-на Пуртовино (а, б), составленная на основе карт дочетвертичной геологии Вологодской области (Буслович, 2000, и др.). (в) Фотоизображение расчистки исследованного тела. (г) Схема геологического строения тела (составлена с использованием материалов А.И. Труфанова): 1 – мергель зеленовато-серый, трещиноватый; 2 – аргиллит кирпично-красный, с отложением карбонатов кальция по плоскостям трещиноватости; 3 – алевролит бурый до кирпично-красного, трещиноватый, термально измененный, с пленками карбонатов по плоскостям трещиноватости; 4 – мергель кирпично-красный, термально измененный, с белесым налетом карбонатов; 5 – алевролит от светло-желтого до зеленовато-серого цветов, термально измененный, трещиноватый (по трещинам бурые карбонатно-железистые образования); 6 – мергель красно-бурого цвета с пятнистостью в светлых серо-зеленых тонах. По трещинам отмечается карбонатизация и развитие аргиллита от коричневого до серого цветов с зеленоватым оттенком и раковистым изломом; 7 – алевролит бурого цвета с тонкими прослойками аргиллита и мергеля, развитые за пределами ореола термально измененных пород; 8 – задернованная осыпь; 9 – тело щелочного микроклинопироксента. В верхнем контакте мучнистый белый налет карбонатно-кремнистого материала местами до 0.5 см толщиной; 10 – материал осыпи на склоне (местами задернован) и фрагменты пород расчистки обнажения.

Скачать (771KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Образцы щелочного микроклинопироксенита из пластообразного тела в р-не Пуртовино, представляющие два характерных типа. (а) Породы типа 1 и типа 2, имеющие дискретную линию контакта, представляют собой выделяемую эндо- и экзоконтактовую фацию соответственно. Экзоконтактовые породы большей частью стекловатые. Для них характерны вертикально ориентированные трещины контракционного происхождения. (б) Фрагменты высокопористых текстур. (в) Вид сверху.

Скачать (371KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Изображения в обратнорассеянных электронах, показывающие характерные структуры и ассоциации тела в р-не Пуртовино. (a, б) Разновидности микрозернистого клинопироксенита (Cpx). (в) Зерна Cpx, которые содержат включения лейцита (Lct) и ассоциируют с крупными прожилковидными зернами кальцита (Cal). Таблитчатое зерно мелилита (Mll), окруженное лейцитом (Lct) на рис. (г), ассоциирует с небольшими зональными зернами Cpx. Симплектитовые выделения Lct находятся во вмещающем мелилите, Mll (нижняя часть рис. 3г). (д) Агрегаты минералов серии магнезиоферрит–магнетит (Mfr–Mag), ассоциирующие с лейцитом (Lct) и силикатным стеклом: Glass (K–Na–(Al)-содержащим). Следует отметить развитие кристаллитов Cpx на рис. 3д. Субидиоморфное зерно магнезиохромита (Mchr на рис. 3е) ассоциирует с микрозернистым Cpx (зональным) и интерстициальными выделениями лейцита (Lct).

Скачать (1MB)
Метаданные
5. Рис. 4. Изображения в обратнорассеянных электронах (a–в) показывают каплевидное зерно сепиолита (Sep) в ассоциации с вмещающим мелилитом (Mll) и каймообразным выделением пористого браунмиллерита (Bmlr). Присутствуют включения Cal (кальцита), Lct, Wo (волластонита) и зерна Cpx. Агрегат зерен ларнита (Lrn) и каймоподобное выделение браунмиллерита (Bmlr) находятся в ассоциации с мелилитом, Mll (г). Ксеногенные зерна кварца (Qz), одно из которых трещиновато и частично резорбировано, окружены силикатным стеклом (Glass), обогащенным K, Na и Al, с мельчайшими включениями волластонита (Wo), кальцита (Cal) и клинопироксена (Cpx) (рис. 4д, 4е). (ж) Изображения веерных текстур, слагаемых двухслойными срастаниями игольчатых кристаллов мелилита (Mll) и плагиоклаза (Pl) в ассоциации с дендритами геденбергита (Hd); Cal – кальцит.

Скачать (1MB)
Метаданные
6. Рис. 5. Изображения в обратнорассеянных электронах показывают характерные примеры зональности в зернах клинопироксена (Cpx), ассоциирующих с мелилитом (Mll), волластонитом (Wo) и лейцитом (Lct). Латинскими буквами a–d показано положение начальных и конечных точек анализа в детальных микрозондовых профилях (ab и cd), результаты которых обсуждаются в тексте и представлены на рис. 7a–7и.

Скачать (313KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Вариации содержаний FeOобщ.–MgO в мас. % (a), а также Fe3+–Mg (б), Al–Mg (в), Fe3+–Al (г), Al–Si (д) и Ti–Al (е), выраженные в значениях атомов на форм. ед. (а. ф. е.), наблюдаемые по результатам 394 анализов (n=394) зерен клинопироксена в его различных текстурно-структурных формах в теле р-на Пуртовино. На графиках показаны значения коэффициента корреляции (R).

Скачать (545KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Вариации составов зональных зерен клинопироксена из тела р-на Пуртовино, установленные по данным электронно-микрозондовых профилей ab и cd. Проанализированные зерна Cpx и расположение профилей приводятся на рис. 5a—5г. Содержания Na2O (а), K2O (б), MnO (в), TiO2 (г) представлены в мас. %, тогда как Mg (д), Fe3+ (е), Fe2+ (ж) и Al (з) – в значениях атомов на форм. ед. (а. ф. е.). Расстояние по оси абсцисс дано в микрометрах. На рис. 7и схематически представлены четыре выделяемые стадии кристаллизации, которые обсуждаются в тексте.

Скачать (517KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Вариации составов мелилита, т. е. членов серии акерманит–геленит (Åk–Gh) на диаграмме Mg–AlVI–Fe2+ по результатам 83 анализов (n = 83).

Скачать (113KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Вариации составов минералов серии акерманит–геленит на диаграмме Ca–Na, выраженные в значениях атомов на форм. ед. (а. ф. е.) (n = 83).

Скачать (67KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Вариации составов магнезиохромита (Mchr; n = 10) и членов серии магнезиоферрит–магнетит (Mfr–Mag; n = 30) на треугольной диаграмме Cr–Fe3+–Al. Несколько составов шпинели, обогащенной Fe3+ (компонентом Mfr), условно включены в наблюдаемую серию Mfr–Mag.

Скачать (120KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Вариации составов магнезиохромита (Mchr) и членов серии магнезиоферрит–магнетит (Mfr–Mag) на диаграммах Fe2+–Mg (a) и Fe3+–Al (б), выраженные в значениях атомов на форм. ед. (а. ф. е.). Значение коэффициента корреляции (R), указанное на рис. 11б, рассчитано на основе составов членов серии Mfr–Mag (n = 30).

Скачать (167KB)
Метаданные
13. ESM_1.xlsx – Cоставы клинопироксена; ESM_2.xlsx – Составы мелилита; ESM_3.xlsx – Составы лейцита; ESM_4.xlsx – Составы волластонита; ESM_5.xlsx – Составы кальцита; ESM_6.xlsx – Составы ларнита; ESM_7 хlsx – Составы зерен сепиолита–палыгорскита; ESM_8.xlsx – Составы браунмиллерита; ESM_9.xlsx – Составы минералов группы шпинели; ESM_10.хlsx – Составы Ca-Fe титаносиликата.
Скачать (119KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024