ГЕОХИМИЯ, 2003, № 1, с. 25-42
ГЕОХИМИЯ ТИТАНА И ФОРМЫ ЕГО НАХОЖДЕНИЯ В МЕТАСОМАТИТАХ СКАРНОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
© 2003 г. С. М. Александров, М. А. Тронева
Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН 119991 ГСП-1, Москва, ул. Косыгина, 19 Поступила в редакцию 25.04.2001 г.
Рассмотрено последовательное изменение форм нахождения титана в процессе формирования магнезиальных и известковых скарнов прогрессивного этапа метасоматизма карбонатных пород в контактах интрузий разного петрохимического состава. Изучено вхождение этого амфотерного элемента в простые и сложные оксиды: от титанатов до боратов, а также его изоморфизм в породообразующих силикатах. Показано, что в магнезиальных скарнах преимущественно распространены титанаты и титанобораты с разными количествами магния, мольное отношение М^/Л в которых изменяется от нуля до 5, тогда как в известковых скарнах титан представлен перовскитом и Тьсо-держащими силикатами. Показано, что преимущественным источником титана являются магмато-генные флюиды при подчиненной роли аутигенного титана метасоматически изменяемых карбонатных толщ. В изученных минералах проявлено изоморфное замещение титана оловом, ванадием, а также железом и алюминием. Приведены данные о химическом составе титанатов, боратов и силикатов скарнового генезиса и проведено сопоставление составов титанатов магнезиальных каль-цифиров с таковыми в петрохимически подобных им карбонатитах.
Объектами исследования избраны скарновые ореолы интрузий, в которых проявлены различные, но генетически взаимосвязанные минеральные формы нахождения титана. Это изученные нами скарны из ореолов Тажеранской интрузии щелочных сиенитов и Озерской массива габброи-дов в Прибайкалье, борсодержащие мраморы месторождений Хол Кол и Чхеян в Северной Корее и горы Брукс на Аляске, США, кальцифиры и скарны Полярной Якутии, массива Кондёр в Хабаровском крае, Кала-и-Асад, Кандагар в Афганистане, Скаут Хилл, Ларн, в Северной Ирландии, карьер Калькар в Калифорнии, США, родо-хрозит-тефроитовые породы Среднего Урала и другие. В целом они выявляют геохимическое поведение и изменение минералогии титана в магнезиальных, известковых и марганцевых скарнах на прогрессивном и регрессивном этапах метасома-тического изменения вмещающих интрузии карбонатных пород.
Известно, что магматические породы (от щелочных габброидов или гранитов до сиенитов, включая нефелиновые их виды) характеризуются повышенными содержаниями титана, что рассмотрено в работе В.В. Щербины [1]. Данные А.А. Конева и В.С. Самойлова [2] свидетельствуют, что в рудных пироксенитах Тажеранского щелочного массива количества TiO2 суммарно достигают 9 мас. %. При этом в слагающих их пироксенах содержится менее 1%, но большая его часть заключена в составе оксидов. В карбонатитах и габ-броидах присутствуют ильмениты и перовскиты
переменного состава, содержащие и редкие металлы (V, 2г, КЪ и другие) [1, 2].
Исследования [2-11] показали, что увеличение основности и щелочности расплавов, сопредельных со скарнами прогрессивного (магматического) этапа метасоматизма, является следствием ассимиляции вмещающих карбонатных пород перегретыми гранитными расплавами. Породообразующие и рудные минералы интрузивных пород концентрируют Т1. В базитах наиболее распространенными являются ильмениты, титансодержа-щие магнетиты и шпинели, что не исключает вхождения Т в пироксены (авгиты до 3 мас. % ТЮ2), амфиболы и биотиты. В щелочных породах нередок титанит и другие силикаты с титаном, а в гра-нитоидах - биотит и титанит.
Постмагматические изменения породообразующих минералов интрузий способствуют миграции Т в составе флюидов в ореол метасоматичес-ких пород. В последних отчетливо прослеживается ряд генетически взаимосвязанных форм нахождения Тк от изоморфной примеси в породообразующих и рудных минералах до собственных его форм (от простых до сложных оксидов, оксибора-тов и новообразующихся силикатов). В ранних метасоматитах экзоконтакта титан присутствует в титанфассаитах (до 3.9%), а на постмагматическом этапе - и в титанклиногумитах (до 0.п%) [2]. Скарновые минералы жильно-штокверковых тел метасоматитов, удаленных от интрузий, обеднены Т по сравнению со скарнами непосредственных контактов. Это свидетельствует об ограни-
ченной миграционной способности Ti, которая ниже, чем у Si, Fe и Al.
ТИТАН В МАГНЕЗИАЛЬНЫХ СКАРНАХ
ПРОГРЕССИВНОГО ЭТАПА ИЗМЕНЕНИЯ ДОЛОМИТОВ
Метасоматизм карбонатных пород проявлен в образовании зональных скарновых тел в экзокон-тактах магм широкого петрохимического спектра их состава. Возникающие скарновые ореолы различны по сложности строения и минеральному составу слагающих их зон. В них повсеместно наблюдается развитие скарнов, сопредельных с неизменными породами интрузий и обрамленных кальцифирами, с последующим переходом последних в периклазовые мраморы и доломиты. В зависимости от магнезиальности карбонатных толщ происходит образование магнезиальных или известковых скарнов, минеральный состав которых определяется Г-Р-Х-условиями прогрессивного метасоматизма [12, 13]. Приводимые в этой работе данные характеризуют преимущественно гипа-биссальные скарны.
Ореолы метасоматически измененных карбонатных пород около Тажеранской интрузии имеют зональное строение. Скарновые тела локализованы как в непосредственных контактах с магматическими породами, так и в тектонически нарушенных доломитах, где они представлены восстающими жильно-штокверковыми телами. Размеры скарновых ореолов широко варьируют и составляют от дециметров до сотен метров. Минеральные формы нахождения Ti качественно и количественно различны в разных зонах реакционных колонок и типах скарновых залежей.
Метасоматическая зональность магнезиальных скарнов гипабиссальной фации в контактах Тажеранской интрузии представлена шпинель-пи-роксеновыми скарнами, локальным проявлением монофорстеритовых скарнов, кальцифирами, содержащими силикаты (форстерит и гумиты) и шпинель в обрамлении периклазовых, интенсивно бруситизированных, мраморов, переходящих в доломиты [13]. Можно констатировать, что преобладающее распространение имеют примитивные виды зональности, локально усложняемые наличием зон, слагаемых высокотемпературными абиссофобными минералами (периклазом, мон-тичеллитом, геленитами) [5-8]. В каждой из зон ореола выявляется определенная последовательность образования метасоматических минералов. Первыми отлагаются силикаты, затем - оксиды Al и Fe и, позже, Ti (табл. 1), ассоциирующие с кальцитом, количество которого определяется отношением Mg/Ca в замещаемых доломитах и правилом сохранения объема замещенных и новообразованных пород при метасоматизме [3].
Широкое распространение ритмично-полосчатых скарнов и кальцифиров во внешнем ореоле Тажеранской интрузии отражает термодинамически неравновесные условия развития прогрессивного метасоматизма доломитов. Ими обусловлено прохождение совокупных, последовательно-параллельных конкурирующих химических реакций с образованием упорядоченных, самоорганизованных текстур пород, нередких и в магнезиальных, и в известковых скарнах [12, 13]. Изучение минералов ритмично-полосчатых кальцифиров показывает, что присутствующие в них оксиды характеризуются почти постоянным составом и высокой магнезиальностью (табл. 1 и др.).
На магматическом (прогрессивном) этапе замещения доломитов концентраторами Ti являются пироксеновые скарны и кальцифиры. Это связано с гетеровалентным замещением 2Al или 2Fe3+ суммой (Ti4+ + Mg)6+ в фассаитах, слагающих зону, сопредельную с внедряющимся расплавом. A.A. Коневым и B.C. Самойловым [2] на примере Тажеранского скарнового поля в Прибайкалье показано, что фассаит жильных скарнов содержит от 0.25 до 1 мас. % TiO2, тогда как в титанфас-саитовой зоне, сопредельной с сиенитами, установлено до 4% TiO2. Ими же отмечено, что при нефелинизации пироксеновых скарнов содержание TiO2 в них уменьшается до 0.1%, что отражает перераспределение этого элемента. Преимущественным источником Ti при метасоматизме карбонатных пород следует полагать магматические флюиды, исходящие от расплавов изменяющейся основности, а увеличение их щелочности сопровождается дополнительной миграцией Ti, что согласуется с его отсутствием в мраморах Тажерана [2] и подтверждено нашими данными (табл. 1, ан. 10 и 11).
Настоящее исследование состава титансодер-жащих и других породообразующих и рудных минералов в метасоматитах Тажерана с применением микрозондового анализа пополняет данные A.A. Конева [2, 9]. B совокупности с привлеченными литературными источниками это показывает последовательность образования минералов титана в магнезиальных и известковых скарнах. При этом становится возможным сопоставить их с данными о геохимии Ti и в марганцевых скарнах.
Ранними минералами Ti приконтактовых ме-тасоматитов являются титанаты магния в магнезиальных скарнах по доломитам или титанаты кальция в известковых скарнах монтичеллитового и мелилит-мервинитового состава. B присутствии марганца ограниченное распространение получают его титанаты. Они представлены гейкилитом MgTi4+O3, перовскитом CaTi4+O3 и пирофанитом MgTi4+O3 (с некоторым количеством изоморфных с титаном Al, Fe2+ и Fe3+). Их распростране-
Таблица 1. Состав форстерита, кальцита и Т1-Л1-магиомагиетита в ритмично-полосчатых кальцифирах берегового обнажения озера Байкал, Тажеран, Прибайкалье, мас. %
Компонент 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
БЪ2О3 0.02 0.00 0.07 0.04 0.04 0.00 0.01 0.03 0.00 0.12 0.12
Т1О2 0.01 0.00 0.00 0.02 0.02 0.04 15.48 17.03 14.08 0.00 0.00
БпО2 0.00 0.00 0.01 0.00 0.01 0.00 0.05 0.05 0.22 0.00 0.14
&О2 42.38 42.52 42.22 41.82 42.11 42.35 0.11 0.04 0.08 0.03 0.04
А12О3 0.14 0.08 0.03 0.00 0.00 0.08 3.11 3.61 2.76 0.04 0.03
&2О3 0.00 0.03 0.00 0.01 0.00 0.00 0.05 0.02 0.04 0.00 0.00
MgO 56.32 56.17 56.45 57.21 56.73 56.17 21.01 19.84 17.65 1.30 1.46
РеО 0.61 0.62 0.64 0.68 0.71 0.81 56.61 55.65 61.87 0.00 0.02
МпО 0.04 0.08 0.06 0.08 0.03 0.10 1.46 1.47 1.24 0.06 0.01
СаО 0.17 0.09 0.06 0.09 0.02 0.14 0.07 0.00 0.06 53.95 53.92
7пО 0.00 0.00 0.00 0.04 0.05 0.00 0.09 0.11 0.00 0.05 0.01
СО2 - - - - - - - - - 44.03
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.