ГЕОХИМИЯ, 2014, № 8, с. 760-763
= КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ =
О ПОРТЛАНДИТЕ ИЗ ПОРОД КАРБОНАТИТОВЫХ МАССИВОВ
© 2014 г. С. В. Соколов
Всероссийский научно-исследовательский институт минерального сырья им. Н.М. Федоровского
119017Москва, Старомонетный пер., 31 e-mail: vims-sokol@mail.ru Поступила в редакцию 05.12.2012 г. Принята к печати 03.10.2013 г.
Ключевые слова: портлантид, карбонатиты, фоскориты, условия образования.
DOI: 10.7868/S0016752514080081
В породах карбонатитовых массивов портлан-дит Са(ОН)2 является редким минералом. К настоящему времени для него известно всего несколько находок, и во всех случаях он установлен в виде кристаллических монофазных включений во фторапатите:
— из карбонатитов Восточного Саяна, Россия в ассоциации с кальцитом и флюоритом [1];
— из фоскоритов массива Палабора, Южно-Африканская республика, где ему сопутствуют кальцит, клинопироксен, амфибол, флогопит, цеолиты, барит, рутил и титанит [2];
— из форстерит-кальцитовых карбонатитов и кальцит-форстерит-магнетитовых фоскоритов массива Ковдор и из тетраферрифлогопит-ам-фибол-кальцитовых карбонатитов массива Вуо-риярви, Кольский п-ов, Россия (наши данные); апатит этих пород, помимо портландита, обычно включает кальцит, а иногда также магнетит, слюды и пирротин.
Кроме того портландит в виде вростков встречался во флюорите из щелочных базальтоидов кар-бонатитоносного массива Дункельдык, Республика Таджикистан [3].
Кристаллические включения портландита в перечисленных случаях образуют очень тонкие, бесцветные, округлые и эллипсовидные выделения, или пластинки, обладающие гексагональным габитусом (рисунок) и размерами в поперечнике от 10 до 230 мкм. Автором и другими исследователями [1—3] минерал идентифицировался иммерсионным и рентгенографическим методами, а также посредством электронно-зондового микроанализа.
Показатели преломления портландита (^ 1.575, пе 1.547) всегда меньше, чем у фторапатита из карбонатитов (по 1.640—1.644, пе 1.637—1.640), тогда как кальцит имеет очень низкую величину показателя пе (1.486). На основании соотношений этих оптических характеристик (используя эффект полоски Бекке) в вышеуказанных породах массивов Ковдор и Вуориярви было отобрано небольшое количество зёрен апатита, содержащих включе-
ния портландита. Одни из них пошли на изготовление препаратов для микрозонда, а другие на рентгенофазовый анализ (дифрактометр X'Pert PRO, Philips; аналитик В.М. Скляднева, ВИМС). Из-за низкого содержания в исходном материале портландита его главные отражения на рентгенограммах (4.85—4.87 А и 2.622—2.625 А) проявились слабо. Тем не менее, на дифракционных спектрах кальцита (3.026, 1.040, 1.867 А) и апатита-хозяина (2.796, 2.702, 1.835 А) они отличались.
Согласно данным электронно-зондового анализа (микроанализатор JXA-8100 Superprobe, аналитик Н.И. Чистякова, ВИМС) кристаллических фаз портландита из апатитов карбонатитов массивов Ковдор и Вуориярви, содержания CaO (мас. %) оказались равными 66.4 и 64.7. Принимая во внимание теоретическое количество этого оксида в портландите (75.7%) и фтор-апатите (55.5%), следует признать, что в обоих случаях пучок зонда захватывал две фазы — портландит и включающий его апатит, поскольку насквозь "пробивал" тон-
Гексагональные пластинки портландита в апатите из форстерит-кальцитового карбонатита, массив Ковдор. Ув. 80.
О ПОРТЛАНДИТЕ ИЗ ПОРОД КАРБОНАТИТОВЫХ МАССИВОВ
761
чайшие пластинки портландита до матрицы минерала-хозяина. По этой причине мы не анализировали мельчайшие вростки портландита в апатите из фоскоритов Ковдора.
Таким образом, результаты проведенного исследования подтверждают присутствие портлан-дита в минеральных ассоциациях карбонатитов и фоскоритов.
Другая форма проявления портландита, представляющая собой дочерние фазы включений, встречается редко. Непосредственно в карбонатитах впервые эти фазы были установлены в расплавных включениях в ниокалите (Са,№)4[81207](0Н^)2 из монтичеллит-кальцитовых карбонатитов массива Ока, Канада [4]. Включения размером до 50 мкм состояли из полифазного микрокристаллического агрегата (90—95 об. %) и гетерогенного (газ + жидкость) флюида, не содержащего видимой углекис-лотной фазы. Изучение посредством электронных микроанализаторов 1ео1 8ирегргоЪе 733 (Датский Литосферный Центр, Копенгаген) и 1ХА-8100 8и-регргоЪе (ВИМС) показало, что в их составе вместе с портландитом присутствуют диопсид, монтичел-лит, кальцит и магнетит [4, 5].
Несколько позднее портландит вместе с кальцитом был обнаружен во флюидно-солевых включениях в апатите из фоскоритов, которые генетически связаны с карбонатитами в комплексе Пала-бора [2].
Добавим, что портландит был также диагностирован в первичных включениях солевого расплава в клинопироксене и флюорите из базальто-идов массива Дункельдык [3]. Наряду с ним включения в пироксене содержали дочерние фазы кальцита, флюорита и хлоридов, а во флюорите они были представлены галитом, бассанитом Са804 • 0.5Н20, кальцитом и рудным минералом.
Примечательно, что в разных по составу и генезису минералах включения, существенно различающиеся по фазовому составу, постоянно содержали портландит совместно с кальцитом.
Литературные и авторские данные, характеризующие химический состав портландита, представлены в таблице, в которой анализы №№ 3 и 6 соответствуют кристаллическим включениям, а анализы №№ 1, 2, 4, 5, 7 дочерним фазам.
По данным микрозондового анализа в наших образцах портландита оксида кальция содержится 68.82 и 70.84 мас. %. В статье [6] экспериментально показано, что в портландите Са2+ способен изоморфно замещаться другими двухвалентными катионами ^е2+, М§2+ и др.). Кроме того, тетраэдрические пустоты в его структуре могут заселяться катионами с меньшими радиусами (814+, А13+, Fe3+). С учетом установленных анализами небольших количеств 81, Т1, А1, Fe, Мп, М§ общие суммы компонентов-катионов в проана-
лизированных нами портландитах равняются 71.07 и 72.65 мас. %.
Очень близок к портландиту по содержанию кальция флюорит — 71.82 мас. % СаО. Однако эти минералы различаются по количеству фтора (в наших анализах этот элемент не установлен; см. таблицу) и оптическим свойствам (флюорит, в отличие от портландита, изотропен). Таким образом, обнаруженные нами в составе расплавных включений в ниокалите дочерние фазы следует относить к портландиту.
Значительно раньше выявления в карбонатит-фоскоритовых породах (в качестве самостоятельного минерала или дочерней фазы включений) портландит был получен в лабораторных условиях в синтетических системах, в той или иной степени приближающихся к природным карбонатитовым расплавам. Пионерскими следует признать результаты изучения системы кальцит—вода [7], в которой портландит возникал в результате химической реакции между кальцитом и водой, а при температурах выше 600°С существовал водосодер-жащий расплав кальцита и портландита. Автор цитированной работы предположил, что редкое нахождение портландита в природе может быть обусловлено повышенным содержанием в мине-ралообразующих средах углекислоты (реакция с которой приводит к образованию кальцита), а также присутствием в них компонентов, приводящих к образованию силикатов кальция и, возможно , добавим от себя, других кальцийсодержа-щих карбонатов.
П. Уайлли и О. Таттл [8] при изучении системы Са0—Н20—С02 в ряде опытов получили в продуктах кристаллизации расплава выделения портландита, по морфологии аналогичные природным. Одновременно они подтвердили, что при достаточно высокой концентрации углекислоты в равновесном флюиде в указанной системе невозможна совместная кристаллизация кальцита с портландитом, т.к. последний будет реагировать с СО2-содержащей флюидной фазой, что приведет к образованию монокальцитовой породы.
Эксперименты в системе Са0—М§0—С02—Н20 показали, что при фракционной кристаллизации остаточная жидкость, принимаемая за синтетический карбонатитовый расплав, способна осаждать кальцит, доломит и портландит [9].
Приведенные данные лабораторных испытаний говорят о возможности существования в природе магматического портландита. А присутствие этого минерала в виде дочерних фаз в составе рас-плавных включений однозначно свидетельствует о его кристаллизации из солевых и карбонатно-силикатных расплавов [3, 5].
Эксперименты по гомогенизации включений и результаты изучения синтетических систем поз-
762
СОКОЛОВ
Химический состав портландита, мас. %
Компонент
Массив
Ока
Палабора
Дункельдык
Минерал-хозяин
Ниокалит Апатит Клинопироксен Флюорит
1 2 3 4 5 6 7
SiO2 1.14 1.36 не опр. 0.41 не опр. не опр. не опр.
TiO2 0.16 0.18 не опр. не опр. не опр. не опр. не опр.
A12O3 0.18 0.09 не опр. не опр. не опр. не опр. не опр.
FeOt 0.19 0.28 0.03 0.14 не опр. не опр. не опр.
MnO 0.11 0.19 не опр. 0.27 не опр. не опр. не опр.
MgO 0.03 0.16 0.10 0.12 не опр. не опр. не опр.
CaO 70.84 68.81 73.28 80.20 74.32 72.80 75.93
SrO не обн. не обн. 0.69 не опр. 2.66 2.60 1.04
BaO не обн. не обн. 0.17 не опр. не опр. не опр. не опр.
Na2O 0.41 0.53 не опр. не опр. не опр. не опр. не опр.
K2O 0.08 0.21 не опр. не опр. не опр. не опр. не опр.
P2O5 0.01 0.01 не опр. не опр. не опр. не опр. не опр.
S 0.07 0.09 не опр. не опр. 0.01 0.00 0.00
F не обн. не обн. 0.00 0.00 0.01 0.00 0.00
Сумма 73.22 71.91 74.27 81.14 77.00 75.40 76.97
Примечания. 1—7 — номера анализов: 1, 2 — данная работа, 3, 4 — [2], 5—7 — [3 7 — дочерние фазы.
3 и 6 — кристаллические включения; 1, 2, 4, 5,
воляют оценить температуры образования портландита в карбонатитовом процессе:
1) включения в ниокалите из карбонатитов массива Ока гомогенизировались при 850—890°C [10]; в ходе их нагревания растворение кристаллитов портландита, имеющих округло-гексагональный облик, начиналось около 500 и заканчивалось около 600°C;
2) в кристаллах апатита из форстерит-кальцито-вых карбонатитов массива Ковдор, отобранных из образца, апатит которого содержал твердые включения портландита, включения расплава гомогенизировались при 680—730°C (наши данные);
3) гомогенизация содержащих портландит солевых включений в апатите из фоскоритов Пала-боры происходила
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.