ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2008, № 1, с. 81-86
УДК 550.41 (550.425)+550.428
ОСОБЕННОСТИ ВХОЖДЕНИЯ ПРИМЕСНЫХ АТОМОВ Al, Mg, Mn В СТРУКТУРУ ТИТАНОМАГНЕТИТА
© 2008 г. Ю. С. Геншафт1, А. К. Гапеев2, В. А. Цельмович2
1Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва 2Геофизическая обсерватория "Борок" института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН,
пос. Борок Ярославской обл. Поступила в редакцию 16.05.2007 г.
На основе данных микрозондового анализа титаномагнетитов и гемоильменитов из кайнозойских базальтов Монголии и Исландии, пермотриасовых траппов Восточной Сибири (Норильская скважина), протерозойских и палеозойских базальтоидов даек на побережье Кандалакшского залива Белого моря (Порья губа), а также данных для титаномагнетитов из базальтов Приморья [Щека и др., 1980] рассмотрены особенности вхождения примесей в твердые растворы при разных содержаниях в них ульвошпинелевой компоненты.
PACS: 91.25.F-
Титаномагнетит - рудный минерал в породах различного по основности и щелочности состава, в своей основе является изоморфным членом твердых растворов магнетита (FeFe2O4) и ульве-шпинели (Fe2TiO4). Обычно содержит в разных количествах примесные атомы Al3+, V4+, Gr3+, Mg2+, Mn2+ и др. Особенности и закономерности вхождения этих элементов в титаномагнетито-вый твердый раствор плохо известны. Между тем этот вопрос изучался во многих работах и параге-незисам микроэлементов в магнетитах посвящена монография [Щека и др., 1980]. Другим примером сложности этой проблемы может служить противоречивость в понимании основных факторов вхождения Mg (или его оксида) в структуру ильменита. Долгое время считалось, что пикро-ильменит может служить своеобразным геобарометром кристаллизации [Bakun-Czubarow, 1976; Green, 1975]. Однако детальными экспериментальными исследованиями была обоснована решающая роль химизма кристаллизующейся среды в магнезиальности этого минерала [Геншафт и др., 2000].
Начиная с работы С.Акимото [Akimoto, Katsu-ra, 1959], Т. Нагата [Нагата, 1965], проблема природы вхождения примесных ионов в твердый раствор титаномагнетита обсуждалась различными авторами. Однако, рассматривая принципиальные вопросы вхождения различных катионов в структуру титаномагнетита с позиций кристаллографии, в этих работах не рассматривались особенности вхождения примесей при разных содержаниях ульвошпинелевой компоненты в твердом
растворе. Именно этому вопросу авторы уделили основное внимание.
В настоящей работе детально проанализированы составы ферримагнитных фаз - титаномагнетитов и гемоильменитов в кайнозойских базальтах Монголии, Исландии, пермотриасовых траппах Сибири (норильская скважина), протерозойских и палеозойских базальтоидов из даек на побережье Кандалакшского залива Белого моря (Порья губа). Кроме того, были рассмотрены данные, приведенные для титаномагнетитов из базальтов Приморья в работе [Щека и др., 1980]. Всего получено более 700 анализов зерен титаномагнетита и продуктов их окислительного распада. Основное внимание уделялось распределению в зернах оксидов А1, М§, Мп. В изученных образцах содержание ТЮ2 менялось в пределах от 12 мас. % до 30 мас. %. Очевидно, минералы с крайне низким содержанием ТЮ2 (магнетиты) являются вторичными, образованными в результате окислительного распада высокотитанистых первичных титаномагнетитов, и в наше рассмотрение на этом этапе работы не входили. Реально учитывались зерна титаномагнетитов с минимальным содержанием ТЮ2 около 5 мас. %. В ряде случаев микрозондовый анализ показал высокие содержания БЮ2, СаО при высоких содержаниях остальных оксидов, включая ТЮ2, БеО. В том случае, когда сохранялась линейная корреляция содержаний ТЮ2-БеО, можно было полагать, что зерна титаномагнетита содержат субмикронные включения силикатных фаз, и рассмотрение поведения интересующих нас примесных элементов не проводилось.
Рис. 1. Распределение ТЮ2 в титаномагнетитах траппов Сибири по глубине норильской скважины.
Изучение химического состава минералов проводилось в ГО "Борок" на рентгено-спектральном микроанализаторе "СашеЪах", на ускоряющем напряжении 20 кВ, токе зонда 10 нА. Так как в большинстве случаев ферримагнитные зерна испытали окислительный распад, первичный состав определялся широким зондом, покрывавшим более 50% площади анализируемого минерала. Полученный таким образом интегральный состав зерна в значительной степени приближался к первичному составу. Устойчивые особенности вхождения примесных атомов в структуру титаномаг-нетита выявились при построении бинарных диаграмм ТЮ2-А12Оэ, TiO2-MgO, ТЮ2-МпО.
ТРАППЫ СИБИРИ
Норильская скважина вскрыла трехкилометровую толщу разреза траппов, представленного
8 магматическими свитами, группирующимися в три петрохимические серии: "нормальные толе-иты" (преобладают), обогащенные Т и Бе с повышенными содержаниями щелочей (ферродо-лериты), наименее распространенные низкотитанистые пикритоиды ("норильский тип"). Рудная фаза в них представлена гемоильменита-ми, титаномагнетитами и низкопримесным магнетитом. Основным ферримагнетиком во всех образцах был вторичный магнетит, мельчайшие зерна которого, вероятно, находятся в ожелез-ненной, хлоритизированной основной массе. Первичные гемоильмениты и титаномагнетиты неоднородны по строению, содержат продукты распада твердых растворов. Нагрев в термомагнитометре приводит часто к гомогенизации зерен (понижении температуры Кюри). В ряде случаев наблюдается обратная картина - увеличение вклада в намагниченность образцов фаз с высокими температурами Кюри. Глубинное распределение ТЮ2 в титаномагнетитах траппов показано на рис. 1. Отсюда видно, что основная масса проанализированных зерен содержит ТЮ2 от 10 до 30 мас. %. Гистограмма распределения ТЮ2 показала наличие трех мод 14-15, 18 и 24 мас. % (рис. 2). Гистограмма распределения примесных оксидов атомов А1, Mg, Мп показала для каждого окисла также наличие двух мод. Для МпО одна группа - менее 0.3 мас. % и вторая -более 1.2 мас. % (рис. 3). Содержания МпО во второй группе увеличиваются при увеличении ТЮ2 до 23 мас. % и при большей доле ульвошпи-нели в твердом растворе - уменьшаются (рис. 4).
Рис. 2. Гистограмма распределения ТЮ2 в титаномагнетитах траппов норильской скважины.
Рис. 3. Гистограмма распределения МпО в титаномагнетитах траппов норильской скважины.
Рис. 4. Соотношение ТЮ2~МпО в титаномагнетитах траппов норильской скважины.
Рис. 5. Соотношение TiO2-MgO в титаномагнетитах траппов норильской скважины.
Рис. 6. Соотношение ТЮ2-МпО в титаномагнетитах базальтов Исландии.
мео 6.2
4.2 -
♦ ♦ ♦ ^ ♦ ♦ Л ♦
лТ ЛЛ. ♦-Т
♦ ♦ ♦*♦> «м» ♦♦ ^ ♦
л 2 _1_* **__^Уу + I
О 10 20 30
Рис. 7. Соотношение TiO2-MgО в титаномагнетитах базальтов Исландии.
Для первой группы наблюдается непрерывный рост содержаний МпО с ростом ТЮ2.
Для основной группы изученных зерен содержание MgO менее 4 мас. %. Для относительно низкотитанистой группы зерен установлены также содержания MgO более 6 мас. %. В каждой из групп титаномагнетита по содержанию ТЮ2 установлены значения, отвечающие максимуму в концентрации MgO (рис. 5). Для первой группы -12 мас. % ТЮ2, для второй - 24-25 мас. % ТЮ2. Для А12О3 картина не столь ясная, как будто бы происходит уменьшение в содержании этого окисла с ростом ТЮ2.
БАЗАЛЬТЫ ИСЛАНДИИ
Для исландских базальтов содержание ТЮ2 меняется от 5 до 26 мас. %. Основная масса значений содержаний МпО менее 1 мас. %. Зерна с большими содержаниями МпО (более 1.2 мас. %) характеризуются высокой титанистостью (ТЮ2 более 18 мас. %). Возможно наличие двух макси-
мумов в содержании МпО: для зерен с низким содержанием якобситового минала около 12 мас. % ТЮ2, для высокотитанистых, богатых МпО зерен -около 22-23 мас. % ТЮ2 (рис. 6). Для MgO наблюдается отчетливый максимум содержания при 15 мас. % ТЮ2. По максимуму сгущений точек содержаний MgO нельзя исключить и уменьшение, начиная с 9-10 мас. % ТЮ2 (рис. 7). Для А12О3 четкая картина не установлена, содержания этого окисла для всех значений ТЮ2 меняются от 0 до 3 и более мас. %. Возможно, наблюдается рост содержания А12О3 до 12 мас. % ТЮ2, а затем небольшой спад. Нельзя исключить и наличие ряда параллельных трендов снижения концентрации этого окисла при увеличении титанистости титаномагнетита (рис. 8).
БАЗАЛЬТЫ МОНГОЛИИ
В базальтах Монголии можно выделить две группы титаномагнетитов с разным содержанием ТЮ2. Для первой группы характерны содержания
Рис. 8. Соотношение ТЮ2-А12О3 в титаномагнетитах базальтов Исландии.
Рис. 9. Гистограмма распределения ТЮ2 в титаномагнетитах базальтов Монголии.
Рис. 10. Соотношение ТЮ2-А12О3 тах базальтов Монголии.
титаномагнети-
MgO
♦ ♦
♦
♦♦ ♦ $
♦
♦ ♦#. ♦♦♦
ф» ♦ ♦♦ ♦—♦ —
ю
20
30
тю2
Рис. 11. Соотношение TiO2-MgО в титаномагнетитах базальтов Монголии.
этого окисла от 5 до 13 мас. %, для второй - от 15 до 28 мас. % (рис. 9). По распределению оксида алюминия в зависимости от содержания ТЮ2 намечаются максимумы при 10 и 21 мас. % ТЮ2 (рис. 10). По содержанию MgO намечается максимум при 10 мас. ТЮ2 (7 мас. % MgO) и далее спад (рис. 11). Наиболее четко этот спад виден при содержании ТЮ2 более 20 мас. %. По МпО трудно сделать отчетливый вывод, так как его содержание обычно менее 0.6 мас. % и очень мало значимых определений.
БАЗАЛЬТОИДЫ КАНДАЛАКШИ
В наиболее древних из изученных образцов породах Кандалакши преимущественно кристаллизуются титаномагнетиты с содержанием ТЮ2 7-
13 мас. %, однако определены высокотитанистые зерна с содержанием ТЮ2 до 22 мас. % (рис. 12). По содержанию МпО отчетливо выделяются две группы: менее 2 мас. % и 5-6 мас. % (рис. 13). Для низкомарганцевых титаномагнетитов устанавливается максимум в содержании МпО при содержании 11% ТЮ2. В районе этого значения по ТЮ2 наблюдаются максимумы в содержаниях А12О3 и MgO (рис. 14, рис. 15). Для высокомарганцевой группы зерен (в диапазоне ТЮ2 15-22 мас. %) намечается рост в содержании МпО.
Анализ составов титаномагнетитов в породах Дальнего Востока, приведенных в [Щека и др., 1980], показал те же принципиальные особенности в поведении микроэлементов. Так при содержаниях ТЮ2 менее 15 мас. % в щелочных базаль-
Рис. 12. Соотноше
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.