Особенности эволюции состава перовскитов в щелочно-ультраосновных породах массива Африканда

Особенности условий нахождения перовскита в ультраосновных — щелочных породах Кольского полуострова, морфология, химический состав и его кристаллохимия освещены в специальной статье и монографии коллектива авторов. Генетические аспекты образования перовскитов массива Африканда изложены и в книге Л.С. Бородина.

Одним из важных критериев установления различия генетических типов перовскита являются индикаторные особенности состава и закономерности его эволюции. Данные, имеющиеся в литературе, основаны на традиционных аналитических методах изучения минерала, дающих интегральную характеристику его состава. С внедрением в практику аналитических исследований современных тонких методов изучения вещества — электронного зондирования, растровой микроскопии и других представляется возможным изучать состав н свойства минералов в динамике, в координатах пространства и времени и тем самым раскрывать индивидуальные особенности кристаллов в процессе их роста, устанавливать их взаимосвязь с условиями минералообразования. Благодаря электронно-зондовому анализу, изучены, в частности, перовскитовые включения в минералах различных пород. Как известно, в литературе ранее отсутствовали какие-либо сведения об их составе. Между тем включения перовскитов, участвующие в различных петрогенетических процессах, несут ценную информацию.

Совокупность геолого-петрографических и минералого-геохимических данных позволяет достаточно определенно установить в истории формирования массива Африканда несколько фаз. С наиболее ранней интрузивной фазой связано образование оливинитов. Во вторую фазу происходило формирование пироксенитов — от нефелиновых в периферической зоне до рудных в центральной. Заключительные интрузивные фазы представлены дайками ийолитов, уртитов и серией щелочных рудных и безрудных пегматитов. Консолидация каждого типа породы длительна и охватывает этапы первичной кристаллизации и последующей перекристаллизации.

К особому этапу формирования массива относится постмагматический, который характеризуется широким развитием метасоматических процессов, связанных с воздействием щелочных и карбонатных растворов, генерированных щелочной магмой, на породы предшествовавших интрузивных фаз. Сюда относятся перовскитсодержащие кальцит-амфибол-диопсидовые породы, амфибол-флогопитовые и флогопитовые слюдиты, перовскит-флогопит-магнетитовые руды и др. Эти породы образовались в результате многостадийных процессов минералообразования с выделением нескольких генераций минералов.

Перовскит — «сквозной» минерал и встречается во всех перечисленных типах пород, причем во многих из них в нескольких генерациях. Основная масса этого минерала сосредоточена в породах ранних интрузивных фаз — оливинитах и пироксенитах. Здесь он выкристаллизовывался в собственно магматическую стадию формирования пород и наблюдается в виде мелких (доли миллиметра) зерен, располагавшихся вместе с титаномагнетитом в интерстициях силикатных минералов. Перовскит второй генерации в этих породах связан с процессами перекристаллизации и метасоматнческого преобразования пород и наблюдается в виде пойкиловключений в других минералах или самостоятельных относительно крупных (до 1 см и более в поперечнике) частично ограненных кристаллов и агрегатов зерен, располагающихся в мелкозернистой массе перовскита ранней генерации и содержащих включения других минералов.

В щелочных породах содержание перовскита уменьшается от ранних меланократовых членов серии к поздним. Аналогичное распределение перовскита характерно и для щелочных пегматитов. Максимальные концентрации перовскита устанавливаются для ранних щелочных пегматитов — рудных и минимальные для поздних — пироксен-нефелиновых. В щелочных породах и пегматитах перовскит также представлен несколькими генерациями, возникающими в собственно магматическую и постмагм этическую стадии формирования пород.

В породах постмагматического этапа формирования перовских в наибольших количествах встречается в ранних метасоматитах — кальцит-амфибол-диопсидовых, амфибол-флогопитовых и флогопит-титаномагнетитовых породах, возникающих за счет рудных пироксенитов. В этих породах перовскит наблюдается в виде густой вкрапленности, а также образует гнезда и неправильные скопления и характеризуется присутствием многих генераций. Наиболее поздняя генерация перовскита в этих породах устанавливается на стенках пустот выщелачивания в парагенезисе вторичных минералов — хлорита, кальцита и др.

Иной схемы истории формирования массива и выделения генетических типов перовскита придерживается Л.С. Бородин. В качестве интрузивной фазы нм выделяются равномернозернистые пироксениты. Все остальные породы массива, по его мнению, метасоматические. Соответственно отрицается и магматическия природа перовскита, выделение основной массы которого связывается с флогопитизацией крупнозернистых пироксенитов. Последующие процессы амфиболизации и нефелинизации сопровождались преимущественно не новообразованием, а перекристаллизацией и частичным переотложением этого минерала. И далее «...в вопросе о генерациях перовскита правильнее исходить из более общих генетических критериев, выделяя только две генерации: раннюю — перовскит в пироксенитах, слюдитах, оливинитах и рудных обособлениях, и позднюю — для роговообманковых и нефелинсодержащих пород. Образование ранней генерации перовскита обусловлено воздействием на пироксенит растворов с относительно высокой активностью калия. Напротив, для второй генерации перовскита характерна иная среда минералообразования, отличающаяся более высокой активностью натрия и, соответственно, пониженной активностью калия».

Данные оригинальных микрозондовых анализов противоречат основным генетическим выводам Л.С. Бородина. На основании детальных морфоструктурных и парагенетических исследований различных типов пород можно выделить в них несколько генераций, характеризующих определенные стадии становления. В соответствии с отмеченной последовательностью формирования массива был отобран материал, охватывающий наиболее развитые серии пород и позволяющий судить о закономерностях эволюции. Сюда вошли перовскиты магматических пород, их перекристаллизованные аналоги, а также характерные постмагматические породы — метасоматиты, в которых перовскиты являются одним из главных минералов. Результаты микрозондового анализа отобранных перовскитов главных элементов и элементов-примесей приведены в табл. 12.

Анализ приведенных в табл. 12 данных подтверждает существование трех типов процессов минералообразования.

Перовскита пород различных интрузивных фаз первичной стадии кристаллизации характеризуются близкой степенью однородности распределения компонентов главных и второстепенных. Разница концентрации их в центральной и краевой зонах кристаллов весьма незначительна. На это указывают и равные или близкие к ним величины отношений индикаторных пар элементов — La2O3/Ce2O3, La2O3/Nd2O3 и др. Это свидетельствует об относительно устойчивых физико-химических условиях начальной стадии становления пород, характеризующихся сравнительно высокими температурами, относительно высокой щелочностью и отсутствием массообмена с внешней средой.

Составы перовскитов перекристаллизованных однотипных пород отчетливо различаются как по объему примесей, градиенту концентраций компонентов, так и по характеру их направленности. При этом следует заметить, что для каждого типа пород устанавливаются специфические особенности, характеризующие тем самым автономность процесса. Так для перовскитов оливинитов, в отличие от перовскитов пироксенитов, объем примесей в мелкозернистых типах выше, чем в крупнозернистых. Различаются и отношения Lа2O3/Се2O3 и La2O3/Nd2O3 и их эволюционная направленность, свидетельствующие о том, что процесс перекристаллизации пироксенитов протекал при больших значениях щелочности и в условиях ее возрастания.

Для перовскитов рудных пегматитов объем примесей в поздних генерациях минерала выше, чем в ранних. При этом в динамике роста кристаллов обнаруживается сходство поведения Ce, La и Nb, в то время как Nd, Fe и главные элементы Ca и Ti ведут себя антибатно. Такой характер поведения элементов на разных стадиях формирования пород отражает различие в химизме процесса, что видно из соотношений родственных пар элементов La2O3/Cе2O3 и La2O3/Nd2O3.

Перовскиты пород постмагм этического этапа формирования массива заметно отличаются от других генетических типов и характеризуются большей степенью неоднородности в составе. При этом вариации состава отмечаются как для ранних, так и для поздних генераций перовскита. Характерно, что объем примесей для поздних генераций минерала существенно ниже. Индикаторные соотношения элементов для образцов разных генераций показывают, что метасоматизм протекал в условиях повышенной щелочности.

Сопоставление и анализ последовательности изменения состава лантаноидов в перовскитах различных генетических типов показывают, что явления перекристаллизации, связанные с автометасоматической стадией формирования пород, и сменяющие их во времени метасоматические процессы зависели от щелочности среды. Вместе с тем в пределах каждого типа пород эволюция метасоматического процесса была направлена в сторону понижения щелочности (исключение составляет автометасоматические процессы, протекающие в пироксенитах).

Большой интерес представляют данные о содержании щелочей, ниобия и железа в перовскитах. Материалы, имеющиеся в литературе, свидетельствуют, что в перовскитах из серии последовательно формировавшихся пород содержание Na2O и К2О возрастало. Проведенные микрозондовые исследования показали иную картину распределения щелочей в перовскитах различных генетических типов. Отмечается отсутствие калия. В сотых долях процента он обнаруживается лишь в перовскитах метасоматических пород. Содержание натрия в перовскитах в общем более высокое в ранних генерациях, кристаллизующихся в высокотемпературных условиях. В пределах кристалла содержание натрия возрастает в краевых зонах. Максимальное содержание натрия устанавливается для ранних генераций перовскита метасоматических пород.

Распределение ниобия в перовскитах различных генетических типов достаточно специфичное. В целом, абсолютное содержание Nb более высокое для перовскитов пород поздних интрузивных фаз, а также метасоматитов. В поведении Nb в процессе кристаллизации перовскитов отмечается определенная закономерность. Во всех генетических типах перовскитов устанавливается градиент концентрации Nb. Перовскиты первичных, более высокотемпературных стадий формирования пород обнаруживают больший градиент концентрации Nb. Причем обогащение нм отмечается в краевых зонах. Такое различие в градиенте концентрации перовскитов можно объяснить повышенной температурой и относительно большим интервалом времени кристаллизации перовскитов первичных пород.

Распределение железа в перовскитах различных генетических типов несколько отличается от распределения Nb. Так в перовскитах магматических пород в пределах кристалла отмечается обратная корреляция содержаний Fe и Nb. В целом железистость перовскитов мелкозернистых пород выше, чем у аналогичных крупнозернистых и пегматоидных. По сравнению с мелкозернистыми перовскитами в крупнозернистых устанавливается более однородное распределение Fe с выравниванием его концентрации во всем объеме кристалла.

Общая картина динамики изменения состава перовскитов в процессе роста кристаллов и в последовательности их образования отражена в табл. 13.

Представляет интерес изучение перовскита, включенного в минералы различных пород. Сведения о составе перовскитовых включений в однотипных минералах различных гетерогенных пород, исключающих влияние других факторов, содержат объективную информацию о физико-химических условиях минералообразующих сред.

Для получения достоверной информации о составе перовскитовых включений из минералов различных генетических типов пород и сопоставления ее с данными перовскитов выше охарактеризованных самостоятельных форм выделения образцы пород предварительно изучались под микроскопом. По каждому выделенному генетическому типу отбиралось не менее пяти образцов, которые анализировались при указанном выше режиме работы прибора МС-46 с использованием тех же стандартов.

Результаты проведенных микрозондовых анализов приводятся в табл. 14. Анализ полученных результатов показывает ту же картину эволюции состава перовскитовых включений в общем петрогенетическом ряду, что получена при изучении перовскитов самостоятельных форм выделения. Сопоставляя составы перовскитовых включений в минералах однотипных пород (первичных и перекристаллизованных), можно видеть, что наибольший объем примесей приходится на пойкилокристаллы перовскитов первичных пород, формирующихся при относительно высоких значениях температуры и давления.

В различных перовскитовых включениях отмечается неоднотипное распределение железа. Максимальное содержание железа устанавливается в пойкиловростках перовскита в титано-магнетите, что, видимо, связано влиянием матрицы — диффузией Fe из титаномагнетита в перовскит. При этом, несмотря на один и тот же минерал-хозяин, перовскитовые включения в титаномагнетитах разных пород имеют различные содержания Fe. Наибольшие различия в содержании железа обнаруживаются в перовскитах первичных ультраосновных пород и наименьшие — в перовскитах перекристаллизованных пород. Это свидетельствует, в первую очередь, о температурном различии условий формирования гетерогенных пород. У первичных ультраосновных пород (формирование происходило при высоких температурах (более 1100°C) и длительном интервале времени) диффузионные взаимодействия минералов должны протекать более интенсивно. Этими же факторами можно объяснить и неоднородность распределения железа в пойкиловростках перовскита в титаномагнетите рудных пегматитов. Последние по сравнению с ультраосновными породами формируются при относительно низких температурах, при которых выравнивание концентраций проявляется слабее.

Интересная информация получена при анализе перовскитовых включений из пород сходного петрогенезиса — пегматоидных оливинитов и крупнозернистых пироксенитов. Формирование этих пород происходило в сходном и сравнительно узком диапазоне изменения термодинамических (t—600—400°С) и физико-химических условий. Кристаллизация перовскитовых включений осуществлялась примерно в равных условиях. На это указывают однородность размеров и форм зерен, одна и та же вмещающая среда, коэффициенты диффузии элементов и т. д. Тем не менее, составы пойкиловключений перовскита в титано-магнетитах этих пород обнаруживают существенное различие в содержании железа и некоторых других элементов. Можно предполагать, что это обусловлено разной длительностью проявления процесса перекристаллизации рассматриваемых пород, в течение которой и осуществлялись диффузионные явления. Качественную оценку влияния фактора времени на изменение содержания железа в перовските можно установить по формуле:

Особенности эволюции состава перовскитов в щелочно-ультраосновных породах массива Африканда

где Co и С — соответственно исходная и конечная концентрация железа в перовските: х — глубина диффузии, величина, пропорциональная Vt (параболический временной закон), D — коэффициент диффузии, одинаковый для рассматриваемого случая. Из формулы видно, что отношение концентраций диффундирующего элемента в начальный и конечный моменты процесса пропорционально времени. Таким образом, при всех прочих равных условиях в рассматриваемом случае разница в концентрации железа в перовските может быть объяснена неодинаковой длительностью протекания петрогенетического процесса.

В каждом петрогенетическом типе перовскитовые включения обнаруживают высокие содержания примесей по сравнению с таковым в обособленных выделениях перовскита. В то же время составы включений разных типов весьма сходны между собой, несмотря на разный состав минерала-хозяина. Эта особенность перовскитов различных форм выделения, по-видимому, указывает на относительную разновременность их образования. Включения перовскита являются наиболее ранними как в породах магматической, так и метасоматической серии.

Анализ данных по кислотно-основной характеристике пойкиловключений перовскитов, проведенный по методике В.А. Жарикова, показывает, что в последовательном ряду вмещающих их минералов намечается эволюционная направленность, автономная для каждого генетического типа породы. Так, основываясь на значениях J в ряду включения в силикатах — включения в титаномагнетитах — самостоятельные выделения перовскита, можно показать, что формирование мелкозернистых оливинитов происходило в условиях повышения кислотности минералообразующей среды. Напротив, крупнозернистые оливиниты возникали в процессе перекристаллизации мелкозернистых оливинитов, при понижении кислотности. Обратная картина изменения режима кислотности минералообразующей среды наблюдалась при образовании пироксенитов разных генетических типов.

Таким образом, полярная направленность в эволюции кислотно-основной характеристики перовскитов в гетерогенных ультраосновных породах указывает на различие физико-химических условий их образования и автономность каждого петрогенетического типа.

Можно сделать следующие выводы относительно особенностей эволюции состава перовскитов в породах массива Африканда.

1. С помощью электронно-зондового анализа получены данные о закономерностях изменения состава минерала в заданном пространстве и времени, представляющие по существу принципиально новый вид аналитической информации.

2. По особенностям онтогении перовскитов отчетливо устанавливаются различные петрогенетические типы со свойственными им физико-химическими и термодинамическими условиями образования.

3. Общими для перовскитов магматического этапа кристаллизации являются однородность состава и высокий объем примесей, характеризующие высокотемпературные и равновесные условия минералообразования.

4. Перовскиты стадии перекристаллизации и метасоматоза характеризуются неоднородностью состава и определенной ее направленностью, свойственной данному генетическому типу. Они отличаются также особенностями изменения состава, обусловленными термодинамическими параметрами системы и фактором времени.

5. Кристаллизация перовскитов в процессе формирования определенного генетического типа охватывает длительный промежуток времени, в течение которого состав и форма выделения минерала эволюционируют, отражая изменения условий минералообразования во времени.