Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

Введение

Минералы группы эпидота являются типичными акцессориями изверженных, метаморфических и метасоматических пород. Наиболее распространенными минералами данной группы являются эпидот, клиноцоизит и алланит (ортит). Клиноцоизит и эпидот являются характерными минералами пород зеленосланцевой и эпидот-амфиболитовой фаций регионального метаморфизма, а также скарнов. Стронциевые эпидот и клиноцоизит обнаружены в метагаббро [1] и в щелочных породах тешенитовой ассоциации [2] Западных Карпат. На территории Российской Федерации интересна находка стронциевого эпидота и редкого ниигатаита в родингитах Баженовского офиолитового массива на Среднем Урале [3]. В зависимости от преобладающего в составе алланита редкоземельного элемента (РЗЭ) выделяют алланит-(Y) и алланит-(Се). Последний является типичным магматическим минералом, образующимся в диапазоне температур 850-790 °С [4], тогда как алланит-(Y) является более редким и появляется на поздней стадии кристаллизации остаточного богатого флюидами субщелочного гранитного расплава. Большое количество работ посвящено алланиту из гранитных пегматитов Урала [5; 6] и Алтая [7], в меньшей степени из сиенитовых пегматитов Урала [8]. Также алланит-(Се) описан в породах основного и ультраосновного состава западного склона Южного Урала [9]. Уникальным является сонахождение антагонистов алланита-(Се) и алланита-(Y) в турмалинитах Северного гранитного массива на Чукотке [10], поскольку, как правило, они приурочены к разным формационным типам гранитоидов [11]. Метасоматический эпидот может служить индикатором тектонических процессов [12]. Состав минералов данной группы часто служит индикатором глубинности гранитных пегматитов [13]. В полиформационных золото-серебряных рудах золото-серебряного месторождения Роговик (Омсукчанский рудный район, Северо-Восток России) был обнаружен нетипичный для вулканогенных золото-серебряных руд ортит [14]. Его нахождение в рудах авторы связывают с влиянием процессов гранитоидного магматизма при их формировании. На это указывает повышенное содержание редкоземельных элементов (суммарно РЗЭ достигают 100 г/т и более) и фтора (до 2000 г/т) в рудах.

Цель исследования состоит в определении температуры кристаллизации гранитов и изменения состава расплава в процессе их кристаллизации посредством изучения химического состава минералов группы эпидота.

Материалы и методы исследования

Материалом для исследований послужили образцы горных пород из коренных выходов гранитов горы Большой Иконостас (50°24′58,08″ N, 82°26′05,78″ E), Республика Алтай (рис. 1).

Рис. 1. Схема расположения (А) и строения (Б) турочакского граносиенит-гранит-лейкогранитового комплекса: 1-3 – разрывные нарушения; 1-2 – достоверные; 1 – главные, 2 – прочие; 3 – предполагаемые; 4 – кебезенский плагигнейсово-амфиболитовый комплекс; 5 – эсконгинская свита, 6 – усть-анзасско-манжерокская свита; 7 – убинско-тырганская группа свит; 8 – сийская терригенно-карбонатная свита; 9 – еландинско-тандошинская группа свит; 10 – алзасская свита; 11 – ишпинская свита; 12 – нырнинская свита, 13 – кротинско-саганская группа свит; 14 – саракокшинский диорит-тоналит-плагиогранитовый комплекс, 15 – югалинский габбро-диорит-гранодиоритовый комплекс; 16 – турочакский граносиенит-гранит-лейкогранитовый комплекс (а – порфировидные биотитовые граниты и лейкограниты, граносиениты, аляскиты, аплитовидные граниты, б – порфировидные биотитовые умереннощелочные граниты и лейкограниты); 17 – топольнинский диорит-гранодио-ритовый комплекс;18 – озерно-аллювиальные четвертичные отложения; 19 – место отбора проб

Всего отобрано 10 образцов порфировидных гранитов горы Большой Иконостас. Девять образцов отобраны непосредственно на горе по трем линиям, расстояние между отобранными образцами составило от 50 до 75 м в зависимости от задернованности и выходов пород на дневную поверхность. Расстояние между линиями от 35 до 50 м. Один образец отобран у подножия горы на границе с р. Бией.

В 8 образцах обнаружено сонахождение разных минералов группы эпидота. В двух оставшихся образцах найдены только алланит с каймой из редкоземельного эпидота. Отсутствие собственно эпидота, по всей видимости, обусловлено тем, что он слагает гнездообразные скопления, которые неравномерно распределены в крупнозернистой кварц-полевошпатовой основной массе породы и просто не попали в изучаемый срез.

Суммарно исследован химический состав 42 зерен, из них 22 зерна алланита с каймой из редкоземельного эпидота (44 анализа), оставшиеся 20 зерен – эпидот из кварц-полевошпатовой основной массы (33 анализа). Таким образом, всего было проанализировано 77 анализов химического состава минералов.

Исследование химического состава минералов был проведено при помощи сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), с использованием микроскопа Tescan Vega 3 (Чехия), оснащенного приставкой рентгенофлуоресцентного энергодисперсионного анализа (ЭДС) Oxford Instruments (Великобритания) с программой управления Aztec One. Ускоряющее напряжение для СЭМ-съемки и анализа составило 20 кВ.

Последующие кристаллохимические пересчеты минералов группы эпидота выполнялись на восемь катионов. Для получения коэффициента корреляции между содержанием различных элементов было выполнено построение корреляционной матрицы в программе Excel по 77 анализам. При высокой и весьма высокой тесноте связи установление ее достоверности оценивалось при помощи t-критерия и уровня значимости p.

Геологическая характеристика турочакского комплекса

Геологическая характеристика комплекса далее дана согласно объяснительной записке к Государственной геологической карте Российской Федерации, лист N-45 – Новокузнецк [15].

Турочакский граносиенит-гранит-лейкогранитовый комплекс (γD1t) представлен северным окончанием Чеборской интрузии и петротипическим Турочакским массивом трехфазного строения [15, с. 147], форма последнего близка к изометричной.

Породы первой и второй фаз внедрения составляют примерно по 5%, оставшиеся 90% приходятся на породы третьей фазы [15, с. 147]. Породы первой фазы представлены мелко-среднезернистыми биотитовыми и амфибол-биотитовыми меланогранитами, граносиенитами и гранодиоритами, вторая фаза сложена порфировидными биотитовыми умереннощелочными гранитами [15, с. 147]. Породы третьей фазы представлены неравномернозернистыми, порфировидными и аплитовидными биотитовыми, биотит-мусковитовыми лейкогранитами, умереннощелочными гранитами, аляскитами и гранит-порфирами [15, с. 148].

Меланограниты первых двух фаз внедрения сконцентрированы в центральной части плутона, от центра к краю они сменяются субщелочными лейкогранитами, далее лейкогранитами нормального ряда третьей фазы, которые слагают широкие периферические части [15, с. 148].

Лейкограниты третьей (основной) фазы характеризуются широкими структурными вариациями от средне-крупнозернистых и крупнопорфировидных разновидностей до аплитовидных лейкократовых гранитов, гранофиров и гранит-порфиров с повышенным содержанием кварца (30–35%, в аляскитах – до 50%). В отличие от пород предыдущих фаз, в породах третьей фазы отмечается отсутствие амфибола, преобладание биотита над мусковитом и присутствие последнего, а также преобладание калиевого полевого шпата над кислым плагиоклазом [15, с. 148]. Также для гранитов третьей фазы характерно разнообразие акцессорных минералов, с преобладанием магнетита, ильменита, титанита, апатита и циркона. Отмечено спорадическое присутствие граната, ортита и монацита [15, с. 148].

Возраст, установленный U-Pb методом по цирконам порфировидных биотитовых гранитов Турочакского массива горы Большой Иконостас, составил 390 ± 6 млн лет, а умереннощелочных гранитов горы Цаган – 400 ± 4 млн лет [15, с. 148], и принят как раннедевонский.

В 2023 г. авторами пройдены маршруты по г. Большой Иконостас с целью отбора проб гранитов. Территория существенно задернована, коренные выходы пород встречаются спорадически. В пределах г. Большой Иконостас обнаружены только лейкократовые порфировидные граниты третьей фазы внедрения. Породы светло-розовые до розовых за счет обилия интенсивно окрашенных зерен калиевого полевого шпата. Структура гранитов варьирует от среднезернистой до крупнозернистой, по взаимоотношению зерен гипидиоморфнозернистая. Текстура пород – массивная. Минеральный состав достаточно устойчив. Основная масса гранитов сложена калиевым полевым шпатом (35-40%), плагиоклазом (25-30%) и кварцем (25-30%), темная слюда составляет до 10%. Акцессорные минералы представлены апатитом, цирконом и минералами группы эпидота. Вторичные преобразования пород выражаются, главным образом, развитием хлорита по слюде, а также незначительной соссюритизацией плагиоклаза.

Результаты исследования и их обсуждение

При исследовании минерального состава 8 образцов порфировидных гранитов установлено наличие разных по своему составу и морфологии минералов группы эпидота. В сводной по всем 8 образцам таблице 1 продемонстрированы вариации состава минералов и среднее значение. Видно, что для всех минералов характерны существенные колебания содержания глинозема и кальция. Кроме этого, в составе эпидота существенно варьирует содержание железа, в меньшей мере марганца, а в алланите-(Се) и редкоземельном эпидоте (RЕЕ-эпидот) максимальные колебания характерны для редкоземельных элементов.

Таблица 1 наглядно демонстрирует вариации исследуемых минералов. Исходя из большого количества выполненных определений (77), нет смысла приводить расчеты и формулы по всем анализам. В связи с этим в таблице 2 для алланита и редкоземельного эпидота приводятся составы, формульные коэффициенты и кристаллохимические формулы максимально отличающихся определений, а для эпидота – максимально отличающихся определений и значений близких к наиболее часто встречающимся.

Таблица 1

Вариации химического состава минералов группы эпидота в гранитах турочакского комплекса

Таблица 2

Химический состав минералов группы эпидота в гранитах турочакского комплекса

Примечание: ц – центр зерна, кр – край.

Рис. 2. Зерна алланита-(Се) (Aln) в лейстах хлоритизированного биотита (Bt) в граните (обр. B-2) турочакского массива. Ap – апатит, Chl – хлорит, Kfsp – калиевый полевой шпат, Pl – плагиоклаз, Q – кварц, Zr – циркон

Рис. 3. Скопление зерен эпидота (Ep) в кварц-полевошпатовой основной массе гранита (обр. B-2) турочакского массива. Ap – апатит, Bt – биотит, Ep – эпидот, Pl – плагиоклаз, Q – кварц

Алланит-(Се) и редкоземельный эпидот (RЕЕ-эпидот). К лейстам биотита приурочены мелкие, до 0,1 мм, зерна минерала группы эпидота, вокруг которого наблюдаются плеохраичные дворики, что наглядно представлено на рисунке 2.

Центральные части зерен в соответствии с номенклатурой [16] отвечают алланиту-(Се). При пересчете на формульные коэффициенты суммарное количество РЗЭ с иттрием в центре зерен составляет 0,54-0,59 формульных единиц (ф. ед.), церий преобладает над лантаном (Ce2O3/La2O3=1,8) и неодимом (Ce2O3/Nd2O3=2,7-4,0). Краевые части зерен соответствуют RЕЕ-эпидоту, в котором суммарное количество РЗЭ составляет 0,19-0,29 ф. ед., иттрий отсутствует. В них, так же как и в центре зерен, церий преобладает над лантаном (Ce2O3/La2O3 = 1,6-1,8), церий-неодимовое отношение повышено относительно центральных частей (Ce2O3/Nd2O3=4,4-4,6).

Таблица 3

Корреляционная матрица состава минералов группы эпидота

Эпидот. В отличие от алланита-(Ce) эпидот представлен крупными призматическими зернами размером 0,5-1,0 мм (рис. 3), образующими скопления в кварц-полевошпатовой основной массе. Эпидот идиоморфен относительно кварца и полевых шпатов. Для минерала характерна аномальная сизо-серая интерференционная окраска. В составе минерала обнаруживается повышенное содержание глинозема, состав единичных анализов (5 и 6) располагается близко к границе с клиноцоизитом.

Для всех минералов характерно наличие пьемонтитового минала, максимальное содержание марганца обнаружено в алланите-(Се) и достигает 2,86-4,09 мас. %.

Корреляционная матрица (табл. 3) демонстрирует высокую и весьма высокую тесноту связи между рядом элементов.

Весьма высокая теснота связи обнаружена между кремнеземом и редкоземельными элементами, а также их суммой (r = -0,96-0,98), а также между кальцием и РЗЭ и, соответственно, их суммой (r = -0,95-0,97). Между содержанием глинозема и РЗЭ и их суммой проявлена высокая теснота связи (r= -0,81-0,88). Во всех случаях корреляционная связь является статистически значимой (р < 0,001).

Взаимоотношение минералов и их химический состав позволяют сделать следующие выводы:

1) с началом процесса кристаллизации в граните таких минералов, как апатит, циркон, алланит-(Се) и биотит, происходит резкое уменьшение содержания редких и редкоземельных элементов, а также железа и магния, соответственно, оставшаяся часть богата глиноземом, кремнеземом, а также калием, кальцием и натрием и содержит незначительное количество железа, магния и марганца;

2) последующая кристаллизация эпидота приводит к тому, что расплав обедняется магнием, железом и марганцем;

3) остаточный расплав обогащен кремнеземом, глиноземом, натрием, кальцием и калием, что и приводит к кристаллизации на заключительной стадии кварц-полевошпатовой основной массы.

Известно, что кристаллизация гранитов идет в диапазоне 900-600°С, при этом начало кристаллизации возможно при любой температуре в данном диапазоне. Температура кристаллизации алланита-(Се) возможна в диапазоне 850-790°С. Поскольку кристаллизация гранита начинается с алланита, апатита и циркона, соответственно, температура начала процесса кристаллизации гранита составляет 850-790°С.

Заключение

Проведенные исследования позволили выделить в гранитах турочакского комплекса два различных минерала группы эпидота. Первый представлен мелкими зернами алланита-(Се), приуроченными к лейстам биотита, для которого характерно максимальное содержание редкоземельных элементов 10,25-16,54 мас. % и наличие иттрия (1,27-2,88 мас. %), что составляет 0,54-0,59 формульной единицы. Краевая часть зерен по составу соответствует редкоземельному эпидоту, количество РЗЭ составляет 6,48-9,75 мас. % и не превышает 0,29 формульной единицы. Второй представитель группы по своему составу соответствует эпидоту, отдельные анализы близки к границе эпидота и клиноцоизита. Отмечено, что для минералов группы эпидота характерна высокая и весьма высокая статистически значимая корреляционная связь в парах РЗЭ – кремнезем, РЗЭ – глинозем и РЗЭ – кальций. Наличие двух различных по составу минералов группы эпидота и взаимоотношения минералов в полной мере отражают изменение состава расплава в процессе кристаллизации гранита и позволяют уточнить температуру начала кристаллизации породы, которая составила 850-790 °С.