CC BY
18
УДК 549.514:549.01
РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ И ГЕНЕЗИС СФЕРИЧЕСКИХ ЗЁРЕН АКЦЕССОРНОГО ПСЕВДОРУТИЛА В ДЕВОНСКИХ ГРАНИТОИДАХ АЛЕЙСКО-ЗМЕИНОГОРСКОГО КОМПЛЕКСА (СЗ ЧАСТЬ РУДНОГО АЛТАЯ)
Новоселов Константин Леонидович,
nkonstantin1@rambler.ru
Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Россия, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30.
Актуальность работы обусловлена необходимостью исследования округлых форм микрозёрен (глобулей, сферул, шариков) акцессорного псевдорутила, впервые установленного в полифазном алейско-змеиногорском гранитоидном комплексе (D¡-3). Цель работы: детально изучить их распространенность, парагенетическую ассоциацию в гранитоидах последовательных фаз, на электронно-микроскопическом уровне исследовать строение глобулей, их химический состав.
Методы исследования. Минералогические пробы весом 5...7 кг отбирались из коренных обнажений гранитоидов и из имеющихся карьерных выработок. Аналитические исследования на электронном сканирующем микроскопе JSM-6510LV (Jeol Ltd) с энергодисперсионным спектрометром INCA Energy 350+ проведены в лаборатории рентгеноспектрального анализа ИГМ СО РАН. Результаты. Приводятся новые данные о механизме формирования глобулей псевдорутила и обосновывается эндогенный генезис минерала как продукта высокотемпературного окисления капельно-жидкого самородного интерметаллического соединения (Ti-Fe), обособившегося из расплава в особо восстановительных условиях, локально проявившихся на мантийном уровне. В длительно эволюционирующем мантийном магматическом очаге с участием глубинных газовых флюидов (H2, CH4) в условиях дефицита кислорода создавался восстановительный режим, благоприятный для ликвации рудных интерметаллических соединений (Ti-Fe). Восстановительные условия наиболее активно проявились в расплавах заключительных инъекций (3-4 фазы). Поступившие с расплавом капельно-жидкие интерметаллиды (Ti-Fe) в условиях резко повышенного парциального давления кислорода подверглись полному высокотемпературному окислению с формированием на раннемагматической стадии закалённой однородной фазы псевдорутила с примесью Mn, Si, Al, Ca, K. Сделан вывод о геохимической специализации гранитоидно-го комплекса на железо и титан.
Ключевые слова:
Гранитоиды, акцессорные минералы, самородные интерметаллиды, глобули, псевдорутил.
Введение
Псевдорутил Fe2Ti3Og, в отечественной минералогической литературе относится к числу малоизученных минералов. Генезис его обычно рассматривается как типично низкотемпературный экзогенный и представляется как промежуточный продукт окисления между ильменитом и рутилом [1]. Наряду с существующими представлениями о низкотемпературном образовании псевдорутила, исследованиями акцессорных минералов гранитоидов Чукотки [2] показана возможность формирования этого минерала в эндогенном процессе.
В гранитоидах впервые среди раннемагматиче-ских акцессорных и породообразующих минералов обнаружен псевдорутил с весьма необычной для него округлой формой зёрен. Подобные формы принято называть глобулями, сферулами, шариками и использовать в качестве типоморфного признака самородных металлов или интерметаллических соединений эндогенного происхождения [3-6].
Цель работы - исследование распространенности и химического состава глобулей псевдорутила в гранитоидах последовательных дифференциатов алюмо-силикатного расплава, парагенетической их ассоциации, выяснение физико-химической обстановки этапа формирования глобулей псевдорутила как продукта преобразования главных рудо-образующих элементов - титана и железа. Как из-
вестно, с девонскими гипабиссальными гранито-идными интрузиями в пределах Рудного Алтая ассоциируют контактово-метасоматические месторождения магнетитовых руд, что определяет актуальность исследований.
Краткая петролого-геохимическая характеристика
гранитоидов алейско-змеиногорского комплекса
Алейско-зменогорский комплекс ф2-3) включает три крупных гранитоидных массива - Новониколаевский, Алейский, Устьянский, и ряд более мелких тел, локализованных в структурах северной части Алейского поднятия Рудного Алтая между девонскими вулканогенно-осадочными прогибами; контролируются глубинными разломами северо-западного и субширотного простирания и характеризуются наличием комагматиче-ских связей с девонскими вулканитами каменев-ского комплекса [7, 8]. Наибольшую площадь (более 1000 кв. км) занимает Новониколаевский батолит, расположенный в северном окончании Алейского антиклинория, имеет сложное полифазное строение и включает полный ряд пород го-модромной последовательности - от ранней габ-броидной до заключительной, четвертой, лейко-гранитной фазы с биотитовыми и биотит-мускови-товыми разностями. Габброиды первой фазы внедрения интенсивно метаморфизованы и образуют мелкие ксенолитовые тела в гранитоидах после-
дующих фаз. Наибольшим распространением пользуются гранитоиды - производные второй, главной, фазы и заключительной лейкогранито-вой. Алейский и Устьянский массивы, значительно меньшие по площади (около 300 кв. км каждый), расположены соответственно на юге и юго-западе поднятия. Доминирующие породы Алей-ского массива - тоналиты и плагиограниты, приобретающие в тектонически ослабленных зонах гнейсовидный облик с биотитом и зеленой роговой обманкой. Гранитоиды Устьянского массива, лей-кократовые по составу, параллелизуются с лейко-гранитами заключительной четвертой фазы.
Основные петрохимические характеристики гранитоидов в краткой констатации сводятся к следующему (от плагиогранитов и тоналитов ранней фазы к лейкогранитам заключительной): 1) возрастают коэффициент агпаитности (0,56...0,90) и общей щёлочности пород при доминировании №20 над К20, за исключением лейко-гранитов Устьянского массива, имеющих калиевую специализацию; 2) заметно возрастает глино-зёмистость пород (0,78.0,91); 3) растёт коэффициент железистости (0,77.3,75) при сравнительно выдержанном коэффициенте окисленности железа (0,81.0,84) за исключением лейкоплагиогранитов третьей фазы, в которых этот показатель резко повышается до 1,22; 4) снижаются коэффициенты известковистости (0,43.0,09) и титанистости (9,89.5,44).
Характерные геохимические особенности гра-нитоидов - отсутствие элементов-примесей халь-кофильной группы, весьма ограниченный набор и низкие содержания сидерофильных Со, N1, Сг, 8е, V, которые концентрируются преимущественно в наиболее ранних дифференциатах гранитоидного расплава. Наиболее многочисленную группу составляют литофильные элементы, среди которых содержание Т1 в плагиогранитах главной фазы превышает значение кларка (коэффициент концентрации Т1 1,22.2,2), в породах последующих фаз КкТ1 снижается до 0,43.0,95. Гранитоиды заметно обогащены РЗЭ, в том числе У, образующим избыточные концентрации (КкУ=1,2.1,95), за исключением плагиогранитов Алейского массива, в которых содержание этого элемента относится к дефицитным.
Ведущая ассоциация акцессорных минералов в плагиогранитах и тоналитах главной фазы титано-магнетит-ильменит-феррорутил-циркон-апатит-сфен-ортитовая; в лейкогранитах заключительной фазы сменяется на мартитизированный титано-магнетит-гематит-циркон-топаз-флюорит-редкоземельную с У, Се, La и уран-ториевую. Среди акцессорных минералов в гранитоидах рассматриваемых фаз отсутствуют сульфиды магматического генезиса, что также подчеркивает дефицит серы в гранитоидных расплавах и достаточно высокий потенциал кислорода.
По условиям формирования, петролого-геохи-мическим особенностям гранитоидные массивы
рассматриваются как индивидуализированные части крупного плутона, сформированного из единого магматического центра активизированной континентальной окраины в средне-позднедевонское время. Новониколаевский и Алейский массивы близки к гранитам I-типа, Устьянский относится к A-типу [7, 8].
Методика исследований включает: 1) полевой отбор минералогических проб гранитоидов последовательных интрузивных фаз комплекса с последующей их лабораторной обработкой и извлечением акцессорных минералов; 2) аналитические исследования.
Минералогические пробы весом 5.7 кг отбирались из коренных обнажений гранитоидов и из имеющихся карьерных выработок. Изготовление препаратов (шашек) для анализа химического состава акцессорных минералов выполнено ведущим инженером ИГМ СО РАН (г. Новосибирск) Ю.И. Маликовым. Аналитические исследования на электронном сканирующем микроскопе JSM-6510LV (Jeol Ltd) с энергодисперсионным спектрометром INCA Energy 350+ проведены в лаборатории рентгеноспектрального анализа ИГМ СО РАН (г. Новосибирск, аналитик мл. науч. сотр. М.В. Хлестов, при участии автора).
Результаты исследований
Псевдорутил в единичных округлых зёрнах установлен в электромагнитной фракции протоло-чек плагиогранит-порфира и лейкоплагиогранита соответственно второй и третьей интрузивных фаз (Алейский массив) и в лейкограните заключительной четвертой фазы (Устьянский массив). В грани-тоидах главной фазы (Новониколаевский батолит) глобули псевдорутила не обнаружены; единичная сферула этого минерала встречена в лейкоплагио-гранитах - производных третьей фазы, слагающих небольшое тело в северном окончании Новониколаевского массива.
Морфология зёрен псевдорутила в изученных породах однотипная - мелкие шарики размером 0,1.0,2 мм, реже несколько вытянутые, грушевидные. В лейкограните Устьянского массива кроме одиночных шариков обнаружен сросток двух глобулей, близких по размерам - 0,1 и 0,08 мм в диаметре. Цвет минерала серовато-черный с брон-зоватым отливом, блеск обычно матовый, реже металловидный. На поверхности сферул и в их разрезах обычно наблюдаются многочисленные поры -следы газовых включений от микронных размеров до сотых долей миллиметра. Отдельные, наиболее крупные, пустотки заполнены агрегатом зёрен породообразующих минералов - кварца (рис. 1), плагиоклаза (An10-15), калиевого полевого шпата, титанистого биотита (рис. 2). Ровные, дугообразно-вогнутые или близкие к прямолинейным границы срастаний зёрен породообразующих минералов с поверхностью глобулей свидетельствуют о заполнении их пустоток породообразующими минералами после кристаллизации глобулей. Электронно-
Таблица 1. Химический состав глобулей псевдорутила из гранитоидов различных интрузивных фаз, мас. % Table 1. Chemical composition of pseudorutile globules from granitoids of different igneous phase, wt. %
Порода (интрузивная фаза) Rock (igneous phase) № TiO2 FeO MnO Al2O3 SiO2 CaO K2O Сумма Total
Алейский массив/Aleysk massif
1 ББ,9Б 1Б,Б8 7,71 7,G1 Б,88 6,G3 X 98,16
2 Б6,86 16,G6 7,ББ 6,82 Б,6Б Б,72 X 98,67
Плагиогранит-порфир (вторая,главная) Plagiogranite porphyry (second, main) 3 ББ,61 1Б,77 7,7Б 6,93 6,1 6,28 - 98,4Б
4 ББ,91 1Б,8 7,89 7,18 6,14 6,11 - 99,G4
Б Б7,43 1Б,Б8 6,96 6,9Б Б,61 Б,88 - 98,41
6 Б7,43 14,88 6,88 6,9 Б,69 Б,96 X 97,7Б
7 Б6,9Б 1Б,3Б 7,22 6,93 Б,86 6,G9 - 98,4
X(a) Б6,Б9 1Б,Б7 7,42 6,96 Б,8Б 6,G1 98,41
(G^7) (G,14) (G,16) (G,G1) (G,GБ) (G,G3)
1 Б2,89 13,69 6,69 7,22 Ю,2Б 7,89 - 98,6
2 Б2,29 13,44 6,96 7,12 9,84 8,83 - 98,Б
3 Б2,36 13,79 7,17 6,82 9,97 8,63 - 98,7
Лейкоплагиогранит (третья) Leucoplagiogranite (third) 4 Б3,13 13,6 6,9 6,88 9,69 8,73 - 98,9
Б Б2,81 13,83 7,27 6,99 9,69 8,7 - 99,3
6 Б2,64 13,48 7,23 6,84 9,71 8,79 - 98,7
7 Б2,38 13,77 7,23 6,86 9,78 8,Б6 - 98,6
X(a) Б2,64 13,66 7,G6 6,96 9,8Б 8,6 98,76
(G,1) (G,G2) (G^) (G,G2) (G,G4) (G,1)
Новониколаевский массив Novonikolaevsky massif
1 Б1,49 1Б,8 6,Б1 6,Б 12,Б2 Б,G8 G,61 98,Б
2 Б2,13 16,G 6,37 6,41 11,98 Б,G4 G,61 98,6
3 Б1,19 1Б,4 6,99 6,6Б 12,Б8 Б,39 G,Б9 98,8
Лейкоплагиогранит (третья) Leucoplagiogranite (third) 4 Б1,16 16,4 6,9 6,Б2 12,79 Б,36 G,69 99,8
Б Б2,13 1Б,6 6,4 6,Б2 12,7Б Б,G2 G,6Б 99,1
6 Б2^8 1Б,9 6,ББ 6,41 12,41 4,9Б G,67 98,9
7 Б1,21 16,2 6,37 6,Б8 12,G Б,14 G,Б2 98,G
X(a) Б1,63 1Б,9 6,Б8 6,Б1 12,43 Б,14 G,62
(G,21) (G,12) (G,G7) (G,GG7) (G,1) (G,G3) (G,GG3) 98,8
Устьянский массив Ustyansky massif
1 ББ,7Б 1Б,9 7,G 7,26 6,33 Б,39 G,27 97,89
2 Б6,66 1Б,Б7 6,96 7,14 6,29 Б,48 - 98,11
3 Б6,86 1Б,81 6,71 7,37 6,G3 Б,44 - 98,23
Лейкогранит(четвёртая) Leucogranite (fourth) 4 Б6,88 1Б,Б9 6,9Б 7,26 Б,78 Б,Б1 - 97,96
Б Б6,63 1Б,7 6,9Б 7,18 6,2Б Б,61 - 98,31
6 Б6,16 1Б,8Б 7,14 7,22 6,16 Б,48 - 98,G2
7 ББ,Б1 1Б,63 7,17 7,3Б 6,48 Б,47 G,2 97,82
X(a) Б6,3Б 1Б,72 6,98 7,2Б 6,19 Б,48 97,97
(G,3) (G,G2) (G,G2) (G,G1) (G,GБ) (G,G1)
Примечание: здесь и в других таблицах FeO принято как Fe-lO3J; X - среднее содержание, и - величина дисперсии; прочерк -элемент не установлен.
Note: in Tables 1 and 2 FeO is conventionally termed as Fe2O3; X - average content; u - dispersion value; dash- below detection limits.
микроскопическими исследованиями различных уровней срезов матрицы глобулей псевдорутила выявлено её однородное строение.
Химический состав анализировался как площадным сканированием матрицы зерна, так и по его профилю с расстоянием между анализируемыми точками 5...6 /т (рис. 1). В составе псевдорутила (табл. 1) постоянно присутствуют примеси элементов литофильной группы - Мп, А1, 81, Са. В различных концентрациях названные лито-фильные элементы также указываются в составе
псевдорутила в ряде работ зарубежных исследователей [9-13]. Стабильной примесью К (0,52.0,69 мас. %) выделяется псевдорутил лей-коплагиогранитов - производных третьей фазы, этот же элемент зафиксирован в меньших концентрациях (0,2.0,27 мас. %) в двух периферийных точках - 1 и 7 (рис. 1) профиля зерна псевдорутила из лейкогранита Устьянского массива, и его присутствие, видимо, связано с ассимиляцией калия кристаллизующимся глобулем из окружающего алюмосиликатного расплава.
Кристаллохимические формулы псевдорутила Fe2Ti3O9 (вычислены по средним содержаниям компонентов).
Гранит-порфир, 2 фаза (Алейский массив)
^е0,87Мп0,418^10,388Са0,43)2,106(Т12,845А10,543)3,388 09
Лейкоплагиогранит, 3 фаза (Алейский массив)
^е0,746Мп0,391^10,64Са0,602)2,379(Т12,59А10,534)3,12409
Лейкоплагиогранит, 3 фаза (Новониколаевский массив)
^е0,862Мп0,363^10,806Са0,356)2,387(Т12,517А10,498)3,01509
Лейкогранит, 4 фаза (Устьянский массив)
^е0,876Мп0,393^10,412Са0,393)2,074(Т12,825А10,571)3,396 09
Содержание примесных элементов по профилю зерна псевдорутила варьирует незначительно - величина дисперсии находится в пределах 0,02.0,07 (табл. 1), лишь незначительный разброс концентраций отмечен для Т1 - главного минера-лообразующего элемента, особенно в глобуле из плагиогранит-порфира, где величина дисперсии наиболее высокая - 0,67. Заметные отличия химического состава псевдорутила из гранитоидов последовательных интрузивных фаз наблюдаются по содержанию в них и Са. Так, глобули псевдорутила лейкоплагиогранитов третьей фазы (Алей-ский массив) выделяются повышенной известко-вистостью и кремнезёмистостью, что в целом согласуется с петрохимическими особенностями этих пород. Заметно обособляется химический состав глобуля псевдорутила лейкоплагиогранитов 3 фазы (Новониколаевский массив) примесью калия и насыщенностью кремнезёмом - до 12,43 мас. % (табл. 1). По своим петрохимическим особенностям породы, производные рассматриваемой фазы, характеризуются щёлочностью не калиевой, а существенно натриевой направленности (Ыа20/К20=4,88/1,76 мас. %), повышенными и резко варьирующими содержаниями ЯЮ2 (75,62-81,53 мас. %), что отразилось и на кремне-зёмистости глобулей псевдорутила. В табл. 1 приведены кристаллохимические формулы глобулей псевдорутила, вычисленные по средним содержаниям в них компонентов. Как известно, Fe относится к числу наиболее изоморфнофильных элементов [14] и охотно замещается по схеме изова-лентного или гетеровалентного изоморфизма: Fe3+•^Mn2+, Са2+, Я14+; несколько меньшей изоморфной ёмкостью обладает Т14+ и с А13+ образует ограниченный изоморфизм [14, 15]. Калий в составе псевдорутила участвует как неструктурная примесь и в его формуле на указан. В приведённых кристаллохимических формулах несколько превышены суммы катионов групп Fe3+ и Т14+, что, возможно, обусловлено присутствием в минерале воды, наличие которой в псевдорутиле в форме (0Н)-или Н20 отмечается в работах [10, 11]. Неучтенное количество Н20 в его кристаллохимической фор-
муле, видимо, обусловило избыток атомных количеств элементов в позициях Fe3+ и Т14+. Возможно, присутствием Н20 в анализируемом псевдорутиле объясняется несколько пониженная сумма химического состава глобулей (табл. 1).
Рис. 1. Срез глобуля псевдорутила с многочисленными мелкими округлыми пустотками по периферии зерна. Стрелкой указана пустотка, заполненная агрегатом кристаллитов кварца. Цифрами показаны номера точек анализов, приведённых в табл. 1. Лейкоплагиогранит, Алейский массив. Здесь и на последующих рисунках изображение в обратно рассеянных электронах
Fig. 1. Pseudorutile globule section with numerous rounded blebs along grain periphery. The arrow indicates the bleb with quartz crystalline grain aggregate filling. The numbers indicate analysis points, referred in table 1. Leuco-plagiogranite, Aleysk massif. In all diagrams - backscat-tered electron image
В лейкограните Устьянского массива, наряду с однородными глобулями, обнаружено единичное сферическое зерно с чётко проявившейся сложно-комбинированной структурой распада двухкомпо-нентного твёрдого раствора в виде чередующихся светлых и темных фаз. Наибольшую площадь матрицы занимает светлая фаза, образующая два морфологических типа структур: 1) конусовидную микроглобулярную, по периферии зерна переходящую в эмульсионную; 2) линейно-ориентированную с тонкими перистыми, веероподобными прерывистыми полосками (рис. 3). Химический состав светлой и тёмной фаз незначительно отличается лишь концентрациями минералообразующих компонентов, главным образом Ti, Fe, Mn при сравнительно неизменных в светлых и тёмных фазах содержаниях Al, Si, Ca (табл. 2).
Таблица 2. Химический состав светлых и тёмных фаз структуры распада твёрдого раствора псевдорутила, мас. %
Table 2. Chemical composition of light and dark zones of breakdown structure of pseudorutile solid solution, wt. %
Рис. 2. Срез сростка двух глобулей псевдорутила с многочисленными округлыми пустотками микронных и более крупных размеров (0,02.0,04 мм), приуроченными к периферии зёрен. Стрелкой указана округлая пу-стотка с ровными границами, заполненная зёрнами кварца, ортоклаза, титанистого биотита. Ровные вогнутые границы среза глобуля (справа) обусловлены выпавшим агрегатом зёрен минералов при изготовлении препарата. Лейкогранит, Устьянский массив
Fig. 2. Cross-section of two pseudorutile globule growth with numerous micron or large-sized voids (0,02.0,04 mm), confined to grain periphery. The arrow shows rounded void with even edges, filled with quartz, orthoclase, tita-nian biotite grains. Even concave boundaries of globule cross-section (right) is caused by precipitated aggregates from mineral grains during sample preparation. Leuco-granite, Ustyansky massif
№ точек анализов Points of analysis TiO2 FeO MnO AI2O3 SiO2 CaO Сумма Total
Светлая фаза/Light zone
1 50,04 19,62 12,05 7,24 5,65 5,71 100,3
2 47,41 18,64 11,21 7,95 6,89 7,37 99,5
3 44,12 15,1 8,44 10,52 9,76 10,6 98,5
4 50,7 17,4 8,15 8,13 7,4 6,34 98,1
Тёмная фаза/Dark zone
5 57,28 15,99 8,74 7,01 5,26 5,57 99,9
6 57,3 16,33 8,69 6,88 5,52 5,58 100,0
7 55,75 13,07 6,91 9,16 7,53 7,3 99,7
8 57,85 15,57 8,2 7,33 5,37 5,67 100,0
Рис. 3. Сложно-комбинированная структура распада твёрдого раствора псевдорутила
Fig. 3. Complex-combined structural breakdown of solid pseudorutile solution
Примечание. Номера точек анализов соответствуют номерам точек на рис. 3.
Note: Number of analysis points corresponds to point numbers in Fig. 3.
Обсуждение результатов исследований
Сферическая форма зёрен самородных металлов и интерметаллических соединений в эндогенных образованиях широко используется петроло-гами как типоморфный признак ликвационной природы рудного вещества, отделившегося от магматического расплава в форме капель [3, 4]. Тенденция к отделению металлизированных рудных капель, локально проявившаяся в гранитоидах изучаемого комплекса, ранее установлена автором [6] на примере единичных находок глобулей феррита, а также самородного железа с примесью Ti, Mn и продукта их окисления - магнетита.
Анализ распространённости сферических зёрен псевдорутила, их строения, химического состава и парагенетической ассоциации в гранитоидах последовательных фаз позволяет рассматривать их формирование как результат полного окисления изначально капельно-жидкого интерметаллического соединения (Ti-Fe), отделившегося из алю-мосиликатного расплава. Согласно существующим представлениям [3, 16-18], ликвация рудных капель происходит в глубинном магматическом очаге, в его локальных участках и в сильно восстановительной среде при поступлении в расплав мантийных восстановленных газовых флюидов, которые представлены преимущественно водородными, реже метановыми разностями. По данным термодинамических и петрологических исследований [16-18], отделение от расплава капель литофиль-ных элементов, к числу которых относится легко окисляемый Ti, требует особо восстановительных условий, однако в соединении с Fe рудные капли становятся более устойчивыми к окислительным условиям среды.
Поступившие с расплавом в камеру кристаллизации обособившиеся интерметаллические соединения (Ti-Fe) находились в капельно-жидком состоянии, и в процессе горизонтального растекания расплава происходило слияние отдельных их ка-
пель, что наглядно проявилось в лейкограните Ус-тьянского массива - производного заключительной фазы (рис. 2). По данным А. Хансена и К. Ан-дерко [19], температура начала кристаллизации сплава Ть^е (в ат. % ~70 % Т1 и ~30 % Fe) составляет 1085 °С. Температура кристаллизации изучаемых гранитоидов, определённая по минералогическому и петрохимическому геотермометрам [20], составляет 850-900 °С. Наблюдаемые взаимоотношения раннемагматических породообразующих минералов (кварца, плагиоклаза, биотита) с глобулями псевдорутила (рис. 2), а также наличие включений округлых зёрен этого минерала в плагиоклазе (Ап10-15) позволяют сделать вывод о су-бликвидусной кристаллизации капель интерме-таллида (Т1-Ре) при Т<1085 °С. В условиях резкого увеличения окислительного потенциала гипабис-сальной камеры кристаллизации ещё жидкие и сохраняющие высокую Т° обособившиеся капли интерметаллида (ТЬ^е), находясь в неравновесном состоянии с окружающим расплавом, вступают в реакцию с окислительной газовой фазой, и в первую очередь окисляется Т1, как элемент с наибольшим сродством к кислороду. В реакцию высокотемпературного окисления капли интерметал-лида из окружающего расплава вовлекаются другие оксифильные петрогенные элементы ранней стадии кристаллизации - Мп, А1, 81, Са, и участвуют в формировании кристаллической решётки псевдорутила, унаследовавшего необычную для данного минерала сферическую форму. В составе глобулей псевдорутила, как отмечалось, не исключается присутствие воды в форме (ОН)- или кри-сталлогидратной Н2О. Наличие многочисленных пор на поверхности сферул и в их срезах указывает на имевшую место сорбцию жидким интерме-таллидом (ТЬ^е) из окружающего расплава водорода, который в процессе высокотемпературного окисления легко трансформировался в Н2О, также участвовавшую в образовании псевдорутила. Выдержанный химический состав по площади матрицы глобуля псевдорутила указывает на кратковременную и активно прошедшую до конца реакцию высокотемпературного окисления жидкого интер-металлида (Ть^е) с формированием однородной закалённой фазы. Проявившаяся сложно-комбинированная структура распада твёрдого раствора в единичном зерне псевдорутила, видимо, объясняется неодинаковой степенью окисления в камере кристаллизации Устьянского массива. Различная степень высокотемпературного окисления нередко проявляется даже в отдельных участках одного
кристалла [21]. Кроме того, повышенная щёлочность расплава калиевой направленности, характерная для лейкогранитов данного массива, также способствовала более длительному и интенсивному окислению интерметаллида.
Ассоциация примесных элементов в глобулях псевдорутила в производных последовательных дифференциатов остаётся неизменной и свидетельствует о длительно функционирующем глубинном мантийном источнике алюмосиликатного расплава, обогащённого литофильными элементами и обеднённого халькофильными. Повышенная крем-незёмистость и появление примеси калия в гло-булях лейкоплагиогранитов 3 фазы (Новониколаевский массив), видимо, обусловлены активизацией флюидно-магматического взаимодействия в силикатном расплаве. Поступающие мантийные флюиды в виде соединений KCl и KF повышают относительную долю калия в расплаве, а флюиды KCl, кроме того, стимулируют рост кремнезёми-стости пород [22, 23]. Насыщенность псевдорутила кремнезёмом и появление примеси K2O указывает на активность существенно хлоридного флюида, участие которого в расплаве проявилось и в составе акцессорного хлорапатита, биотита, роговой обманки.
Выводы
1. Происхождение глобулей псевдорутила в девонских гранитоидах алейско-змеиногорского комплекса связано с кратковременной реакцией полного высокотемпературного окисления капельно-жидких обособлений интерметаллических соединений титана и железа, поступивших с расплавом в гипабиссальную камеру с резко повышенной активностью кислорода. Элементы-примеси псевдорутила отражают химизм среды кристаллизации расплава ранне-магматической, субликвидусной, стадии кристаллизации.
2. В длительно эволюционирующем мантийном магматическом очаге с участием глубинных газовых флюидов (H2, CH4) в условиях дефицита кислорода создавался восстановительный режим, благоприятный для ликвации рудных интерметаллических соединений (Ti-Fe). Восстановительные условия в объёмах расплава носили локальный характер и наиболее активно проявились в расплавах заключительных инъекций (3-4 фазы) с участием калиевых хло-ридных флюидов, способствующих насыщению расплавов кремнезёмом и калием.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Минералы. Справочник / под ред. акад. Ф.В. Чухрова. Т. II. Вып. 3. - М.: Наука, 1967. - 675 с.
2. Полякова Е.В. Ассоциация ильменита, пирофанита и псевдорутила в гранитах Северного массива (Чукотка) // Записки Горного института. - 2013. - Т. 200. - С. 258-262.
3. Самородное минералообразование в платформенных базитах / Б.В. Олейников, А.В. Округин, М.Д. Томшин и др. - Якутск: ЯФ СО АНСССР, 1985. - 188 с.
4. Гребенников А.В. Эндогенные сферулы мел-палеогеновых иг-нимбритовых комплексов Якутинской вулкано-тектони-ческой структуры (Приморье) // Зап. Рос. Минер. общ-ва. -2001. - Ч. CXXXX. - № 3. - С. 56-68.
5. Гребенников А.В., Щека С.А., Карабцов А.А. Силикатно-ме-таллические сферулы и проблема механизма игнимбритовых извержений (на примере Якутинской вулкано-тектонической структуры) // Вулканология и сейсмология. - 2012. - № 4. -С. 3-22.
6. Новоселов К.Л. Генетические особенности самородного железа и продуктов его окисления в девонских гранитоидах Алейско-Змеиногорского комплекса (северо-западная часть Рудного Алтая) // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. - 2015. - Т. 326. - № 9. - С. 56-67.
7. Туркин Ю.А. Тоналит-плагиогранит-лейкогранитовая формация Рудного Алтая // Природные ресурсы Горного Алтая. -2009. - № 2. - С. 70-79.
8. Туркин Ю.А., Новоселов К.Л. Петролого-геохимические особенности девонских гранитоидов северо-западной части Рудного Алтая // Известия Томского политехнического университета. - 2012. - Т. 321. - № 1. - С. 5-15.
9. Hansen E., Reimink J., Harlov D. Titaniferous accessory minerals in very low-grade metamorphic rocks, Keweenaw Peninsula Michigan, USA // Lithos. - 2010. - № 116. - P. 167-174.
10. Pownceby M.I., Sparrow G.J., Fisher-White M.J. Mineralogical characterisation of Eucla Basin ilmenite concentrates - First results from a new global resource // Minerals Engineering. -2008.- №21. - P. 587-597.
11. Medaris L.G., Jr, Fournelle Jh.H. Pseudorutile in the Baraboo Range, Wisconsin: First recognition as a metamorphic mineral // The Canadian Mineralogist. - 2012. - V. 50. - P. 1165-1172.
12. A new Al-rich hydroxilian pseudorutile from Kalimantan, Indonesia / I.E. Grey, P. Bordet, N.C. Wilson, R. Townend, T.J. Ba-stow, M. Brunelli // American Mineralogist. - 2010. - V. 95. -P. 161-170.
13. Yawooz A. Kettanah, Sabah A. Ismail. Heavy mineral concentrations in the sandstones of Amij Formation with particular emphasis on the mineral chemistry and petrographic characteristics of monazite, western desert of Iraq // Journal of African Earth Sciences. - 2016. - V. 123. - P. 350-369.
14. Макаров Е.С. Изоморфизм атомов в кристаллах. - М.: Атомиз-дат, 1973. - 288 с.
15. Пятенко Ю.А., Воронков А.А., Пудовкина З.В. Минералогическая кристаллохимия титана. - М.: Наука, 1976. - 155 с.
16. Флюидный режим формирования мантийных пород / Ф.А. Летников, Г.Д. Феоктистов, И.М. Остафийчук и др. - Новосибирск: Наука, 1980. - 143 с.
17. Никольский Н.С. Флюидный режим эндогенного минералооб-разования. - М.: Наука, 1987. - 199 с.
18. Oxidation Kinetics, Structural Changes and Element Migration during Oxidation Process of Vanadium-titanium Magnetite Ore / Feng Pan, Qing-shan Zhu, Zhan Du, Hao-yan Sun // Journal of Iron and Steel Research, International. - 2016. - V. 23. -Iss. 11.- P. 1160-1167.
19. Хансен М., Андерко К. Структуры двойных сплавов. Т. 2. - М.: Металлургиздат, 1962. - 1165 с.
20. Новоселов К.Л., Туркин Ю.А. Типоморфизм акцессорного ти-таномагнетита девонских гранитоидов Северо-Западной части Рудного Алтая // Известия Томского политехнического университета. - 2014. - Т. 324. - № 1. - С. 5-16.
21. Магнетизм и условия образования изверженных горных пород / Д.М. Печерский, В.И. Бачин, С.Ю. Бродская и др. - М.: Наука, 1975. - 288 с.
22. Маракушев А.А. Петрогенезис. - М.: Недра, 1988. - 293 с.
23. Маракушев А.А. Петрогенезис и рудообразование (геохимические аспекты). - М.: Наука, 1979. - 263 с.
Поступила 06.02.2017 г.
Информация об авторах
Новоселов К.Л., кандидат геолого-минералогических наук, доцент кафедры геологии и разведки полезных ископаемых Института природных ресурсов Национального исследовательского Томского политехнического университета.
UDC 549.514:549.01
DISTRIBUTION AND GENESIS OF SPHERICAL ACCESSORY PSEUDORUTILE GRAINS IN DEVONIAN GRANITOIDS OF ALEYSKO-ZMEINOGORSK COMPLEX (N-W RUDNI ALTAI)
Konstantin L. Novoselov,
nkonstantin1@rambler.ru
National Research Tomsk Polytechnic University, 30, Lenin Avenue, Tomsk, 634050, Russia.
The relevance of the issue is caused by the need to study the rounded micro-grains (globules, spherules) of pseudorutile accessories found in Aleysko-Zmeinogorsk granitoid complex (D2-3).
The aim of the research is to study in details occurrence and chemical composition of pseudorutile globules in granitoids being subsequent alumina-silicate melt differentiates, paragenetic associations, pseudorutile globule formations as altered product of primary ore-forming elements - titanium and ferrum.
The research methods. Mineralogical samples of 5...7kg were extracted from both granitoid outcroppings and quarries. Analytical analysis was carried out on electron scanning microscope (ESM) JSM-6510LV (Jeol Ltd) and energy-dispersive spectrometer INCA Energy 350+ in the Laboratory of X-ray Spectrum Analysis, Institute of Geology and Mineralogy, Siberian Branch, RAS (Novosibirsk). The results. The paper introduces new data on formation mechanism of pseudorutile globules. The endogenous genesis of mineral as a product of high-temperature oxidation of drop-liquid native intermetallic compound (Ti-Fe) from melt under reducing conditions is proved. Throughout the mantle magmatic chamber evolution involving deep gaseous fluids (H2, CH4) under conditions of oxygen deficiency the reduction regime was formed being favorable for intermetallide ore compound (Ti-Fe) segregation. Reducing conditions appeared within the melt itself and especially, in final phase melts (3-4). Under conditions of increasing facies pressure of oxygen the liquiddrop intermetallides (Ti-Fe) are subjected to high-temperature oxidation within the early magmatic stage of homogeneous pseudorutile phase with Mn, Si, Al, Ca, K impurities.
Key words:
Granitoids, accessory minerals, native intermetallides, globules, pseudorutile.
REFERENCES
1. Mineraly. Spravochnik [Minerals. Reference book]. Ed. by F.V. Chukhrov. Vol. II, Iss. 3. Moscow, Nauka Publ., 1967. 675 p.
2. Polyakova E.V. Associations of ilmenite, pyrophanite and pseudorutile in granites of Severnoe massif (Chukotka). Zapiski Gor-nogo instituta, 2013, vol. 200, pp. 258-262. In Rus.
3. Oleynikov B.V., Okrugin A.V., Tomshin M.D. Samorodnoe mine-raloobrazovanie v platformennykh bazitakh [Native mineral formations in platform basites]. Yakutsk, YaF SO ANSSSR Press, 1985. 188 p.
4. Grebennikov A.V. Endogenous spherules of Cretaceous-Paleo-gene ignimbrite complexes in Yakutsk volcano-tectonic structure (Primorye). Proceedings of Russian Mineralogical Society, 2001, Ch. CXXXX, no. 3, pp. 56-68. In Rus.
5. Grebennikov A.V., Shcheka S.A., Karabtsov A.A. Silikatno-me-tallicheskie sferuly i problema mekhanizma ignimbritovykh iz-verzheniy (na primere Yakutinskoy vulkano-tectonicheskoy struktury) [Silicate-metallic spherules and mechanisms of ignim-brite eruptions (case study: Yakutsk volcano-tectonic structure)]. Volcanology and seismology, 2012, no. 4, pp. 3-22.
6. Novoselov K.L. Genetic features of native iron and its oxidation products in Devonian granitoids of Aleysko-Zmeinogorsk complex (N-W Rudni Altai). Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering, 2015, vol. 326, no. 9, pp. 56-67. In Rus.
7. Turkin Yu.A. Tonalit-plagiogranit-leykogranitovaya formatsiya Rudnogo Altaya [Tonalite-plagiogranite-leucogranite formation in Rudni Altai]. Prirodnye resursy Gornogo Altaya, 2009, no. 2, pp. 70-79.
8. Turkin Yu.A., Novoselov K.L. Petrological and geochemical features of Devonian granitoids in north-west part of Rudny Altai. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University, 2012, vol. 321, no. 1, pp. 5-15. In Rus.
9. Hansen E., Reimink J., Harlov D. Titaniferous accessory minerals in very low-grade metamorphic rocks, Keweenaw Peninsula Michigan, USA. Lithos, 2010, no. 116, pp. 167-174.
10. Pownceby M.I., Sparrow G.J., Fisher-White M.J. Mineralogical characterisation of Eucla Basin ilmenite concentrates - First results from a new global resource. Minerals Engineering, 2008, no. 21, pp. 587-597.
11. Medaris L.G., Jr, Fournelle Jh.H. Pseudorutile in the Baraboo Range, Wisconsin: First recognition as a metamorphic mineral. The Canadian Mineralogist, 2012, vol. 50, pp. 1165-1172.
12. Grey I.E., Bordet P., Wilson N.C., Townend R., Bastow T.J., Brun-elli M. A new Al-rich hydroxilian pseudorutile from Kalimantan, Indonesia. American Mineralogist, 2010, vol. 95, pp. 161-170.
13. Yawooz A. Kettanah, Sabah A. Ismail. Heavy mineral concentrations in the sandstones of Amij Formation with particular emphasis on the mineral chemistry and petrographic characteristics of monazite, western desert of Iraq. Journal of African Earth Sciences, 2016, no. 123, pp. 350-369.
14. Makarov E.S. Izomorfizm atomov v kristallakh [Isomorphism of atoms in crystals]. Moscow, Atomizdat Publ., 1973. 288 p.
15. Pyatenko Yu.A., Voronkov A.A., Pudovkina Z.V. Mineralo-gicheskaya kristallokhimiya titana [Mineralogical crystalloche-mistry of titanium]. Moscow, Nauka Publ., 1976. 155 p.
16. Letnikov F.A., Feoktistov G.D., Ostafiychuk I.M. Flyuidnyy rezhim formirovaniya mantiynykh porod [Fluid regime in mantle rock formation], Novosibirsk, Nauka Publ., 1980. 143 p.
17. Nikolskiy N.S. Flyuidny rezhim endogennogo mineraloobrazova-niya [Fluid regime in endogenous mineral formation]. Moscow, Nauka Publ., 1987. 199 p.
18. Feng Pan, Qing-shan Zhu, Zhan Du, Hao-yan Sun. Oxidation Kinetics, Structural Changes and Element Migration during Oxidation Process of Vanadium-titanium Magnetite Ore. Journal of Iron and Steel Research, International, 2016, vol. 23, Iss. 11, pp. 1160-1167.
19. Khansen M., Anderko K. Struktury dvoynykh splavov [Structure of two-component alloys]. Moscow, Metallurizdat Publ., 1962. Vol. 2, 1165 p.
20. Novoselov K.L., Turkin Yu.A. Typomorphism of accessory titanium-magnetite in Devonian granitoids (N-W Rudni Altai). Bulletin of the Tomsk Polytechnic University, 2014, vol. 324, no. 1, pp. 5-16. In Rus.
21. Pecherskiy D.M., Bachin V.I., Brodskaya S.Yu. Magnetizm i uslo-viya obrazovaniya izverzhennykh gornykh porod [Magnetism and
igneous rock formation conditions]. Moscow, Nauka Publ., 1975. 288 p.
22. Marakushev A.A. Petrogenezis [Petrogenesis]. Moscow, Nedra Publ., 1988. 293 p.
23. Marakushev A.A. Petrogenezis i rudoobrazovanie (geokhimiches-kie aspekty) [Petrogenesis and mineral formation (geochemical aspects)]. Moscow, Nauka Publ., 1979. 263 p.
Received: 6 February 2017.
Information about the authors
Konstantin L. Novoselov, Cand. Sc., associate professor, National Research Tomsk Polytechnic University.
