Бариевые полевые шпаты Ильмено-Вишневогорского комплекса (Южный Урал)

Барий является характерным элементом для щелочно-карбонатитовых пород в ильмено-вишневогорском комплексе. Отмечается повышенное его содержание в ми-аскитах (0.05—0.3 мас. %) и фенитах Ильменогорского массива (0.14—0.18 мас. %) по сравнению с вмещающими метаморфическими породами [2,11,13,18]. Собственные минералы Ba — барилит, барит, гармотом — установлены в поздних гидротермальных жилках [6, 13]. Барийсодержащий калиевый полевой шпат (Kfs), бариевые биотит и флогопит, цельзиан, горсейксит и банальсит ранее определены в метаморфических и метасоматических породах комплекса [3, 5, 7, 9, 10, 13, 14, 15]. В калиевых полевых шпатах из метасоматитов отмечено снижение Ва и Na, обусловленное процессами милонитизации и рекристаллизации [14].

Особенностью является то, что породы с Kfs барийсодержащим, цельзианом и биотитом бариевым расположены в пределах метагипербазитовых тел (Няшевский массив, Осиновый мыс оз. Б. Ишкуль), которые относятся к меридиональной зоне сдвигосброса. В связи с этим является актуальным рассмотрение пород с бариевой минерализацией с учетом их структурного положения в комплексе. Целью исследования было выяснение особенностей состава и условия образования бариевых полевых шпатов в метасоматитах ильмено-вишневогорского комплекса.

В статье применены условные обозначения минералов: Ab — альбит, An — анортит, Byt — битовнит, Cal — кальцит, Cls — цельзиан, Di — диопсид, Grt — гранат, Kfs — калиевый полевой шпат, Or — ортоклаз, Qz — кварц, Scp — скаполит, Ttn — титанит, Zrn — циркон.

Геологическое положение и петрография пород

Ильмено-вишневогорский полиметаморфический комплекс расположен в южной части Сысертско-Ильме-ногорской зоны Восточно-Уральского поднятия [20]. В комплексе выделяют селянкинскую, ильменскую и са-итовскую серии, границы между которыми тектонические и фиксируются зонами бластомилонитов и телами ме-тагипербазитов (рис. 1). В комплексе прослежены разрывные нарушения субмеридионального направления (Миасский, Няшевский, Таткульский сдвигосбросы и др.) и поперечные им нарушения северо-восточного и северозападного направлений, менее протяженные по размерам (правый Кыштымский сдвигонадвиг, Ишкульский сброс и др.) [20].

В пределах селянкинской серии расположена протяженная меридиональная тектоническая зона, сложенная породами центральной щелочной полосы (миаскитами, карбонатитами, щелочными метасоматитами), в которых установлены максимально высокие содержания Ba и Sr [11]. По границе селянкинской и ильменской серий проходит Няшевский сдвигосброс, трассирующийся цепочкой линзовидных тел метагипербазитов PR2-возраста.

Рис. 1. Геологическая схема ильменогорского комплекса [12]: 1 — осадочно-вулканогенные породы, преимущественно слабометаморфизо-ванные (D₂ — C 1 ); 2 — cаитовская серия (ара-кульская (ar), саитовская (st), игишская (ig) свиты) (PZ 1 — S?); 3—5 ильменская серия (RF — PZ 1 ?); 6—8 селянкинская серия (AR — PR 1 ); 9 — граниты; 10 — мусковитовые граниты (Еланчи-ковский массив); 11 — плагиограниты; 12 — габбро; 13 — пироксениты (а), метагарцбургиты и метадуниты (b); 14 — метагипербазиты не-расчлененные; 15 — нефелиновые сиениты (ми-аскиты и др.) (а), сиениты (b); 16 — фениты (а), карбонатиты (b); 17 — зоны серпентинитовых меланжей (а), зоны бластомилонитов разных уровней метаморфизма (b); 18 — надвиги; 19 — разломы и другие тектонические контакты (а), зоны сдвигов (b); 20 — места нахождения бариевых минералов: описаны в данной работе (а), ранее установлены (b) [3, 7, 13, 14, 15, 19]

Fig. 1. Shematic geological map of the ilmenogorsky complex [12]. 1 — Sedimentary-volcanogenic strata, predominantly weakly metamorphosed (D₂ — C 1 );

2 — Saitovo group (arakul (ar), saitovo (st), igish (ig) series) (PZ1 — S?); 3—5 Ilmensky group (RF — PZ1?); 6—8 Selyankinogroup (AR — PR1); 9 — granites; 10 — muscovite granites (Elanchik massif); 11 — plagiogranites; 12 — gabbro; 13 — pyroxenites (а), metarharzburgites and metadunites (b); 14 — metaultramafic rocks undivided; 15 — nepheline syenites (miaskites, etc.) (а), syenites (b); 16 — fenites (а), carbonatites (b); 17 — zones of serpentinite melange (а), zones of blastomylonites of different levels of metamorphism (b); 18 — thrusts; 19 — faults and other tectonic contacts (а), shear zones (b); 20 — location of barium minerals: described in this paper (а), earlier discovered (b) [3, 7, 13, 14, 15, 19]

Этот сдвигосброс в северной части прослеживается до серпентинитов оз. Б. Ишкуль [20]. В хризотил-лизарди-товых серпентинитах на юго-восточном берегу озера встречены будины мафит-ультрамафитовых, метаморфических пород и метасоматитов разной степени переработки и размера [7, 8].

Саитовская серия представлена преимущественно метатерригенными породами (сланцами, кварцитами) с зонами развития пород мафит-ультрамафитового состава.

Породы с исследованными бариевыми минералами расположены в пределах селянкинской серии (скаполит-диопсид-кальцитовая порода), Няшевского сдвигасбро-са (диопсид-плагиоклазовая порода) и саитовской серии (кварцит).

Скаполит-диопсид-калъцитовая порода находится в зоне бластомилонитов, где отмечено чередование гранатовых амфиболитов, гнейсов, графитистых кварцитов и клинопироксенитовых пород (55°16'32.4" с. ш., 60°14'46.5" в. д., зап. берег оз. Б. Ишкуль) (рис. 1). Порода неравномерно-зернистая грубополосчатая, образовала маломощные линзовидные обособления в пластовом теле мелко-, среднезернистого клинопироксенита. Строение скапо-лит-диопсид-кальцитовой породы зональное: краевая часть мелкозернистая, центральная — порфиробластовая, где средние и крупные кристаллы диопсида расположены в мелко-, среднезернистом кальците. Некарбонатные минералы имеют сглаженные ограничения зерен. Порода в основном состоит из кальцита и диопсида, второстепенные минералы — скаполит, плагиоклаз. Акцессорные минералы — титанит, фторапатит, барийсодержащие минералы (Kfs, флогопит), алланит — имеют в породе линейно-параллельное расположение. Отмечается крайне редкое присутствие хромита, шпинели и хромового гроссуляра [10]. Графит и ксеноморфные зерна цельзиана развиты в межзерновом пространстве породы.

Диопсид-плагиоклазовая порода, неравномерно-зернистая пойкилитовая, обнаружена среди серпентинитов на восточном берегу оз. Б. Ишкуль (55°16'25.7" с. ш., 60°15'25.3" в. д.). Порода содержит в равных количествах основной плагиоклаз и диопсид, акцессорные минералы — гранат, скаполит, апатит и титанит. Поздние бариевые образования — цельзиан и барит. Плагиоклаз представлен анортитом, в измененных разностях — битовнитом и лабрадором. Мелкие изометричные и короткостолбчатые зерна диопсида образуют в породе пойкилитовые включения в плагиоклазе.

Кварцит мелкозернистый сланцеватый обнаружен в теле баритовой жилы (55°1Г34" с. ш., 60°30'71" в. д., копь № 200). Жила размером 5 х 30 м сложена массивным крупнокристаллическим баритом, залегает на контакте графитистых кварцитов с актинолит-тремолитовыми породами и хлоритовыми сланцами [17, 5]. Гематит, цельзиан, пирит и сульфиды цинка встречены в центре кварцевых зерен. Горсейксит, шрейерит, гидроокислы железа и глинистые минералы расположены в межзерновом пространстве и по трещинам в кварците [5].

Методы исследования

Сегодня не существует однозначного подхода к номенклатуре бариевых полевых шпатов, потому мы используем название конечных членов в изоморфном ряду “калиевый полевой шпат — цельзиан”, опуская применение промежуточного гиалофана [16]. Бариевые полевые шпаты разделены по содержанию цельзианового ми-нала (Cls) [16]. Kfs барийсодержащий содержит Cls до 10 %, Kfs бариевый — более 10 %. Относительно цельзиана и Kfs бариевого применялось «правило 50 %» для твердых растворов.

Исследования состава минералов выполнены на сканирующем электронном микроскопе РЭММА-202М с микроанализатором EDS (ускоряющее напряжение 20 кВ, ток 30 нА, диаметр зонда 1—2 мкм, использованы стандарты MINM 23—53; аналитик В. А. Котляров, Имин УрО РАН).

Температура образования бариевых полевых шпатов была определена по отношению Ba/(Ba + Na) на диаграмме фазового равновесия альбит — цельзиан [21].

Особенности состава бариевых полевых шпатов

Kfs бариевый установлен в скаполит-диопсид-кальцитовой породе. Цельзиан входит в состав кварцита и как поздний минерал отмечен в скаполит-диопсид-кальци-товой и диопсид-плагиоклазовой породах.

Kfs бариевый является редким минералом в скаполит-диопсид-кальцитовой породе. Зерна субизометричного облика со сглаженными ограничениями размером 0.3— 1.1 мм. Kfs бариевый содержит включения скаполита, диопсида, циркона и кварца, иногда обрастает с периферии диопсидом, титанитом и Kfs2 с низким содержанием ВаО — до 1 мас. % (рис. 2). Минерал по составу неоднороден, установлено увеличение содержания Ва от центра к краю зерна и вблизи трещин: Cls212 ^ Cls26 8, Cls30 ^ Cls41 (рис. 3). В порфировидной части скаполит-диопсид-кальцитовой породы отмечено Cls6 5 ^ Cls12 6. Для Kfs ба- риевого характерно высокое содержание Na2O (1.23—1.86 мас. %) и низкое СаО (0.12—0.58 мас. %) (см. таблицу).

Цельзиан в скаполит-диопсид-кальцитовой породе в виде ксеноморфных зерен развился по битовниту (№ 82). По Cls-компоненту Kfs бариевый и цельзиан образовали ряд в области состава Cls_21—81 (рис. 3), где Kfs бариевый

Рис. 3. Cостав бариевых полевых шпатов на диаграмме Ab — Or — Cls: 1— 4 — Kfs барийсодержащий и Kfs бариевый: 1, 2 — скапо-лит-диопсид-кальцитовая порода, 1 — центр, 2 — край зерна; 3 — метасоматиты по породам основного и среднего состава [14]; 4 — биотит-амфибол-плагиоклазовая порода [7]; 5—10 — цельзиан: 5, 6 — скаполит-диопсид-кальцитовая порода, 5 — центр, 6 — край зерна; 7 — диопсид-плагиоклазовая порода; 8 — кварцит; 9 — амфибол-плагиоклаз-скаполит-пироксеновая порода [3]; 10 — биотит-амфибол-плагиоклазовая порода [8]

Fig. 3. Composition of the barium feldspar in the diagram Cls — Or — Ab: 1—4 — barium-containing Kfs and barium Kfs: 1, 2 — scapolite-diopside-calcite rock, 1 — center, 2 — rim of the grain; 3 — metasomatites in the rocks of the mafic and medium compositions [14]; 4 — biotite-amphibole-plagioclase rock [7]. 5—10 — celsian: 5, 6 — scapolite-diopside-calcite rock, 5 — center, 6 — rim of the grain; 7 — diopside-plagioclase rock; 8 — quartzite; 9 — am-phibole-plagioclase-scapolite-pyroxene rock [3]; 10 — biotite-amphibole-plagioclase rock [8]

Рис. 2. Cубизометричные зерна Kfs бариевого в скаполит-диопсид-кальцитовой породе. Фото в отраженных электронах Fig. 2. Subisometric grains of the barium Kfs in the scapolite-diopside-calcite rock. BSE image

Химический состав бариевых полевых шпатов из метасоматических пород ильмено-вишневогорского комплекса, мае. %, к. ф.

Chemical composition of barium feldspars from the metasomatic rocks of the ilmeny-vishnevogorsky complex, wt. %, f. u.

Компоненты	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Components	c	r	c	r	c	r	c	r
SiO2	62.5	59.2	57.9	53.6	52.6	48.4	43.6	38.3	42.0	38.9	33.6
A12O3	18.6	19.7	19.6	22.1	22.5	23.7	25.1	26.6	26.1	28.2	26.4
FeO	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.02	0.04	0.00	0.00
Na2O	1.04	1.23	1.77	1.60	1.63	1.39	1.13	0.56	0.00	0.00	0.00
K2O	14.0	12.2	9.41	8.62	7.82	6.41	4.25	2.20	1.27	0.46	0.74
CaO	0.12	0.14	0.13	0.27	0.24	0.12	0.42	1.43	0.96	1.28	0.00
BaO	3.54	6.66	10.6	13.2	14.5	19.5	24.8	30.6	20.0	27.4	39.1
MgO	—	—	—	—	—	—	—	—	1.62	1.70	—
SrO	—	—	—	—	—	—	—	—	7.68	1.74	—
Сумма Total	99.78	99.13	99.44	99.43	99.24	99.40	99.34	99.68	99.68	99.61	99.78

К ф, / F, u

Si	2.95	2.87	2.85	2.70	2.67	2.55	2.40	2.20	2.29	2.17	2.08
Al	1.03	1.13	1.14	1.31	1.35	1.47	1.63	1.8	1.68	1.85	1.92
Fe	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00
Na	0.01	0.12	0.17	0.16	0.16	0.14	0.12	0.06	0.00	0.00	0.00
К	0.84	0.75	0.59	0.55	0.51	0.43	0.30	0.16	0.09	0.03	0.06
Ca	0.01	0.01	0.01	0.01	0.01	0.01	0.02	0.09	0.06	0.08	0.00
Ba	0.07	0.13	0.20	0.26	0.29	0.40	0.53	0.69	0.43	0.60	0.94
Mg	—	—	—	—	—	—	—	—	0.13	0.14	—
Sr	—	—	—	—	—	—	—	—	0.24	0.06	—

Миналы, % / Minals, %

Ab	9.4	11.6	17.4	15.9	16.6	14.5	12.3	6.3	0	0	0
Or	83.5	75.1	60.8	56.2	52.3	43.9	30.5	16.1	15.5	4.6	5.8
An	0.6	0.7	0.7	1.5	1.4	0.7	2.5	8.8	9.8	10.8	0
Cis	6.5	12.6	21.1	26.4	29.8	40.9	54.7	68.8	74.7	84.6	94.2

Примечание. 1—6 — Kfs бариевый из скаполит-диопсид-кальцитовой породы: 1, 2, 5, 6 — проба КФ8б-1с; 3, 4 — проба КФ8б-1а; 7—11 — цельзиан из метасоматических пород: 7, 8 — скаполит-диопсид-кальцитовая (проба КФ8б-1а); 9,10 — диоп-сид-плагиоклазовая (проба Иш 6-10); 11 — кварцит (копь № 200, проба Б—3). Прочерк — элемент не определялся; c — центр, r — край зерна. Формула бариевых полевых шпатов рассчитана на 8 атомов кислорода.

Note. 1—6 — Barium Kfs from scapolite-diopside-calcite rocks: 1, 2, 5, 6 — sample КФ8б-1с; 3, 4 — sample КФ8б-1а; 7—11 — celsian from metasomatites: 7,8 — scapolite-diopside-calcite rock (sample КФ8б-1а); 9,10 — diopside-plagioclase rock (sample Иш 6-10); 11 — quartzite (pit № 200, sample Б-3). Dash — element was not determined. c — center, r — rim of the grain. Structural formula of barium feldspars calculated on the basis of 8 oxygen atoms.

содержит Cls21—41, цельзиан — Cls47—81 (см. таблицу, ан. 7, 8; рис. 3). Содержание СаО в цельзиане варьирует в пределах 0.4—3.6 мас. %, что составляет An минала 2.5—20.9 %.

Рис. 4. Выделения цельзиана на границе замещения анортита битовнитом в диопсид-плагиоклазовой породе. Фото в отраженных электронах

Fig. 4. Segregation of a ceslian on the border of substitution of an anorthite by a bytownite in the diopside-plagioclase rock. BSE image

В диопсид-плагиоклазовой породе цельзиан выявлен в агрегате плагиоклаза: а) на границе замещения анортита битовнитом (рис. 4); б) на границе основного плагиоклаза состава лабрадор —битовнит (№ 68—75), и скаполита. Цельзиан находится в ассоциации с одиночными мелкими зернами барита. Характерной особенностью состава цельзиана является высокое содержание примесей Са, Mg и Sr (1—2 мас. % СаО, 1.7 мас. % MgO, 1.7— 7.7 мас. % SrO) (см. таблицу, ан. 9, 10). В составе битовнита, лабрадора и барита также отмечен SrO (1.0—3.5,1.0— 1.6 и 0.92 мас. %). Цельзиан, развитый по анортиту, содержит Cls65—75, по лабрадору — битовниту — Cls80—85.

Цельзиан в кварците представлен кристалломорфными одиночными зернами размером в среднем 31 х 46 мкм, расположен в центре кварцевого зерна. Характеризуется наибольшим содержанием ВаО — 35—39 мас. % (Cls92—95), из примесей только К2О — до 1 мас. % (см. таблицу, ан. 11).

Обсуждение результатов и выводы

В результате проведенных исследований было выявлено, что Kfs бариевый в скаполит-диопсид-кальци-товой породе характеризуется неоднородностью состава, увеличением количества Ва к краю зерна (центр — 10.6—14.5, край — 13.2—19.5 мас. % ВаО). Изученный минерал отличается от Kfs барийсодержащего (до 4.0 мас. % ВаО) [7, 14] не только количеством Ва в составе, но и более высокими содержаниями Na и Са. Особенность состава Kfs бариевого может быть обусловлена расположением скаполит-диопсид-кальцитовой породы в зоне бластомилонитов и нахождением рядом щелочных пород центральной полосы с высоким содержанием Ва.

В составе цельзиана, развитого по основному плагиоклазу, отмечены значительные вариации содержания СаО (0.4—3.6 мас. %). Образование его связано с при-вносом Ва и Na в скаполит-диопсид-кальцитовую и ди-опсид-плагиоклазовую породы. При этом в основном плагиоклазе пород уменьшается содержание Са, анортит переходит в битовнит и лабрадор. Характерно, что плагиоклазы не содержат Ва. Кроме этого, в породах биотит-амфибол-плагиоклазовой [8] и диопсид-плаги-оклазовой, расположенных в метагипербазитах на вост. берегу оз. Б. Ишкуль, цельзиан содержит повышенное содержание Mg (1.6—3.3 мас. %), который, вероятно, был привнесен из серпентинитов.

Следовательно, образование Kfs бариевого в скаполит-диопсид-кальцитовой породе и цельзиана в кварците связано с формированием этих метасоматических пород. Цельзиан в скаполит-диопсид-кальцитовой и диоп-сид-плагиоклазовой породах выделился в результате более поздних метасоматических процессов.

Время образования бариевых полевых шпатов, возможно, сопряжено с поздними процессами скаполити-зации, проявленными в комплексе в виде протяженных пироксен-скаполитовых тел, и датируется U-Pb-методом по цирконам = 300 млн лет [4].

Температура образования Kfs бариевого в скаполит-диопсид-кальцитовой породе составила 610—660 °С. Цельзиан в скаполит-диопсид-кальцитовой и диопсид-плагиоклазовой породах образовался при Т = 560—610 °С. При сходных Р-Т-условиях сформировался цельзиан из амфибол-плагиоклаз-скаполит-пироксеновой породы (530—570 °С) [3]. Цельзиан в кварците баритовой жилы самый низкотемпературный (Т = 450 °С) из исследованных бариевых полевых шпатов.

Таким образом, образование бариевых полевых шпатов связано с поздними гидротермально-метасоматическими процессами, которые произошли после формирования щелочно-карбонатитовых пород комплекса (О3). Поздний региональный сдвиг (Р3—Т1) способствовал преобразованию пород комплекса в условиях амфиболитовой фации метаморфизма, когда по проницаемым зонам (разрывным нарушениям) привносился Ва и концентрировался в минералах при понижении температуры.