Гипергенная марганцевая минерализация в пегматитах Ильменских гор

Ильменогорский полиметамор-фический комплекс расположен в пределах Восточно-Уральского поднятия и представляет собой глубинный срез регионального сдвига, сложенный различными по составу метаморфическими породами, претерпевшими хрупко-пластичные деформации [1]. В пределах комплекса развиты плутонические породы различного состава, от ультраоснов-ных до кислых и щелочных (метаги-пербазиты, гранитоиды, сиениты, миаскиты и др.). Наибольший научный интерес связан с пегматитовыми жилами (гранитными, сиенитовыми, миаскитовыми), содержащими самоцветы, минералы РЗЭ и редких металлов.

Гипергенная марганцевая минерализация отмечалась многими исследователями как «дендриты марганца» и «порошковатые массы черного цвета», наличие марганца в них определялось качественными реакциями [2], но минералогические исследования данных образований не проводились.

Цель данной работы — качественная характеристика минерального и химического состава гипер генных минералов марганца, а также оценка источника минералообразующих компонентов.

Методики исследования

Аналитические исследования проводились в центре коллективного пользования Института минералогии УрО РАН г. Миасса. Минералы диагностированы по дифрактограм-мам (автоматизированный ДРОН-2, Fe-K _a -излучение, аналитик Е. Д. Зе-нович) с точностью до минеральной группы. При помощи электронного микроскопа с энергодисперсионным анализатором Vega-3 Tescan (аналитик И. А. Блинов) исследовалось внутреннее строение агрегатов и химический состав.

Объекты исследования и их минералогическая характеристика

Были изучены образцы с марганцевой минерализацией из амазонитовых пегматитов копей № 411 (полевые сборы автора) и № 63, а также из эгирин-авгитового сиенитового пегматита нового щебеночного карьера (НЩК) из коллекции Б. В. Чеснокова. Глубина отбора проб — от 0.2 до 3.0 м в копях, до 10 м в щебеночном карьере.

Копь № 411 находится в центральной части Ильменского заповедника (рис. 1). Вскрыта жила амазонитового пегматита мощностью до 6 метров северо-восточного простирания с крутым падением, залегающая в амфиболитах. Характерной особенностью жилы является наличие миароло-вых полостей с кристаллами микроклина и кварца, покрытых друзами мелких кристаллов берилла и мусковита. Часто данные друзовые агрегаты бывают покрыты корками и почковидными агрегатами гидроксидов марганца. Также марганцевые гидроксиды развиты по трещинам в виде пленок и дендритовидных агрегатов.

Агрегаты гидроксидов марганца имеют темно-бурый до черного цвет и матовый блеск. В разрезе почки представляют собой пористый агрегат радиально-лучистого зонального строения, сложенный пластинчатыми кристаллами до 100 мкм в максимальном сечении, с включениями обломков кварца, полевых шпатов и слюд.

Картина рентгеновской дифракции близка эталонному спектру то-дорокита (Ca, K, Na, Mg, Ba, Mn) x

Рис. 1. Схема расположения объектов исследования (копи № 411, 63 и НЩК) в Ильменском заповеднике

x (Mn, Mg, Al)₆O₁₂-3H₂O (линии 9.68, 4.82, 2.41 E (JCPDS 18-1411) с примесью кварца (линии 4.26, 3.34 E) и, возможно, карбоната (линии 2.87 и 1.82 E). Но, по данным микрозондо-вого исследования, содержания бария значительно превосходят содержания других катионов, что характерно для романешита, имеющего иную структуру и, соответственно, рентгенограмму. Данное противоречие требует дальнейшего изучения. Центральные части сферолитов более крупнозернисты и обогащены барием (до 11 мас. % Ba); к периферии содержание его снижается (см. таблицу). Поверхности почек покрыты идиоморфными кристаллами барита размером до 2 мкм, внутри агрегата также встречаются его вростки.

Копь № 63. Находится в южной части заповедника, заложена на жиле амазонитового пегматита, залегаю-

Химический состав гидроксидов марганца, мас. %

Примечание. 411-1,411-2 — Ba-тодорокит (копь 411); 63-1 —голландит, 63-2,63-3 — тодорокит (копь 63); нщк-1 — голландит из ядра сферолита; нщк-2 — бернессит из ядра сферолита; нщк-3 — бернессит из периферии сферолита; нщк-4 — голландит из периферии сферолита; нщк-5 — криптомелан (НЩК).

щей в тонкополосчатых гранитогнейсах и амфиболитах. Мощность жилы до 2.5 метров. Характерной особенностью минералогии жилы является большое количество гельвина с содержанием марганца до 35 мас. % 1 . Корки гидроксидов марганца развиты по трещинам в графическом пегматите, имеют буровато-черный цвет, полуметаллический блеск. Внутреннее строение корки ритмично-зональное, параллельно-шестоватое и сферолитовое. В разрезе ритмы плотного скрытокристаллического строения сменяются ритмами рыхлых агрегатов пластинчатых кристаллов (рис. 2, а). Плотная скрытокристаллическая фаза представлена голландитом Ba(Mn₆⁴⁺,Mn₂²⁺)₈O₁₆ с содержанием бария свыше 5 мас. %, а рыхлый агрегат пластинчатых кристаллов — тодо-рокитом (Ca, K, Na, Mg, Ba, Mn) (Mn, Mg)₆O₁₂-3H₂O с содержанием бария от 3 до 5 мас. % (см. таблицу).

Дифрактограмма агрегата соответствует смеси тодорокита (линии 9.65, 4.78, 2.394 E, JCPDS 18-1411) и минералов группы криптомелана (линии 6.98, 4.85, 3.19, 2.4, 2.16 E, база Минкрист, запись № 1089), что согласуется с данными определения состава.

Новый щебеночный карьер находится на западной границе Ильменского заповедника, заложен в фени-товом ареоле миаскитового массива. В фенитах залегает множество жил пегматитов различного состава и карбонатных жил с содержанием марганца в карбонатах до 6.5 мас. % [3]. Марганцевые гидроксиды развиты по трещинам пегматитов и вмещающих фенитов и сиенитов, в друзовых полостях в виде дендритов и порош- коватых масс. Исследованные образцы представляют собой обломки плотных дендритовидных и почковидных корок черного цвета с матовой поверхностью и полуметаллическим блеском на свежих сколах.

Основные отражения на диф-рактограмме соответствуют группе криптомелана (линии 6.98,4.92, 3.12, 2.4, 2.17 E, база Минкрист, запись № 1089), но можно также выделить слабые размытые отражения (гало), характерные для слабоупорядоченных минералов со слоистой структурой группы бернессита (линия 6.9 и кратные ей 3.45 и 2.3 E, база Минкрист, запись № 543). По химическому составу это голландит Ba(Mn₆⁴⁺,Mn 2 ²⁺)O₁₆, криптомелан K(Mn 7 ⁴⁺,Mn²⁺)O₁₆ и бернессит (Na,Ca,K,Mg)_x(Mn⁴⁺,Mn³⁺)₂O₄-1.5(H₂O), где х < 1 с повышенным содержанием магния и кальция.

Корки в срезе представляют собой колломорфные ритмично-зональные агрегаты с концентрически-зональными обособлениями. Центральная часть таких сферолитов сложена сетчатым агрегатом пластинчатых кристаллов бернессита с повышенным содержанием кальция в срастании с голландитом, ядро окружено концентрическими кольцами гидроксидов марганца (рис. 2, б). В каждом кольце можно выделить 3 зоны: ближе к центру сферолита развит бернессит с повышенным содержанием магния, в средней зоне — бернессит в срастании с голландитом и периферическая зона, состоящая из голландита. Четких границ между зонами нет. От центра к периферии сферолита размер индивидов увеличивается от первых микрон до

• ¹    Березин Б. А. Описание копей Ильменского заповедника: Отчет. Миасс, 1938.240 с.

  
  
  
  

  Рис. 2. Внутреннее строение корок гидроксидов марганца (изображение во вторичных электронах): а — смена плотного голландита (Hl) пластинчатым тодорокитом (Td), копь № 63; б — концентрически-зональный агрегат гидроксидов Mn (Hl — голлан-дит,В — бернессит), НЩК; в — скелетные кристаллы криптомелана (Cr) с баритом (Ba), НЩК

  
  

40 мкм. Окружающие сферолиты колломорфные агрегаты сложены голландитом с незначительными вариациями содержания бария. В полостях корок образуются скелетные кристаллы криптомелана с нарастающими на них расщепленными кристаллами барита (рис. 2, в).

Выводы

В гранитных и сиенитовых пегматитах Ильменских гор, залегающих в различных породах, установлены 4 гипергенных минерала марганца: тодорокит, бернессит, криптомелан и голландит, а также требующий уточнения диагностики минерал, структурно сходный с тодорокитом, но с высоким содержанием бария. Ранее эти минералы в пегматитах Ильменогорского комплекса диагностированы не были. Характерной чертой гидроксидов марганца в коре выветривания пегматитов является наличие минералов с высоким содержанием бария и практически полное отсутствие железа. В некоторых анализах присутствуют незначительные содержания Cu, Zn, P, Cl, S, которые можно интерпретировать как биогенные компоненты, а в ан-шлифах видны округлые образования, похожие на минерализованные гидроокислами марганца одноклеточные. Степень влияния микробиоты на химические и структурные особенности образующихся в коре выветривания пегматитов Ильменогорского комплекса марганцевых минералов требует более детального изучения.

Источником поступления минералообразующих компонентов, вероятно, являются разрушающиеся в коре выветривания минералы пегматитов (гранаты, гельвин, слюды) и вмещающих пород (слюды, пироксены), источником Ba — полевые шпаты, содержащие барий в небольших количествах, но за счет значительных масс субстрата достаточных для образования барийсодержащих гидроксидов марганца и барита.

Автор выражает благодарность Т. П. Нишанбаеву, Е. В. Белогуб, В. А. Попову, С. Н. Никандрову за советы и практическую помощь в процессера-боты.