Химические особенности минералов из редкой ассоциации известковых скарноидов Горной Шории

Первые упоминания о редких по минеральному составу известковых «скарнах» появились в 50-х годах прошлого столетия в публикациях В.А. Мокиевского и Е.И. Нефедова [2]. Они были обнаружены на территории Горной Шории (Кемеровская область) в междуречье Мрас-Су и Томи, в долине реки Ташелга недалеко от ее устья. Известность это проявление, в дальнейшем называемое нами Ташелгинским, получило после обнаружения в нем редкого минерала хибо-нита (ибонита) – (Ca, TR) (Al, Ti, Fe)12O19. Указанный минерал в эти же годы, но чуть ранее был описан на о. Мадагаскар, где его обнаружили совместно с корундом, шпинелью, торианитом и другими минеральными видами в обогащенных плагиоклазом метаморфизованных известняках. Е.И. Нефедовым в ташелгинских скарнах была выявлена новая минеральная фаза, названная им лодочниковитом и описанная как сложный оксид Al, Mg, Ca и Fe с указанием некоторых кристаллографических, оптических и физических свойств [2]. И хотя упоминания о лодочниковите можно найти даже в минералогических словарях [4], этот минерал не был зарегистрирован как новый вид [3]. Он не прошел процедуру официального утверждения в КНМ ММА в связи с тем, что сведений о нем было для этого явно недостаточно. Тем не менее, наличие данного потенциально нового минерала указывает на уникальность ташелгинских ассоциаций.

Ташелгинское проявление известковых скарноидов представлено маломощными (десятки сантиметров) зонами, вскрытыми канавами. Горные выработки и их состояние на момент наших исследований не дали оценить масштаб развития минерализации. Однако отобранные образцы в полной мере позволили изучить минеральный состав пород. В геологическом отношении проявление приурочено к Томскому выступу (северные отроги Кузнецкого Алатау), который представляет собой в регионе выход складчатого фундамента протерозойско-палеозойского возраста. Здесь среди метаморфических пород известны месторождения мрамора, рудопроявления магнетита, находки рубинсодержащих мраморов.

Скарноиды Ташелгинского проявления кроме доминирующего кальцита действительно содержат необычную минеральную ассоциацию, включающую, помимо хибонита, розоватокоричневый гранат, по составу приближающийся к гроссуляру, магнетит, везувиан, корунд (лей-косапфир), герцинит, апатит и перовскит. В краевых частях минерализованных зон появляются диопсид и скаполит.

Химический состав минералов определялся электронно-зондовыми микроанализаторами в ИЗК СО РАН аналитиками Т.И. Медведевой, Г.В. Богдановым, а также на кафедре минералогии МГУ В.К. Гараниным. Это позволило выявить их химические особенности (таблица) и рассчитать кристаллохимические формулы.

Главным минералом кальцифиров является кальцит. Содержание его – 50 % и более. Цвет серовато-белый иногда со слабым голубоватым оттенком. Другие минералы образуют в нем рассеянную вкрапленность либо желваковые срастания до 5-7 см в поперечнике. В шлифах зерна кальцита размером от 0,2 до 1,5 мм имеют неправильные формы. Они несут следы деформаций, проявляющихся в катаклазе зерен и смятии полисинтетических двойников давления. Химический состав минерала и его расчетная формула (Ca0,957 Si0,037 Al0,002)0,996 C0,983 O3 показывают, что это чистый кальцит без примесей магния, железа, марганца и других компонентов, которые были в исходных известняках. Вероятно, основная масса данного карбоната является продуктом поздней рекристаллизации в процессе повторного метаморфизма пород.

Экзотический минерал ташелгинских скарноидов – хибонит. В первых публикациях о нем он был ошибочно описан как хегбомит [1]. Именно под таким названием его рентгенограмма была приведена в рентгенометрическом определителе минералов В.И. Михеева. Возможно, это является причиной того, что первенство в открытии хибонита досталось о. Мадагаскару, а не нашей стране, так как те и другие скарноиды с минералом описывались примерно в одно и то же время.

В продуктах кислотного растворения ташелгинских кальцифиров содержание хибонита может достигать 50 %. Форма гексогональных кристаллов минерала идиоморфная, таблитчатая. Размер их в поперечнике до 30 мм при толщине 2 – 4 мм (рисунок). На гранях пинакоида видна пересекающаяся штриховка в трех направлениях, а грани дипирамид тонко горизонтально ис-штрихованы и несут фигуры травления в виде трапеций. Минерал имеет темно-коричневый, почти черный цвет и просвечивает коричневым в тонких сколах. На кристаллы хибонита обычно нарастают везувиан и лейкосапфир. Химические особенности минерала отражает таблица и расчетная формула Ca1,067 (Al10,053 Fe3+0,935 Ti0,512 Mg0,243 Si0,084 Mn0,016 )11,843 O19. Обращает на себя внимание отсутствие в составе ташелгинского хибонита редкоземельных элементов, например Ce, включенных в справочной литературе в химическую формулу минерала [2, 3].

5

J ^ ■- x II S  S X

5 Cxf 9 5 ^ Cxf

о

2 в

1

40" CO Ю) 40^ xt 40" 40"

1

1

04" m co oo^ 40 OO" C^ m oo"

о

1

oo

о

s 4 о с cd и

? X II 1 в X

40 4o" V4 xf 9 40"

R 9 OO Г-" ^ r1 R

Cxi

5 °

о

ч S с о S

8 m ? X 1 В X

Cxi OO^ —" 04 VB rI Al —" 40^ Ю

40 40^

о OO Cxf Cxf

40 O1 ? S

B"S SB oo"

xr" Cxi O1 Or R

5" ^

B'S о В

of 04

ч и о ^

§  m * X II 1 s X

of OO 04 xT xt Of XT 04 of 04

*oo

40 04^ of 04

к с 3

§  m * X II 1 s X

40 % О 5 s

o' 40 of Cxi

Cxi 04 ? 3^ 04 ^ OO v

40

B'S В °

04 of 04

о? Й

§ SA 1 В

04 OO О 40 OO oo"

я of ^H 40 OO oo"

04 40 —।

40"

04

о CO 04

$ o"^

о

Й cd

§ SA 1 в

Cxi 40 xA xO ^

oo о" 01 Cxi 0-1 04 o" 40^ Cxi of

*04 40^

О

Й

oo 04 BS 5°

OO 40^ oo" r- CO 04^ OO r^-"

9 Cxf S ^ Cxf

°\

cd m co ffl

? 9 J

04 xt oo co oo to m

OO o" 04 01 ^ >Л of xO ^ oo"

Cxi °4* ^ Cxf

*oo

5 $ В °

Ox $ °

4O" OO ^ co" 40"

5 ^

9 Cxf

о

ю X

? 9 J

oo oo op

40 Cxf ^h Ah Cxf Cxf

*oo 40 °\ of

o'

oo 40 ^

04 04^ oo" p Я В oo"

O1 OO ^

s of 04

«

40 Ol^ Cxf

О

О

9

о

S V О 5

О Й

q A

О fe

О £

о 2

О ao 2

9 о

q cd z

q iz

о H

О P^

О к

o' о

о

cd 2 2 и

Примечание. х min -х max – минимальные и максимальные содержания; х – среднеарифметические значения из n (числа) анализов; ^{* –} содержание Fe²⁺ пересчитаны на содержание Fe³⁺; химические составы везувиана, скаполита, апатита скорректированы по содержаниям H₂O и CO₂. Большинство анализов выполнены на электронно-зондовом микроанализаторе JXA–50A GEOL, режим съемки: V = 15 kV, J= 2-3·10^-8A. Эталоны: Mg – MgO, Al – Al 2 O 3 , Ti – TiO 2 , Si и Ca – CaMgSi 2 O 6 (диопсид), Fe – Fe 2 O 3 , Mn – MnO.

Везувиан в мраморах образует гипидиоморфные короткопризматические (бочонковидные), а также толстотаблитчатые кристаллы, имеющие «оплавленный» облик, обусловленный процессами поверхностного растворения. Они просвечивают, иногда прозрачны и окрашены в желтый цвет. Размеры кристаллов достигают 1-3 мм. Содержание их в продуктах кислотного растворения может быть 40 %. На везувиан нарастает гроссуляр, и они в свою очередь нарастают на хибо-нит. В кристаллах везувиана наблюдаются обильные включения минеральной фазы, названной лодочниковитом. Химические особенности минерала отражают данные таблицы и рассчитанная по ним формула: Ca9 (Fe2+0,487 Ca0,399 Mg0,306 Ti0,244Mn0,018 )1,454 (Al4,826 Fe3+0,266)5,092[(OH)4,01(SiO4)5 (Si3,319 Al0,681)4 О14]. Наиболее удачный пересчет химического состава минерала осуществляется на формулу везувиана промежуточного состава. Необходимо особо отметить аномальную гли-ноземистость данной разновидности минерала.

Химический состав гранатов изучен в двух зонах скарноидов. Там и там они являются гроссулярами с небольшой долей андрадитовой молекулы. Первый гранат находится в тесной ассоциации с хибонитом и везувианом. Его выделения представлены неправильными, ксеноморфны- ми, часто ноздреватыми кристаллами, несущими следы сильного поверхностного растворения.

Размер их достигает 5 мм. Минерал имеет красновато-коричневую окраску, полупрозрачен. Содержание этого граната в нерастворимом остатке соляной кислоты составляет примерно 2-3 %. Гроссуляр данной ассоциации содержит обильные пойкилобластовые включения кальцита и вкрапленность магнетита, а также минеральной фазы, названной лодочниковитом. Химический состав граната отвечает следующей кристаллохимической формуле: (Ca3,187 Mg0,106 Mn0,009)3,302

(Al1,556 Fe3+0,147 Ti0,139)1,842

[(Si2,689

Al0,311)3,00

O12.00].

Второй гранат был отобран в краевой зоне скарноидов. В ассоциации с ним выявлены диоп- сид, кальцит, скаполит. Агрегаты граната II яркого оранжево-красного цвета имеют вид сильно растворенных с поверхности кристаллов, с необычными формами, напоминающими «колбаски». По химическому составу эти гранаты отличаются от гранатов, ассоциирующих с хибонитом, что отражено в кристаллохимической формуле минерала: (Ca2,868 Mg0,054 Fe2+0,053)2,955 (Al1,651 Fe3+0,354

Рис. Пластинчатые кристаллы хибонита (темные) вместе с гипидиоморфными и ксеноморфными агрегатами кристаллов везувиана и граната на выветрелой поверхности скарноидов

Ti0,028)2,033 [(Si2,963 Al0,037 )3.00 O12.00]. Их отличает повышенная железистость и пониженная глинозе-мистость.

Шпинель, содержание которой в нерастворимом остатке составляет 1-2 %, по составу отвечает герциниту. Представлена она ксеноморфными выделениями черного цвета размером до 2-4 мм. На нее нарастают и частично врастают кристаллы везувиана и лейкосапфира. Под микроскопом шпинель представлена тонкозернистым агрегатом, находящимся в тесном срастании с магнетитом. Это предопределяет сильную магнитность данных минеральных выделений. Химические особенности минерала демонстрирует таблица с анализами и его кристаллохимическая формула: (Fe2+0,672 Mg0,308 Mn0,021)1,001 (Al1,98 Fe3+0,016 Ti0,002)1,998O4.

Одним из самых поздних по времени образования минералов считается корунд. В связи с тем, что он представлен белыми, иногда прозрачными ксеноморфными либо скелетными кристаллами, напоминающими снежинки, мы относим его к лейкосапфиру. Размер выделений корунда до 3 мм, а содержание в нерастворимом остатке около 1 %. Этот минерал нарастает практически на все остальные и встречается в срастании с лодочниковитом. Химический анализ лейкосапфира выявляет только небольшую примесь железа, и его формула отвечает этому: (Al1,994 Fe3+0,006 )2 O3.

Еще одним минералом скарноидов, упоминавшимся выше, является магнетит. Его содержание в нерастворимом остатке соляной кислоты около 1 %. Кристаллы магнетита очень мелкие, размером менее 1 мм. Форма их октаэдрическая. Часты также бесформенные выделения. Они рассеяны в кальците, образуют включения в шпинели и срастаются с лодочниковитом. Химический состав магнетита не изучался, однако можно предполагать его повышенную титанистость, на что обращали внимание другие авторы [2].

Один из редких минералов ташелгинских скарноидов – апатит. Он представлен рассеянными вкраплениями в кальците очень мелких (доли миллиметров) короткостолбчатых кристаллов со следами поверхностного растворения. Исходя из химического анализа (таблица) и рассчитанной формулы – (Ca5,095 Fe0,009 K0,004)5,109 (P2,785 Si0,214 Al0,002)3,001 O4 [(OН)0,787 Cl0,213], это гидроксилапа-тит с небольшой долей хлорапатитовой молекулы.

Самой необычной минеральной фазой Ташелгинского проявления считается вещество, описанное и названное Е.И. Нефедовым лодочниковитом. Представлено оно тончайшими игольчатыми просвечивающими кристаллами сине-зеленого цвета, длиной не более 1 мм, характеризующимися высоким уровнем идиоморфизма. Наши исследования подтверждают уникальность этой фазы, но мы намеренно опускаем здесь ее описание, так как она еще не зарегистрирована как новый минеральный вид. Сведения о ней должны сначала пройти процедуру утверждения в Комиссии по новым минералам Международной минералогической ассоциации (КНМ ММА) и лишь затем могут быть опубликованы в печати.

В приконтактовой зоне ташелгинских скарноидов выявлена несколько иная минеральная ассоциация. Здесь, при низком содержании кальцита, наблюдается насыщение породы серозеленым диопсидом, оранжево-красным гроссуляром и белым скаполитом. Гроссуляр этой зоны был охарактеризован выше, а кристаллохимические формулы оставшихся минералов следующие: диопсид – (Ca0,99, Na0,037)1,027 (Mg0,52 Fe0,41 Mn0,008 Ti0,003)0,941 [(Si1,973 Al0,068)2,041 O6]; скаполит – (Ca2,877 Na1,009 K0,139)4,025 [(Al4,950 Si1,065)6,015 Si6 O24] C0,997 O3. Из них видно, что диопсид данных пород содержит существенную долю геденбергитовой молекулы, а скаполит по составу близок мейониту с небольшой долей мариалитовой молекулы.

Анализ последовательности образования минералов ташелгинских скарноидов показывает, что первым кристаллизовался хибонит. Вторым – герцинит и тесно связанный с ним магнетит. На них нарастают везувиан, гроссуляр, лейкосапфир и лодочниковит. Если гроссуляр и основная масса везувиана образовывались почти одновременно, то позже кристаллизовались лейко-сапфир, а затем лодочниковит. Так как мы наблюдаем вростки последнего в везувиане, то это свидетельствует о наличии второй, более поздней генерации везувиана. Апатит встречен только в кальците, и время его образования оценить трудно.

В заключение мы хотим обратить внимание на то, что ташелгинские скарноиды слагает уникальная минеральная ассоциация, до сих пор не имеющая аналогов в мире. И хотя эти породы известны более полувека, они все еще остаются слабо изученными. Восполнить этот пробел и призвана данная работа. Отличительной чертой ташелгинских скарноидов служит их аномально высокая глиноземистость, что и предопределило появление редкого в природе алюмината кальция – хибонита, относимого к двойным оксидам (mCaO·nAl2O3) c идеализированной формулой CaO·6Al2O3. Такие соединения обычно получают искусственно, например, при производстве цемента путем спекания бокситов с известью.

С аномальной глиноземистостью пород связано появление и другой уникальной минеральной фазы, названной лодочниковитом, также более сложным по составу алюминатом кальция, магния и железа. Мы надеемся, что вскоре это будет предметом более обстоятельного обсуждения.