Кварц-кианит-мусковитовый магматический слюдит Борисовских сопок на Южном Урале

Кианитсодержащие горные породы Борисовских (Соколиных) сопок на Южном Урале освещены во многих публикациях, а также в последнем по времени обзоре (Коротеев и др., 2011). Традиционно происхождение кианитсодержащих горных пород в этом обзоре рассмотрено как метаморфическое и гидротермально-метасоматическое. Иногда встречаются указания на нахождение кианита в кварцевых жилах как телах заполнения полостей (Колисниченко, Попов, 2008).

Кианит в сланцах собственно Борисовского месторождения разнообразен по величине, форме, цвету, парагенезисам (Колисниченко, Попов, 2008). Основные сведения о минералогии кианитовых руд и геологии месторождения получены при разведке и частичной отработке его в 30-х годах прошлого столе- тия (Игумнов, Кожевников, 1935). Установлено, что линзообразные тела кианитсодержащих пород рас-сланцованы в разной мере, и в их составе могут преобладать мусковит (серицит) либо кварц, акцессорными являются рутил, пирит и турмалин. Некоторые из тел имеют слабое рассланцевание и форму линз или штоков, рвущих другие тела (рис. 1). Предположительно из таких тел в нашей коллекции выделены образцы с минимальной пластической деформацией (рис. 2), для которых нами предпринята попытка смоделировать онтогенез горной породы.

Исследования выполнены на образцах из коллекции С. В. Колисниченко, собранной в 90-х годах прошлого века. Задача данной статьи — показать один из примеров онтогенического анализа минерального агрегата для моделирования генезиса горной породы, имеющего дискуссионный характер.

Рис. 1. Схематический широтный геологический разрез в районе разведочного участка на Борисовских (Соколиных) сопках: 1 — гранит, 2 — мусковитовый сланец с кианитом, 3 — кварц-кианит-мусковитовая порода с лимонитом, 4 — мусковит-кварцевый сланец. По данным А. Н. Игумнова и К. Е. Кожевникова (1935), с небольшими изменениями

Fig. 1. Schematic latitudinal geologic section in the area of the exploration site on the Borisovskiye (Sokoliniye) hills: 1 — granite, 2 — muscovite shale with kyanite, 3 — quartzkyanite-muscovite rock with limonite, 4 — muscovite-quartz shale. According to A. N. Igumnov and K. E. Kozhevnikov (1935) with minor changes

Рис. 2. Структура кварц-кианит-мусковитовой породы: а — естественная поверхность; b — полированный препарат. Ms — мусковит, Qz — кварц, Ky — кианит (Борисовские сопки). Образец С. В. Колисниченко; фото В. А. Попова

Fig. 2. The structure of quartz-kyanite-muscovite rock: a — natural surface; b — polished preparation. Ms — muscovite, Qz — quartz, Ky — kyanite (Borisov hills). Sample by S. V. Kolisnichenko; photo by V. A. Popov

Методы исследований

Применялась обычная геолого-минералогическая методика исследований с элементами онтогении минералов: визуальные наблюдения текстуры агрегата; под микроскопом — структурно-морфологические особенности минералов, относительный возраст, предварительная диагностика; на микрозонде — дополнительная диагностика и химические особенности минеральных индивидов. Для установления генетического типа поверхностей между кристаллами использовалось препарирование минеральных сростков. Химический состав минералов изучался в полированных препаратах на сканирующем электронном микроскопе TESCAN Vega 3 (аналитик И. А. Блинов).

Результаты и обсуждение

Текстура агрегата исследованных образцов может быть названа однородной (массивной), структура — разнозернистой, порфировидной (рис. 3); по форме кристаллов минералов — столбчато-таблитчато-изометрич-но-зернистой. Породообразующие минералы — кварц, кианит и мусковит; акцессорные — рутил, пирит, турмалин, монацит, циркон, ксенотим. Преобладающей ориентировки у минералов в агрегате не обнаружено.

Кианит Al2SiO4. Минерал образовал крупные (до 4 см) столбчато-таблитчатые кристаллы неоднородного синего цвета с мелкими включениями рути- ла (0.05—1 мм) и пирита (0.01—0.3 мм). Неоднородность синего цвета обусловлена неконтрастной зональностью и секториальностью кристаллов и небольшими вариациями состава (по Fe и Cr), что видно в эмпирических формулах кианита (расчёт на 3 катиона) по точкам в одном кристалле (рис. 4): o — Al1.98Fe0.01Cr0.005 (SiO4)O; p — Al1.99Fe0.01(SiO4); q — Al1.98Fe0.02(SiO4)O. Со всеми контактирующими минералами кианит имеет индукционные поверхности одновременного роста. Кристаллы рутила и пирита распространены равномерно внутри и вне кристаллов кианита, тогда как кристаллы мусковита есть только снаружи индивидов кианита, но имеют с ним индукционные поверхности (с периферическими зонами роста). Кианит занимает около 20 % объёма образца (рис. 2).

Кварц SiO₂. Представлен округлыми зёрнами дымчатого (светло-серого) цвета, величиной 1—3 мм, равномерно насыщенными мелкими частицами мусковита, рутила и пирита. Некоторые зёрна кварца частично или полностью включены в более крупные индивиды кианита. Со всеми контактирующими минералами у кварца наблюдаются индукционные поверхности одновременного роста (рис. 5). Кварц составляет 5—7 % объёма образца.

Мусковит KAl₂(AlSi₃O₁₀)(OH)₂. Преобладающая (65—75 % объёма) ткань горной породы сложена мелкозернистым (менее 1 мм) желтовато-зеленоватым таблитчатым мусковитом. Индивиды мусковита по химическому составу сравнительно однородны, что заметно и в эмпирических формулах (расчёт на 7 кати- 37

онов) по данным микрозондовых анализов в разных точках препарата (рис. 5, а, точки b—d ):

b — K 0.70 Na 0.19 Fe 0.11 Mg 0.07 Ti 0.04 Al 1.90 (Si 3.08 Al 0.92 )

O 10 (OH) 2 ;

c — K 0.70 Na 0.20 Fe 0.11 Mg 0.06 Ti 0.04 Al 1.88 (Si 3.05 Al 0.95 ) O 10 (OH) 2 ;

d — K 0.66 Na 0.22 Fe 0.11 Mg 0.07 Ti 0.04 Al 1.90 (Si 3.05 Al 0.95 ) O 10 (OH) 2 ;

j — K 0.62 Na 0.24 Fe 0.13 Mg 0.05 Ti 0.03 Al 1.88 (Si 3.05 Al 0.95 ) O 10 (OH) 2 .

Индивиды мусковита имеют только индукционные поверхности одновременного роста со всеми минералами горной породы. Если кварцевые зёрна насыщены включениями мусковита, то в кианите включений мусковита нет, и индукционные поверхности есть только по периферии зёрен кианита (рис. 5). Одновременный с кианитом мусковит мог отталкиваться кристаллами кианита до тех пор, пока в жидкости (расплаве-растворе) было свободное от фиксированных твёрдых тел пространство. По-видимому, поверхности зёрен кианита и мусковита несут одинаковый заряд (отталкиваются), а мусковит и кварц — разнозарядные (притягиваются).

Рутил TiO₂. Мелкими (0.03—3 мм) зёрнами красного рутила насыщена вся исследуемая порода (рис. 3—5). Облик зёрен — короткостолбчатый. Поверхность зёрен — индукционная, что говорит о синхронной кристаллизации со всеми контактирующими минералами. В составе минерала есть Fe и V: a — Ti_0.99V_0.01 Fe 0.003 O 2 , f — Ti 0.98 Fe 0.01 V 0.01 O 2 .

Рутила в породе около 0.3 % по объёму.

Пирит FeS₂. Как и рутил, пирит насыщает мелкими (0.01—0.3 мм) кристалликами всю породу (рис. 4, 5), его существенно меньше по объёму (0.05 %). Индивиды имеют индукционные поверхности, лишь местами видны фрагменты граней куба. В составе пирита примесных компонентов не выявлено (ниже чувствительности использованного микрозонда).

Монацит-(Се) CePO₄. Минерал наблюдался только в виде микровростков (5—30 мкм) в разных породообразующих минералах (рис. 6). Химический состав монацита несколько варьирует, но картины неоднородности не видно:

i — Ce 0.40 La 0.20 Nd 0.16 Ca 0.08 Th 0.05 Pr 0.04 Gd 0.04 Sm 0.02 Dy 0.01 (P 0.97 S 0.03 O 4 );

m — Ce 0.43 La 0.21 Nd 0.16 Pr 0.05 Ca 0.04 Sm 0.03 Th 0.03 Dy 0.01 (P 0.98 S 0.02 O 4 );

n — Ce 0.42 La 0.22 Nd 0.15 Pr 0.04 Ca 0.05 Sm 0.03 Th 0.02 (P 0.98 S 0.02 O 4 ).

Ксенотим YPO₄. Ксенотим встречается редко в заметных выделениях при больших увеличениях и имеет состав: l — Y_0.75Dy_0.09Gd_0.08Er_0.03Tb_0.02Sm_0.01 Eu 0.01 Ho 0.01 (PO 4 ).

Циркон ZrSiO₄ образовал очень мелкие зёрна (первые микрометры) и наблюдается по всей породе. Примесных компонентов в цирконе не выявлено.

По тонким трещинкам в породе есть экзогенный лимонит , местами придающий породе жёлто-крас- 38

Рис. 3. Неравнозернистая структура кварц-кианит-мусковитовой породы. Ms — мусковит, Qz — кварц, Ky — кианит. BSE-фото

Fig. 3. Inequigranular structure of quartz-kyanite-muscovite rock. Ms — muscovite, Qz — quartz, Ky — kyanite BSE-photo

Рис. 4. Зерно кианита с включениями рутила и пирита. По периферии у кианита видны индукционные границы с мусковитом. Ms — мусковит, Rt — рутил, Ky — кианит, Py — пирит. BSE-фото

Fig. 4. Kyanite grain with inclusions of rutile and pyrite. The kyanite shows induction boundaries with muscovite at the periphery. Ms — Muscovite, Rt — rutile, Ky — kyanite, Py — pyrite. BSE-photo ный цвет и частично затушёвывающий истинную массивную текстуру минерального агрегата.

Заключение

Структура, текстура и геологическое положение изученной горной породы в виде штока или линзы среди рассланцованных пород позволяют предположить её магматическое происхождение. К этому же склоняют нас отсутствие метакристаллов, псевдоморфоз и «теней» предшествующих горных пород. Наличие индукционных поверхностей одновременного роста

Рис. 6. Синхронные включения рутила (Rt), монацита (Mnz) и ксенотима (Xtm) в кианите (Ky). BSE-фото

Fig. 6. Synchronous inclusions of rutile (Rt), monazite (Mnz) and xenotime (Xtm) in kyanite (Ky). BSE-photo

Рис. 5. Распределение мусковита (Ms) в слюдите: a — насыщенность в зёрнах кварца (Qz); b — отсутствие мусковита в индивидах кианита (Ky). Иллюстрация явления кристаллизации разнозаряженных минералов из жидкой среды. BSE-фото

Fig. 5. Distribution of muscovite (Ms) in mica: a — saturation in quartz grains (Qz); b — absence of muscovite in kyanite individuals (Ky). Illustration of the phenomenon of crystallization of differently charged minerals from a liquid medium. BSE-photo

между индивидами всех восьми минералов указывает на их парагенетические взаимоотношения. Такие агрегаты по структуре относятся к эвтектическим при кристаллизации расплавов-растворов. По минеральному составу изученную горную породу можно отнести к классу слюдитов (глиммеритов). В данном случае — кварц-кианит-мусковитовый слюдит. По-видимому, в природе чаще встречаются метасомати- ческие слюдиты (биотитовые, флогопитовые, муско-витовые и др.), но здесь морфологических признаков метасоматоза нет. Среди деталей формирования структуры горной породы интересен факт отсутствия включений мусковита в индивидах кианита, тогда как в синхронном с кианитом кварце наблюдается множество синхронных зёрен мусковита. Этот факт интерпретирован нами как «отталкивание» кианитом зёрен мусковита при кристаллизации в расплаве-растворе и одинаковости (плюс или минус) заряда на поверхности росших минералов. В процессах метасоматоза отталкивания зёрен минералов не происходит.