Минералы ультрамафитов Карабашского массива (Южный Урал)

Ультрамафитовые комплексы имеют ключевое значение в познании геодинамической истории Урала. Одним из основных вопросов в истории их образования и эволюции является вос становление термодинамических и возрастных параметров формирования их нижней гипербазитовой части. Присутствие альмандин-пиропового и гроссу-ляр-пиропового граната и ортопироксе на с высоким количеством алюминия в ультрамафитах рассматривается как индикатор глубинных условий их формирования. Гранатсодержащие ультра-мафиты трактуются как глубинные включения — мантийные «ксенолиты». Карабашский массив рассматривается как месторождение альпинотипных ги-пербазитов, известен наличием в нем золоторудных проявлений и родингитов. Массив расположен на Южном Урале, примерно в 50 км севернее г. Миасса. Сложен серпентинизирован-ными гарцбургитами и дунитами, в которых выделяются два этапа серпентинизации —лизардитовая и антигоритовая (рис. 1). Подробная информация по геологии массива, золоторудным проявлениям и родингитам изложена в многочисленных работах [13,14,15,18 и др.].

Методика исследований

Выполнено минералого-петрографическое исследование серпенти-низированных гарцбургитов и дунитов. Микрозондовый анализ состава минералов произведен на растровом микроскопе РЭММА—202М с микроанализатором в лаборатории КМИМ Института минералогии (аналитик В. А. Котляров). Ускоряющее напряжение — 20 КВт, ток на образце — H*10-10A. Стандарты: AstJMEX scientifie Limited MJNM 25—53 Mineral Mount serial № 01—044.

Состав минералов

Серпентинизированные ультра-мафиты — дунит и гарцбургит — сложены антигоритом (85 %), оливином (5 — 10 %), пироксенами (2 — 5 %), хлоритом (2 — 4 %) и карбонатом (2 %). Редкие минералы представлены гранатом, амфиболом, флогопитом, рутилом и титанитом, плагиоклазом и калиевым полевым шпатом, кианитом и мусковитом, магнетитом, хром-шпинелидами, апатитом, пиритом (см. таблицу). Оливин представлен зернами изометричной формы. В гарцбургите окружен зернами диопсида. Зерна диопсида имеют хлоритовую кайму. По составу он отвечает высо-комагнезиальной ( # Mg = 0.93 — 0.95) разновидности, содержит до 0.1 мас. % Ni (таблица, № 1). Клинопироксен представлен диопсидом. Диопсид по составу соответствует низкожелезистой разновидности (# Mg = 0.97 — 0.98) с низким содержанием Al (до 0.12 к. ф.), Cr (до 0.07 к. ф.) и Na (до -0.03 к. ф.) (таблица, № 2, 3) и по содержанию вышеперечисленных элементов сопоставим с клинопироксенами высокобарических ультрамафи-тов Главного Уральского разлома. Ортопироксен отвечает железистому ( # Mg = 0.68) алюмобронзиту (табли-

Рис. 1 . Схемы геологического строения:

а) вишнево-ильменогорского полиметаморфического комплекса (по данным А. И. Русина, 2006): 1 — селянкинский комплекс — амфиболит-гнейсово-плагиомигматито-вый (Ar-Pt₁); 2 — массивы миаскитов (O 2 ); 3 — бластомилониты гранитоидного и сиенитового состава (P 2 -T 1 (?); 4 — милониты Кыштымского сдвига-надвига; 5 — «елан-чиковская серия плагиосланцев и мигматитов инъекционного типа»; 6 — саитовская метатерригенная серия; 7 — зеленосланцевые осадочно-вулканогенные комплексы Западно-Магнитогорской и Арамильско-Сухтелинской зон; 8 — увильдинский монцо-нит-гранитный комплекс (Pz₃); 9 — гнейсовидные граниты кисегачского комплекса;

10 — метагипербазиты [11];

b) Карабашского массива: 1 — кремнистые и кварц-серицитовые сланцы, метавулканиты, O₂; 2 — андезиты, базальты, сланцы кварц-серицитовые D 2 ; 3 — серпентинизированные ультрамафиты; 4 — родингитовые жилы; 5 — карбонат-хлоритовые жилы; 6 — рибекитовые породы; 7 — разломы; 8 — точки опробования

Fig. 1 Geological structure maps:

• a)    vishnevo-ilmenogorsky polimetamorphic complex (according to A. I. Rusin, 2006): 1 — selyankinsky complex — amphibolite-gneiss-plagiomigmatite rocks (Ar-Pt₁); 2 — mi-askite massifs (O₂); 3 — blastomylonites of granitic and syenitic composition (P₂-T 1 (?); 4 — mylonites of Kyshtym shear-thrust; 5 — elanchikovskaya sequence of plagioshales and injection migmatites; 6 — saitovskaya metaterrigenous sequence; 7 — greenschist volcanic sedimentary complexes ofWest Magnitogorsk and Aramil-Sukhteli zones; 8 — uvildinsky mon-zogranitic complex (Pz₃); 9 — gneissic granites of Kisegach complex; 10 — metaultramafic rocks [11];

• b)    Karabaschsky massif: 1 — siliceous and quarz-serizite schists, metavolcanites, O₂; 2 — andesites, basalts and quartz-sericite schists D₂; 3 — serpentinized ultramafic rocks; 4 — rodingite veins; 5 — carbonate-chlorite veins; 6 — riebeckite rocks; 7 — faults; 8 — sample location

ца, № 4, 5) с предельно высоким содержанием Al (AlIV = 0.25 — 0.41 к.ф. и AlV1 = 0.41 — 0.44 к.ф.), Na (0.10 — 0.13 к.ф.) и Ca (0.03 к. ф.). Алюмобронзит с содержанием Al до 12 мас. % определен в пироп-бронзит-силлима-нитовых кристаллических сланцах Восточного Становика [4]. Содержание Al в ортопироксенах пироповых вебстеритов Миндякского массива (Al2O31.4—5.9 мас. %), ультраоснов-ных включений эклогитов в кимберлитах не превышает 6.0 мас. % (рис. 2, a). Серпентин (антигорит и лизардит) замещает оливин и пироксен, высоко-магнезиален (# Mg = 0.96—0.99) при вариации содержаний Si = 3.7—4.1 к. ф., A1 = 0.1 — 0.6 к. ф. и Cr 0.1 — 0.2 к. ф. (таблица, № 6). Гранат из сер-пентинизированного дунита и гарцбургита (анализировано 34 зерна) характеризуется сложным составом (рис. 2, b, таблица, № 7—14). Альман дин-пироп (1 зерно) отмечен высоким содержанием гроссулярового и низким — спессартинового компонентов (Prp43Alm28Sps1Grs28). Пироп-альмандин (Prp17-30A1m54-64Sps2-14Grs9-15) и альмандин (Prp6-18A1m56-86Sps1-14Grs2-24) представляют большую часть исследованных гранатов (24 зерна); для пироп-альмандина характерно замещение Mg на Mn, а для альмандина — Mg + Fe на Mn и Ca + Mn на Fe. Спессартин-альмандин (4 зерна) имеет низкое содержание кальциевого и пиропового компонентов (Prp7-10x xA1m42-59Sps25-44Grs3-15). Андрадит-гроссуляр (2 зерна) содержит кальциевый компонент до 85 мол. %. Аль-мандин-пироповый гранат расположен на диаграмме Ca-comp — Alm + Sps — Prp в поле гранатов высокобарических пород (клинопиро-ксенитов) массива Миндяк и гранат-амфибол-пироксеновых пород из центральной части массива Узянский Крака. Пироп-альмавдин малокальцие-вый (до 9 мол. %) сопоставим с гранатом из серпентинизированных гарцбургитов Алапаевского и Намазнинского массивов, от которых отличается более высоким содержанием спессартинового компонента (2—10 мол. %). Особое место занимают альмандины и спессартин-альмандины с содержанием спессартинового компонента 22—44 мол. % при колебании кальциевого компонента 3 — 25 мол. %. Такие гранаты, которые Н. В. Соболев [15] относит к гранатам, богатым Mn, редким породам, сопоставимы с гранатами редко-металльных пегматитов. Однако в работе [16] отмечается присутствие в алмазах включений гранатов с повышенной примесью MnO (более 0.5 мас. %) в незначительных количествах (2—5 %) различных месторождений, а в месторождениях Якутии для

Представительные анализы минералов из ультраосновных пород Карабашского массива

Analysis of minerals from Karabash massif

№	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
Оксиды	Ol	Di	Di	En	En	Srp	Grt	Grt	Grt	Grt	Grt	Grt	Grt
SiO,	41.5	51.0	53.7	44.1	48.1	42.8	38.9	37.9	37.0	38.9	40.8	37.7	37.3
TiO,	0.00	0.07	0.00	0.29	0.23	0.00	0.00	0.06	0.01	0.18	0.00	0.03	0.00
A1,O,	0.00	3.03	1.88	20.0	15.3	1.28	22.1	21.3	20.2	18.5	23.0	21.5	21.3
Cr,O,	0.00	0.40	0.24	0.00	—	0.07	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00
FeO	6.92	1.15	0.96	14.4	15.0	1.31	25.8	24.6	19.5	6.1	13.5	25.1	20.0
MnO	0.63	0.05	0.00	0.25	0.36	0.00	0.77	6.28	19.3	0.65	0.28	4.34	14.5
MgO	51.4	23.9	20.9	17.6	18.1	40.3	7.85	4.31	2.58	0.65	11.5	2.83	17.8
CaO	0.00	19.4	22.2	0.68	0.86	0.00	4.49	5.46	1.17	35.0	10.5	8.27	4.99
Na,0	0.00	0.48	0.00	1.89	1.35	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00
K,0	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00
VA	0.00	0.00	0.00			0.00					0.00	0.00	0.00
z	99.45	99.48	99.88	99.21	99.30	85.76	99.91	99.91	99.76	99.98	99.58	99.77	99.87

№	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26
Оксиды	Grt	Rt	Ts	Hbl	Phl	Tr	Ttn	An	Pl	Pl	Kfs	Ky	Ms
SiO,	36.6	0.54	45.9	51.4	40.3	57.5	28.6	44.0	61.4	64.4	64.7	36.2	46.4
TiO,	0.00	97.0	2.90	1.35	4.73	0.01	41.3	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.49
A1,O,	20.1	0.18	13.8	9.67	17.4	1.26	1.13	35.8	23.9	21.9	18.5	61.0	36.6
Cr,O,	0.00	1.22	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00
FeO	38.8	0.02	6.15	6.01	5.98	2.50	0.53	0.00	0.00	0.00	0.00	2.0	1.10
MnO	1.25	0.09	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00
MgO	2.23	0.00	16.6	17.4	20.8	23.9	0.43	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.96
CaO	0.58	0.00	11.4	10.0	0.00	12.1	28.0	19.8	6.38	3.88	0.00	0.00	0.00
Na,0	0.00	0.00	1.65	2.25	1.14	0.63	0.00	0.16	7.84	9.52	0.21	0.00	1.41
K,0	0.00	0.00	0.15	0.24	6.45	0.11	0.00	0.00	0.42	0.00	16.0	0.00	8.98
VA	0.00	0.49	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00
Z	99.56	99.54	98.55	98.32	96.80	98.01	99.99	99.76	99.94	99.70	99.41	99.20	95.94

Индексы минералов: Ab — альбит, An — анортит, Di — диопсид, En — энстатит, Grt — гранат, Hbl — роговая обманка, Kfs — полевой шпат, Ky — кианит, Ms — мусковит, Ol — оливин, Phl — флогопит, Pl — плагиоклаз, Rt — рутил, Srp — серпентин, Ts — чермакит, Ttn — титанит, Tr — тремолит.

Mineral abbreviations: Ab — albite, An — anorthite, Di — diopside, En — enstatite, Grt — garnet, Hbl — hornblende, Kfs — K-feldspar, Ky — kyanite, Ms — muscovite, Ol — olivine, Phl — phlogopite, Pl — plagioclase, Rt — rutile, Srp — serpentine, Ts — tschermakite, Ttn — titanite, Tr — tremolite.

Рис. 2 . Вариации состава ортопироксенов (а), гранатов (b), амфиболов (с): 1,2 — ультрамафитов Карабашского массива: 1 — дунит, 2 — гарцбургит; 3, 4 — высокобарических пород массива Миндяк [8, 9]: 3 — пироповый вебстерит, 4 — гранатовый пироксенит; 5 — гранатовые клинопироксениты района д. Бурангулово [9], 6 — гарцбургит Алапаевского и Намазнинского массивов [2], 7 — гипербазит массива Крака [7], 8 — ультраосновная порода [15], 9 — гранатовый пироксенит и вебстерит массива Ронда [22], 10, 11 — вулканических пород [6]: 10 — базальт Алтае-Саянской складчатой области, 11 — вулканиты Урала; 12 — лерцолит и гарцбургит Кемпирсайского массива [13]

Fig. 2. Composition varieties of orthopyroxenes (a), garnets (d), amphiboles (c): 1, 2 utramafic rocks of Karabash massif: 1 — dunite, 2 — harzburgite; 3,4 — high pressure rocks of Mindyak massif [8, 9]: 3 — pyrope websterite; 4 — garnet pyroxenite; 5 — garnet clinopyroxenites from the area near the Burangulovo Village [9]; 6 — harzburgite from Alapayevsky and Namazninsky massifs [2]; 7 — ultramafick rock from Kraka massif [7]: 8 — ultramafic rocks [15]; 9 — garnet pyroxenite and websterite from Ronda massif [22]; volcanic rocks [6]: 10 — basalt from Altay-Sayany fold belt; 11 — volcanites from the Urals; 12 — lherzolite and harzburgite of Kempirsay massif [13]

гранатов из алмазов содержание MnO достигает 6.87 мас. %. Гранаты с повышенным содержанием Mn (Prp10-17x xAlm61-65Sps8-12Grs12-15) нередки в глаукофановых сланцах максютовского комплекса. Андрадит-гроссуляр — характерный минерал родингитов. Рутил характеризуется содержанием Cr = 0.4— 1.2 мас. % и V = 0.5 —0.9 мас. % (таблица, № 15). Зерна рутила содержат включения чермакита, роговой обманки и флогопита. Чермакит (таблица, № 16) отвечает магнезиальной разновидности (# Mg = 0.83), имеет повышенное содержание Ti = 0.30 к. ф. и Na = 0.44 к. ф. Магнезиальная роговая обманка (# Mg = = 0.84) содержит меньшее количество Ti = 0.14 к. ф. и большее Na = 0.60 к. ф. Количество AlIV в чермаките и роговой обманке одинаковое и варьирует в пределах 0.57—0.61 к. ф. (рис. 2, c, таблица, № 17). Флогопит относится к низкожелезистой (# Mg = 0.86), высокотитанистой (0.25 к. ф.) разновидности (таблица, № 18). Тремолит представлен низкожелезистой разновидностью (#Mg = 0.94—0.95) и содержит Na = 0.14—0.16 к. ф. (таблица, № 19). Титанит включает небольшое количество Al = 1.1—1.4 мас. % (таблица, № 20). Плагиоклаз соответствует аль-бит-олигоклазу и анортиту (таблица, № 22,23). Калиевый полевой шпат раз вит в ассоциации с альбитом, содержит до 1.5 мас. % Ba (таблица, № 24). Кианит и мусковит находятся в срастании. Мусковит характеризуется повышенным содержанием Na (до 0.18 к. ф.). Карбонаты представлены кальцитом, доломитом и магнезитом. В кальците содержание Mg доходит до 1.8 мас. %, в доломите и магнезите содержание Fe + Mnдостигает 2 мас. %. Магнезит развит по оливину.

P-T-условия формирования

Карабашского массива

В ультрамафитах Карабашского массива определен широкий спектр минералов, однако большинство из них представлены в очень малом количестве и имеют многочисленные вторичные изменения, что не позволяет выделить среди них равновесные минеральные ассоциации и последовательность их образования. Для ортопироксенов установлено, что содержание Al в их составе определяется температурой и давлением, а количество Ca находится в прямой зависимости от температуры [19]. Образование в дуните алюмобронзита с предельно высоким содержанием Al = 15 — 20 мас.% оценивается Т = 1050— 1350 °С при Р = 30 кбар, а по содержанию Ca = 0.7 — 0.9 мас % — Т = 1000— 1100 °С. По геотермобарометру [20], исходя из содержания Ca в ортопироксене, определены Т = 1104 °С при Р = 30 кбар. Распределение железомагнезиальных элементов в пироп-альмандине (Prp30Grs12, # F = 65.5) и алюмобронзите (# F = 32.3) соответствует кривой распределения железистости граната и ортопироксена по Н. В. Соболеву [15], что позволяет предполагать их равновесность, однако расчет Т при Р = 30 кбар дает более низкое её значение (632 °С). Вы-сококальциевый альмандин-пироп (Prp43 Ca-comp28), согласно экспериментальным данным [1] и сравнению его с гранатами дистеновых эклогитов из кимберлитов и других ультравысо-кобарических пород, вероятно, образован при Р > 20—23 кбар. Чермакит и роговая обманка, согласно определению по амфиболитовому геотермобарометру [5] и по содержанию Ti в амфиболе, образованы при Т = 925— 930 °С, Р = 10—11 кбар и Т = 650— 700 °С, Р = 7.5—8 кбар соответственно. Флогопит, судя по высокому содержанию в нем Ti > 4.5 мас. %, Si > 2.8 к. ф. и экспериментальным данным в системе KMASH (Ph + Tlc = Ph + Ky + Q и Ph + Kfs + Q) [21], мог формироваться при P ~ 10—25 кбар и Т = 350— 785 °С. Ассоциация кианит + мусковит по содержанию Si = 3.02 к. ф., показателям мусковит-гранатового гео- термометра [23] (Ms — # Mg = 0.61, Na = 0.18 к .ф. + Gt - # Mg = 0.19-0.24, Prp17Ca-comp15) и по расчетным экспериментальным данным образована при Т = 600—667 °C и Р = 7 кбар.

Выводы

В ультрамафитах Карабашского массива выявлены минералы, свидетельствующие о полиметаморфичес-ких преобразованиях ультрамафитов, имеющих признаки глубинного мантийного происхождения. Альмандин-пироп (Prp₄₃Grs₂₈) и алюмобронзит (Si⁴⁺ = 1.59 — 1.75 к. ф.) отражают высокотемпературные (T = 1050 — 1350 °C) и высокобарические (P >  27 — 30 кбар) условия метаморфизма протолита ультрамафитов. Чермакит, роговая обманка и флогопит свидетельствуют о понижении температуры и давления (Т = 600 — 700 °C и Р = 10 — 11 кбар) при дальнейшем преобразовании ультрамафитов, обусловленном их подъемом в верхние горизонты при воздействии Al, K, Ca, Н 2 О-флюида. Кианит + мусковит и андрадит-гроссуляровый гранат являются минералами метосомати-ческих процессов, характерных для сдвиговых зон [3, 11].