Rare minerals from metaultramafic of the Ilmeny-Vishnevogorsky complex (South Urals)

Ультрамафитовые массивы занимают ключевое положение в геодинамической истории Урала. Одним из основных вопросов их образования/прео-бразования является восстановление термодинамических и возрастных параметров формирования их нижней гипербазитовой части. Массивы ультрамафи-тов зоны сочленения Южного и Среднего Урала, к которым относятся и ультрамафиты ильмено-виш-невогорского комплекса, рассматриваются как аль-пинотипные, представляющие собой блоки верхней мантии [14]. Ультрамафиты ильмено-вишневогор-ского комплекса (ИВК) развиты в осевой части комплекса, в его восточном и западном обрамлениях. Они слагают относительно крупные серпентинитовые массивы (Булдымский, Ишкульский, Няшевский, Савелькульский и Уразбаевский), обладающие индивидуальными особенностями строения и минерального состава, а также представлены многочисленными мелкими будинообразными и линзовидными телами тальк-антофиллитовых, тальк-карбонатных, тре-молит-антофиллитовых и других пород.

Ультрамафиты и ассоциирующие с ними мафиты в структуре ИВК незакономерно рассредоточены в виде цепочек в зонах сочленения тектонических пластин (рис. 1). Основным типом пород массивов являются серпентиниты, которые содержат редкие реликтовые зерна оливина, пироксена, амфибола и хромшпи-нелида, т. е. могут иметь энстатит-оливиновый, энстатитовый и тремолит-энстатит-оливиновый состав. Геологическое положение ультрамафит-мафитовых массивов в комплексе, их минералогия, петрографическая характеристика и представление об образовании изложено в ряде работ [4—8, 10—12, 15].

Целью исследования было определение редких минералов и характеристика особенностей их химического состава, позволяющих определить условия обра-зования/преобразования ультрамафитов ИВК.

Объект и методика исследований

Объектом исследования являются редкие минералы из ультрамафитов ИВК-массивов: 1) Булдымского — серпентинизированный дунит (%): 70—86 Atg+ +Lz, 5 Ol, 2-5 En+Al-En, 3-5 Di+Fas+Omp, 2-3 Ts+

+Ed+Hbl+Tr+Gln и Chl, Cal, Mgs, Ttn, Rt, Zrn, Spl, Grt, Ph, Phl, Czo, Pl (проба K-2049, K-2052, K-2116); 2) Ишкульского — a) серпентинит (%): 80-95 Lz+Atg, 3 Ol, 3-5 En, 5-7 Di+Omp, 2 Hbl+Tr и Ilm, Ap, Zrn, Grt, Cal, Mgs, Mag (K-2117); — b) вебстерит (%): 5 Ol, 40-45 En, 25-30 Di, 10-15 Hbl+Prg+Tr и Spl, Ilm, Zrn, Grt, Mag, Srp (K-1872); 3) Няшевского — серпентинит (%): 7085 Srp, 5-7 Ol, 8 En+Al-En, 1 Di, 5 Ts+Ed+Hbl+Tr+Cum и Chl, Cal-Dol, Spl, Mag, Tlc, Grt, Phl, Ms, Ky, Scp, Fsp, Ttn, Zrn. (K-1885); 4) Савелькульского — серпентинит (%): 80-85 Srp, 3 Ol, 7 Di, 5 Ts+Hbl+Tr и Spl, Ilm, Zrn, Ttn (K-2136); 5) Уразбаевского — серпентинит (%): 7085 Srp, 5-7 Ol, 8 En+Al-En, 1 Di, 5 Ts+Ed+Hbl+Tr+Cum и Chl, Cal-Dol, Spl, Mag, Tlc, Grt, Phl, Ms, Ky, Scp, Fsp, Ttn, Zrn. (K-2077).

Исходные пробы (150-200 кг) дробились до фракции 0.25 мк, отмучивались, затем отмывались в открытой воде от легкой фракции. Остаточные и «тяжелые» части проб, объем которых обычно не превышал 0.2-0.5 см3, разбирались вручную под бинокуляром. Микрозондовый анализ состава минералов выполнен на растровом микроскопе РЭММА-202М с микроанализатором (ЮУ ЦЕЛ). Ускоряющее напряжение 20 KBт, ток на образце H* 10-10A. Стандарты: AstJMEX scientifie Limited MJNM 25-53 Mineral Mount serial № 01-044.

Особенности состава минералов

Гранаты ультрамафитов ИBK образуют гетерогенное сообщество, представлены широким спектром разновидностей пироп-альмандиновых, альмандиновых, гроссуляр-альмандиновых и спессартин-альман-диновых видов при вариации их состава Py₂ -27 ^Alm 1-6 ₈Sps_1-23, Ca-comp_3- 96 , #Mg = 0.06-0.28 (табл., рис. 2).

Рис. 1. Схематическая геологическая карта ильмено-виш-невогорского комплекса [8]: 1 — селянкинская серия амфи-болит-гнейсово-плагиомигматитовая (AR-PR 1 ); 2 — массивы миаскитов (O₃); 3 — милониты гранитоидного и сиенитового состава (P₂-T₁(?); 4 — милониты Kыштымского сдвига-надвига; 5 — еланчиковская толща, тектониты гранитоидного состава; 6 — саитовская серия, метатерригенная (S); 7 — зеленосланцевые осадочно-вулканогенные комплексы Западно-Магнитогорской и Арамильско-Сухтелинской зон; 8 — увильдинский монцонит-гранитный комплекс (Pz₃); 9 — гнейсовидные граниты Kисегачского массива; 10 — ультра-мафиты.

Цифры в кружках — ультрамафитовые массивы: 1 — Булдым-ский, 2 — Ишкульский, 3 — Няшевский, 4 — Савелькульский, 5 — Уразбаевский

Fig. 1. Schematic geological maps of the Ilmeny-Vishnevogorsky complex by [8].

1 — Selyankino Group: Archean to Early Proterozoic amphibolite-gneiss-plagiomigmatite rocks; 2 — Middle Ordovician miaskite massifs; 3 — Middle Permian-Lower Triassic (?) granitic and syenitic blastomylonites; 4 — mylonites of Kyshtym shear-thrust; 5 — Elanchik Sequence: plagioshales and injection migmatites; 6 — Saitovo Sequence: metaterrigenous roks; 7 — greenschist vol-canosedimentary complexes of West Magnitogorsk and Aramil-Sukhteli zones; 8 — Upper Precambrian Uvildy monzogranitic complex; 9 — gneissic granites Kisegach complex; 10 — ultramafic rocks.

Notes. In the diagram the numbers in circles — ultramafic massifs: 1 — Buldym, 2 — Ishcul, 3 — Nyashevo, 4 — Savelkul, 5 — Urazbaevo

По содержанию пиропового и кальциевого мина-ла гранаты можно объединить условно в пять групп. Пироп-альмандин (Py18-27, Alm60 6s- #Mg = 0.22—0.28) представлен двумя разновидностями: малокальциевой (Grs34) с повышенным содержанием марганца (Sps8-12) и кальциевой (Grs8-11) при низком содержании марганца (Sps < 3). От гранатов ультраосновных пород и серпентинитов они отличаются низким содержанием Py и повышенным содержанием Sps-миналов, наиболее соответствуют гранатам из пород гранулитовой фации, близки по составу гранатам из гнейсов селянкин-ского блока ИВК [9]. Пироп-альмандины аналогичного состава описаны в ультрамафитах Карабашского массива и в форстерит-энстатитовых породах максю-товского комплекса [1, 3, 11]. В незначительном количестве в ультрамафитах Уразбаевского массива развиты малокальциевые альмандины и спессартин-альман-дины (Py6-11Alm42-67 Sps3_44Grs2_5, #Mg = 0.06-0.11). Аналогичные гранаты характерны для разнообразных кварцитосланцев саитовской серии ИВК и установлены в ультрамафитах Карабашского массива и форстерит-энстатитовых породах максютовского комплекса. Большая часть гранатов соответствует кальциево-марганцевым альмандинам — марганцевым гроссуляр- альмандинам и кальциевым спессартин-альмандинам (Py4-17 Alm45-68 Sps5-19Grs15_31, #Mg = 0.07-0.17), они сопоставимы с наиболее распространенными гранатами метаморфических пород ИВК. Альмандин-гроссуляры (Py2-8Alm28-44Sps1-4Grs50-65, #Mg = 0.04-0.18) и грос-суляр-андрадиты (Py2Alm,12Sps,r Ca-comp85-96, #Mg = 0.1-0.14) представлены единичными зернами, отражают поздние процессы преобразования ультрамафитов.

Пироксены в основном представлены типичными для метаультрамафитов энстатитами (#Mg = 0.960.97, Si⁴⁺ = 1.94-1.97, Al V до 0.05 и Ca до 0.01 к. ф.) и диопсидами (#Mg = 0.96-0.98, Si⁴⁺ = 1.92-1.98, A VI до 0.03 и Na до 0.05, Cr до 0.001 к. ф.). Отмечаются энстатиты и диопсиды с повышенным содержанием оксида алюминия (Al V ¹ до 0.09 к. ф.). В генетическом аспекте наибольший интерес представляют находки алюмоэнстатита, фассаита и омфацита (табл., рис. 2). Алюмоэнстатиты по магнезиальности разделены на три группы. Низкомагнезиальные алюмоэнстатиты (#Mg = 0.66-0.68) найдены в слабосерпен-тинизированных ультрамафитах. Для их состава (Si⁴⁺ = 1.59-1.75, Al V = 0.41-0.47, Ca = 0.03 и Na = 0.100.13 к. ф.) характерно высокое содержание Al_общ, Al V ¹ и Na. Высокомагнезиальные алюмоэнстатиты (#Mg =

Рис. 2. Вариации состава гранатов (a), ортопироксенов (bI), клинопироксенов (bII), амфиболов (c), и хромшпинелидов (d) в ультрамафитах массивов: 1 — Булдымского, 2 — Ишкульского, 3 — Няшевского, 4 — Савелькульского, 5 — Уразбаевского, 6 — Карабашского

Fig. 2. Compasition variation of garnets (a), orthopyroxene (bl), clinopyroxene (bII), amphiboles (c) and chromespinelides (d) from ultramafic massifs: 1 — Buldym, 2 — Ishcul, 3 — Nyashevo, 4 — Savelkul, 5 — Urazbaevo, 6 — Karabash

Õèìè÷åñêèé ñîñòàâ è êðèñòàëëîõèìè÷åñêèå ôîðìóëû ìèíåðàëîâ èç ìåòàóëüòðàìàôèòîâ èëüìåíî-âèøíåâîãîðñêîãî êîìïëåêñà Chemical composition and structural formulae of the minerals from metaultramafic rocks of the Ilmeny-Vishnevogorsky complex

Îêîí÷àíèå òàáëèöû

Table ending

о	ООО^ООООНЧ0Ч0О4^ООЧ0МхЧ0^ГГ**^ООО4О4Ч0^Ч0Ч01П чочоохооооохтоооооооотт^тох^охтчот^т^-т^н^нт । оооооооооооооооооооооооооо	СЦ S   do Л | Й Do 1 я V О о « Ч g == 5 « « Т ° MS М Й 2    *4‘с 1 о 3-7 ^t r^J 9 g p = 7 у 04 ^ tOi ^     oo д И -1- О И 71 is m К ьн о 40 Л     1 Д Т> S      1 у т й 5 т к   -о т ° Та «К    40 57 MS   1 “ и "    Т> >i SB т -о В 5 (X т) Д S та Mg SU 7 т м т и 1 1 ° 5 'S 7 й *' 1-2 3 - . 2 Я и ^ ГЦ д s N й й ® 7 1 -а § «и । 57 а ^ 7 5 -й У = То Ю j о  у ч 2 а S      ч   « § 7 о t&7 S 1м а
	^ ri ri ^ ^ о Г' ,<) |л if) m m r- N 1  | 00000^000 0 00 0 0 оооооооооооооо
Q	оч оч m оо m m- ^н ю ю т- m i © m w о*1^ m о о m ^i- m ^н । m чо ^ чо in чо q in о о о о о о о о о о о о о о о о о
Q об	О. 'D Ь- 7- Г-Х %^" h- OW ^. ^ОО ^ ЭС Ч0ООООГ--Г-'Г-'ООО4ООО4О4Ч0ахОООО40Г--000^^^^^^^^^^^^^^
u	- - - mi mi mi mi   mm   mi тг mi   m               mi ^ ^   ^ ооооооо|оо|ооо|^н       о о о о о о о о о о о  о о  о о о   о          о о о  о
о о	— ri         — —    гц             — ri       m ОО    ООО     оо   о
щ	^ о/© о xw о ^t о о ^ о n m о хо с^ о о. ^ i^ t^ о сс ^t о о. ттотт^гтттчочо^ноот^^^т^чооо^нохтттчо ооо’ ооо^оооо^ w^ow о’ooooo^^mjomjo
о	rn^i-e4m^Hmmio^i-ooimmioxmi04m^©miimoooommmmm о |л чо оо о -< тг г-- т q Ti о т|- т Ti -< о> оо ь~ о Т1 -t ^t т -н -н ь~ , т ооотГтГтГттГтГттГттттГсЧ'^ооооооооо о
0 об	т г- 40 т    т  т               о г~ хт. о ооо г- । е о о о ।  । о । о ।    । ।  । ।     1л««)оо\оспо^'о е о о о  о о          ооооооооМ
о	о т h- о т О'/|л ь- Tf -ч о/о т -н ь- о оо ri м -^ м Г' -^ 'л т(- ri т-нн^охчонсоочочо^ох^осоГ'.^оооо^счохчосчнох , т ооо^^^оо^гч^^^нгчо^но^^^^оооо^ о
40	оо0!ммто!ог'ог1оо^-нт’1,г-OOO.m^mXI^XI^ — XXsC^iT.lDb-^^^чочочоттчочочочочочотхог^
	04^1-тоо^н^нт1^|-отоот10^но^оооооотчоо4тт^1-т оох^сэт^ноооотот^н^т^н^оотохчотт^-охчотот 04 04e4odododimimimimimodr^ododr^4oodododododo6^t-mo4 0 04 04 04 Ох 04 04 04 04 04 04 04 04 04 Ох 04 04 Ох 0x04 04 04 04 04 04 04 04 04 04 04
^	ооеннтннтснг~сн404ог~оо4ог~е с с о — — — — о 'г г, ст гц — — г*, — । ооеоооооооооеооее
cf1 Z	1Г)^н1ПО4тО4ОООО4О4т^-т1Ч0Ч0О1Г) ттхо—нчоттот^осчост^н^н^! । । । । । । । । । т^нат^-н^оо^ттт^тогДо'
о 03 и	т^то^т^-оотчо^-стоотчохет ттг4тттт^нтттсчг4ттог4 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ^мм^^^^^^^^^^^^^^
о 00 S	г~о^г~-тсн1~~0'1-снтгцеоо4ог~;гнгцоо'1-4отгцннгц'1-осн Ч ri d d d -т - d d ddd d -t ri 4 х d rc d 1ГХ 'г!гг: 7 Я ^ — — — C-IC-I — Г| — — — — _ — Г|_,Н| — — _ — ^^Г|Г| — — |,с
о S	omomioooooooo^HmiQOoomooooooo4ooooo40 ^^ооооо^ооооо^о^нооооосч^ооочоо ooooooo^Doooooooooooooooooooo
о Цн	'cz — т -t гт х — z rm go -t ей » ri irm, -t ri сгт — — с - 7 °. оооооо^тт^^сцт.^оо^^р ri -t ci й d тс г< - 'ci е но\м^-^тпн^о^1л^-^оооон^^(н|мммт^-^огннг^м
сГ и	оог^^нчотооточооооооооотт^ноттт^нт ооохчоттоототоооооооо^^^^^^чо^^ ooooooooooooooooooomimimimmi^^t-^ir)
о 3	•t ri N Г~- Г! \С Г1 С- Т хС Г1 Z *t — -t М О г', С Г1 О Г~ Z ^ _ М О 40 2 - °. Мо^ММ^^АМ^сцМ^Моб^М^^^^^^а;'-! тт-^-^^1~~счос4^С4^гн^нсчС4гнт1П'1-тсч^1п,‘40ооо
сГ н	т ос in м1/") т -^ о м о, t т in т т|- н ь- о о       т т- ^   о тг/ттг/^нттоттоттто^ооо । । । т   । т । ооооооооооооооо^нооо   о о о о
о' я	о т т- т чо т чо о т т о ох т т хг т ^ m^mi4d(X)oVimodm04ir)X£)ir)4dinr^l 1 1 1 1 1 1 1 1 1 IT) IT) ID *t *t IT) IT) IT) -t Tf r|- r|- -^ rj- 1Г) -^ ID
й к S S	g                                         ^ ^ ^ и ад ад ад aSSSSSSSS ^S S ы ^tiStiaa^^^Ugg&g^ Q                             и и U < 0 0  0
м и	тт^тчотооочо^нтт^тчот-ооочо^нтт^-тчотоооч ттттттттт-т-т-т-ттт-т-тг^гт-тттттттттт

0.75—0.90) встречаются в ассоциации с фассаитом, имеют наиболее низкие содержания Si⁴⁺ = 1.35—1.60, А1_общ =0.57—0.34, Ca = 0.02—0.04 к.ф. Высокомагнезиальные (#Mg > 0.92) разности по составу занимают промежуточное положение. Фассаиты (#Mg = 0.68—0.81 и 0.920.98) при разной магнезиальности не имеют значимых различий по главным элементам (Si⁴⁺ = 1.60—1.80, А1_общ = 0.38—0.58, Na до 0.02 к.ф.) и представляют по содержанию алюминия непрерывный ряд «диопсид—высо-коалюминиевый фассаит». Они сопоставимы по составу с фассаитами из гранат-пироксен-амфиболовых пород, ассоциирующих с ультрамафитами [13]. Омфацит (#Mg = 0.60-0.61, Jd₁₄Aсm_14-17Aug_69-72) с низким содержанием жадеитового минала определен в ассоциации с энстатитом (#Mg = 0.92, Ca = 0.01 и Na = 0.01 к.ф.) в серпентините Ишкульского массива, а омфацит (#Mg = 0.51-0.56, Jd 69 _-71Aсm_5-7Aug₂₄) с высоким количеством жадеитового минала установлен в виде включения в рутиле из серпентинизированного дунита Булдымского массива [2].

Амфибол в ультрамафитах представлен кальциевыми амфиболами в незначительном количестве (серии чермакита, паргасита и эденита), а в основном магнезиальной роговой обманкой и тремолитом, в единичных случаях натриевым амфиболом (табл., рис. 2). Чермакит (Si⁴⁺ = 6.33-6.42, А1_общ = 1.90-2.33, Na = 0.33-0.48 к.ф., #Mg = 0.76-0.88) установлен в виде включений в рутиле и энстатите. Эденит и паргасит чаще всего развиты по чермакиту и отличаются только более высоким содержанием — до 0.69 к.ф. Na и до 6.55 к.ф. Si⁴⁺. Магнезиальная роговая обманка (#Mg = 0.820.95) образует тренд изменения состава, выраженный в увеличении Si⁴⁺ от 6.54 до 7.38 при уменьшении A1 V ¹ от 0.68 до 0.01 к.ф., Na — от 0.60 до 0.05. Содержание Ca (1.45-1.78 к.ф.) невысокое, примесь Cr — до 0.03 к.ф. Тремолит высокомагнезиален (Mg = 0.94-0.96), содержит примесь Cr — до 0.01-0.03, Na — до 0.14 и K — до 0.07 к.ф. Глаукофан (G1_comp = 0.75-0.83, Ca_comp = 0.050.06, A1 V ¹ = 1.50-1.66, #Mg = 0.59-0.60) железистый с высоким содержанием A1 V ¹ и низким Ca.

Фенгит (Si⁴⁺ = 3.27-3.29, Na = 0.07-0.11 к.ф., #Mg = 0.64-0.67) магнезиальный, с низким содержанием Si⁴⁺ и повышенным Na.

Хромшпинелиды по особенностям химического состава, геохимической зональности зерен и по взаимоотношению с породообразующими минералами выделяются в четыре типа (табл., рис. 2). Хромшпинель глиноземистая (А1_общ = 1.0-1.5 к.ф.) с высоким содержанием хрома (#Cr = 0.24-0.46) и низкой магнезиальности (0.67-0.73) встречена в менее измененных ультрамафитах и, вероятно, является ранней генерацией, находится в ассоциации с магнезиальным (#Mg = 0.96) клинопироксеном. Сохраняются зерна зонального строения, в которых ядро сложено хромшпинелью (А1_общ = 1.591.61 к. ф., #Cr = 0.20-0.22, #Mg = 0.68-0.70), кайма -шпинелью (А1_общ = 1.94 к. ф., #Cr = 0.04-0.06, #Mg = 0.80). Шпинель магнезиальная высокоглиноземистая (А1_общ = 1.83-1.96 к. ф.), с незначительными вариациями #Cr = 0.04-0.05 и 0.03-0.08 при #Mg = 0.70-0.75 и 0.80-0.82 соответственно. По особенностям состава она сопоставима со шпинелью шпинелевых перидотитов [16-18]. Большая часть хромшпинелидов представлена хромитом (А1_общ = 0.29-0.32 к. ф., #Cr = 0.84-0.96, #Mg = 0.30-0.50); хроммагнетитом (А1_общ = 0.04-0.12

к.ф., #Cr = 0.87-0.96, #Mg = 0.14-0.20) и магнетитом (А1общ = до 0.02 к. ф., #Cr = 0.01-0.09, #Mg = 0.030.11) и отражает поздние процессы изменения ультра-мафитов. В метасоматических породах в ультрамафитах широко распространена шпинель (цинкистая шпинель > 22 мас. % Zn) высокой глиноземистости (А1общ = 2.0 к. ф., #Mg = 0.60-0.77), без хрома, с содержанием никеля до 0.38 мас. %. В зернах шпинели выявлена зональность от центра к краю - увеличение #Mg при понижении содержания ZnO (0.01-0.46 к. ф.).

Заключение

В ультрамафитах ильмено-вишневогорского комплекса установлены редкие минералы: высокоглиноземистая шпинель, алюмоэнстатит и фассаит с высоким содержанием (11-16 мас. %) алюминия, омфацит с колебаниями от 14 до 70 % жадеитового минала, гранат широкого спектра состава (Py-A1m, А1т, Grs-A1m, Sps-А1т и And-Grs), чермакит, эденит и глаукофан, муско-вит-фенгит и флогопит, а также парагенетические минеральные ассоциации En + Omp, Omp + G1n + Ph, Ky + Ms, позволяющие предполагать, что ультрамафиты были неоднократно преобразованы в течение длительного времени (PR 1 -P 1 ), при этом процессы преобразования происходили дискретно. Многоэтапные преобразования ультрамафитов характеризовались P-T-трендом от мантийных ультравысокопараметрических до коровых LT-HP-условий.

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке комплексной программы фундаментальных исследований УрО РАН (проект 18-5-5-48).