Семинар "Геохимия щелочных пород" 

школы "Щелочной магматизм Земли"-2008

К проблеме  механизма  выделения  минералов. Образование магнетитов.

Макаров В.П.

РГГРУ,  Москва

В работе В.П. Макарова (2007) рассмотрены вопросы анализа механизма образования минералов и методические приёмы решения этой задачи. Ниже приведены примеры использования этих положений для определения механизма образования магнетита (Mt).

Изотопные данные. Изучен  изотопный состав кислорода в Mt  кислых магматитов и метаморфитов (Макаров, 2002, 2004). Равновесие  минерала с Н₂О, СО₂  и СО не подтверждается,  найдено  равновесие с рутилом  (Ru), соответствуя  образованию системы  Mt(Il)- Ru при разложении ферропсевдобрукита или  ильменита (Il) (Ярош, 1955; Бусек, Келль,1966; и т.д.) по реакциям FeTiO₅ ╝ Il + Ru или  6Il+ О₂ ╝ 2Mt + 6Ru. В отдельных случаях возможно образование минерала за счет разложения ульвошпинели 6Fe₂TiO₄ ╝ [6FeTiO₃ + 2Fe₃O₄] (здесь [┘] - изотопное равновесие). Тогда по паре Mt-Il T_из(Mt) =853°С. Для сравнения  в нельсонитах Джугджурского и анортозитов Каларского массивов (Соляник и др., 1984) Т(Mt) = 820-1100^oC, а в рудных габбро- 560-900^оС.

Другой механизм образования Mt √ разложение Il по реакции 3FeTiO₃ + 2O^2- ╝ [Fe₃O₄ + 3TiO₂]. Тогда Mt находится в изотопном равновесии с Ru и Т_изот(Mt) ≈ 450°C. Такие Т_изот(Mt) вполне возможны: на рудопроявлении р. Кюэричи жилообразные магнетит- гемоильменитовые руды образованы при Т=430-570^оС (Соляник и др., 1984).

В метаморфитах Mt образован в равновесии с Ru при Т_изот = 400 - 500^оС. Если рассматривать Il как продукт разложения ульвошпинели, то в ассоциации с Mt их Т_изот = 458°С. Mt не может быть  образован разложением Il, поскольку в противном случае  T_обр (Т_изот = 1100 -2000^оС) геологически не реальны.

Для пары Mt- Q из скарнов железорудной формации Biwabik (Perry, Bonnichsen, 1966), согласно Т_изот (Mt)= 500- 550^оС  при равновесии его с СО₂. Механизм образования - распад сидерита по схеме (а) 3FeCO₃ + 0.5O₂ ╝ Fe₃O₄ + 3CO₂. По  результатам декрепитации в скарнах Т_обр(Mt)- 420- 530^оС (Синяков, 1978, Дымкин и др., 1975). В.Н. Загнитко и др. (1989), И.П. Луговая (1973), ссылаясь на эксперименты, приводят реакции (б) 3FeCO₃ = [Fe₃O₄ + [[2CO₂] + CO]] (безводные среды с удалением газа);  и (в) 6FeCO₃= [2Fe₃O₄ + [[5CO₂] + C]] (медленное удаление газа). Здесь скобки [[┘]] объединяют минералы с возможным равновесием по изотопам углерода.

Таким образом, по изотопным данным намечаются схемы образования Mt: разложения 1) ильменита, 2) ульвошпинели, 3) сидерита (или железосодержащих карбонатов).

Геохимические (петрохимические) данные. Изучены Mt преимущественно Украинского щита; Для интерпретации материалов учтены термодинамические данные для Px, Ol, Gr, карбонатов и др. Использованы определяющие отношения (Fe/Mg), (Fe/Mn), (Fe/Ca). Некоторые  результаты приведены в таблице.

Параметры изотерм lnY =AlnX+B в магнетитах различных пород

УКЩ - Украинский кристаллический щит. Месторождения: * - Тагарское;  ** - Рудногорское. X,Y- определяющие отношения.

В выборках, помеченных в таблице знаком ╚pх╩, Mt (в основном скарнов) равновесен пироксенам Px. Следовательно, исходное уравнение должно иметь вид    ┘   =   ┘ + {Px + [Mt} +  CO₂] + ┘. Скобки {┘}  отражают термодинамическое геохимическое равновесие. В литературе упоминания о подобных реакциях не найдены. В [1, стр. 64] при описании контактовых роговиков упоминается реакция  CaMg(CO₃)₂  + 2SiO₂ = CaMg(SiO₃)₂ + 2CO₂. Если вместо  доломита  будет анкерит  Ca₂MgFe(CO₃)₄, брейнерит (Mg, Fe)CO₃  или  сидероплезит (Fe, Mg)CO₃, то при метаморфизме карбонатных пород можем получить искомую реакцию вида   Ca₂MgFe(CO₃)₄ +  SiO₂ ╝ {CaMg(SiO₃)₂ + [Fe₃O₄} + [[CO₂] + CO]].

Изучение Mt  (по  Бондаревой, 1977, 1978) Одесско-Белоцерковской зоны показало (Макаров, 1999), что для эталонной Т= 500^оС  (магнитные свойства (Глеваский и др.,1970), декрепитация) рудный Mt термодинамически  равновесен оливину (Ol) (по соотношению Fe⁺², Ca, Mg, Mn) и корунду (Cor) (Fe⁺³-Al), образуя ассоциацию Mt-Ol-Cor. При этом давление оценивается в 1 кбар.

По В.И.Михееву (1955)  при Р= 1 атм Mg- хлорит разлагается на шпинель (Spin) и Ol. Так как Mt- это Spin, то выявленную ассоциацию Mt-Ol-Cor можно связать с разложением сильно железистого хлорита (лепто‑, септохлорит) типа кроншдтетита, содержащего Fe⁺² и Fe⁺³.

В ряде случаев природу Fe⁺³ в магнетита установить не удалось из-за недостатка ттермодинамических  данных для Fe⁺³-содержащих минералов.

Литература

Елисеев Н.А. Метаморфизм. М.: Недра, 1963. 

Макаров В.П. Методические аспекты геохимической геобаротермометрии./ ╚Геология и минеральные ресурсы европейского северо-востока россии (Новые результаты и новые перспективы)╩. Материалы XIII геологического съезда республики Коми. Тез.докл.Сыктывкар,1999. С. 60- 63.

Макаров В.П. Температура образования породообразующих минералов. /Всерос. конферен. ╚Геохимия магматических пород. Щелочной магматизм Земли╩. Тез. докл. М.: ГЕОХИ, 2002. стр.66. URL: //alkaline2002.narod.ru.

Макаров В.П. О механизме выделения минералов: магматические и метаморфические породы./Ежегодный семинар по экспер. минер., петрол. и геохимии. Тез. докл. М.: ГЕОХИ, 2004. Электронный научн.-информ. ж. ╚Вестник отделения наук о Земле РАН╩. (1),2004. URL: //www:scgis.ru/russion/cp1251/ h_dgggms/ 1-2004/informbul-1_2004/izotop-2.pdf. 

Макаров В.П. К проблеме  механизма  выделения  минералов./Материалы международного совещания ╚Щелочной магматизм Земли и его рудоносность╩, 10- 16 сент. г. Донецк. Киев, 2007, С.159-163. URL://igmr.relc.com/files/conference- donetsk-2007.rar.

Perry E.C., Bonnichsen B. Quartz and magnetite: oxygen-18 √ oxygen- 16 fractionation in metamorphosed Biwabik Iron formation. / Science. 1966. Vol. 153. P. 3735. P. 528- 529.