CC BY
37
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО
ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
Том 127, в. 1 1964
О СЕРПЕНТИНЕ ИЗ ЮЗ ОТРОГОВ ВОСТОЧНОГО САЯНА
О. М. ГЛАЗУНОВ
(Представлена проф. А. М. Кузьминым)
На территории Восточного Саяна серпентины пользуются широким развитием. Повсеместно с ними ассоциируют такие полезные ископаемые как хромиты, асбест, титаномагнетиты.
Характеристике серпентинов посвящена обширная литература. Особенно важными являются работы В. Н. Лодочникова [81, М. Ф. Ше-стопалова [14], А. Ф. Коржинского [6, 7]. Однако в этих трудах описываются серпентины, генетически связанные с ультраосновными породами собственно гипербазитовой формации.
В последние годы на юго-западной окраине В. Саяна в районе верхнего течения рр. Сисима, Шинды, Сейбы стали известны образования серпентина, которые входят в состав габбро-пироксенитового комплекса, типично базальтоидного по своей природе [3]. По сравнению с гипербази-тами в составе данного комплекса ультраосновные породы пространственно резко подчинены полевошпатовым дифференциатам. Они тесно перемежаются в разрезе с габбро и пироксенитами, слагая линейно-вытянутые массивы. Особенностью геохимии комплекса является аномально высокое содержание в них титана и железа, относительная бедность хромом, никелем, ванадием, отсутствие платины. Апопироксенитовые и реже апоперидетитовые серпентиниты несут повышенные концентрации титаномагнетита.
В настоящей статье автором описываются серпентины из габбро-пироксенитового комплекса, делается попытка выяснить их место в процессе образования титановых руд и подметить некоторые черты, отличающие их от серпентинов гипербазитов.
На основании исследования серпентин-содержащих пород из указанного района Восточного Саяна представляется возможным выделить две разновидности серпентина: антигорит и хризотил.
Антигорит относится к главным породообразующим минералам серпентинитов. Он слагает основную массу породы и включает зерна титаномагнетита. В форме листоватых индивидов замещает ромбический пироксен реже оливин, вследствие чего возникает решетчатая, пластинчатая и чешуйчатая микроструктура породы. Иногда листочки антигорита пронизывают вкрапленники титаномагнетита. Характер расположения серпентина в контурах замещаемых зерен различен и зависит от состава первичного минерала. При замещении антигоритом оливина формируются лучистые и перистые агрегаты. На месте пироксена ли-
сточки антигорита располагаются с образованием сетчатого узора. Как исключение наблюдаются прожилки антигорита.
По сравнению с антигоритом хризотил встречается реже в составё серпентинитов. Он образует сложнопетельчатую сетку только внутри псевдоморфоз серпентина по оливину (рис. 1). Чаще хризотилом сложены прожилки, секущие серпентиниты. По своему строению последние делятся на жилы поперечно-волокнистого хризотила и жилы с расположением волокон диагонально к зальбандам. Границы жил четкие, всегда
Рис. 1. Петельчатая структура замещения оливина хризотилом, х 65, Н ||.
прямолинейные или коленообразноизогнутые. В ряде жил устанавливаются просечки магнетита (рис. 2), реликты вкраплеников титаномаг-нетита с корродированными краями, а также волосовидные агрегаты магнетита, тонко переплетающиеся с хризотилом. Во многих хризотило-
Рис. 2. Просечки магнетита в прожилке хризотила, х 20, Н ||.
вых жилах по цветовому оттенку наблюдается отчетливое ленточное строение. Генезис этих ленточных структур детально освещен в работах В. Н. Лодочникова, В. Р. Артемьева, поэтому мы не останавливаемся на этом вопросе.
Макроскопически обе разновидности серпентина имеют темно-зеленый цвет, жирный блеск, в тонком сколе просвечивают в краях. Агрегаты антигорита пластинчатые, пластинчато-листовые, хризотил-тонковолокнистый с характерным муаровым погасанием. , ; •
2*. ;19
Различный характер индивидов антигорита и хризотила иллюстрируется приведенными ниже электронными микрофотографиями (рис. 3). Из рисунков видно, что оба минерала имеют ясное кристаллическое строение, причем у антигорита достаточно четко вырисовываются трещины спайности. По мнению А. М. Кузьмина, спайность, обычно не различимая, здесь вскрывается при скольжениях.
Доказываемое Б. Я. Меренковым, К. И. Толстихиной и А. А. Александровой [9] трубчатое внутреннее строение хризотила нашими исследованиями не подтверждается.
В прозрачных шлифах антигорит и хризотил бесцветные или светло-зеленые, не плеохроируют, интерферируют в серых тонах.
Из-за отсутствия у изучавшегося минерала определенных кристаллографических ограничений и трудности подобрать необходимые сечения надежные определения углов оптических осей получить не удалось. Несмотря на то, что плоскость оптических осей хризотилов обычно располагается вдоль волокнистости, для измерения показателя преломления в иммерсии нами отбирались изотропные сечения. Nm антигорита по ряду замеров в среднем равно 1,568, то есть всего на 0,005 ниже соответствующих нормативных значений для антигорита [13, 16]. Nm Лысанского хризотила (1,558—1,564) также незначительно превышает табличные данные.
Химическая характеристика получена только для жильных проявлений хризотила, предварительно очищенных от магнитной фракции и других посторонних примесей.
По составу анализированные серпентины в общем незначительно отличаются друг от друга. В этом можно убедиться, сравнивая результаты анализа и приведенные ниже кристаллохимические формулы.
(Mg5.9üFe2oi3Feo,ii)[Si3.72Alo.i9Tio.o209.88] [OH]s.20. (1)
(Mg5.45Feo.o6Feo.i6Alo.22Tio.oi) [Si3.5eAlo.42OЮ.о] [OH]s.oo , (2)
(Mg5.60Feo.09Feoл6AIo.h) [Si3.62Al0.38O10.0l [OH]8.o5, (3)
(Mg5.6oFeoi5Feo".i"8Alo.i2)[Si3.7oAlo.3oOio.o] [OH]8.co - (4)
Устанавливается почти одинаковая степень изоморфного замещения магния железом и сходство тетраэдричекого слоя разных серпентинов. В то же время обращает на себя внимание вхождение в состав минерала алюминия в количестве до 1/7 части кремнезема. Подобное соотношение считается для серпентина не совсем обычным (табл. 1).
По данным Хесса Денго, Смита [17], алюминий необходим для образования антигорита, а в хризотиле практически отсутствует.
В противоположность этому взгляду другие исследователи [18] склонны считать глинозем обязательной частью всех серпентинов.
Присутствие алюминия в Лысанском хризотиле можно объяснить тем, что минерал развивается за счет ромбических пироксенов, а не оливина. Вероятно, алюминий частично замещает магний, находящийся в дефиците.
Содержание магния в жильных серпентинитах на 1—2% ниже теоретического (табл. 1) и в то же время в 1,5—2 раза выше, чем во вмещающих серпентинитах. Из элементов-примесей в серпентине спектроскопически зарегистрированы Ga, Ti, V, Ni, Со, Cr, Zn, Си, Ba, Srr (табл. 2). Максимальное содержание элементов приходится на хризотил. Антигорит заметно обеднен примесями, что, по-видимому, необходимо связывать с явлением автолизии минерала, происходящем ;в процессе перекристаллизации.
При расшифровке дебеграмм выяснилось, что только тонковолокнистый жильный серпентин имеет полное сходство с хризотилом. В других
2G
Рис. 3 в.
Рис. 3. Серпентин под электронным микроскопом:
а) антигорит, б) антигорит, в) хризотил. Метод суспензий, увеличение 12000 раз.
Таблица 1
А нализ в вес о в. % 9 -6
Окислы 1 2 3 4 5 6 7
бю2 38,60 37,78 38,18 39,19 42,24 41,13 44,1
тю2 0,29 0,20 0,19 0,28 — 0,04
А1303 1,74 5,77 4,76 3,80 0,36 1,08
Ре30з 2,56 2,33 2,20 2,62 0,17 2,90
РеО 0,40 0,89 1,17 0,70 0,42 —
МпО — 0,029 — 0,02 — —
]%0 41,24 38,55 39,29 39,72 42,62 40,71 43,0
СаО 0,20 0,10 нет 0,01 — 0,13
N320 нет нет нет нет — сл.
К20 нет нет нет нет —
Сг203 нет нет нет нет — —
У205 0,07 0,08 0,05 0,10 — _
РаОа — 0,02 — нет — —
Н20< 13,16 12,56 12,67 12,58 13,39 13,48 12,9
Н20 " 0,34 0,82 0,59 0,86 0,16 1,03
N1 0,034 __ 0,02 — __
Со — — — сл. — —
0,02 0,030 0,02 0,10 — —
Б — сл. — — — —
Сумма 98,62 99,38 99,32 100,00 99,36 100,55 100,оэ
N 1,568 1,564 1,558 1,564 — 1,547
Результаты химического анализа серпентина 1—Антигорит жильный. Восточный Саян. Обр. РК-16-10 с.
2, 3, 4—Хризотил тонковолокнистый, жильный, там же; 2—обр. 218; 3—обр. 219; 4—обр. РК-16-9.
5—Антигорит из восточной части Восточного Саяна (по А. Ф. Коржинскому, 1959);
6—Хризотил-асбест Актовракского месторождения. Тува (по В. П. Еремееву, 1У59).
7—Идеальный состав серпентина (по А. Г. Бетехтину, 1953).
образцах наряду с дифракционными линиями хризотила обнаруживаются линии, присущие антигориту. Вместе с тем, не устанавливается полной аналогии этих дебеграмм с эталонными дебеграммами антигоритов (табл.3).
Следовательно, полученные нами экспериментальные данные рентгеновского и химического анализа не позволяют сделать определенные выводы относительно особенностей состава и внутренней структуры разных модификаций Лысанских серпентинов, как, впрочем, некоторые аналогичные измерения [17] не дают оснований для окончательных заключений в этом направлении. В порядке постановки вопроса можно предполагать об отсутствии разницы в структуре хризотила и антигорита.
В то же время известно, что обе модификации серпентина по-разному реагируют при нагревании (рис. 4). Эта черта может быть использована с целью их диагностики. Выделение конституционной воды у исследуемых антигоритов происходит при более высокой температуре (700—750°) и в течение более длительного времени, нежели у хризотила,
дегидратация которого ограничивается интервалом 650—700°. Кроме того, у антигорита, при нагревании, видимо, менее активно происходит реакция образования ортосиликата, о чем свидетельствует слабый экзотермический эффект при температуре 900° (рис. 4).
Переходя к сопоставлению, отметим, что серпентины из западных отрогов В. Саяна имеют почти тождественный состав с аналогичными
Таблица 2
6 о
= £ Ре Т1 Сг V N1 Со Мп РЬ Си 1п ва Ва Бг
2 !Т о
1 2 п 0,01 0,01 >0,1 — 0,0! — 0,00л 0,03 сл. сл. сл.
2 3 п сл. — сл. 0,01 сл. — — сл. 0,01 сл. сл. сл.
3 2 п 0,01 — сл. 0,01 сл. — — сл. — сл. сл.
4 2 п 0,03 0,001 сл. 0,03 0,01 0,03 — 0,01 0,03 сл. сл, сл.
5 1 п 0,1 0,01 0,001 0,001 0,001 сл. — 0,01 0,02 сл. — —
6 1 п — сл. 0,003 0,001 0,003 0,001 _ 0,01 0,01 0,01 — —
7 3 п 0,2 — 0,1 0,01 сл. 0,01 — 0,01 0,1 сл. — —
Результаты спектрального анализа серпентина
1. Антигорит из серпентинитов (обр. рк-16-7). 2. Антигорит жильный (обр. 222). 3. То же, обр. рк-1б-11а). 4, 5, 6, 7—хризотил жильный, обр. 218, 219, 220, рк-16-9а)
ПРИМЕЧАНИЕ: п—целые проценты; сл.—0,001;—элемент не обнаружен.
минералами Союза и зарубежных стран. В то же время им присуща некоторая специфичность в отношении набора элементов-примесей, которая отражает общую геохимическую специализацию магматического комплекса. В частности, по сравнению с серпентинами известных Баже-новского, Алапаевского (Урал), Актавракского (Тува) [1; 4] месторождений изучавшиеся минералы несут более высокое содержание Т1, Бе, А1 и пониженное — 51, N[g, Сг, №. Эти же особенности состава отличают данные серпентины от серпентинов восточной части В. Саяна, которые принадлежат к собственно гипербазитовому типу и обычно обогащены хромом, никелем, магнием [6].
Следует остановиться на вопросе о связи серпентинов с процессом образования титаномагнетитовых руд. В результате изучения минералогии месторождения установлено, что повышенные концентрации титано-магнетита в серпентинитах относятся к позднемагматическим (фузив-ным по А. Н. Заварицкому), формируясь после кристаллизации ромбического пироксена и оливина.
Единственным рудным минералом, синхронным антигориту вмещающих пород, является магнетит. Он проявляется обычно в виде тонких цепочек, ветвящихся шнурочков-просечек и в виде «волосовидных» агрегатов, а также шаровидных скоплений концентрического строения. Магнетит этой генерации имеет минералогическое значение.
По представлению Б. Я. Меренкова [11] и П. Риордон [19] «волокнистый» магнетит образуется за счет железа, высвободившегося в период серпентинизации.
При анализе же особенностей локализации вкрапленников титано-магнетита нигде не наблюдается прямой зависимости между степенью серпентинизации породы и насыщенностью ее титаномагнетитом. Что же касается жил хризотила, то они повсеместно рассекают антигоритовые
серпентиниты с вкрапленниками титаномагнетита, не оказывая при* этом на титаномагнетит видимого воздействия.
1. Итак, серпентизация пород габбро-пироксенитового комплекса в западной части Восточного Саяна происходила по крайней мере в две разобщенные во времени стадии — массовую и прожилковую.
* - • * » * 1 V
О Ш 400 ООО 800 Ю00
Рис. 4. Кривые нагревания серпентина: 1—Хризотил. В. Саяны, обр. 218, 2 — Хризотил (по Сердюченко, 1953),
3 — антигорит из серпентинитов, В. Саяны, обр. 12007,
4 — антигорит из жил. В. Саян, обр. 222, 5 — антигорит (по А. Ф. Коржинскому, 1959).
2. Массовая серпентинизация завершилась преобразованием брои-зититов и перидотитов в антигоритовые серпентиниты в условиях больших давлений.
3. Проявления прожилковой серпентинизации (хризотил) выполнили трещины отдельности, возникшие в массиве позже.
4. Близость химического состава различных образцов жильного хризотила и антигорита свидетельствует о происхождении их от единого источника в стадию автометаморфизма и гидротермального процесса становления интрузии.
5. Основываясь на результатах рентгеновского анализа, можно предположить, что между антигоритом и хризотилбм в структурном отношении не существует принципиальной разницы.
6. Серпентин из габбро-пироксенитового комплекса характеризуется рядом специфических особенностей состава (высокое содержание А1, Тк дефицит N[g, низкое содержание Сг, №), которые отражают геохимическую специализацию комплекса.
Таблица 3
1 ? 3 4 5
/ < а ¿3 I <*а I 'а 'Р / < йь / ¿и а
п п п а п п п п п
5 ' <7,9)р 7,2 5 <7.9)р 7,2 4 (7,98)р 7,23
10 7,2 10 7,24 9 7.1 10 7,2 8 7,21
3 4,^5 4 4,61 3 4,55 4,51 6 4,45
5 (3,98)3 3,61 1 3,87 3 (3.97)р 3,60 4 3,96 4 (4.002)р 3,627
10 3,62 10 3,61 9 3,60 10 3,60 10 3,603
1 '<2,73)р 2,47 2 2,60 2,45 1 2,71
1 2,61 9 2,59
8 2,51 2 2.52 1 2,50 8 2,51 6 2,57
5 2,45- 2 2,44 9 2,45 7 2.46 3 2,437
3 2,33 1 2,225 2 2,28
3 2,15 7 2,157 3 2,16
4 . 2,08 6 2,084 3 2,08 * 1 2,080
4 1,958 2 1,912 I 1,92
2 1,790 4 1,82 2 1,810
3 1,777 7 1,734 3 1,734 1 1,72)
3 1,739 3 1,738 Ь (1.69)3 1,540 5 (1,698)р 1,539 2 (1,679)р 1,522
9 (1,697)_з 1,538 ] 1,538
9 1,536 5 1,534 10 1,557 10 1,537 8 1,520
3 1,501 5 1,50.4 3 1,506
3 <1.447)р 1,311 1 1,456 2 (М47)э 1,300 2 (М44)р 1,308 2 1,452
3 1,407 4 1,319 6 1,311
2 1,373 8 1,301 6 1,294 4 1,299
7 1,309 1 1,312 2 1,266
1 1.26У 2 1 1,270 1,258 2 1 1,199 <1,00*)р 0,994 1 1,202 2 1,212
2 1,211 2 1,207 2 1,083 1 1,070
1 1,162 1 1,167 1 1,050 2 1,049
1 (1,098)р 0,99 7 0,9Э5 3 0,995
1 1,072 1 1,075
2 1,052 1,051
6 0,995 1 1,036
Таблица межплоскостных расстояний серпентина
1—Антигорит жильный Восточный Саян (Обр. рк-16-10с).
2—Антигорит. Новая Зеландия (Михеев, 1957)
3, 4—Хризотил жильный. Восточный Саян. (3— оОр. 218, 4—обр. 219). 5—Хризотил. Челмсфорд (Михеев, 1967)
7. Процесс серпентинизации пород непосредственно не связан во времени с выделением практически интересных локализаций титаномаг-нетита. Кристаллизация последних происходит, видимо, независимо от серпентинизации и предшествует ей.
Эти выводы находятся в соответствии с теоретическими представлениями Д. С. Коржинс-кого [5] и А. Г. Бетехтина [2] о ходе автометаморфизма ультраосновных пород.
ЛИТЕРАТУРА
1. В. Р. Артемьев. Ультрабазиты восточного склона Ю. Урала и их асбесто-носность. Автореф. канд. дйссерт., ВСЕГЕИ, 1958.
2. А. Г. Ь е т е X т и н. О метаморфических породах, образующихся за счет ультраосновных изверженных пород. В кн. Вопр. минерал, и петрографии, в 1, Изд. АН СССР, 1953.
3. О. М. Глазунов. Лысанский габбро-пироксенито-серпентинитовый комплекс в зап. части В. Саяна. «Геология и геофизика», № 3, 1961. *
4. В. П. Еремеев. Петрография и генезис Актовракского месторождения хризотил-асбеста. Тр. инст. геол. рудн. месторожден. петр., минерал., геохимии, в. 31, 1959.
5. Д. С. К о р ж и н с к и й. Подвижность и инертность компонентов при метасоматозе. Изв. АН СССР, сер. геол., № 1, 1936.
6. А. Ф. К о р ж и н с к и й. Термооптическое исследование некоторых хлоритов В. Сибири. Зап. Сибир. отд. ВМО, в. 1, 1959.
7. А. Ф. К о р ж и н с к и й. Термооптические исследования водных магнезиальных силикатов Оспинского гипербазитового массива в Восточном Саяне. Тр. ин-та геолог. ВСФАН СССР, в. 8, 1958.
8. В. Н. Лодочников. Серпентины и серпентиниты Ильчирские и др. Тр. ЦНИГРИ, в. 38, 1936.
9. Б. Я. Меренков, К. И. Толстихина, А. Л. Александрова. Значение электронно-микроскопического изучения хризотил-асбеста и серпофита для решения вопроса их генезиса. Тр. инст. геол. рудн. месторожд., петрограф., минерал., геохимии, в. 31, 1959.
10. В. И. Михеев. Рентгенометрический определитель минералов, 1957.
11. Б. Я. M е р е н к о в. О волокнистом жильном магнетите из Баженовского месторождения хризотил-асбеста. Тр. инст. геол. рудн. месторожд. петр. минерал., геохимии, в. 31, 1959.
12. Д. А. Сердюченко. Хлориты, их химическая конструкция и классификация. Тр. инст. геол. наук, в. 140, сер. минерало-геохим. № 14, 1953.
13. В. Е. Т р е г е р. Таблицы для оптического определения породообразующих минералов. Госгеолтехиздат. 1958.
14. М. Ф. Ше стопа л ов. Ультраосновной массив Китойских Альп Восточного Саяна и связанные с ним месторождения. Сб. работ по камням и самоцветам, в. 4, 1938.
15. V. M а г m о. Serpentinites of central Sierra htone. Bull, de la commis, geol. de Fini. № 180, 1959.
16. Niqgly. Lehrbuch der Mineralogie, 1926.
17. H. H. Hess, G. D e n g o, R. J. S m i t h. Antigorite from vicinity of Caracas, Venezuela. Amer. Miner, v.37, № 1—2, 1952.
18. Roy Deila, Roy Rusta m. Stadies in the system MgO—A1203—Si02—H20. Bull. Soc. Amer v. 63, p. 1294, 1952.
19. P. H. Ri or don. The genesis of asbestos in ultrabasic rocks. Econ. Geol. v. 50, № 1, 1955.
