Антофиллит - жедритовый сольвус в магнезиальных метапелитах приоскольского участка, Воронежский кристаллический массив

Н.Ю.Кальмуцкая, Воронежский государственный университет

В центральной части Воронежского кристаллического массива в пределах Приоскольского участка встречены магнезиальные метапелиты, содержащие сосуществующие антофиллит и жедрит. Детальное исследование составов сосуществующих ортоамфиболов показало наличие между ними разрыва смесимости по AlIV, AlIV, Fe2+, Alобщ., Mg, Na и K. В более высокотемпературных породах в ассоциации с ортопироксеном присутствует, как правило, жедрит, в то время как в низкотемпературных образцах в парагенезисе с кордиеритом развит преимущественно антофиллит. Основываясь на оценках температур, полученным по гранат-биотитовым и гранат-ортопироксеновым геотермометрам в магнезиальных метапелитах, содержащих сосуществующие ортоамфиболы, можно сделать вывод, что разрыв смесимости между антофиллитом и жедритом находится в интервале между 550 и 6300С. Введение. Существование разрыва смесимости в ортоамфиболах между низкоглиноземистым антофиллитом и высокоглиноземистым жедритом в различное время обсуждались многими авторами [1-6]. Несмотря на это, вопрос равновесного сосуществования антофиллита и жедрита до сих пор остается дискуссионным.

В пределах Приоскольского участка встречены магнезиальные метапелиты, содержащие сосуществующие антофиллит и жедрит.

Цель настоящей статьи - установить существует ли разрыв смесимости в сосуществующих антофиллит-жедритовых парах и определить температурный интервал антофиллит-жедритового сольвуса.

Геологическое строение исследуемой территории было детально рассмотрено нами в предыдущей работе [7].

Методы исследования. Все образцы метапелитов представляют собой керн скважин, который был детально описан при проведении полевых работ. Отобранные образцы были изучены оптически. Локальные анализы минералов проведены на микрозонде Camebax SX-50 (МГУ), ускоряющее напряжение 15 кВ, ток зонда 1-2 нА, диаметр зонда 1-2 мкм. Точность анализов систематически контролировалась по природным и синтетическим эталонам. Кристаллохимические формулы ортоамфиболов рассчитаны на 23 атома кислорода.

Петрография. Породы, содержащие ортоамфиболы, недосыщены K2O, они не содержат мусковита и калишпата, и единственный калиевый минерал в них представлен биотитом. В метапелитах такого состава происходит образование безкальциевых амфиболов (жедрит, антофиллит, куммингтонит), неустойчивых при избытке мусковита и калиевого полевого шпата. Если эти породы достаточно магнезиальные и глиноземистые, в них устойчивы силлиманит, ставролит, кордиерит, а амфибол представлен антофиллитом и жедритом. В пределах Приоскольского зонального метаморфического комплекса недосыщенные калием глиноземистые сланцы содержат парагенезис Ath+Ged+Bt+Crd+Mag±

±Grt±Opx±Qtz (табл.1) Кроме этого, в породах такого типа встречен парагенезис Ged+Ol+Tlc+Grt+Opx+ +Spl+Mag (образец 5267/290).

В метапелитах Приоскольского участка парагенезисы антофиллита с куммингтонитом и ортоамфиболов со ставролитом не установлены [8,9].

Фазовые равновесия в сосуществующих ортоамфиболах. Амфиболы в относительно магнезиальных метапелитах представлены широко распространенными антофиллитом и жедритом. Жедрит встречается реже, чем антофиллит. В метапелитах Приоскольского участка встречены парагенезисы жедрита с антофиллитом и кордиеритом, жедрита с ортопироксеном, а также парагенезис жедрита с ортопироксеном, оливином, тальком, шпинелью и магнетитом. Минеральные равновесия были детально рассмотрены нами в предыдущей работе [7], поэтому здесь мы акцентируем внимание только на сосуществующих антофиллитах и жедритах. По классификации Е.Лика [10] антофиллит содержит до 8% Al2O3 и 7,0-8,0 формульных единиц Si; жедрит - более 8% Al2O3 и 6,0-7,0 формульных единиц Si. Эти соотношения проиллюстрированы на рис.1. Антофиллиты представлены бесцветными и коричневато-серыми удлиненными пластинчатыми кристаллами размером до 4-6 мм по удлинению. Антофиллиты характеризуются более низкой по сравнению с жедритами железистостью (40,8-43,5%) и содержат 3-6 мас.% Al2O3 (табл.2.).

Жедрит образует таблитчатые кристаллы размером до 2-3 мм с ясным плеохроизмом от сероголубых до коричнево-серых тонов. Он встречается, как правило, в тесной ассоциации с антофиллитом, но в более высокотемпературных породах (обр. 5257/23.2) жедрит находится в парагенезисе не с антофиллитом, а с ортопироксеном. Железистость жедритов выше, чем антофиллитов и находится в интервале 46,3-48,8%. Железистость жедрита, находящегося в ассоциации с тальком, ортопироксеном и оливином (образец 5267/290) составляет 40,3%. Состав жедритов обнаруживает широкие вариации по содержанию Al2O3 от 9,33 до 17,26 мас.%.

Присутствие натрия в количестве 0,3-0,46 формульных единиц приближает проанализированные жедриты к «идеальной» для них формуле Na0.5(Mg,Fe)3.5Al1.5[Si6Al2O22](OH)2 [3]. Эта формула представляет комбинацию эденитовой и чермакитовой составляющих в соотношении 1:3.

Изоморфизм в изученных ортоамфиболах может быть описан тремя механизмами замещения: Fe↔Mg (Fe-Mg обмен), AlVIAlIV↔MgSi (чермакитовое замещение) и NaAlIV↔Si (эденитовое замещение). Другие механизмы замещения, включающие такие компоненты как Mn,Ti,Fe3+ или Ca менее важны и в настоящей статье не рассматриваются.

Жедрит отличается от антофиллита, главным образом, количеством эденитовой и чермакитовой составляющей: разрыв смесимости между этими двумя минералами обусловлен различным распределением этих компонентов.

Разрыв смесимости между антофиллитом и жедритом отчетливо виден на рис.2. Содержание AlVI в антофиллите составляет 0,60-0,10 формульных единиц, в жедрите – 1,4±0,2. Содержание AlIV в этих минералах составляет 0,12-0,59 и 0,97-1,42 формульных единиц соответственно.

На рис.2,а и 2,б показано соотношение Mg (рис.2,а), Fe (рис.2,б) и AlVI в сосуществующих антофиллитах и жедритах: антофиллит характеризуется повышенным содержанием MgO, по сравнению с сосуществующим жедритом; жедрит иимеет более высокое содержание FeO. Разрыв смесимости по железистости в сосуществующих ортоамфиболах слабо проявлен: железистость антофиллитов составляет не более 0,44 ат.%, железистость жедрита–0,46 ат.%. Жедриты, находящиеся в ассоциации с оливином (обр. 5267/290), характеризуются относительно невысокой железистостью – 0,40 ат.%.

Рис.2,в показывает соотношение щелочей и железистости (XFe= Fe/(Fe+Mg)ат.%) в сосуществующих антофиллитах и жедритах. Жедрит не содержит Na и K меньше 0,30 формульных единиц.

Соотношение щелочей и алюминия проиллюстрировано на рис.2,г: их содержание в антофиллите достигает 0,15 формульных единиц (Na+K) и ~1 формульных единиц Alобщ, жедрит содержит 0,48 формульных единиц суммы Na и K, а также 2,51 формульных единиц Alобщ. Антофиллит никогда не содержит Al2O3 более 4,0%, а жедрит – менее 9,0%.

На рис.2,д и 2,е показано соотношение AlVI, AlIV и XFe: в антофиллитах соотношение этих элементов гораздо ниже, чем в сосуществующих жедритах, что свидетельствует о существовании разрыва смесимости между сосуществующими ортоамфиболами.В железистой области составов стабилен куммингтонит, который находится в ассоциации с альмандиновым гранатом (железистость граната 0,93 ат.%). Жедриты и антофиллиты, сосуществующие с относительно магнезиальным гранатом (XFe =0,79 ат.%), имеют железистость 0,46-0,47 и 0,40-0,43 ат.% соответственно. Более магнезиальные ортоамфиболы могут сосуществовать с тальком (образец 5267/290) и кордиеритом (образцы 5267/290, 5257/23.1, 5257/22). Наиболее глиноземистые антофиллиты находятся в ассоциации с жедритами, а наиболее глиноземистые жедриты сосуществуют с кордиеритом.

Выводы.Детальное исследование составов сосуществующих ортоамфиболов: антофиллитов и жедритов показало наличие между ними разрыва смесимости по AlIV, AlIV, Fe2+, Alобщ., Mg, Na и K. Наиболее отчетливо разрыв смесимости между сосуществующими антофиллитами и жедритами проявлен в содержаниях щелочей и алюминия, разрыв смесимости по железистости выражен не очень ярко: железистость антофиллита не более 0,44 ат.%, железистость жедрита не меньше 0,46 ат.%. Жедрит, как правило, по сравнению с сосуществующим антофиллитом, содержит больше AlIV, AlIV, Fe2+, Na и K, антофиллит богаче Si и Mg.

В более высокотемпературных породах в ассоциации с ортопироксеном присутствует, как правило, жедрит, в то время как в низкотемпературных образцах в парагенезисе с кордиеритом развит преимущественно антофиллит.

Основываясь на оценках температур, полученным нами в предыдущей работе [7] по гранатбиотитовым и гранат-ортопироксеновым геотермометрам в магнезиальных метапелитах, содержащих сосуществующие ортоамфиболы, можно сделать вывод, что разрыв смесимости между антофиллитом и жедритом находится в интервале между 5500С и 6300С, что хорошо согласуется с выводами, полученными Ф. Спиром [11].

Благодарности: Автор выражает глубокую признательность доктору геолого-минералогических наук К.А.Савко за помощь при написании данной работы и конструктивную критику.

Работа выполнена при финансовой поддержке ФЦП «Интеграция» (проект С0007/2000), гранта «Российские университеты» (проект 990087), гранта Президента РФ (проект 00-15-99397) и гранта Российского фонда фундаментальных исследований (проект 00-05-64522).

Список литературы

1. Robinson P., Klein C., Ross M. Equilibrium coexistence of three amphiboles // Contrib. Mineral. Petrol. -1969. -V. 22. -P.248-258.

2. Robinson P., Jaffe H. The composition ёeld of anthophillite and the anthophillite miscibility gap // Amer. Mineral. -1970. -V.55. -P.307-309

3. Robinson P., Jaffe H. Composition of the anthophillitegedrite series, comparisons of gedrite and hornblende, and the anthophillite-gedrite solvus // Amer. Mineral. -1971. - V.56. -P.1005-1041.

4. Ross M., Papike J.J., Wier Shaw K. Exolution textures in amphiboles as indicators of sub-solidus thermal histories // Mineral. Soc. Am., Spec. Pap. -1969. -V.2. -P.275-299.

5. Stoddart E.F., Miller C. Chemistry and phase petrology of amphiboles and ortoamphibole-cordierite rocks, old Woman Mountains, SE California, USA // Miner. Mag. - 1990. -V.54. -P.394-406.

6. Stout J.H. An electron microprobe study of coexisting orthorhombic amphiboles // Trans. Amer. Geophys. Union. -1969. -V.50. -P.359.

7. Савко К.А., Кальмуцкая Н.Ю. Фазовые равновесия и условия метаморфизма раннепротерозойских метапелитов Приоскольской структуры, воронежский кристаллический массив. // Вестн. Воронеж. ун-та. Сер. геол. -2000. -№3(9). -С.102-119.

8. Кориковский С.П. Фации метаморфизма метапелитов. -М.,1979. -260с.

9. Elliott-Meadows S.R., Froese E., Appleyard E.C. Cordierite-anthophyllite-cummingtonite rocks from the Lar Deposit, Laurie Lake, Manitoba // The Canadian Mineralogist. -1980. -V.37. -P.375-380.

10. Leake E. Nomenclature amphiboles// Miner. Magaz. 1978. V.42. P. 533-563.Elliott-Meadows S.R., Froese E., Appleyard E.C. Cordierite-anthophyllite-cummingtonite rocks from the Lar Deposit, Laurie Lake, Manitoba //Canadian Mineralogist. -1980. -V.37. -P.375-380. 11. Spear F.S. The gedrite-anthophillite solvus and the composition limits of ortoamphibole from the Post Pond Volcanics, Vermont // American mineralogist. -1980. - V.65. -P.1103-1118.