МЕТОД ДИНАМІЧНИХ ЗВ'ЯЗКІВ МІЖ ВМІСТОМ КОМПОНЕНТІВ МІНЕРАЛІВ - Закономірності зміни складу мінералів з докембрійських порід Українського щита

Запропоновано дослідження динаміки зміни складу мінералів на основі апроксимації залежностей між парами компонентів складу мінеральних індивидів (мінерального виду) лінійною функцією Y = aX + b. Встановлено, що в межах кожного мінерального виду є стійкі пари компонентів, зміна вмісту яких надійно апроксимується лінійною залежністю з коефіцієнтом кореляції лінійної апроксимації R2. Зміна компонентів може бути закономірною однонаправленою, різнонаправленою або незакономірною. Показано, що стехіометричні свіввідношення між компонентами не є причиною лінійних змін компонентів у багатокомпонентних мінералах, оскільки кількість компонентів (змінних) перевищує кількість рівнянь (табл. 1). Нехтуючи домішками і похибками аналізу (?, ??, ???>0), для гранатів маємо 6 рівнянь і 7 змінних, для піроксенів - 6 рівнянь і 10 змінних, для амфіболів - 7 рівнянь і 11 змінних. Взаємна зміна традиційно ізоморфних компонентів часто не виявляє функціонального зв'язку або не відповідає поняттю ізоморфізма (Zr і Hf змінюються однонаправлено; достовірність зв'язку між Mg і Fe2+ менша, ніж між Mg і сумарним Fе, існує достовірна різнонаправлена зміна Mg і Na тощо). Ізоморфізм є одним із способів досягнення більш стійких хімічних комплексів, аналогічних хімічним сполукам. У природі ця стійкість, ймовірно, реалізується через взаємопов'язану лінійну зміну певних компонентів у системі зі змінною кількістю частинок.

Таблиця 1 Залежності між вмістом компонентів (СОксид), які визначаються стехіометрією мінералів

Гранати

Піроксени

Амфіболи

1. СMgO+СFeO+CFe2O3+ СSiO2+ ССаО+САl2O3 +СTiO2+...+?=1

1. СNa2O+СMgO+СFeO+CFe2O3+ CMnO+СSiO2+ССаО+САl2O3+ СTiO2+....+?=1

1. СK2O+СNa2O+ССаО+СMgO+СFeO+ CFe2O3+СMnO+ СSiO2+САl2O3+ СCr2O3+СTiO2+?=1

2. СSiO2/SiO2 /A = 3

2. СSiO2/SiO2 +??/A = 2

2. СAl2O3IV= (8A? СSiO2/SiO2)Al2O3

3. (СMgO/MgO+ССаО/ CaO +СFeO/FeO+??)/A = 3

3. (СMgO/MgO+CMnO/MnO+ СFeO/FeO+СFeO/Fe2O3+САl2O3/

Аl2O3+СTiO2/TiO2+???)/A = 1+x

3. (СMgO/MgO+СMnO/MnO+ ССаО/CaO+СFeO/FeO +??)= 2A

4. (САl2O3/Al2O3+CFe2O3 /FeO+ СTiO2/TiO2 + +???)/A = 3

4. (СNa2O/Na2O+ССаО/CaO+????)/A =1-x

4. 2(САl2O3?СAl2O3IV)/Al2O3+ 2CFe2O3/ Fe2O3+СTiO2/TiO2+ 2СCr2O3/Cr2O3+???)=5A

5. 2СMgO+2СFeO+3CFe2O3 +4СSiO2 +2ССаО+3САl2O3 4СTiO2+...+?=24
    5. A=1/6(СMgO/MgO+СFeO/FeO+ 2СSiO2/SiO2+?????)

5. СK2O+СNa2O+2ССаО+2СMgO+ 2СFeO+2СMnO+3CFe2O3+3САl2O3+ 3СCr2O3+4СSiO2+4СTiO2=44

6. A=1/12(СMgO/MgO+ СFeO/FeO+2СSiO2/SiO2+ +?)

6. СNa2O+2СMgO+2СFeO+3CFe2O3+ CMnO +4СSiO2+2ССаО+3САl2O3+ 4СTiO2+...+?=12

6. A=1/22(СK2O/K2O+СNa2O/ Na2O+СMgO/MgO+СFeO/FeO+ 3CFe2O3 /Fe2O3 +ССаО/CaO+ 3СCr2O3/Cr2O3 +2СTiO2/TiO2 + 2СSiO2/SiO2 + ???)

7. СK2O/K2O+ СNa2O/Na2O?2A

Параметри рівнянь апроксимації (a, b, R2) складу мінералів корелюють з умовами їх генезису, отже, можуть бути використані для генетичних побудов; існування закономірної зміни певних компонентів мінералу дозволяє кількісно схарактеризувати процеси зміни складу в мінералах.

ОСОБЛИВОСТІ ХІМІЧНОГО СКЛАДУ І ЗАКОНОМІРНА ЗМІНА КОМПОНЕНТІВ ПОРОДОУТВОРЮВАЛЬНИХ МІНЕРАЛІВ ІЗ ПОРІД ПРИАЗОВСЬКОГО, ДНІСТЕРСЬКО-БУЗЬКОГО І СЕРЕДНЬОПРИДНІПРОВСЬКОГО МЕГАБЛОКІВ УЩ

Досліджено динаміку зміни складу породоутворювальних мінералів із докембрійських порід Приазовського мегаблока, а саме: Сорокінської зелено-кам'яної структури (СЗС), Чернігівського карбонатитового комплексу (ЧКК), прирозломних ураноносних альбититів. Виявлено таке:

В олівінах із ЧКК існує тенденція однонаправленої лінійної зміни Al(Si), Al(Mg), а в олівінах із СЗС - різнонаправленої зміни тільки Fe(Mg), Fe(Si), але з високою достовірністю лінійної апроксимації, як і в ЧКК. За складом гранатів із СЗС закономірних змін складу не виявлено, тоді як для гранатів із ЧКК отримано різнонаправлений лінійний зв'язок між компонентами Fe(Al). Встановлено надійні лінійні зв'язки між компонентами Fe-Mg, Fe-Si і Fe-(Mg+Са+Si) окремо в моноклінних і ромбічних піроксенах із СЗС, тоді як між іншими компонентами закономірної зміни не виявлено. Аналогічні зміни мають місце в піроксенах із ЧКК, але в них ще проявлена тенденція лінійної зміни компонентів Na(Mg),

(Na+К)= f(Mg+Са) та Na+K+Al=f(Ca+Mg+Si).

Склад обох піроксенів - ромбічного і моноклінного - відображає загальний процес, пов'язаний з лінійним збільшенням вмісту Fe за рахунок зменшення Mg, Si, Са, як в ЧКК, так і в СЗС. В ЧКК у піроксенів з'являються додаткові зв'язки за рахунок лужних компонентів, які характерні для карбонатитів. У піроксенів з прирозломних ураноносних альбітитів кількість зв'язків і ступінь лінійності зміни компонентів значно більша. Точки складу обох піроксенів лягають на різні ділянки однієї прямої, що свідчить про їх зміну в одному процесі. Таким чином, піроксени генетично пов'язані, хоча і фіксується 2 етапи їх розвитку. Лінійність та значення параметрів залежностей у ромбічних піроксенів вищі, ніж в моноклінних, що означає їх першість у процесі збільшення Fe, Na, K, Al за рахунок зменшення Ca, Mg, Si. Виявлено зміну складу амфіболів куммінгтоніт-грюнеритового, тремоліт-актинолітового рядів та ряду рогових обманок із порід СЗС. Закономірна синхронна лінійна зміна компонентів свідчить, що рогові обманки та більшість амфіболів тремоліт-актинолітового ряду об'єднані одним неперервним процесом регресивних метаморфічних перетворень, тоді як амфіболи куммінгтоніт-грюнеритового ряду є, мабуть, наступним, якісно іншим етапом цієї гілки. Амфіболи із порід ЧКК змінюють склад у більшості випадків незакономірно, крім Fe(Mg), Fe(Mg+Si), Fe(Mg+Са+Si), Al(Si), Na+Al=f(Si), Na+K+Al ? Ca+Mg+Si. На графіках зміна компонентів має вигляд ламаної, яка складається з двох прямих. Це свідчить про розривний, двостадійний процес зміни складу амфіболів, причому, зі зменшенням швидкості на останному етапі. За зміною складу амфіболи з прирозломних ураноносних альбититів чітко поділяються на дві групи, як і піроксени. Лінійні залежності виявлені між компонентами Fe(Mg), Fe(Si), Fe(Mg+Si), Na(Mg), K(Ca),

Na+K= f(Ca+Mg), Na+K+Al= f(Ca+Mg+Si).

Відсутній зв'язок між Al і Si, що є не типовим для амфіболів.

Склад слюд із СЗС проаналізовано на предмет існування залежностей між компонентами (рис.1). Аналіз зв'язків між компонентами складу слюд виявляє схожість динаміки зміни складу біотитів і мусковітів та відмінність біотитів і флогопітів, що, виходячи з кристалохімічних міркувань та ізоморфізму між Fe і Mg, є несподіваним. У той же час має місце подібність біотитів до ромбічних піроксенів, мусковітів - до моноклінних піроксенів, тобто мінералів групи піроксенів, а флогопітів - до амфіболів (за лінійними залежностями між компонентами), що може свідчити про їхні генетичні зв'язки. Це демонструє можливості застосування лінійних залежностей в задачах генетичної мінералогії, а подібність лінійних зв'язків свідчить про еволюційний характер перетворень в мінералах, що є причиною стійких мінеральних парагенезисів за певних РТ-умов. Методом електронно-зондового мікроаналізу досліджено мінерали сиєніт-пегматитових порід Південно-Кальчицького масиву (Східне Приазов'я). Встановлено особливості складу та незвичайні прояви їх гетерогенності на мікрорівні, а саме: високий вміст Fe у мінералах, присутність в олівінах фаз з "легкими" елементами, включень магнетита в оточенні амфібола (скла?) зі Sc, надзвичайно гетерогенну хімічну і фазову будову мінеральних індивидів, перетворення мінеральних індивидів, що йдуть із середини, а не з краю зерен.

У Дністерсько-Бузькому мегаблоці досліджено, за результатами електронно-зондового мікроаналізу, зв'язки між компонентами гранатів, піроксенів і амфіболів із кристалосланців та ендербіто-гнейсів Хащевато-Завальєвської структури. Між компонентами гранатів із кристалосланців на графіках Fe(Mg), Fe(Si), Fe(Mg+Si), Fe(Mg+Са+Si), Al(Ti) існує тенденція різнонаправленої лінійної зміни, а на графіках Al(Mg), Al(Si) - однонаправленої. В ендербіто-гнейсах закономірні зв'язки між цими компонентами гранатів відсутні. В обох породах надійно фіксується (R2?0,95) різнонаправлена лінійна зміна компонентів Fe(Mg+Са+Si). Ступінь лінійності апроксимацій значно вищий у гранатах із кристалосланців (рис. 2). З позиції еволюції мінералів це може означати, що кристалосланці більш перетворені породи, які пройшли через стадію ендербіто-гнейсів і утворені за їх рахунок.

В усіх породах спостерігається перекриття складу з одночасним існуванням реліктового і новоутвореного піроксену. Параметри рівнянь апроксимації Fe(Mg) за складом ромбічних піроксенів з ендербіто-гнейсів та кристалосланців близькі, аналогічно - за складом моноклінних піроксенів. Їх відмінність на графіку Fe(Mg) зображається квазіпаралельними прямими. У ромбічних піроксенів відсутні закономірні зміни компонентів Al(Mg), Al(Si), Al(Тi) (рис. 3), тоді як у моноклінних вони майже лінійні, як у амфіболів. Це свідчить про подібність моноклінних піроксенів до амфіболів за характером процесу, що відповідає заміні "сіми" (Ca+Mg+Si) на "сіаль" (Na+K+Al), та відношення ромбічних і моноклінних піроксенів до якісно різних етапів цього процесу. Зміна складу амфіболів з кристалосланців та ендербіто-гнейсів у порівнянні з піроксенами описується меншою кількістю зв'язків (найбільш достовірні залежності між Fe і Mg, Fe і Si) з меншими значеннями параметрів апроксимації. Ступінь лінійності зв'язків у амфіболів із кристалосланців вища, ніж у амфіболів з ендербіто-гнейсів. У амфіболів із кристалосланців та ендербіто-гнейсів протилежний характер зміни компонентів в координатах Al(Тi), К(Mg), К(Na). У кристалосланцях напрям зміни компонентів такий же, як у амфіболів більш низьких фацій метаморфізму, а в ендербіто-гнейсах - характерний для амфіболів гранулітової фації метаморфізму і моноклінних піроксенів. Це свідчить про кардинальні зміни РТ-умов при перетворенні ендербіто-гнейсів в кристалосланці. Найбільш інформативними характеристиками закономірної зміни складу породоутворювальних мінералів із докембрійських порід Дністерсько-Бузького мегаблоку є залежності між компонентами

Na+K+Al= f(Ca+Mg+Si), Fe(Mg+Са+Si), Na(Mg), Al(Mg), Al(Si).

Лінійна залежністть між Na(Mg) характерна для піроксенів з ендербіто-гнейсів та амфіболів із грануліта, вона є типоморфною ознакою зміни РТ-умов гранулітової фації. Ймовірно, що зміна складу зі зменшенням порядкового номеру елементів характеризує зміну тиску. Перехід від гранулітової до амфіболітової фації змінює напрям взаємозаміни елементів у бік збільшення порядкового номера, починає проявлятися лінійна залежність Al(Mg). Далі показано, що це пов'язано з переважним впливом температури. Таким чином, залежності Na(Mg) та Al(Mg) зміни компонентів амфіболів є індикаторами переходу від гранулітової до амфіболітової фацій.

Порівнянням зміни складу амфіболів із гнейсів і гранулітів тоналіт-трондьємітової асоціації порід гнейс-мігматитового комплексу Середньопридніпровського мегаблоку виявлено більшу лінійність залежностей, більші значення параметрів рівнянь Al(Si) і Al(Тi) у амфіболів із гранулітів, яка відповідає більш високим термодинамічним умовам. Виявлено закономірну зміну складу амфіболів із метабазитів, як на рівні індивідів (рис. 4), так і на рівні монофракцій рівнях метаморфічного перетворення. Аналіз зміни складу амфіболів із метабазитів Сурської, Верховцевської та Чортомлицько-Соленівської структур показав найвищу лінійність рівнянь апроксимації у амфіболів із порід Сурської структури, що метаморфізовані в умовах зеленосланцевої фації; Верховцевської структури - амфіболітової і двуслюдяно-гнейсової фацій; Чортомлицько-Соленівської структури - амфіболітової і гранулітової фацій метаморфізму. Якщо вважати напрям метаморфізму в метабазитах мегаблоку регресивним, то найбільш зміненою є Сурська структура, далі Верховцевська, а найменше - Чортомлицько-Соленівська структура.

Однакові значення параметрів лінійних залежностей у амфіболів цих структур (рис. 6), свідчать про єдиний закономірний процес змін у територіально роз'єднаних структур з різним проявом метаморфізму, що означає внутрішню еволюційну природу метаморфізму. Взаємна зміна компонентів амфіболів закономірна на всіх рівнях: від зерна мінерала до різних монофракцій мінерального виду цілої геологічної структури. Лінійні зв'язки у вигляді синхронної зміни вмісту пари компонентів відображають певний механізм закономірного еволюційного розвитку мінеральної речовини.

Прикладним застосуванням методу динамічних зв'язків є розроблений спосіб фаціального розчленування порід (хімічні аналізи амфіболів взято з монографії Є. О. Костюк, 1970). Спосіб особливо актуальний при відсутності в породі критичних мінералів. Лінійний характер зміни компонентів зафіксовано на графіках Al(Тi) і Al(К) у породах тільки гранулітової фації (рис. 7).

На графіках Al(Si) лінійні зв'язки існують між компонентами амфіболів кожної фації (рис. 7). На відміну від незакономірної зміни компонентів (R2=0,12 і R2=0,24) на об'єднаних графіках Al(Тi) і Al(К), на об'єднаному графіку Al(Si) отримано надійну лінійну залежність (R2=0,82), хоча по окремих фаціях значення коефіцієнтів лінійної апроксимації значно менші (від 0,31 до 0,54). Значення параметрів (a і b ) рівнянь Al(Si) для амфіболів різних фацій закономірно збільшуються від зелено-сланцевої до низької гранулітової фації метаморфізму, що і покладено в основу розробленого способу. Залежність між параметрами a і b лінійних рівнянь окремих фацій (рис. 8) має надійний (R2=0,97) лінійний характер і описується рівнянням b = 46,54a+8,02. Реперні точки фацій на графіку мають наступні координати: зелено-сланцева - a = 0,47, b = 27,95; епідот амфіболітова - a = 0,52, b = 34,05; амфіболітова - a = 0,79, b = 45,81; гранулітова - a = 0,93, b = 50,39. При використанні способу на графік треба відкласти, як координати, параметри лінійного рівняння, отриманого за складом амфіболів, що досліджується на фаціальну належність. За розташуванням точки з координатою (b; a) за графіком визначається найближчий до неї репер, тобто відповідний ступінь метаморфічних перетворень, і, таким чином, встановлюється фація метаморфізму. Можливий також і аналітичний варіант визначення за допомогою рівняння b = 46,54a + 8,02.

Склад амфіболів при різних температурах, тисках і фугітивностях кисню (fO2) був досліджений у роботі Speer, 1981. Наведені електронно-зондові аналізи використано нами для побудови залежностей між відповідними компонентами (рис. 9-10).

Зафіксовано однонаправлену лінійну зміну компонентів за відновлювальних умов вюстит-магнетитового буферу. При більшому окисненні точки на графіках розташовуються хаотично, не виявляючи синхронної зміни Fe і Mg зі зміною температури, тоді, як об'єднані дані (одночасна зміна окиснення і температури) апроксимуються прямою з R2=0,82. Лінійний, але різний характер зміни складу, спостерігається в умовах магнетит-гематитового буферу на графіках Na(Mg) і Fe(Si) (різнонаправлений) та Fe(Al) і Al(Mg) (однонаправлений). Характер залежностей зі зміною ступеню окиснення змінюєтья на протилежний. Зі зміною температури відбувається лінійна різнонаправлена зміна компонентів Al і Si та однонаправлена зміна Al і Тi. В цих координатах точки складу амфіболів з різними буферами лягають на одну пряму (R2=0,85-0,92), що свідчить про однакову швидкість зміни компонентів під час зміни температури незалежно від ступеню окиснення. Лінійність на інших залежностях існує тільки в межах кожного окремого буферу, а об'єдані дані закономірної зміни не виявляють.

Внаслідок нагрівання амфіболи чітко розділяються на 2 групи залежно від ступеню окиснення за ступенем лінійності і напрямом зміни компонентів на графіках Na+K+Al=f(Ca+Mg+Si) і Fe(Al). Амфіболи розділяються на 3 групи: з найбільшим ступенем окиснення (немає закономірної зміни), середнім (R2=0,64) і найнижчим (R2=0,98), де достовірно проявляється різнонаправлена зміна компонентів. Отже, при зміні температури, надійні зв'язки між компонентами амфіболів існують у середовищі з меншим ступенем окиснення.

Зі зміною тиску (рис. 10) лінійно і протилежно змінюється вміст Al і Si (R2=0,95; 0,99; 1,00), не лягаючи на одну спільну пряму при всіх буферах, як це мало місце під час зміни температури. Головна їх відмінність полягає в тому, що збільшення лінійності і значень параметрів рівнянь зі зміною тиску проходить при збільшенні фугітивності кисню (ступеню окиснення), а зі зміною температури, навпаки, при її зменшенні. Враховуючи, що у амфіболів, в умовах нижче гранулітової фації, має місце протилежна картина (подібна до зміни температури), то зроблено висновок, що головними чинниками фаціальних змін у напрямі від зелено-сланцевої до амфіболітової фації є зміни температури та ступеню окиснення. На графіку Fe(Mg) різнонаправлені лінійні зміни компонентів виявлені тільки в умовах магнетит-гематитового буфера (R2=0,95) і на об'єднаному графіку (R2=0,93), демонструючи закономірну зміну Fe і Mg внаслідок зміни окиснення. Лінійні різнонаправлені зміни складу під час змін фугітивності кисню і тиску фіксують графіки Na(Mg) і Na+K+Al=f(Ca+Mg+Si). Внаслідок зміни фугітивності кисню (Т і Р постійні) отримано закономірні лінійні залежності між всіма парами компонентів, крім Fe(Ca). Отже, зміну температури фіксують лінійні залежності між компонентами амфіболів Al і Si, Al і Ti, зміну тиску - залежності між Al і Si, Na і Mg, Mg+Ca+Si і Na+K+Al, а на закономірну зміну Fe і Mg, Fe і Mg+Ca+Si, Mg+Ca+Si і Na+K+Al, Fe і Al найбільше впливає зміна киснево-водневого потенціалу. Те, що внаслідок зміни окисненості не проявляється лінійна залежність між Fe і Са, у разі лінійних змін інших компонентів, може бути індикатором постійності параметрів тиску і температури. Ймовірно, зміна ступеня окиснення в мінеральному середовищі є визначальним чинником лінійних зв'язків між компонентами амфіболів. Таким чином, виявлено синхронну зміну компонентів складу амфіболів під дією зовнішніх чинників, встановлено закономірні зміни компонентів породоутворювальних мінералів різних за складом і генезисом порід, що може бути покладено в основу нового напряму - еволюційної мінералогії.

Похожие статьи




МЕТОД ДИНАМІЧНИХ ЗВ'ЯЗКІВ МІЖ ВМІСТОМ КОМПОНЕНТІВ МІНЕРАЛІВ - Закономірності зміни складу мінералів з докембрійських порід Українського щита

Предыдущая | Следующая