Геммологические особенности и генезис хризолитов месторождений Ковдор и Кугда

Краткое описание

Содержание
ВВЕДЕНИЕ 3 ГЛАВА 1. Геологическое строение месторождений

1.1 .Геологическое строение Ковдорского флогопитового месторождения 11

1.2. Геологическое строение Кугдинского месторождения хризолита 19 ГЛАВА 2. Парагенетические ассоциации хризолита.

2.1.Особенности локализации и парагенезис хризолита

Ковдорского массива 27

2.2.Типы локализации и парагенезис хризолита Кугдинского массива 31

ГЛАВА 3. Комплексное геммологическое изучение хризолита

3.1. Физические свойства хризолита 37

3.2 .Химический состав хризолитов 41

3.3. Мессбауэровские исследования образцов хризолита 44

3.4. Окраска и оценка цвета хризолитов 52 3.5.Оптические спектры поглощения и отражения хризолитов 58 3.6. Технологические особенности хризолитов 69 ГЛАВА 4. Результаты изучения включений в хризолитах

4.1. Диагностические включения в хризолитах различных генетических типов. 73

4.2. Классификация включений. 76

4.3. Кристаллические включения в хризолите Ковдора и Кугды. 79 4.4.Продукты распада оливинового твердого раствора

в хризолите Ковдора и Кугды. 87

4.5. Многофазные расплавные включения в хризолите Ковдора и Кугды. 91 ГЛАВА 5. Генезис хризолита 108 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 120 ЛИТЕРАТУРА 126
Введение

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время, в связи со стремительным развитием рынка драгоценных камней и, как следствие, синтезом природных аналогов и изготовлением имитаций, а также поступлением партий контрабандных вставок на международный рынок, перед геммологами стоит важная задача диагностики и идентификации драгоценных камней и установления месторождений, откуда поступал ювелирный материал.

Хризолит (перидот) - минерал из группы оливина - драгоценный камень, характеризующийся высокой прозрачностью и красивым желто- или оливково-зеленым цветом. Он относится к магнезиально-железистому изоморфному ряду, крайними членами которого являются форстерит Mg2 [SiO4] и фаялит Fe2[SiO]4. По существующей классификации содержание фаялитового минала (в молекулярных процентах) в хризолите должно составлять от 10 до 30% . Хризолит известен в эндогенных месторождениях различных генетических классов и типов и россыпях [1,28,30].

Представленная работа посвящена изучению особенностей ювелирного хризолита, образующегося в ультраосновных-щелочных интрузивах центрального типа (на примере массивов Ковдор и Кугда). Данный генетический тип хризолита мало освещен в литературе, поэтому основное внимание автор уделил диагностическим особенностям и проблеме происхождения минерала этого генетического типа.

Актуальность работы. В настоящее время существует множество различных методов диагностики ювелирных камней, и с каждым годом эти методы все более совершенствуются.

Изучение внутренней микроминералогии кристаллов (включений кристаллических фаз, предшествующих или образующихся одновременно с

минералом-хозяином, продуктов распада, а также дочерних фаз раскристаллизованных расплавных включений) является одним из наиболее важных источников геммологической и генетической информации для специалистов. Данная информация может оказаться полезной как в научном, так и в практическом аспектах: 1) выступает в качестве диагностического признака минералов; 2) помогает определять месторождение, из которого поступил эндогенный материал, или устанавливать соответствие образцов из россыпей определенным коренным источникам; 3) позволяет различать естественные и искусственные минералы; 4) свидетельствует о генезисе природных самоцветов.

Хризолиты Ковдора и Кугды обладают набором характерных включений, которые не были ранее описаны в литературе. Их присутствие позволяет достаточно надежно отличать образцы данного генетического типа от хризолитов, образовавшихся в иных геологических условиях.

До сих пор не существует единой точки зрения на генезис хризолитов изученных месторождений. Часть исследователей стоит на позициях метасоматического происхождения хризолита, другая группа ученых относит его к магматическим образованиям. Поэтому очень важным является обнаружение в хризолитах расплавных включений, присутствие которых свидетельствует в пользу его магматического генезиса.

Объектом исследования послужили кристаллы хризолита и их фрагменты из коренных пород, глыбовых развалов, россыпей и отвалов флогопитового месторождения Ковдор (Кольский полуостров) и хризолитового месторождения Кугда (Красноярский край).

Целью работы являлось комплексное изучение хризолитов, связанных с массивами ультраосновных щелочных пород и карбонатитов, для выявления их типоморфных признаков и физико-химических условий образования.

В процессе выполнения настоящей работы автором решались следующие задачи: 1) обобщение литературного материала по геологии, парагенетическим ассоциациям, свойствам и условиям образования хризолитов изучаемых месторождений; 2) исследование хризолитов изучаемых массивов для получения их геммологических характеристик; 3) изучение морфологии, фазового и химического состава включений в хризолитах, классификация включений и выявление их диагностических особенностей для практического применения; 4) анализ полученных результатов для установления эволюции минералообразующей среды и характеристики генезиса хризолитов.

Методы исследования и фактический материал. Диссертационная работа базировалась на изучении образцов, собранных автором на преддипломной практике на месторождении Ковдор в 2001 году, а так же на исследовании каменного материала из музейных коллекций ВИМСа и минералогического музея РАН им. А.Е. Ферсмана.

В процессе работы автором было исследовано более 50 образцов хризолита с использованием комплекса методов. Замеры показателей преломления были выполнены на геммологическом рефрактометре, плотность определялась объемометрическим методом. Хризолит, твердые включения минеральных фаз и расплавные включения изучались в полированных с двух сторон пластинках. Предварительная диагностика кристаллических включений осуществлялась методами оптической

петрографии и была в дальнейшем подтверждена данными микрозондового анализа с использованием электронных микроанализаторов Jeol 733 Supcrprobe и JXA-8100 Supcrprobe, снабженного энерго-дисперсионным рентгеновским спектрометром Link (INCA-400). Примесные компоненты с содержанием менее 1 мае. % анализировались с помощью кристалл-дифракционного метода на WDS Х-гау спектрометре.

С целью выявления ионов Fe2+ и Fe3+ в структуре хризолита и оценки соотношения между ними использовались методы оптической спектроскопии (спектры поглощения были получены на спектрофотометре Philips Analitieal PU 8800) и ядерного гамма-резонанса (спектрометр ЯГРС-4М).

Исследования проводились в лабораториях ВИМСа при непосредственном участии диссертанта.

Научная новизна. На основе комплексного исследования и сравнительного анализа геммологических особенностей хризолитов из щелочно-ультраосновных массивов Ковдор и Кугда получены принципиально новые данные, базирующиеся на исследовании включений, которые позволяют идентифицировать эти хризолиты и охарактеризовать условия их образования и генезис.

• Полученные результаты по изучению спектров поглощения и отражения хризолитов в процессе нагрева свидетельствуют о возможности облагораживания хризолитового сырья с целью улучшения его цветовых показателей.

• Впервые выявлены и изучены новые типы включений — кристаллические включения минералов-спутников, продукты распада оливинового твердого раствора, многофазные расплавные включения,

которые следует рассматривать как диагностический признак хризолитов ультраосновных-щелочных комплексов.

• По изменению фазового и химического состава включений прослежена эволюция исходного силикатного расплава до существенно карбонатного в процессе образования хризолитов рассматриваемого генетического типа.

• Обнаружение в изученных хризолитах первичных и вторичных включений расплава (при отсутствии флюидных включений) противоречит представлениям о метасоматической природе и дает основание говорить об их магматическом генезисе.

Практическая значимость. Изучение включений применительно к ювелирным разностям минералов имеет как научное, так и практическое значение. На основании выявления специфических типов включений, характера их распределения в минерале-хозяине, морфологических особенностей, фазового и химического состава удается не только производить диагностику и определять генетическую природу самоцветов, но и выявлять возможные источники поступления ювелирного сырья на рынок. Присутствие включений расплавов и минералов-спутников позволяет достаточно надежно отличать образцы данного генетического типа от хризолитов, образовавшихся в иных геологических условиях, что может быть использовано практикующими геммологами при диагностике данного самоцвета.

Полученные нами предварительные данные по изменению цветовых характеристик хризолитов в процессе нагрева свидетельствуют о различной устойчивости окраски образцов из разных месторождений к термическому воздействию, что открывает перспективы в решении задачи облагораживания бледно-окрашенных разновидностей этого самоцвета.

Факт обнаружения в хризолите включений расплава (при полном отсутствии флюидных включений) противоречит существующим представлениям о его метасоматической природе. Учитывая присутствие в хризолитах только расплавных включений, следует пересмотреть существующую геолого-генетическую классификацию и отнести проявления хризолита Ковдорского и Кугдинского месторождений к магматическому генетическому классу.

Результаты проведенных исследований используются в учебных курсах (лекционных и семинарских занятиях) для геммологов и минералогов.

Апробация работы и публикации. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы докладывались на V, VI и VII Международных конференциях "Новые идеи в науках о Земле" (2002, 2003, 2005 г.г., Москва), на конференции МГТУ "Неделя горняка -2004" (Москва), V Международном Симпозиуме "Минералогические Музеи" (2005 г., Санкт-Петербург), а также на X Международном симпозиуме по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии в Германии (2004 г., Франкфурт на Майне).

По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в которых раскрываются результаты проведенных исследований и основные положения.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 83 наименований. Она содержит 136 машинописных страниц, 45 иллюстраций, 16 таблиц.

Благодарности. Автор выражает благодарность научному руководителю профессору Е.П. Мельникову и коллективу сотрудников ВИМСа за оказанную ими помощь в исследовании образцов хризолита и

интерпретации полученных данных. Автор сердечно благодарит ведущего специалиста в области минералогии и геохимии, кандидата геолого-минералогических наук СВ. Соколова за постоянную поддержку и всестороннюю помощь в изучении хризолита. Отдельную благодарность автор выражает: главному научному сотруднику отдела минералогии ВИМСа В.И. Кузьмину и кандидату геолого-минералогических наук заведующей литотекой и музеем ВИМСа Н.В. Скоробогатовой за помощь в освоении методик исследования и любезно предоставленные образцы; доктору геолого-минералогических наук В.В. Коровушкину, и научному сотруднику отдела минералогии В.А. Расулову за помощь в проведении спектроскопических исследований, кандидату геолого-минералогических наук Н.И.Чистяковой и кандидату геолого-минералогических наук Г.Н Нечелюстову за помощь в получении аналитических данных.

Автор благодарит за предоставленные образцы хризолита Н.М Манасва, Д.И. Белаковского, М.М. Моисеева и К.А. Розенберг и выражает благодарность доценту кафедры геммологии МГГРУ А.В. Федорову, а также ведущему инженеру отдела минералогии ВИМСа П.П.Кривощскову за оказанную помощь в получении фотографий образцов и включений в хризолитах.

Защищаемые положения.

I. Совокупность данных, характеризующих хризолит массивов Ковдор и Кугда - химический состав, физические и спектроскопические свойства, а также технологические особенности, свидетельствует о его хорошем ювелирном качестве и позволяет рассматривать как потенциальное сырье для ювелирной промышленности.

II. Диагностическим признаком хризолитов из ультраосновных-щелочных массивов Ковдор и Кугда являются впервые установленные три типа включений: минералы-спутники, продукты распада твердого раствора, многофазные расплавные включения, отсутствующие в хризолитах других генетических типов.

III. По изменению в процессе кристаллизации хризолита минерального и химического состава включений (от минералов-спутников к дочерним фазам первичных и вторичных разновидностей) прослеживается эволюция расплава от силикатного до существенно карбонатного. Обнаружение в хризолитах включений расплава, при полном отсутствии флюидных включений, позволяет отнести данный тип хризолита к магматическому генетическому классу.

10

ГЛАВА 1. Геологическое строение месторождений

1.1.Геологиеское строение Ковдорского флогопитового месторождения

Ковдорский массив находится в юго-западной части Кольского полуострова и залегает среди гнейсов и гранито-гнейсов беломорской серии. Породы беломорской серии слагают огромную полосу, длиной около 340, шириной 40-60 км, охватывающую Северную Карелию и юго-западную часть Кольского полуострова. Возраст их по аналогии с такими же породами Швеции и Финляндии определяется как нижнеархейский (свионий). Абсолютный возраст 1800-2000 млн. лет. Согласно существующим представлениям, беломорская серия пород расчленяется на три толщи -нижнюю, среднюю и верхнюю, собранные в сложную систему складок. Нижняя (керетьская) толща представлена биотитовыми гнейсами и гранито-гнейсами с подчиненными амфиболовыми гнейсами и амфиболитами. Средняя (хетоламбинская) толща сложена преимущественно амфиболитами, амфиболовыми и биотитовыми гнейсами, а верхняя (лоухская) - гранато-биотитовыми, кианито-гранато-биотитовыми и биотитовыми гнейсами. Гнейсы и гранито-гнейсы в районе массива включают отдельные тела габбро и габбро-норитов архейского возраста и пересечены системой жил микроклиновых и плагио-микроклиновых пегматитов.

Основным структурным элементом является Енско-Лоухский синклинории северо-западного простирания, ядро которого сложено верхней толщей, а крылья породами средней и нижней толщ. Синклинории осложнен более поздней складчатостью II и III порядков. Ковдорский массив приурочен к восточному крылу Енско-Лоухского синклинория и имеет эруптивные

11

контакты с вмещающими породами. Породы Ковдорского массива являются самыми молодыми коренными образованиями района. Абсолютный возраст пород массива, определенный аргоновым и гелиевым методом, составляет 338-426 млн. лет (средний палеозой). В плане массив имеет овальную форму и отчетливо кольцевое строение, обусловленное последовательным внедрением тяготеющих к единому центру различных по составу интрузивных фаз (от оливинитов до сиенитов) и сопровождающими их явлениями метасоматоза. В сложении массива наряду с интрузивно-магматическими участвуют и метасоматические породы, на долю которых приходится не менее половины всей площади современного эрозионного среза. Площадь массива в современном срезе 40,5 км . Древнейшими породами массива являются оливиниты, слагающие его ядро (площадь около 8 км). Краевую зону массива слагают щелочные породы ийолитовой серии и турьяиты. Их внедрение по контакту оливинитов с вмещающими гнейсами сопровождалось активным изменением и тех, и других пород. По существующим представлениям данный процесс привел к тому, что гнейсы превратились в щелочные породы (фениты), а оливиниты- в пироксеновые породы с флогопитом (с большим или меньшим количеством, вплоть до преобладания его в составе породы), мелилитовые и монтичеллитовые метасоматиты [39,66,68].

К Ковдорскому массиву приурочено 5 промышленных типов месторождений: комплексное бадделеит-апатит-магнетитовое и флогопит-вермикулитовое (разрабатываются в настоящее время), месторождения апатитоносных карбонатитов, оливинитов и франколита (резервные) [24]. Перспективны залежи каолинит-лизардитовых руд, приуроченных к коре выветривания массива

12

На Ковдорском массиве в настоящее время установлено 150 минералов, 6 из которых являются эндемиками: ковдорскит, римкорольгит, гирвасит, красновит, стронциовитлокит, снаит. Помимо того здесь встречаются и другие редкие минералы - маннассеит, бобьерит и др.

Ковдорское месторождения флогопита пространственно и генетически связано с одноименным массивом среднепалеозойских ультраосновных, щелочных пород и карбонатитов; вмещающие породы представлены нижнеархейскими гнейсами и гнейсо-гранитами беломорской серии.

Месторождение расположено в северной части массива и приурочено к зоне полукольцевых периклинальных разломов, благодаря которым породы флогопитового комплекса слагают подковообразную концентрическую зону общей длиной 8 км, мощностью до 1-1,5 км. Форма тел пегматоидных флогопитоносных пород, вероятно, обусловлена опусканием крупных блоков пород в зоне разрывных нарушений. По геологическим разрезам устанавливается общее падение зоны флогопитоносных пород в сторону внешнего контакта интрузии [32, 33,66].

Оливин является одним из основных породообразующих минералов на массиве. В разных количествах он входит в состав ультрамафитов (оливиниты, перидотиты, оливиновые пироксениты), оливин-монтичеллитовых пород, оливинсодержаших щелочных пород (турьяиты, мельтейгит-порфиры), фоскоритов и кальцитовых карбонатитов. Однако ювелирная разновидность оливина - хризолит - встречается только среди образований флогопитового комплекса.

Ковдорское флогопитовое месторождение приурочено к зоне контакта между оливинитами и мел ил итол игами в северо-западной части массива. Месторождение представляет собой зональное тело, внешняя зона которого сложена мелкозернистыми диопсид-флогопит-форстеритовыми породами,

13

сменяющимися к центру крупнозернистыми разновидностями. Среди последних присутствуют жилообразные тела пегматоидных пород того же состава с промышленной слюдой. Наиболее крупным из таких тел является разрабатываемая в настоящее время так называемая «Главная залежь», расположенная в осевой части флогопитового месторождения. Залежь вытянута в широтном направлении на 350-400м при мощности 120-150м. С глубины 100-150 метров залежь расчленяется на ряд апофиз, мощность которых уменьшается по мере удаления от ее центральных частей [66].

Строение флогопитовой залежи зональное. Внешняя зона сложена средне и мелкозернистыми кристаллами диопсида, флогопита и форстерита. Ближе к центральной части рудного тела она сменяется зоной гигантокристаллических форстерит-флогопитовых пород (в отдельных участках отмечаются практически мономинеральные флогопитовые и форстеритовые обособления). Центральная зона представляет собой гигантозернистую анхимономинеральную форстеритовую породу, включающую гнездообразные обособления кальцитового и апатит-кальцитового состава, среди которых и обнаруживаются кристаллы хризолитсодержащего форстерита (рис. 1,2) [66].

Все разновидности диопсид-флогопит-оливиновых пород, включая гигантозернистые и пегматоидные, идентичны по минеральному составу. Главные минералы флогопитовой залежи: оливин, диопсид, флогопит, на долю которых приходится не менее 85-95% всего состава породы. Второстепенные: магнетит, кальцит, на верхних горизонтах месторождения -апатит [65].

П.И. Краснова и Т.Г. Петров провели кристаллогенетические исследования, взяв за основу резкую асимметричность роста кристаллов флогопита и других минералов.

14

В результате удалось выяснить некоторые особенности формирования Главной залежи Ковдорского флогопитового месторождения. При изучении внутреннего строения тел флогопитоноеных пород выявлена закономерность в пространственной ориентировке слагающих их минеральных индивидов. Проведены измерения ориентировки и направления преимущественного роста кристаллов главных минералов: флогопита, диопсида, апатита и форстерита.

Установлено, что рост кристаллов флогопита и других вышеперечисленных минералов происходил от зальбандов к центру. Четкая направленность векторов роста всех кристаллов свидетельствует о наличии резкой асимметрии питающей среды в процессе минералообразования. Из этого следует, что поступление вещества к растущим индивидам было односторонним, а именно - из центральных частей формировавшихся пегматоидных тел. Тот факт, что векторы роста главных минералов совпадают, свидетельствует об их общих закономерностях кристаллизации, а так же о том, что все основные тела Главной флогопитовой залежи в генетическом аспекте представляют собой единое целое. Данные исследования позволили авторам сделать вывод, что отдельные тела пегматоидных пород и вся залежь в целом, кристаллизовались при последовательном отложении вещества в направлении от зальбандов к центру. Эти результаты позволили авторам отнести Главную флогопитовую залежь Ковдорского месторождения к своеобразным щелочно-ультраосновным пегматитам [33,34].

15

Важно отметить, что все зоны флогопитовой залежи подверглись заметным изменениям, обусловленным более поздними процессами (оливинизация, апатитизация, карбонатизация), которые проявлены на месторождении очень широко, в связи с этим до сих пор не существует единой точки зрения на причину формирования флогопитового месторождения. Наиболее распространено представление о том, что месторождение образовалось в результате метасоматических процессов путем перекристаллизации средне- и мелкозернистых диопсидо-флогопит-форстеритовых пород [66], но существует также гипотеза его магматического образования [32]. Таким образом, проблема возникновения как флогопитового месторождения, так и ювелирного хризолита, до сих пор является дискуссионной.

16

S ' л ч - ч ч n, x Ч Ч Ч N

s ¦ s Ч Ч ч Ч

s t ''Ж й fit ©^ lit . \ N ч . Ч ХЧч 5»?5^-'Хчч ч ч ч

У / ' i'i'-"-ii ч ч ч ч ч ч s v%

1' t I ш ч\п^«««^Жэ- u l.

A § ш p - *- /А й

Ш

Ж Шш ***¦*?*

* ** * г ¦ * s

ч, ^ '** — " ш 1 ' S /

N. ** ^ - 11 ///

¦4 ™- ¦» N. ^ *-—-». "• «». ""*-•¦»• - — . ¦\li ч /' УУ/Z

1 "'

Р^ШГ\\ * и 1 м-,

I1 I I •

1 ' ' / '/ t / '/ / ' / 11 1 1 1

/ / 'ft 1 / t! i ' i ь ft/ ¦( ' / I / / / ' / / \ \ Ч V 4 , 1 1 1 1 f » I « 1

РисЛ. Схематическая геологическая карта Ковдорского массива [66].

1 - сунгулитовые образования; 2-карбонатиты; 3-апатит-форстеритовые; 4- магнетитовые руды; 5-флогопит-диопсид-оливиновые породы гигантозернистые; 6-то же, среднезернистые и крупнозернистые; 7-флогопитоизированные и диопсидизированные оливиниты; 8-гранатовые скарны; 9-монтичеллитовые породы; 10-мелилититы; 11-турьяиты; 12-пироксениты; 13 -слюдиты и слюдяно-пироксеновые породы; 14-якупирангиты; 15-полсвошпатовые ийолиты и нефелиновые сиениты; 16-крушюзернистые ийолит-уртиты; 17-среднезернистые ийолит-мельтейгиты; 18-оливиниты; 19 - фениты; 20 -гнейсы.

17

Список литературы