Минеральный состав эксплозивных брекчий определяется преимущественно набором минералов пород, подвергшихся брекчированию. Количество новообразованных минералов в процессе брекчирования, как правило, невелико, и они тяготеют в основном к цементу брекчий. В то же время эти минералы характеризуются рядом специфических свойств, анализ которых имеет не только общее минералогическое значение, но и позволяет получить обширную информацию о самом процессе эксплозивного брекчирования. Последнее обстоятельство и заставляет нас подробнее остановиться на новообразованных минералах, а также рассмотреть некоторые реликтовые породообразующие минералы, испытавшие в зонах брекчирования существенные преобразования.
Среди преобразованных минералов наибольшее внимание привлекают кварц и калишпат — как основные минералы широко распространенных на медно-молибденовых месторождениях кварц-кали-шпатовых метасоматитов, в целом ряде случаев (Сора, Обкоронда, Цаган-Субурга и др.) подвергшихся эксплозивному брекчированию.
На Соре широко проявленная «кварцевая» брекчия представлена давленой и перетертой массой сахаровидного кварца с «впаянными» кварцевыми остроугольными обломками морионоподобного облика. Цветовая неоднородность кварцевых обломков довольно характерна для данных брекчий. Зачастую в пределах одного обломка наблюдаются различно окрашенные участки. Зоны дымчатого кварца тяготеют нередко к периферии обломков, несущих следы частичной огранки. Вероятно, имела место высокотемпературная перекристаллизация кварца в условиях термического воздействия порфиров I, внедрявшихся в зону метасоматитов, и процесса брекчирования. В морионоподобном кварце из брекчий обнаружен (табл. 25) целый ряд элементов-примесей, в частности хром (0,001%). Во всех образцах отмечаются повышенные содержания Ti и Al, а в светлом мелкозернистом кварце — Co, Ba, V, Sr, Cu, фиксируется Mo. Полуколичественным спектральным анализом во всех пробах обнаружены Na (более 0,5%). Mg (0,01—0,03%), Ca (0,1%), Fe (0,1—0,3%).
Вызывает интерес появление дымчатой окраски кварца в эксплозивных брекчиях. Окраска кварца обычно связывается с электронными процессами, вызванными определенными дефектами в структуре минерала, а также изоморфными и механическими примесями в нем. В качестве последних чаще всего называют такие элементы, как Fe, Ca, Ti, Al. Некоторые исследователи причину появления дымчатой окраски у природных кварцев непосредственно связывают с повышенным содержанием Al в структуре минерала, изоморфно замещающего Si по схеме
где R+ — это Li, Na, a R2+ — это Ca, Mg, Fe и т. д. При этом одно- и двухвалентные элементы — компенсаторы заряда — размещаются в имеющихся в структуре кварца крупных полых сквозных каналах. Наиболее интенсивный захват элементов-примесей происходит при повышенных температурах кристаллизации минерала, когда расширяются возможности для изоморфизма и, следовательно, в структуре возникает больше дефектов, вызванных внедрением чуждых минералу элементов.
Повышенные содержания Ti, Al, Ca, Fe и Na установлены спектроскопически во всех разновидностях исследованных кварцев, но концентрация их в дымчатом кварце почти не превышает таковую' в. кварцевых метасоматитах и светлом мелкозернистом кварце. В последнем содержание Ti и Al даже увеличивается и отмечается более полный спектр элементов-примесей. He исключено, что относительное обогащение светлого мелкозернистого кварца элементами-примесями связано с повышенной пористостью и проницаемостью цементирующей тонкозернистой массы брекчий, более доступной для проникновения растворов и благоприятной для сорбционных процессов на поверхности кварцевых зерен.
По данным ЭПР (аналитик В. П. Солнцев, ИГиГ CO АН), в кварце эксплозивных брекчий обнаружено замещение кремния в кремнекислородном тетраэдре титаном с компенсацией заряда одновалентным металлом (Ti3+—M+) и ионом водорода (Ti3+—H+). Кроме того, установлены комплексы АlO4-, изоморфно замещающие SiO4-. Наиболее интенсивно проявляются спектры Ti3+—H+. В кварце из метасомати-тов, незатронутых брекчированием (обр. 918в), все спектры очень слабые. В дымчатом кварце из брекчий (обр. 918) интенсивность спектров, возбуждаемых центрами Ti3+—M+ и Ti3+—H+, примерно в 20 раз, а центрами АlO4-, — в 25—30 раз выше по сравнению с кварцем из метасоматитов. Для светлого кварца соответствующие значения интенсивности спектров относительно кварца из метасоматитов повышаются в 40—45 раз.
Аналогичные данные получены и для кварцев из эксплозивных брекчий Обкоронды, с той лишь разницей, что в кварце метасоматитов, удаленных от брекчиевой зоны, интенсивность спектров, возбуждаемых центром Ti3+—H+, выше, чем Ti3+—M+. В целом спектры ЭПР кварцев Обкоронды значительно сильнее сорских.
По-видимому, резкая смена термодинамических параметров в условиях эксплозивного брекчирования приводила к существенному изменению физических свойств минералов, в частности кварца, что, наряду с влиянием элементов-примесей, способствовало возникновению его цветовой неоднородности.
Преобразование калиевого полевого шпата в зонах эксплозивного брекчирования Соры выразилось (рис. 35) в снижении его триклинности (от 0,46—0,62 до 0,30) и упорядоченности. В этой связи уместно привести предположение Г.Н. Щербы и др. о том, что в условиях, способствующих возникновению систем открытого типа с относительно свободным перемещением компонентов, обычно образуются калишпаты с низкой триклинностью.
Общее представление о новообразованных минералах эксплозивных брекчий дают табл. 14, 26—29. Однако необходимо иметь в виду, что в них не включены породообразующие минералы (кварц, полевые шпаты, биотит), так как учесть их количественно среди однотипных реликтовых минералов пород, участвующих в брекчировании, просто невозможно.
Маггемит — характерный минерал эксплозивных брекчий Обкоронды (см. табл. 30). Представлен тонкозернистыми землистыми агрегатами (размер зерен 0,003х0,004—0,8х1 мм), локализующимися в межзерновых пространствах, пустотах выщелачивания и трещинках в обломках пород и отдельных минералов. Основное количество его сосредоточено в тонко подробленной цементирующей массе 2-го этапа брекчирования (рис. 36), где он совместно с магнетитом и биотитом пропитывает цемент, придавая ему характерную черную с индиговым оттенком окраску. Чаще всего землистые агрегаты маггемита обволакивают зерна магнетита (рис. 37) и развиваются по метаколлоидным почкам последнего, образуя вокруг них кружевоподобный ореол (рис. 38).
Гематит развивается по зернам магнетита незакономерно, без какой-либо структурно-морфологической приуроченности, видимо, в связи с преобразованием колломорфных агрегатов магнетита в условиях изменяющейся окислительной обстановки. О метаколлоидном характере почкообразных выделений магнетита свидетельствуют и элементы радиально-лучистой ориентировки шестоватых зерен гематита по периферии его скрытокристаллических и мелкозернистых агрегатов в зоне перехода к мелкозернистой структуре смеси маггемит+гематит (рис. 39). Образование почек магнетита связано, очевидно, с раскристаллизацией сложных кремнисто-железистых гелей, высадившихся из коллоидных растворов в верхних участках брекчиевых тел. Кремнисто-железистые соединения могли переноситься в форме истинных растворов из глубинного источника, а переход их в коллоидное состояние был вызван резкими перепадами давлений в брекчиевой зоне.
По оптическим характеристикам маггемит заметно выделяется среди ассоциирующих с ним магнетита и гематита. В отраженном свете он обладает серовато-белым цветом с синеватым оттенком. Пo отражательной способности резко отличается от гематита, но близок к магнетиту, отличаясь от него только синеватым отливом. Изотропен. В иммерсии обнаруживаются буровато-красные рефлексы. По относительному рельефу занимает промежуточное положение между магнетитом и гематитом. Твердость ~ 5. Мелкозернистая, землистая структура минерала и тесное срастание с магнетитом и гематитом не позволили определить его микротвердость и отражательную способность.
Основной фазой рентгенографически исследованного образца является магнетит (а = 8,396±0,003 А) (табл. 30). Помимо рефлексов магнетита отмечаются и рефлексы маггемита.
Известны две модификации маггемита — кубическая и тетрагональная. Исследованный нами маггемит относится к тетрагональной сингонии (рефлексы 302 и 310). Параметры его: aср = 8,335±0,003 А; сср = 25.03 + 0,003 А. При получении параметра а использованы отражения типа (hko), в частности (110), (210), (310), (440), (620), а при получении параметра с — отражения (733), (339) и (426).
По параметрам а и с маггемит Обкоронды идентичен справочным данным для его упорядоченной тетрагональной разновидности (а = 8,33—8,34А). Из искусственных маггеми-тов к исследованному минералу наиболее близок маггемит, полученный Г. Хёггом при нагревании магнетита в струе кислорода при 300°С в течение часа (a = 8,322 кХ).
Характерной особенностью химического состава смеси магнетит+ — маггемит из эксплозивных брекчии Обкоронды по сравнению с кристаллическим магнетитом из обломков лейкократовых гранитов является повышенные содержания в ней ванадия (0,035% Na2O), кобальта 0,015% CoO), титана (1,37% TiO2), кремнезема (3,45% SiO2), фосфора (0,21% Р2О5) и калия (0,40% К2О) при заметном более низком количестве магния. Присутствие кремнезема, калия и фосфора, вероятно, обусловлено наличием механической примеси полевых шпатов, кварца и апатита. Марганец, характерный для магнетита обломков (1,09% MnO), в этой смеси не обнаружен. Спектральным анализом (аналитик А.А. Алабина) в смеси магнетит+маггемнт установлены также (вес.% ): Cu—0,01: Zn—0,02: Zr—0.005; Ga—0,001: Pb и Ni—0,0003; Мo—0,0001.
Большое разнообразие элементов-примесей и относительно повышенные их содержания свидетельствуют о формировании исследуемых образований в результате раскристаллизации сложных кремнисто-железистых гелей при заметном адсорбировании элементов отрицательно заряженными коллоидными частицами.
Образование маггемита происходило в окислительных условиях, при участии вадозных вод, обогащенных кислородом, и при высокой активности CO2. По данным анализов газово-жидких включений в кварце эксплозивных брекчии, температуры формирования маггемита находятся в интервале 260—330°С. Эти температуры близки к температуре полного перехода магнетита в маггемит (300°С), установленной Г. Хёггом, и к температуре устойчивости экспериментально полученного Л.Н. Овчинниковым маггемита (220—260°С).
По данным Э.П. Сальдау, оптимальная температура окисления магнетита до маггемита составляет 300°С. Дальнейшее окисление в указанных экспериментах приводило к развитию гематита по магнетиту и маггемиту, интенсивность образования которого находилась в прямой зависимости от температуры и притока кислорода. Последний фактор был, очевидно, ведущим при развитии гематита по магнетит-маггемитовым агрегатам из эксплозивных брекчий Обкоронды. Температура преобразования маггемита в гематит в брекчии Обкоронды, вероятно, была близка к отмеченной рядом автором температуре необратимого превращения Fe2O3→αFe2O3 (275°С). В отдельных участках брекчиевого тела, вследствие высоких давлений, возможно, эта температура понижалась. Этим, очевидно, наряду с неравномерностью окислительных условий в брекчиевой зоне, объясняется различная степень развития гематита по магнетит-маггемитовым агрегатам в разных частях тела брекчий.
Окислительная обстановка, существовавшая в зоне эксплозивного брекчирования, подтверждается и проявлением «мартитизации нагревания», затрагивающей кристаллический магнетит в мелких обломках лейкократовых гранитов (рис. 40). Судя по низкому значению параметра а маггемита Обкоронды, значительно меньшему, чем постоянная решетки минерала, экспериментально полученного в воздухе в температурных условиях, близких к условиям Э.П. Сальдау, можно предположить, что в зоне эксплозивного брекчирования существовала более окислительная обстановка. В этом отношении к природным условиям, очевидно, ближе условия эксперимента Хёгга.
Рентгенографически маггемит обнаружен (табл. 31) и в эксплозивных брекчиях Соры при формировании по данным анализа изотопных смещений Ar также установлено влияние вадозных вод.
Магнетит присутствует в брекчиевых телах всех изученных месторождений. Особенно он характерен для эксплозивных брекчий Шахтаминского месторождения, где содержание его в несколько раз выше, чем во вмещающих породах (особенно в цементе «жильных» брекчий). Ниже содержание магнетита и в породах рудоносного субвулканического комплекса. Во вмещающих гранитоидах магнетит встречается в виде относительно крупных кристаллов октаэдрического облика и мелкой «сыпи» среди роговой обманки и биотита. В обломках гранитов «жильной» брекчии в значительных количествах отмечается интерстиционный, слегка мартитизированный магнетит с пониженной твердостью и тонкозернистым сложением. Подчиненное значение имеют кристаллы октаэдрического облика (вероятно, это реликтовый магнетит шахтаминских гранитоидов). В обломках гранитоидов штокообразной брекчии преобладает октаэдрический магнетит. В цементе же, как и в цементе «жильной» брекчии, магнетит имеет тонкозернистое строение, часто в срастании с биотитом. В незначительных количествах встречаются «оплавленные» кристаллы магнетита.
Присутствие кристаллического магнетита в брекчиях в меньших количествах (в основном в обломках гранитов) по сравнению с содержанием его во вмещающих породах свидетельствует о растворении и перекристаллизации магнетита гранитоидов. Образование же мелко-зернистой, интерстиционной разновидности магнетита произошло уже в процессе формирования эксплозивной брекчии.
Новообразованные магнетиты брекчий, так же как магнетиты шахтаминских гранитоидов и пород субвулканического комплекса, характеризуются (табл. 32) повышенными количествами Cr и V (в магнетите штокообразной брекчии несколько больше, чем в «жильной»). По содержанию этих элементов магнетиты брекчий близки магнетиту гранодиорит-порфиров и диоритовых порфиритов. Содержание V и особенно Cr в магнетите из гранит-порфирового штока значительно ниже. В то же время в экзоконтактовой зоне рассмотренной выше «сложной» дайки с преобладающей гранит-порфировой частью среди вмещающих дайку шахтаминских гранитоидов зафиксирован новообразованный магнетит с максимальными количествами хрома (3,77% Cr2O3) и ванадия (0,49% V2O5).
В перекристаллизованном реликтовом магнетите брекчий отмечается заметное сокращение содержания хрома.
В магнетитах брекчий (табл. 33) сравнительно больше Ni, Co, Cu, Mo.
Как уже отмечалось, резко повышенным содержанием хрома (а также постоянным наличием несколько повышенных количеств Mo, Cu, Co, Ni, V) характеризуется магнетит из «жирекенита» Повышено содержание отмеченных компонентов и в магнетитах эксплозивных брекчии Цаган-Субурги (табл. 34, 35). По Соре химический анализ магнетита из эксплозивных брекчий дал следующие цифры (вес.%): FeO—16,03; Fe2O3— 81,56; MgO—0,16; MnO—0,08; Cr2O3—0,330; V2O5—0,380; TiO2—0,16; CoO—0,007; NiO—0,008; P2O5—0,19; SiO2—0,45; K2O—0,06; Sобщ—1,06; Li2O—0,019; CaO—следы; 2—99,91 (Na2O, Al2O3 и H2O не обнаружены). Результаты количественного спектрального анализа таковы (вес.%):Мо—0,0004; Pb—0,0013; Cu—0,04; Co—0,001; Mn—0,079; Zr—0,012; Ni—0,004. He обнаружены: Be, Sn, Sc, Ag, Bi, Ge, W.
Особого внимания заслуживает биотит как высокоинформативный минерал, характерный для большинства эндогенных образований рассматриваемых месторождений. Следует отметить, что из-за тесного срастания биотита с перетертым материалом окружающих пород и обычно незначительного количества его в брекчиях использование для изучения состава минерала традиционных химических методов затруднительно. Объективную информацию в данном случае дает электронное микрозондирование.
Подобное исследование было выполнено нами для биотитов эксплозивных брекчий Шахтамы, которые рассматриваются в сравнении с биотитами вмещающих шахтаминских гранитоидов и субвулкаиических порфиров (табл. 36).
Изученные биотиты по химизму относительно близки между собой, что обусловлено, с одной стороны, принадлежностью их к единому эндогенному процессу (биотиты брекчий и порфировых пород), а с другой — отмечавшейся выше петрохимической и геохимической общностью между порфировыми образованиями и вмещающими их шахтаминскими гранитоидами.
Все биотиты являются относительно высокомагнезиальными, что, по-видимому, отражает пониженную кислотность мпнералообразующей среды (если учитывать более основные свойства магния по сравнению с железом). По общей железистости ([Fe/(Fe+Mg)]*100%) особенно близки между собой биотиты из генетически связанных образований; сюда относится и преобразованный биотит (№ 868) шахтаминских гранитоидов из экзоконтакта околожильных метасоматитов. Выделяется только биотит цемента жильных брекчий (обр. 121а), характеризующийся заметно пониженной общей железистостью (33,8). Железистость биотитов самих шахтаминских гранитоидов несколько выше по сравнению с биотитами рудоносных порфировых пород.
На диаграмме Si/Al—(Mg+Fe)/Al биотиты попадают в основном в IV группу щелочности гранитоидов с глиноземистостью в пределах 17—19. Биотиты «жильных» брекчий относятся к группе более повышенной щелочности (V). Глиноземистость их (особенно биотита цементирующей массы) понижена. Биотиты же из штокообразного тела по глиноземистости близки биотитам порфиров. В целом от эксплозивных брекчий к гранит-порфирам отмечается возрастание глиноземистости биотитов. В этом же направлении устанавливается тенденция к снижению отношения (Na+K)/Al.
Для биотитов эксплозивных брекчии в зависимости от морфологии последних фиксируется различный характер изменения отношений Al/(Al+Mg+Si) и (Na+K)/Al. В «жильных» брекчиях более глиноземистым является биотит из обломков, он же характеризуется наиболее высоким отношением (Na+K)/Al. В целом при возрастании глиноземистости биотитов отмечается увеличение отношения (Na+K)/Al. В штокообразном теле брекчий биотит обломков также более глиноземистый по сравнению с биотитом цемента, но отношение (Na+К)/Al для него ниже, т. е. здесь возрастанию глиноземистости соответствует снижение (Na+K)/Al. В последнем случае мы имеем дело с той же тенденцией, что и для биотитов порфировых пород и преобразованного биотита гранитоидов из экзоконтактовой зоны метасоматитов. Согласно А.А. Маракушеву и И.А. Тарарину, подобная зависимость отмеченных отношений в темноцветных железомагнезиальных минералах гранитоидов является отражением изменения режима кислотности — щелочности, показателем которого может служить отношение (Na+K)/Al в минералах.
Нарушение соотношений параметров в биотитах «жильных» брекчий, возможно, обусловлено недостаточно полной преобразованностью биотита обломков гранитоидов в процессе эксплозивного брекчирования (незначительный интервал транспортировки и менее продолжительное воздействие сильнонагретой парогазовой смеси по сравнению с условиями формирования штокообразных брекчий). Высокое отношение (Na+К)/Аl в биотитах (особенно в биотите обломков) связано, очевидно, с повышенной химической активностью калия в процессе эксплозивного брекчирования (обломки гранитоидов в брекчии в значительной степени калишпатизированы). He исключено также влияние на содержание истонит-сидерофиллитового компонента в биотитах высоких температур, характерных для процесса эксплозивного брекчирования. Именно с влиянием высоких температур связывают А.А. Маракушев и И.А. Тарарин образование бедных глиноземом биотитов в экструзивных гранитоидах и кислых эффузивах.
При сравнении глиноземистости биотитов из брекчий различных морфологических типов видно, что в «жильных» брекчиях биотиты беднее глиноземом и характеризуются более высоким отношением (Na+К)/Al, что позволяет предполагать для этого типа брекчий формирование в условиях относительно повышенной щелочности. О повышенной щелочности преобразованных биотитов обломков «жильных» брекчий свидетельствует также увеличение титана, который частично вытесняет алюминий из кислородных тетраэдров.
Различаются биотиты эксплозивных брекчий и по содержанию в них хлора. Наиболее высокие количества хлора отмечены для биотитов штокообразного брекчиевого тела. Интересно, что сосуществующий с биотитом апатит из этого брекчиевого тела также обогащен хлором.
Отчетливо по своим характеристикам выделяется биотит «жирекенита», общая железистость которого (Ng = 1,640±0,002) составляет 45%. Этот биотит по сравнению с биотитами вмещающих брекчию гранитов Бушулейского массива характеризуется повышенным отношением Fe2О3/FeО, относительной обогащенностью магнием, пониженными значениями (Na+К)/Аl и пониженной общей железистостью. По большинству отмеченных характеристик биотит «жирекенита» приближается к биотиту гранит-порфиров, что еще раз свидетельствует об отмеченных между этими образованиями родственных связях.
Один из наиболее распространенных минералов эксплозивных брекчии — апатит. Он является к тому же «проходящим» минералом во всем эндогенном процессе и обладает большой информативностью. Нами была установлена возможность широкого использования апатита при термометрических исследованиях с применением микрохимического анализа газовой фазы флюидных включений, в больших количествах содержащихся в минерале. Результаты исследования газово-жидких включений постоянно привлекались в общей совокупности признаков при выделении новообразованных и реликтовых апатитов брекчий (да и других эндогенных образований). Количественные соотношения между этими апатитами различны и во многом зависят от характера развития брекчии и приуроченности минерала к тем или иным составным ее частям.
Так, в цементирующей массе «жильной» брекчии Шахтамы основная масса апатита (до 97%) представлена прозрачными и полупрозрачными ннтерстицнонными зернами,, кристаллизовавшимися в межзерновых пространствах и мелких трещинках в минералах и содержащими значительные количества включений различных минералов — циркона, кварца и особенно биотита (рис. 41). В УФ лучах свечение голубое. Температурный интервал кристаллизации 610—450°С. В подчиненном количестве встречен реликтовый апатит, представленный интенсивно корродированными, искривленными кристаллами с наростами, продолжающими кристалл в длину, и со следами растворения и регенерации (рис. 42). Люминесценция голубая.
Апатит в обломках брекчии представлен коротко- и длиннопризматическими кристаллами (h:l = 2,5: 1; 3,5:1) с комбинацией призмы {1010} и дипирамиды {1011}; реже призм {1010} и пинакоида {0001}. Встречены кристаллы бурого цвета (микрозондированием в них установлено повышенное содержание Fe). Иногда окрашены внешние зоны кристалла (рис. 43), иногда центральная часть, либо окраска сгущается в одной половине кристалла (рис. 44). Подобная бурая окраска обусловлена, вероятно, нестабильностью состава растворов, а также прерывистым его поступлением. Это подтверждает и неравномерное распределение газово-жидких включений в объеме кристалла, хотя температуры гомогенизации включений в обеих частях кристалла близки (430—450°С; см. рис. 44). Общий температурный интервал кристаллизации апатита 580—300°. Люминесценция голубая с розоватым оттенком.
Апатит в цементе штокообразной брекчии представлен призматическими прозрачными и непрозрачными, интенсивно растворенными и корродированными кристаллами, а также изометричными зернами, содержащими чешуйки биотита и зерна кварца (установлено микрозондированием; рис. 45). Свечение в УФ лучах голубое. Следы растворения и общее пониженное содержание минерала в цементе по сравнению с обломками свидетельствуют, очевидно, об интенсивном воздействии перегретых растворов на тонко подробленный материал брекчий в процессе многоактного брекчирования.
Апатит в обломках представлен прозрачными и молочно-белыми корродированными зернами и кристаллами с плохо сохранившейся огранкой (реликты граней призмы {1010} и дипирамиды {1011}). Отдельные кристаллы содержат включения чешуек биотита (рис. 46). Люминесценция голубовато-розовая. Температура кристаллизации апатита 545—250°.
В целом брекчированные зоны явились местом интенсивной проработки брекчированных пород, приводившей к коррозии и растворению как реликтовых, так и ранее выделившихся минералов. Особенно активно эти процессы протекали в зоне центрального выводного канала — штокообразном брекчиевом теле. Интересно и изменение характера люминесценции апатита по мере увеличения термального метаморфизма пород от бледно-розового и розового во вмещающих шахтаминских гранитоидах, порфирах и метасоматитах до бледно-голубоватого в обломках брекчий и существенно голубого в цементе.
Наибольшие колебания в апатитах из различных образований испытывают элементы, входящие в анионную часть минерала, — F, Si и особенно Cl (табл. 37). Максимальное содержание хлора устанавливается в апатитах штокообразного тела эксплозивных брекчий. В апатитах жильных брекчий количество хлора резко снижается при повышении роли фтора. Содержание кремния в апатитах штокообразной брекчии несколько выше, чем в жильной. В них часто встречаются и микровключения кремнийсодержащих минералов (см. рис. 45). Значительные количества кремнезема установлены нами и в растворах газовожидких включений в кварце цементирующей массы штоковой брекчии. Повышенные содержания кремнезема характерны и для апатитов порфиров. Распределение кремния в отдельных зернах минерала неравномерное (рис. 47). В целом состав апатита эксплозивных брекчий близок составу апатитов из пород субвулканического комплекса и в какой-то степени отражает их генетическую близость.
Апатит из эксплозивных брекчий Шахтамы обладает явно выраженным иттриевым составом редкоземельных элементов (табл. 38) в отличие от апатитов шахтаминских гранитоидов, порфиров и метасоматитов. Максимальное количество цериевых р. з. э. содержит апатит штокообразного брекчиевого тела в основном за счет присутствия Pr, не встреченного в других пробах. Особенно резко по содержанию ΣY1+ΣY2 (включающим наименее основные лантаноиды) выделяются апатиты жильной брекчии; они обладают также и более полным спектром р. з. э. Интересным является присутствие только в апатитах брекчий самого крайнего, наиболее «кислого» члена ряда лантаноидов — лютеция (присутствует этот элемент и в апатите эксплозивных брекчий Жирекена и Соры). Вероятно, его можно считать типоморфным элементом брекчиевых образований данного типа месторождений.
Подобные различия в составе редких земель являются, очевидно, следствием их пространственного фракционирования, когда наиболее подвижными оказываются иттриевые редкие земли в условиях относительно повышенной щелочности среды. Такие условия создавались в зонах эксплозивных брекчий на ранних стадиях брекчирования. Наименее основные р. з. э. в щелочной среде образуют хорошо растворимые комплексные соединения, которые, мигрируя в зоны пониженной щелочности, разрушаются и способствуют кристаллизации апатита с преимущественной ролью иттриевых земель. Такими участками могли явиться жильные брекчиевые зоны (развитые на удалении от штокообразного брекчиевого тела), где к моменту образования исследуемого апатита создалась обстановка повышенной кислотности.
В апатите из цемента «жильной» брекчии установлены резко повышенные содержания Mo, Cu и Pb (тавл. 39).
В зоне брекчирования, подсеченной скважиной на Жирекенском месторождении, встречающийся в небольшом количестве новообразованный апатит морфологически мало отличается от апатита амананских гранитов и особенно субвулканических (табл. 40) гранит-порфиров. Представлен он в основном кристаллами с комбинацией призмы {1010} и пирамиды {1011}, часто с наростами, продолжающими кристалл в длину. Апатит гранитов в зоне брекчирования испытывает значительное растворение (до образования шаровидных зерен) и термальный метаморфизм (с изменением люминесценции в УФ лучах от розового до розовато-голубого и даже голубого). Такое изменение фиксируется при нагревании апатита выше 400—500°.
Новообразованный апатит брекчиевой зоны в отличие от апатита гранитов характеризуется (табл. 41) пониженной ролью F с возрастанием группы ОН, фиксируемой по данным ИК спектров. Сокращение количества F отмечается и для преобразованного апатита. Возможно, что в данном случае имеем природный процесс, близкий к технологическому процессу получения гидроксилапатита за счет высокотемпературной обработки фтор-апатита перегретым паром. Содержание Cl во всех исследованных апатитах более или менее близко. Только в единичных пробах апатита надбрекчиевой зоны отмечено некоторое увеличение хлора. В самой брекчиевой зоне фиксируется незначительное увеличение Cl в апатитах из ее нижней части, в непосредственной близости от гранит-порфиров. Эти апатиты содержат в небольшом количестве барий, который выше по разрезу нигде обнаружен не был. Барий встречен и в апатите гранит-порфиров. Несколько увеличивается в апатитах брекчиевой зоны содержание Na. В них же часты микровключения натрийсодержащих минералов. Относительно повышено количество натрия и в апатите гранит-порфиров. He совсем ясным остается природа появления довольно высоких содержаний кремния в единичных зернах апатита (микровключения, на которые эти зерна проверялись специально микрозондированием, здесь отсутствуют).
Апатиты брекчиевой зоны выделяются и по составу редких земель (табл. 42). Они характеризуются некоторым снижением содержания лантаноидов относительно верхних частей разреза и резким изменением соотношений отдельных групп р. з. э.: пониженная роль ΣCe и резкое возрастание ΣY1 при относительном (иногда довольно заметном) увеличении ΣY2. Сокращение SCe происходит в основном за счет La, а увеличение ΣY1 — в результате появления Ду, что составляет характерную геохимическую особенность гранит-порфиров и зон эксплозивного брекчирования. Возрастает также содержание Gd и отчасти Eu. В группе ΣY2 появляется лютеций. Таким образом, в апатите брекчий присутствуют р.з. э., одни из наиболее кислотных редких земель в своих группах. В целом характер распределения р. з. э. в апатитах по разрезу отчетливо подчеркивает устанавливаемую по общегеологическим данным генетическую связь между эксплозивным брекчированием и становлением субвулканических гранит-порфиров.
Для апатитов зоны брекчий установлены спектры ЭПР Mn2+, редко наблюдаемые в образованиях данной структуры. При обычно преобладающем в структуре апатита замещении Ca2+ на Mn2+ в координационных комплексах CaOg (условно обозначенного Mn2+ (I)), которое является энергетически более выгодным, фиксируется также замещение Ca2+ на Mn2+ во втором возможном координационном положении CaO6F (комплекс Mn2+ (II)). Если для апатитов надбрекчиевой зоны, как и для апатита гранит-порфиров, характерно (см. табл. 40, рис. 48) в основном обычно наблюдаемое соотношение интенсивностей спектров комплексов марганца (I(I) ≥ I(II)), то для апатитов брекчиевой зоны I(I) ≫ I(II)) и даже I(I) ≈ I(II). Появление подобных спектров обусловлено спецификой минералообразования в зонах эксплозивного брекчирования (возможно, продолжительной термальной активностью зоны).
В «жирекените», наряду с короткостолбчатым апатитом (содержит относительно повышенные количества Cl — 0,17% и SO3 — 0,10%; соотношение р. з. э.: Ce : ΣY1 : ΣY2 = 85,0 : 8,4 : 6,6; присутствует лютеций — 0,28 отн. %), имеются и тонкоигольчатые (от 0,04X0,003 до 1,0Xx0,1 мм) кристаллы апатита (рис. 49), часто пересекающие границы нескольких минералов. Температура его образования 300—350°.
По своему химизму к апатитам брекчиевых зон Жирекена близки апатиты брекчий Обкоронды, представленные в основном крупными прозрачными и полупрозрачными неправильной формы зернами с голубоватым свечением в УФ лучах, причем содержание фтора в них (табл. 43) возрастает от ранних образований к поздним. По сравнению с апатитом вмещающих брекчии лейкократовых гранитов в них несколько увеличивается содержание Cl и сокращается — Mn; при уменьшении общего количества р. з. э. снижается ΣCe и резко возрастают ΣY1 (в основном за счет ΣY2 и Ду) и ΣY2 (табл. 44). При этом наибольшее увеличение роли р. з. э. иттриевых групп характерно для апатита из цементирующей массы брекчий II. В некоторых апатитах брекчий (табл. 45) устанавливаются повышенные содержания Mo и Cu.
Повышенные количества рудных элементов зафиксированы (табл. 46) и в апатитах брекчиевых тел Цаган-Субурги и Эрденитуин-Обо (МНР), характеризующихся также существенно хлорной специализацией (табл. 47). Содержание Cl в апатитах в целом зависит от их положения в пределах брекчиевых зон (относительно более активных центров брекчирования).
Максимальные количества Cl установлены в апатите «Северного» брекчиевого тела, фиксирующего одну из наиболее активных зон (и являющегося, как это установлено термометрическим анализом, одним из ранних, скорее всего, дсрудным брекчиевым образованием). Этот апатит представлен бурыми и темно-бурыми (до черного) разновидностями с зональным распределением окрашенных полос. Темноокрашенные кристаллы тонко диспергированы мельчайшими кристалликами гематита, ориентированными вдоль главной оси кристалла-хозяина (рис. 50). В поперечном сечении кристалла (рис. 51) пластинки гематита локализуются закономерно на грани (1010) апатита, что и обусловило зональное строение последнего.
Количество железа в зонах апатита, где включений гематита нет, не превышает его содержания в апатите других брекчиевых тел. Наблюдаются скопления гематита и по мелким трещинкам в зернах апатита (рис. 52, а), что связано, по-видимому, с переотложением его первичных образований. Диагностика гематита подтверждена микрозондированием. Зональное распределение включений гематита свидетельствует о ритмичном росте кристаллов апатита в условиях частой смены физико-химических условий минералообразования в зоне брекчий.
Учитывая повышенную роль хлора и значительную роль газообразных флюидов в процессе эксплозивного брекчирования, можно предполагать, что отложение гематита происходило в результате разложения летучих хлористых соединений железа при взаимодействии их с водяными парами в условиях высоких температур по схеме
2FeCl3+3H2О = Fe2О3 + 6НCl.
Г. Атанасов, описавший аналогичный апатит для вулканических образований Болгарии, считает его характерным для эффузивной фации. Присутствие обильных включений гематита в исследованном нами апатите и интенсивная мартитнзация магнетита в брекчиевых зонах свидетельствуют о высоком окислительном потенциале минералообразующей среды в процессе брекчиеобразования.
По данным ИК спектров, положение, число полос, характеризующих PO4, и колебания [2v3(F2), 2v4(F2), v1(A1) и v2(E)], для всех апатитов Цаган-Субурги почти одинаковы (табл. 48). В буром апатите «Северного» тела (№ 2633) полосы валентных колебании v3(F2) несколько шире, чем в остальных, что, вероятно, связано с изоморфной примесью железа. Полосы спектра апатита из обломков сиенито-диоритов «Центрального» тела (№ 250а) имеют слабую интенсивность, что характерно для сильно разрушенных образцов. Здесь же очень слабо проявляются полосы NO3. В данном апатите и буром (№ 2633) фиксируется карбонат-ион в виде двух расщепленных полос (кальцитовая конфигурация иона). В апатитах образцов № 2634, 2657, 2641 карбонатная полоса не дает расщеплений (арагонитовая конфигурация). В апатитах «Центрального» тела и буром апатите «Северного» установлена примесь органического вещества.
Данные по составу апатитов и результаты изучения ИК спектров свидетельствуют о перекристаллизации и преобразовании апатита сиенито-диоритов в обломках «Центрального» тела, в результате чего он приобрел свойства, сближающие его с новообразованным апатитом брекчий.
По спектрам ЭПР выделяются три основные группы апатитов.
В апатитах из сиенито-диоритов (№ 2657), лейкократовых гранитов (№ 2641) и «Среднего» брекчиевого тела (№ 2634) наблюдается только спектр Mn2+→Ca I (координационные комплексы CaO9) со всеми переходами по тонкому расщеплению (рис. 53).
В апатитах «Центрального» тела (№ 250 и 250а) (рис. 54) проявляется слабый спектр парамагнитного центра F—О—F. Линии спектра Mn2+→Ca I(CaO9) по сравнению с линиями апатитов предыдущей группы уширены, особенно линии переходов M = ±3/2⇔± 5/2 и М = ±3/2⇔±1/2. Отчетливее становятся линии спектра Mn2+⇔CaII (координационные комплексы CaO6F). Эти особенности спектров ЭПР данных апатитов свидетельствуют о менее стабильных условиях их образования.
В буром апатите (рис. 55) наблюдается переход Mn = +1/2⇔-1/2 спектров Mn2+⇔CaI(CaO9) и Mn2⇔CaII(CaO6Cl). Боковые переходы уширены. Проявляется спектр агрегированного железа Fe+3, что подтверждается микрозондированием.
Выделяются апатиты эксплозивных брекчий Соры, характеризующиеся даже в пределах единых образцов различным цветовым характером люминесценции (табл. 49), что, наряду с колебаниями их состава (табл. 50) и неравномерностью распределения элементов в отдельных зернах, свидетельствует о нестабильности физико-химической обстановки в зоне брекчирования. Согласно данным ИКС, в апатитах повышена роль гидроксильной группы (в них понижено содержание F при практическом отсутствии Cl, см. табл. 49), что, вероятно, обусловлено воздействием перегретого водяного пара, являющегося одной из активных составляющих процесса эксплозивного брекчирования на Сорском месторождении. Судя по хорошей сохранности, к наиболее поздней генерации относится апатит с голубой люминесценцией (№ 2075/1). Присутствие в нем (см. табл. 50) лютеция, наиболее «кислого» члена р.з.э., отражает, по-видимому, период некоторого «раскисления» растворов при снижении температуры и поступлении вадозных вод в ослабленную брекчиевую зону.
Циркон в зоне брекчий характеризуется, по данным ЭПР, заметным сокращением роли радикала SiO4- и возрастанием SiO3-+H, что особенно характерно для фронтальной части эксплозивной брекчии Жирекена, подсеченной структурной скважиной. В то же время в брекчиях (Обкоронда, Жирекен) фиксируется и циркон с повышенной ролью SiO4в5-. Судя по положению в брекчиевых телах и морфологическим особенностям, первый циркон является, скорее всего, преобразованным реликтовым минералом премированных пород, а второй — новообразованным.
Целестин — характерный минерал «жирекенита», в котором он выполняет промежутки между кристаллами плагиоклаза, биотита, кварца и иногда развивается по калишпату и плагиоклазу. Минерал бесцветный. Отдельные кристаллы имеют бледно-голубую окраску с плеохроизмом в серо-голубых тонах; Ng=1,628±0,002; Np=1,619±0,002; Nm=0,009. Кристаллы целестина образованы комбинацией форм {001}, {011} и {102}; зафиксированы также грани {110} и {101}. Часто наблюдается штриховка вдоль грани {001}.
Состав минерала, вес. % (по данным микрозондирования, MS = 46): Sr—56,8; SO3—30,0; BaO—5,28; Fe2O3—0,08; SiO2—0,54; Al2O3—0,05; MnO—0,06 — близок к теоретическому. Спектрально в нем установлены (вес.%): Mo—0,02; Cu—0,003; La—0,06; Ce—0,1; Er—0,003; Tb—0,03; Y—0,03.
Параметры элементарной ячейки минерала (табл. 51): а = 8,361 +0,008 А; b = 5,358+0,008 А соответствуют эталонному целестину. Некоторое завышение параметра с (6,882±0,008 А) обусловлено, очевидно, вхождением в кристаллическую решетку минерала Ba, Ca и TR. В ИК спектре целестина наблюдались полосы поглощения 613, 644, 998, 1095, 1138, 1200, 1245 см-1, что согласуется с эталонными характеристическими частотами.
Из сульфатов следует отметить также присутствие в эксплозивных брекчиях Соры минералов ряда сванбергит — вудхаузеит, отклоняющегося по сравнению с подобным минералом из метасоматитов в сторону сванбергита (табл.52). Интересно, что и целестин, так характерный для брекчий Жирекена, тоже постоянно отмечается среди метасоматитов последнего.
В эксплозивных брекчиях ряда месторождений (Сора, Обкоронда, Кадыр-Оос, Тува) отмечается эпи дот, особенно характерный для брекчий Соры, в отдельных протолочках которых содержание его достигает 27 кг/т. При этом эпидот, широко развитый в брекчиевых телах, практически не встречается за их пределами. Эпидот эксплозивных брекчий Соры (табл. 53, 54) отличается повышенными содержаниями стронция. Спектрально в нем установлены (вес.%): Cu—0,007; Pb—0,005; V—0,01; Ni—0,001; Ga—0,0051; Zr—0,007; Y—0,001; Yb—0,001.
Несомненный интерес (в том числе и практический) представляет выявленный нами в эксплозивных брекчиях шеелит (Обкоронда, Кальмакыр, Шахтама, характеризующийся повышенными содержаниями молибдена. Особого внимания заслуживает шеелит, выявленный в значительном количестве (до 40,3 г/т) среди черного цемента брекчий II Обкоронды.
В эксплозивных брекчиях Цаган-Субурги в значительных количествах отмечен хлорит (рис. 56), представленный несколькими разновидностями (табл. 55 и 56) и интенсивно пропитывающий обломки и цемент брекчий, что придает им характерный зеленоватый цвет. Наиболее распространенный и хорошо окристаллизованный хлорит темнозеленого цвета по параметрам и = 9,34 А, с sin β = 14,16 A может быть отнесен к группе магнезиально-железистых разновидностей (AlIV = 2,2; общая железистость = 23,9±6,98 ат.%).
Заканчивая характеристику наиболее представительных минералов эксплозивных брекчий, следует отметить следующее. Наибольшим развитием среди данных образований пользуются кислородсодержащие минералы, обогащенные летучими (в том числе часто хлором), железом и в целом ряде случаев несущие повышенные количества Cr и V. Присутствие подобных минералов подчеркивает, с одной стороны, связь эксплозивного брекчирования с дегазацией магм на ранних высокотемпературных стадиях эндогенного процесса, с другой — участие в этом процессе глубинных источников вещества.
- Внутреннее строение и вещественный состав эксплозивных брекчий
- Геологическое положение эксплозивных брекчий в структурах медно-молибденовых месторождений
- О проявлении эксплозивных брекчей на месторождениях различных типов
- Некоторые вопросы генезиса
- Вопросы петрологии и минералогии сложных даек
- Общие особенности проявления формации субвулканических гранитоидов в рудных полях медно-молибденовых месторождений
- Общая характеристика медно-молибденовой рудной формации
- Древние (ископаемые нелитифицированные) комплексные россыпи
- Россыпи золота и касситерита
- Россыпи алмазов