Минералы магматитов – хромшпинелиды, промышленные и информативные индикаторные минералы

Э.М. Спиридонов Минералы магматитов – хромшпинелиды, промышленные и

информативные индикаторные минералы

Хромшпинелиды - шпинелидные твёрдые растворы Me3O4, содержащие > 5

масс. % Cr2O3 и до 75 масс. % Cr2O3, кристаллизуются из магматических расплавов, содержащих более 300 г/т хрома. Кларки хрома в ультрабазитах около 2000 г/т, в пикритах около 1000 г/т, в оливиновых базальтах около 500 г/т, в стандартных базальтах около 200 г/т, в андезитах около 50 г/т, в кремнекислых магматитах менее 30 г/т. Таким образом, растворимость хрома в магматических расплавах резко снижается с ростом их кремнекислотности. Ясно, что магматические хромшпинелиды обычно присутствуют только в оливинсодержащих породах – ультрабазитах и базитах. Кроме того, хромшпинелиды в магматических породах возникают при твердофазных превращениях богатых хромом мантийных оливинов, ромбопироксенов и клинопироксенов.

Модель кристаллизации хромшпинелидов при раскислении магматических

систем

Так образуются скопления хромшпинелидов среди анортозитов и пироксенитов в расслоенных интрузивах типа Бушвелда и обильные выделения хромшпинелидов в ромбопироксене – энстатите-бронзите среди хромититов любых типов

Нередко ничтожные количества хромшпинелидов содержат всю генетическую

информацию

Многие десятилетия длился спор о происхождении послегранитоидных даек амфиболовых лампрофиров спессартитов, частых спутников Au руд.

Как только в спессартитах нашли хромшпинелиды – ответ стал ясен: это производные базальтоидных, а не гранитоидных магм

0.05 мм

Хромшпинелиды - шпинелидные твёрдые растворы Me3O4, содержащие > 5

масс. % Cr2O3

Серия хромита (кубич.) Магнезиохромит MgCr2O4 Хромит Fe2+Cr2O4 Манганхромит Mn2+Cr2O4 Цинкхромит ZnCr2O4 Нихромит NiCr2O4 Кохромит CoCr2O4

Серия шпинели (кубич.) Шпинель MgAl2O4 Герцинит (феррошпинель) Fe2+Al2O4 Галаксит (манганшпинель) Mn2+Al2O4 Ганит (цинкшпинель) ZnAl2O4 Кобальтшпинель CoAl2O4

Хромшпинелиды - шпинелидные твёрдые растворы Me3O4, содержащие > 5

масс. % Cr2O3

Серия магнетита (кубич.) Магнезиферрит (магнезиомагнетит) MgFe3+2O4 Магнетит Fe2+Fe3+2O4 Якобсит (манганмагнетит) Mn2+Fe3+2O4 Франклинит (цинкмагнетит) ZnFe3+2O4 Треворит (никельмагнетит) NiFe3+2O4

Серия ульвошпинели (кубич.) Квандилит (магнезиоульвошпинель) Mg2TiO4 Ульвошпинель Fe2+2TiO4 Манганульвошпинель Mn2+2TiO4

Серия кулсонита (кубич.) Магнезиокулсонит MgV3+2O4 Кулсонит Fe2+V3+2O4 Вуорелайненит (манганкулсонит) Mn2+V3+2O4

Хромшпинелиды - шпинелидные твёрдые растворы Me3O4, содержащие > 5

масс. % Cr2O3

Серия гауссманита (тетрагон.) Ивакиит (феррогауссманит) Fe2+Mn3+2O4 Гауссманит Mn2+Mn3+2O4 Гетеролит (цинкгауссманит) ZnMn3+2O4

Кроме того, в состав шпинелидных твёрдых растворов могут входить в небольшом количестве кубические оксиды трёхвалентных железа и/или марганца, приводя к некоторой нестехиометрии их состава. Обычно, степень нестехиометрии природных шпинелидов низкая.

Маггемит Fe3+2O3 = [(Fe3+,?)3]O4, куб. Биксбиит Mn3+2O3 =[(Mn3+,?)3]O4, куб.

Шпинелидные твёрдые растворы Me3O4

Непрерывные ряды твёрдых растворов Хромит - магнетит - выше 5000 С Хромит - герцинит > 7000 Магнезиохромит – шпинель - ульвошпинель > 11500 Шпинель - герцинит > 6500 Шпинель - магнетит > 8000 Шпинель - ульвошпинель > 12000 Магнетит – ульвошпинель > 6000 Магнетит – герцинит > 8700.

Эти экспериментальные данные объясняют широчайшую распространённость высокотемпературных шпинелей - твёрдых растворов, в их числе хромшпинелиды.

Хромшпинелиды - шпинелидные твёрдые растворы Me3O4

Структура шпинелидов – комбинация октаэдров МеО6 и тетраэдров МеО4

Хромшпинелиды - шпинелидные твёрдые растворы Me3O4

Окраска хромшпинелидов в отражённом свете

Минералы, богатые миналами шпинели, магнезиохромита, герцинита, ульвошпинели, - тёмно-серые и серые. Минералы, богатые миналами магнетита, якобсита, - светло-серые и белые. Остальные занимают промежуточное положение.

Форма кристаллов хромшпинелидов близка к октаэдру, почти всегда с

несколько закруглёнными гранями. Кристаллы обычно имеют зональное строение.

Титаномагнетит

Цинкистая хромульвошпинель

Алюмомагнезиохромит

Оливиновые габбро-долериты. Кольцевая дайка у реки Бодрак, Крым

BSE image

Форма кристаллов хромшпинелидов близка к октаэдру, почти всегда с

несколько закруглёнными гранями. Кристаллы обычно имеют зональное строение.

Титаномагнетит

Цинкистая хромульвошпинель

Алюмомагнезиохромит

BSE image

Оливиновые габбро-долериты. Кольцевая дайка у реки Бодрак, Крым

Скопление кристаллов хромшпинелидов в оливиновых базальтах

Северный Казахстан

Алюмомагнезиохромит

Феррихромит

Фотография в отражённом свете

Скопление кристаллов хромшпинелидов в оливиновых базальтах Луны

Алюмохромит

Хромульвошпинель

Фотография в отражённом свете

Зональные кристаллы хромшпинелидов в оливиновых базальтах Марса

Хромульвошпинель

Фотографии в отражённом свете

Хромит

BSE image

Окраска хромшпинелидов в проходящем свете

Минералы, богатые Fe3+ и/или Mn3+, в проходящем свете чёрные, не прозрачные. Бедные Fe3+ хромиты густо красные, алюмохромиты – красные или коричневато-красные, богатые хромом шпинели – красновато-коричневые и коричневые, бедные хромом шпинели – жёлто-коричневые до жёлтых, мало хромистые шпинели – до бесцветных.

Высоко хромистый алюмомагнезиохромит в дунитах. Шлиф при 1 николе.

Кемпирсай, Южный Урал

Окраска хромшпинелидов в проходящем свете

Низко хромистый Алюмомагнезиохромит в гарцбургитах. Шлиф при 1 николе.

Хромшпинель в лерцолитах. Шлиф при 1 николе.

Нурали, Южный Урал

Состав хромшпинелидов зависит от состава магм, фугитивности кислорода

(содержания воды в расплавах), давления, температуры…

В нормальных средах высоко хромистые хромшпинелиды кристаллизуются при низком давлении, а низко хромистые – при высоком давлении.

Кроме того, на глинозёмистость хромшпинелидов безусловно влияет повышенная глинозёмистость расплавов

Хромшпинелиды

Генеральный тренд магматической эволюции от гипербазитов к базитам и, соответственно, от хромшпинелидов к титаномагнетиту со снижением содержаний Cr, Mg, Al, миналов хромитов и шпинелей, величин хромистости Cr# = Cr/Cr+Al+Fe3+,% и магнезиальности Mg#, и ростом содержаний Fe, Mn, Ti, V, Zn, миналов магнетита и ульвошпинели. Стандартные треугольники состава для хромшпинелидов магматитов Земли – с вершинами: сумма миналов хромитов (магнезиохромит, хромит..); сумма миналов шпинелей (шпинель, герцинит, ганит..); сумма миналов магнетита и ульвошпинели. В тех нередких случаях, когда содержания титана в хромшпинелидах низкие (менее 3-5%) используют треугольник с вершинами Cr – Al – Fe3+ и дополнительно диаграммы с координатами Cr# – Mg# (железистость), Cr# – TiO2, V2O3, MnO, ZnO…

Судя по очень низкой концентрации Fe3+, хромшпинелиды

кристаллизовались в сухих расплавах

Тренд дифференциации - тренд снижения температуры

Судя по начальной высокой хромистости, хромшпинелиды кристаллизовались при относительно небольшом давлении и из низкоAl магм

Изоморфизм Cr - Al

Состав хромшпинелидов – алюмомагнезиохромита и хромшпинели толеитовых базальтов океанского дна типа MORB

Судя по высокой концентрации Fe3+, хромшпинелиды кристаллизовались в

водонасыщенных расплавах

Судя по начальной не высокой хромистости, хромшпинелиды кристаллизовались при относительно высоком давлении и из высокоAl магм

Изоморфизм Cr+Al – Fe3+

Хромшпинелиды – хромгерцинит, феррихромгерцинит, ферриалюмохромит дунитов и оливиновых габбро. Расслоенный интрузив Лукинда, Саяны

В расплавах повышенной щёлочности уже самые ранние хромшпинелиды

(наиболее магнезиальные и хромистые) могут содержать повышенные (до многих %) концентрации титана. Для хромшпинелидов щелочных магматитов характерны повышенные содержания марганца и цинка, иногда в них проявлен франклинитовый тип изоморфных замещений Mn ? Zn.

Нормальный ход эволюции состава хромшпинелидов – снижение содержаний Cr, Mg, Al и рост содержаний Fe, может нарушаться в щелочных магматитах, которые содержали ранний Ti флогопит. Этот флогопит нередко на средних или поздних стадиях эволюции магм становился не устойчивым и растворялся в расплаве, резко обогащая его Al, Mg, Ti. В результате состав поздних зон кристаллов хромшпинелидов становился более магнезиальным и резко обогащённым титаном, с появлением в составе минерала – минала квандилита (магнезиоульвошпинель). Это особо характерно для кимберлитов.

Хромшпинелиды базитов Луны не содержат Fe3+

На Луне впервые обнаружили шпинелиды, промежуточные по составу между хромитом и ульвошпинелью.

Общий тренд – от в различной степени магнезиального и глинозёмистого хромита к ульвошпинели

Затем на Земле подобное обнаружилось почти в каждом образце островодужных оливиновых базальтов

Многие магматические хромшпинелиды – особенно наиболее

высокотемпературные – алюмомагнезиохромит, магнезиохромит, алюмохромит, хромшпинель…, - весьма химически стойкие минералы. При разнообразных процессах гидротермального метасоматоза, в том числе кислотного и ультракислотного (грейзенизация, аргиллизация…) эти минералы практически целиком сохраняются. Так, в средне-низкотемпературных золото-теллуридных рудах месторождения Зод (Армения), залегающих среди интенсивно аргиллизированных альпинотипных гипербазитов и прорвавших их даек трахириолитов, основными по количеству рудными минералами являются реликтовые алюмомагнезиохромиты. Нередкие находки хромшпинелидов среди агрегатов гидротермальных сульфидов и карбонатов привели к рассуждениям о возможности новообразования хромшпинелидов при гидротермальных условиях. Эти рассуждения не обоснованы никакими фактическими данными.

Камчатка

Беседуют красноногие говорушки