Исследование серпентинитов и серпентинизации ультраба­зитов Полярного Урала

Печерин В. Н.

Научный руководитель – Землянский В. Н.

г. Ухта, Ухтинский государственный технический университет
Серпентиниты — плотные массивные горные породы, вязкие, трудно раскалывающиеся, от серо-зеленоватого до зеленовато-черного цвета. Остановимся на характеристике составляющих их минералов. Серпентины в шлифах либо бесцветные, либо светлоокрашенные иногда слабо плеохроируют в светло-зеленоватых и желтоватых тонах. Хризотил имеет волокнистую и листо­ватую, чешуйчатую форму, обычно пластинчатый, призматический; лизардит в виде шнуров развивается по краям и внутри зерен оливина, реже в ортопироксенах; кроме того, образует псев­доморфозы по этим минералам. Гомоосевые псевдоморфозы лизардита по ортопироксену назы­ваются баститом. Тонковолокнистый хризотил, развивающийся по трещинам с волокнами, ори­ентированными перпендикулярно к стенкам трещины, называется хризотил-асбестом, качество которого тем выше, чем длиннее его волокна.

В серпентинитах обычно содержатся тальк, тремолит, хлорит, карбонаты (магнезит, брейнерит), магнетит, брусит, который находится в тонкой субмикроскопической смеси с сер­пентином или образует прожилки. В качестве реликтовых минералов часто встречаются зерна оливина, орто- и клинопироксена, амфибола, хромшпинелидов, включая хромит, пироп и др.

Структуры серпентинитов петельчатые, решетчатые, лепидобластовые. Петельчатые структуры самые ранние и при наложении более высокотемпературного метаморфизма, регио­нального или контактового, сменяются решетчатыми, обусловленными разноориентирован­ными, под углом 90° в двух основных направлениях, пластинчатыми кристаллами антигорита.

Серпентиновая минерализация развивается в различных условиях щелочности. На более щелочной стадии железо первичных перидотитов окисляется и входит в состав серпентина и брусита и формируются так называемые немагнитные серпентиниты. Но с возрастанием темпе­ратуры должны усиливаться процессы восстановления железа, что способствует образованию в серпентинитах магнетита и повышению их магнитной восприимчивости. Таким образом, по окислительно-восстановительным условиям серпентиниты являются индикаторами раннего ще­лочного метаморфизма офиолитовых поясов и их последующего орогенного преобразования.

Среди минералов группы серпентина выделяются три основные разновидности — хри­зотил, лизардит и антигорит. В этой последовательности в минерале снижаются содержание воды (хризотил — 13,6—14,2% Н₂О, лизардит — 12,4—13,7% Н₂О, антигорит — 12,2—12,4% Н₂О) и степень окисления железа. Антигориты в этой группе разновидностей серпентина форми­руются, по-видимому, в более восстановительной обстановке, обусловливающей также относи­тельно пониженное парциальное давление Н₂О вследствие высокой восстановленности флюи­дов. Антигорит относительно лизардита и хризолита стабилизируется также с повышением тем­пературы и давления на твердые фазы (Ps), так как реакция дегидратации, связывающая эти минералы, характеризуется отрицательным объемным эффектом [1]:

хризотил (лизардит) = антигорит + Н₂О;

Хризотил образует жилы, которые пересекают породы, сложенные другими серпентиновыми минералами. В общем серпентин слагает крупные тела, возникающие в результате гидротермальных изменений ультраосновных пород (дунитов и пироксенитов). Он также развивается в виде каемок вокруг неизменных участков этих пород или замещает их полностью. Серпентин нередко замещает оливин в базальтах и габбро [3].

При серпентинизации значительно уменьшается удельный вес породы: если дуниты и перидотиты имеют удельный вес около 3,3 г/см³, то серпентиниты только 2,5—2,6 г/см³, что вызывает и увеличение объема породы на 20—27% по сравнению с исходными, магматическими.

При температуре более 500°С серпентиновые парагенезисы исчезают и появляется ассоциация тальк + форстерит.

Наиболее высокотемпературная гидратация ультраосновных пород приводит к образованию магнезиальных антофиллитовых пород, верхний температурный предел которых довольно высок. Крайне магнезиальный антофиллит имеет узкое, ограниченное поле устойчивости и определяется температурой 650—750°С и давлением Р < 6 кбар; при более высоком Р антофиллит разлагается на относительно плотную ассоциацию энстатита и талька, при этом разложение не сопровождается освобождением или поглощением воды, что и обусловливает небольшую зависимость равновесия от температуры:

Mg7[Si₄0₁₁]₂(OH)₂ → 4MgSi0₃ + Mg₃Si40₁₀(OH)₂.
антофиллит энстатит тальк [1]

Метаморфизм ультрабазитов

Методика исследования серпентинизации ультрабазитов

До недавнего времени главным методом исследования серпентинизации ультраосновных пород считался петрографический метод их описания в шлифах (Варлаков, 1978; Лодочников, 1936), который позволяет диагностировать вторичные и первичные минералы, описывать структуру и текстуру пород, проводить онтогенические исследования, выявляя последовательность образования минералов по их взаимопересечениям, выделять минеральные ассоциации и проводить полуколичественную оценку содержания вторичных минералов, а значит, и оценивать степень серпентинизации пород. Погрешность определения содержания отдельных главных минералов при этом составляет 5—10%, а содержание тонкодисперсных минералов определить не удается.

В качестве более точных методов диагностики минералов часто используют рентгеноструктурный метод, ИК-спектроскопию, электронографию и в последнее время — термический метод, статические магнитные и термомагнитные исследования (Дериватограммы..., 1992; Макеев и др., 1985; Макеев, Лыюрова, 1989; Халепп, Бурд, 1984). [2]. Если первые три метода требуют отбора монофракций минералов для их точной диагностики и недостаточно эффективны при анализах смесей, то термический анализ позволяет и четко диагностировать минеральные виды, и определять их содержание в породах.

Степень серпентини­зации массивов Полярного Урала неравномерна: она возрастает к краевым частям и минимальна в ядерных частях (Брянчанинова, Ма­кеев, 1989; Макеев, 1992а). Отмечается увеличение сте­пени серпентинизации мас­сивов к южному и северному окончаниям Полярноураль­ского пояса: при средней серпентинизации поверхно­сти массивов на 50—60 % самый северный блок Сыум­кеуского массива (Щучьин­ский) серпентинизиро­ван на 80 %, а южный блок Вой­каро-Сынинского массива (Лаптапайский) — на 70 % [2].

Рис. 1. Серпентинизированный оливинит, ув. 72^х,

николи параллельны

Микроскопическое описание. Шлиф №1.

Серпентин волокнистый (хризотил, бесцветный, ксено­морфной формы, спайность отсут­ствует, двупреломление по номо­грамме Мишеля-Леви 0,005, 4-я группа Лодочникова.

Оливин бесцветный, округ­лой формы, двупреломление вы­сокое, по номограмме Мишеля-Леви 0,015, 6-я группа Лодочни­кова.

Оливин (50%) породообра­зующий минерал, серпентин (45%) образовался за счет богатого оки­сью Mg оливина. Также отмеча­ется присутствие рудного мине­рала – магнетита (5%), вследствие этого порода называется серпен­тинизированный оливинит с пе­тельчатой структурой (рис. 1,2).

Рис. 2. Серпентинизированный оливинит, ув. 72^х, николи скрещены

Макроскопические описание серпентинита.

Порода темноокрашенная, голубовато-серая. Текстура плойчатая, обусловлена склад­ками, образованными под влиянием давления; структура петельчатая, характеризующаяся нали­чием петель, образованных переплетающимися полосками серпентина.

М
инеральный состав: серпентин (100%). Образец представлен на рис. 3.

Рис. 3. Серпентинит голубовато-серый, плойчатый

1. 
   Метаморфическая петрология: учебник / А. А. Маракушев, А. В. Бобров.-М.: Изд-во Моск. ун-та: Наука, 2005. – 256 с.
   
2. 
   Макеев А. Б., Брянчанинова Н. И. Топоминералогия ультрабазитов Полярного Урала. – СПб.: Наука, 1999. – 252 с.
   
3. 
   Батти Х., Принг А. Минералогия для студентов. Пер. с англ. – М.: Мир, 2001. – 429 с.