Mineral assemblages of the Shishim mine in the Southern Urals

Full Text

Введение

Минералам знаменитой Шишимской копи на Южном Урале посвящено много публикаций (Мушкетов, 1877; Кухаренко, 1943; Мясников, 1954; Попов, 2001, 2011; Ненашева, Агаханов, 2016). Количество минералов и их разнообразие в районе копи постепенно растут, увеличивается число парагенезисов, слагающих геологические тела – жилы, линзы, дайки, метасоматические и брекчиевые зоны. По ним можно предположить, что копь находится в тектоническом узле со сложной геологической историей, но небольшое число горных выработок и слабое вскрытие мелких геологических тел не позволяют создать представительную модель (карту) этого замечательного объекта. На базе имеющихся горных выработок мы расширили представления о генезисе объекта по новым минералогическим данным, полученным при пересмотре каменного материала в отвалах копи. Исследования проведены визуально и с использованием микроскопических и электронно-микроскопических данных, полученных на сканирующем электронном микроскопе Tescan Vega 3 sbu (Южно-Уральский федеральный научный центр минералогии и геоэкологии УрО РАН, аналитик М.А. Рассомахин). Химические анализы минералов представлены в таблицах 1–4.

На рисунках использованы следующие аббревиатуры: Aln – алланит-(Ce), Amf – амфибол, And – андрадит, Ap – апатит, Bdy – бадделеит, Brc – брусит, Brt – барит, Ca, Cal – кальцит, Chl – хлорит, Chu – клиногумит, Clg – гидроксилклиногумит, Czt, Clz – кальциртит, Di – диопсид, Ep – эпидот, Gk – гейкилит, Gr – гроссуляр, Ilm – ильменит, Mag, Mgt – магнетит, Mon – монтичеллит, Prv – перовскит, Rt – рутил, Srp – серпентин, Tau – таумасит, Thm – томсонит-Са, Ti-Mgt – титаномагнетит, Tr – тремолит, Ttn, Tnt – титанит, Val –валлериит, Vez – везувиан, Zr – циркон, Zrl, Zrn – цирконолит.

Шишимская копь находится на Южном Урале в Шишимских горах в 8 км западнее города Златоуста и в 5 км к югу от деревни Медведевка. Копь представляет собой небольшой карьер на северном крутом берегу речки Бравиловки приблизительно в 700 м на восток от впадения ее в реку Ай (рис. 1).

Рис. 1. Географическое положение Шишимской копи в районе города Златоуста (указано стрелкой) (а) и геологическая схема строения района копи (б).

1 – Айская свита, углисто-глинистые кварцевые сланцы; 2 – саткинская свита, доломиты, известняки, углисто-глинистые, кремнисто-глинистые сланцы, кремни; 3 – бакальская свита, малобакальская подсвита, аргиллиты, алевролиты, кварцитовидные песчаники; 4 – кувашская свита, метаморфизованные кислые вулканиты и их туфы, кристаллические двуслюдяные кварцевые сланцы, кварциты, конгломераты, доломитовые мрамора, кварцито-песчаники; 5, 6 – кусинско-копанский клинопироксенит-габбро-гранитовый комплекс: 5 – первая фаза: габбро, габбронориты, горнблендиты, клинопироксениты; 6 – вторая фаза: граниты.

Fig. 1. Geographical location of the Shishim mine in area of the town of Zlatoust (indicated by arrow) (a) and geological scheme of the area of the mine (б).

1 – Ai Formation, carbonaceous-clayey quartz shale; 2 – Satka Formation, dolomite, limestone, carbonaceous-clayey and siliceous-clayey shale, chert; 3 – Bakal Formation, Maly Bakal Subformation, claystone, siltstone, quartzite sandstone; 4 – Kuvash Formation, metamorphosed felsic volcanic rocks and their tuff, crystal two-mica quartz schist, quartzite, conglomerate, dolomite marble, quartzite sandstone; 5, 6 – Kusa-Kopansky clinopyroxenite-gabbro-granite complex: 5 – first phase: gabbro, gabbronorite, hornblandite, clinopyroxenite; 6 – second phase: granite.

История исследований и краткие геологические данные по району копи

Скарновые минеральные ассоциации Шишимской копи известны давно (Мушкетов, 1877). Копь заложил П. Барбот-де-Марни в 1833 г. для добычи друз крупнокристаллического хлорита (рис. 2). В разное время разработки копи здесь находили синий и розовый апатит, шпинель, эпидот, пирит, клинтонит (ксантофиллит), монтичеллит, голубой кальцит и другие минералы. Дискуссионная находка П.В. Еремеевым включений алмаза в ксантофиллите также относится к Шишимской копи. Несмотря на сомнения А.А. Кухаренко (1943), алмаз в этой копи достаточно вероятен в карбонатитовой ассоциации.

Рис. 2. Друза хлорита. Шишимская копь, выработка Егорова.

Fig. 2. Chlorite druse. Shishimskaya mine, Egorov mine.

По данным разных исследователей возникли различные модели геологического строения района Шишимской копи. Первое обширное описание находится в работе И.В. Мушкетова (1877, с. 147): «…мои наблюдения несколько отличаются от наблюдений Гофмана, который говорит, что Шишимская копь заложена в тальковом сланце, залегающем в слюдяном. Описанный мною состав копи может служить указанием на весьма энергичный метаморфизм диоритовых пород, которые, изменяясь, дали начало образованию этих разнообразных сланцеватых полос, в которых выделялись отдельные минералы» (рис. 3). Схема И.В. Мушкетова внемасштабная, р. Ай находится почти в километре на запад от копи.

Рис. 3. Шишимская копь. Зарисовка И.В. Мушкетова (1877).

А – диорит (= габбро – В.П.); В – роговообманковая порода; С – желтый эпидозит; D – хлоритовый сланец; E – тальк-хлоритовый сланец с гематитом и жилами эпидозита, на границе которого встречаются мороксит (синий мелкозернистый апатит?), «талькапатит», шпинель, гидраргиллит, эпидот, фелькнерит (гидроталькит), ксантофиллит (клинтонит) с алмазом; М – Барботовская яма.

Fig. 3. The Shishim mine. Sketch by I.V. Musketov (1877).

А – diorite (= gabbro – V.P.); B – hornblende rock; C – yellow epidosite; D – chlorite shale; E – talc-chlorite shale with hematite and epidosite veins, with moroxite (blue fine-grained apatite?), «talcapatite», spinel, hydrargillite, epidote, felknerite (hydrotalcite), xanthophyllite (clintonite) with diamond at the contact; M – Barbot pit.

Полосчатое расположение разных минеральных тел через 77 лет более подробно описал В.С. Мясников (1954), не приведя собственной схемы. С востока на запад в обнажениях вдоль крутого северного берега р. Бравиловки он перечислил следующие образования: кварцевая жила мощностью 2.5 м в хлоритовой мелкозернистой породе; крупнозернистое габбро (А – на схеме Мушкетова); эпидотизированное габбро с участками амфиболовой породы (Б? – на схеме); пласт плотной магнетит-хлоритовой породы (дайка?); зеленый хлоритовый сланец; выветрелая хлорит-диопсидовая порода с клиногумитом; лейхтенбергитовый сланец с разнообразными минералами (Е? – по Мушкетову) – «тальк-апатит», лейхтенбергит, хлорошпинель, гематит, магнетит, магнезиоферрит, андрадит, перовскит, ксантофиллит, пятна и скопления граната с лейхтенбергитом и перовскитом (в миаролах?); гранат-везувиановые породы в ядре линзы; амфиболит с дайкой мелкозернистого габбро, эпидотизированного и местами рассеченного прожилками аплита по ряду поперечных трещин; вместе с этими прожилками наблюдаются турмалин, альбит, пирит и актинолит; микрогаббро подверглось местами гранатизации (!); несколько метров к западу в выработке Егорова добывался лейхтенбергит (друзы) и здесь же отмечен прослой мощностью 0.5 м амфибол-хлоритовой породы (дайка? – В.П.); серпентин-хлоритовая сильно выветрелая порода с миаролами граната, перовскита и кальцита; хлорит-гранат-диопсидовая порода; темно-зеленый хлоритовый сланец с пустотами и «тальк-апатитом»; пласт гранатовой породы мощностью 0.3 м; габбро. Итого 13 тел разных горных пород.

К северу от Шишимской копи В.С. Мясниковым упомянуты тела мраморов, но без карты трудно определиться с их местоположением. В настоящее время нами здесь установлены небольшие тела кальцитовых карбонатитов, аналогичных некоторым карбонатитам в Медведёвском мраморном карьере (в 4 км севернее) (Попов, 2011).

Крупномасштабный план района копи (рис. 4) составила в 1954 г. Л.И. Кравцова из Свердловского горного института. Тело «мраморов» на ее плане не выглядит «ксенолитом известняков», прореагировавших с габбро с образованием скарнов со всех сторон. Все тела карбонатных пород в этом участке оказались карбонатитами.

Рис. 4. Геологический план района Шишимской копи по Л.И. Кравцовой (1954 г.).

1 – пироксениты; 2 – габбро; 3 –скарнированное габбро; 4 – граниты; 5 – магнетитовые тела; 6 – доломитовые мраморы; 7 – змеевики; 8 – скарны; 9 – канавы; 10 – шурфы; 11– карьер; 12 – обнажения.

Fig. 4. Geological plan of the Shishim mine area after L.I. Kravtsova (1954).

1 – pyroxenite; 2 – gabbro; 3 – skarn gabbro; 4 – granite; 5 – magnetite bodies; 6 – dolomite marble; 7 – serpentine; 8 – skarn; 9 – trenches; 10 – mines; 11– quarry; 12 – outcrops.

¹ – Прим. ред. Терминология в статье представлена в авторской редакции.

Полосчатое сложение блока разнообразных пород и наличие даек мелкозернистых габбро и гранитов указывают на существование разломной структуры в массиве габбро, где происходило формирование скарновой и карбонатитовой минерализации. Обратим внимание на то, что дайки мелкозернистых габбро и гранитов, секущие неоднородное габбро, также скарнированы. Нами в нескольких участках наблюдались тела хлоритолитов, амфибол-хлоритовых пород, магнетит-хлоритовых пород с четкими (магматическими¹) границами с телами вмещающих пород. Практически во всех хлоритовых породах есть кубические, кубооктаэдрические или ромбододекаэдрические кристаллы перовскита с фрагментами индукционных поверхностей с хлоритом. В крупнозернистых друзовых агрегатах карбонатит-пегматитов встречаются срастания хлорита, диопсида, шпинели, перовскита и кальцита.

Особый интерес представляют миаролы и жилы с голубоватым крупнозернистым кальцитом, с которым частично одновременно выросли мелкие ромбододекаэдры перовскита и крупные кристаллы апатита, шпинели и монтичеллита (рис. 5). Миаролы находятся в сложном скарновом агрегате, состоящем из мелкозернистого желтого андрадита, сероватого и коричневого монтичеллита, форстерита, таблитчатого бесцветного диопсида, зеленого и бесцветного клинохлора, кальцита и мелких кристаллов перовскита.

Рис. 5. Крупные кристаллы апатита (а), шпинели (б) и монтичеллита (в) в кальцитовых карбонатит-пегматитах Шишимской копи.

На поверхности кристалла шпинели видны желобки растворения вдоль основных и оперяющих трещин. Кальцит имеет голубой оттенок. Косое освещение.

Fig. 5. Coarse crystals of apatite (a), spinel (b) and monticellite (c) in calcite carbonatite-pegmatites of the Shishim mine.

The surface of the spinel crystal exhibit dissolution grooves along the main and splay fractures. Calcite has a blue tint. Oblique light.

Тела магматических и метасоматических пород находятся в сложном переплетении в длительно живущей трещинной тектонической структуре, в которой видны следы многократного брекчирования и сдавливания с образованием зон рассланцевания, магматических брекчий, зеркал скольжения, многообразного метасоматоза. Некоторые часто встречающиеся магматиты и метасоматиты охарактеризованы ниже.

Минералы и парагенезисы распространенных пород

Самыми древними породами на участке по относительному возрасту являются амфиболовые габбро, участками с пегматоидными миаролами и более крупными пегматитовыми телами (рис. 6). Дайки долеритов и гранитоидов, жилы магнетита являются секущими по отношению к габбро.

Рис. 6. Неоднородно скарнированное амфиболовое габбро в контакте с габбро-пегматитом.

Видны участки с гранатом (красновато-коричневые), эпидотом (желтовато-зелёные), альбита с клиноцоизитом (белые), магнетита с рутилом (коричнево-серые псевдоморфозы по титаниту). Косое освещение полированного образца.

Fig. 6. Amphibole gabbro variously replaced by skarn assemblages at the contact with gabbropegmatite.

There are areas with garnet (reddish brown), epidote (yellowish green), albite with clinocoisite (white), magnetite with rutile (brown-gray pseudomorphoses after titanite). Oblique light of polished sample.

После становления габбрового массива развился масштабный полифациальный процесс скарнирования с комплементарным (пространственно взаимодополняющим) образованием карбонатитов. В тектонической трещинной структуре скарнированию подвергнуты все наблюдаемые разновременные магматические тела. Масштабность скарнирования определялась развитием трещиноватости в пространстве и во времени. Минеральные фации скарнов различаются количественными соотношениями минералов и парагенезисов: эпидота, пироксена, граната, амфибола, монтичеллита, хлорита, магнетита, пирита и др. (рис. 6 и 7). Перечисленные минералы скарнов могут быть как синхронными (парагенезисы), так и последовательными (ассоциации).

Рис. 7. Скарнированное крупнозернистое габбро: а – эпидотизированное с метакристаллами пирита (лимонитовые псевдоморфозы); б – неоднородно хлоритизированное.

Косое освещение полированных образцов.

Fig. 7. Coarse-grained gabbro with skarn assemblages: a – epidotized with pyrite metacrystals (limonite pseudomorphoses); б – variously chloritized.

Oblique light of polished samples.

Скарнированное габбро (рис. 6) под бинокуляром обнаруживает на сколе большое количество мелких (0.1 мм) октаэдрических метакристаллов магнетита с блестящими гранями. По плагиоклазу развились агрегаты эпидота (иногда с альбитом), хлорита, местами есть метакристаллы пирита. По амфиболу развиты тонкозернистые агрегаты пироксена с титанитом и пылевидным магнетитом, а иногда струйчато проявлен мелкий барит. По первичному титаниту местами возникли псевдоморфозы, состоящие из магнетита, андрадита, эпидота, рутила и реликтов титанита (рис. 8). По первичному ильмениту в ориентированном срастании с магнетитом возникли магнетит-рутиловые синтаксические псевдоморфозы (рис. 9). Фактически осталась лишь тень структуры крупнозернистого габбро, а все ее минералы – новообразованные, и породу можно называть скарном (?). Даже в небольших миароловых пустотах видны поздние минералы: диопсид, томсонит и таблитчатые двойники магнетита (рис. 10). В данном случае по каждому из первичных минералов габбро возникают разные псевдоморфозы (рис. 8–11), которые усложнены метакристаллами пирита, магнетита и барита, развитые независимо от исходных минералов (рис. 7 и 11).

Рис. 8. Полиминеральные псевдоморфозы по первичному титаниту в габбро: а – общий вид псевдоморфоз в полировке при косом освещении; б – BSE-фото: a – магнетит, b – титанит, c – андрадит, d – эпидот, e – винчит с Cr и V, f – ванадистый эпидот, i – винчит, h – альбит, j – диопсид-геденбергит.

Здесь и далее буквами обозначены точки анализов.

Fig. 8. Polymineral pseudomorphoses after primary titanite in gabbro: a – general view of pseudomorphoses in polished sample under oblique light; б – BSE image: a – magnetite, b – titanite, c – andradite, d – epidote, e – wincite with Cr and V, f – V-bearing epidote, i – wincite, h – albite, j – diopside-hedenbergite.

Hereinafter, letters indicate the analytical points.

Рис. 9. Замещение ильменит-магнетитового агрегата (n) рутил-магнетитовым синтаксическим агрегатом вдоль трещин: слева – общий вид неполной псевдоморфозы; справа – фрагмент с коркой магнетит-титаномагнетитового агрегата и титанитового агрегата.

Здесь и на рис. 10–12, 13б, 14, 16–18, 20, 21, 23 – BSE-фото.

Fig. 9. Replacement of ilmenite-magnetite aggregate (n) by rutile-magnetite syntactic aggregate along fractures: left – general view of partial pseudomorphosis; right – fragment with a crust of magnetite-titanomagnetite aggregate and titanite aggregate. Here and in Figs. 10–12, 13б, 16–18, 20, 21, 23 – BSE images.

Рис. 10. Диопсид-магнетит-томсонитовый агрегат в миароле скарнированного габбро.

Fig. 10. Diopside-magnetite-thomsonite aggregate in miarole altered gabbro.

² – Прим. ред. Формулы минералов в статье представлены в авторской редакции.

Химические особенности минералов скарнированного габбро изученного образца (рис. 6) проявлены в эмпирических кристаллохимических формулах² магнетита (a) (Fe_0.99Mn_0.01)(Fe_1.95Cr_0.03V_0.01 Ni_0.01) O₄, титанита (b, табл. 1, № 17) (Ca_1.02Ti_0.93Al_0.03Cr_0.01Fe_0.01)SiO₅, андрадита (c, табл. 1, № 9) (Ca_2.97Mn_0.03)(Fe_1.41Al_0.50Ti_0.06V_0.03)Si₃O₁₂, эпидота c V (d, f, табл. 1, № 14, 15) (Ca₂Al_2.22Fe_0.67V_0.11)Si₃O₁₂ (OH), винчита с Cr и V (e, g, табл. 1, № 5, 6) Na_0.19Ca_1,94Mg_3.41Fe_1.30Cr_0.10V_0.06Mn_0.02Al_0.08 (Si_7.6Al_0.4)O₂₂(OH)₂, альбита (h) Na_0.95Ca_0.06 Fe_0.01Al_1.10Si_2.89O₈, диопсида-геденбергита (возможно, в тонком срастании с амфиболом) (j) Na_0.2K_0.02Mg_0.58Ca_0.44Fe_0.55Al_0.18V_0.01Cr_0.01Mn_0.01 Ti_0.01 (Si_1.64Al_0.36)O₆, рутила (l) Ti_0.98Fe_0.02O₂, барита (m) Ba_0.91Ca_0.06Sr_0.01Fe_0.02SO₄, ильменита (n) Fe_0.72Mn_0.27Mg_0.04Ti_0.97O₃, томсонита-Ca (p, табл. 1, № 19) (Na_1.05Ca_1.61)(Al_4.88Si_5.43)O₂₀ · 6H₂O. Примеси V, Ni, Cr и Mn установлены во многих минералах, а также разный состав одного минерала в разных частях агрегата или пирамидах нарастания одного индивида (например, магнетита – рис. 9). Мелкие метакристаллы магнетита имеют вид блестящих октаэдров, а в агрегате с томсонитом это таблитчатые двойники по {111}. Метакристаллы пирита имеют форму куба с грубыми штрихами от пересечений {210}. Мелкая «сыпь» метакристаллов барита развита в виде локальных «струй» (рис. 11б).

Таблица 1. Химический состав (мас. %) силикатов Шишимской копи

Table 1. Chemical composition (wt. %) of silicates of the Shishim mine

Примечание. 1–3 – клинохлор; 4 – диопсид, 5, 6 – винчит; 7 – тремолит (центр); 8 – тремолит (краевая зона кристалла 7); 9 – андрадит; 10 – андрадит (центр); 11 – гроссуляр (краевая зона кристалла 10); 12 – андрадит; 13 – монтичеллит; 14, 15 – эпидот; 16 – везувиан; 17 – титанит; 18 – гидроксилклиногумит (F 1.08 мас. %); 19 – томсонит; 20 – серпентин.

Note. 1–4 – clinochlore; 4 – diopside; 5,6 – wincite; 7 – tremolite (center); 8 – tremolite (rim of crystal 7); 9 – andradite; 10 – andradite (center); 11 – grossular (rim of crystal 10); 12 – andradite; 13 – monticellite; 14, 15 – epidote; 16 – vesuvianite; 17 – titanite; 18 – hydroxylclinohumite (F 1.08 wt. %); 19 – thomsonite; 20 – serpentine.

Рис. 11. Структура метасоматических агрегатов при замещении амфибола (а) и ильменит-магнетитового агрегата (б) в исходном габбро (рис. 6).

Слева от ильменит-магнетитового агрегата видны мелкие кристаллы барита (m).

Fig. 11. Structure of metasomatic aggregates after replacement of amphibole (a) and ilmenite-magnetite aggregate (б) in primary gabbro (Fig. 6).

To the left of ilmenite-magnetite aggregate, there are small barite crystals (m).

В небольшом более деформированном участке габбро рассмотренного выше образца обнаружена другая ассоциация минералов, где преобладают диопсид и серпентин (рис. 12), нет псевдоморфоз по плагиоклазу и амфиболу. Здесь акцессорными являются гидроксилапатит, гейкилит и цирконолит. Состав минералов в формулах: диопсид (a, табл. 1, № 4) Ca_0.98Mg_0.99Fe_0.03(Si₂O₆) и (e) Na_0.12Ca_0.87 Mg_0.76Fe_0.23Mn_0.04Si₂O₆, серпентин (c, табл. 1, № 34) (Mg_2.89Fe_0.07Al_0.04)Si₂O₅(OH)₄, магнетит d) (Fe_0.86Mg_0.14)Fe₂O₄, цирконолит (f, табл. 2, № 1) (Ca_0.73Ce_0.11Nd_0.07Fe_0.19)Zr_0.90(Ti_1.62Fe_0.38)O₇, гид-роксилапатит (b, табл. 3, № 1) (Ca_4.91Sr_0.04Fe_0.02 Ce_0.02Nd_0.01)(P_2.95Si_0.05)O₁₂(OH_0.72Cl_0.28), титанит (h) Ca_0.99Mg_0.02Ti_0.92Fe_0.08(SiO₄)O, гейкилит (g) (Mg_0.75 Fe_0.21Mn_0.09Ca_0.02)(Ti_0.93Ta_0.01W_0.01)O₃.

Рис. 12. Гидроксилапатит и магнетит в диопсиде (а); гейкилит с магнетитом, гидроксилапатитом и цирконолит в серпентиновом агрегате (б).

Fig. 12. Hydroxylapatite and magnetite in diopside (a); geikylite with magnetite, hydroxylapatite and zirconolite in serpentine aggregate (b).

Таблица 2. Химический состав (мас. %) цирконолита (1–5), кальциртита (6–8), циркона (9, 10), бадделеита (11, 12) и алланита-(Ce) (13)

Table 2. Chemical composition (wt. %) of zirconolite (1–5), calcirtite (6–8), zircon (9, 10), baddeleyite (11–12) and allanite-(Ce) (13)

Примечание. Минералы также содержат (мас. %): ан. 7 – SrO 0.64, ан. 13 – La₂O₃ 3.02.

Note. The minerals also contain (wt. %): an. 7 – SrO 0.64, an. 13 – La₂O₃ 3.02.

Таблица 3. Химический состав апатита (мас. %)

Table 3. Chemical composition of apatite (wt. %)

Примечание. Апатит также содержит (мас. %) Ce₂O₃ 0.46 и Nd₂O₃ 0.31. Note. Apatite also contains (wt. %) Ce₂O₃ 0.46 and Nd₂O₃ 0.31.

Еще один фрагмент изученного образца (рис. 6, справа внизу) представлен везувиан-гранатовой породой (рис. 13 и 14) с резкими границами. Здесь также нет псевдоморфоз по плагиоклазу и амфиболу. Везувиан и гранат зональны и секториальны. Состав граната меняется от гроссуляра до андрадита, что можно увидеть в приведенных кристаллохимических формулах: гроссуляр (d) Ca_2.99Al_1.75Fe_0.23Mn_0.03(SiO₄)₃, андрадит (k, табл. 1, 10–12 № 15) Ca_2.81Fe_1.49Al_0.44Ti_0.09Mn_0.08(SiO₄)₃, титанит (f) CaTi_0.95Al_0.03Fe_0.02(SiO₄)O, везувиан (c, табл. 1, № 16) Ca_18.06Al_9.41(Mg_2.02Fe_1.19Ti_0.23)(SiO₄)₁₀(Si₂O₇)₄(OH)₁₀, диопсид (m) CaMg_0.98Fe_0.02(Si_1.98Al_0.02)O₆, бадделеит (h, табл. 2, № 11) Zr_0.86Ca_0.05Si_0.04Al_0.02Fe_0.01Hf_0.01O₂, перовскит (g) CaTiO₃, доломит (i) CaMg(CO₃)₂, клинохлор (j, табл. 1, № 1) Mg_4.64Ca_0.07Na_0.07K_0.03Al_1.19 (Si_3.42Al_0.58)O₁₀(OH)₈. Дополнительными минералами парагенезиса являются титанит, перовскит, доломит и бадделеит.

Рис. 13. Везувиан-гранатовый скарн: а – полированный образец, косое освещение; б – структура агрегата (a – везувиан, b – гроссуляр).

Fig. 13. Vesuvian-garnet skarn: a – polished sample, oblique light; б – structure of aggregate (a – vesuvian, b – grossular).

Рис. 14. Детали структуры везувиан-гранатового скарна: а – титанит и перовскит-титанитовые срастания (псевдоморфозы?) в везувиановом агрегате; б – доломит-хлоритовые вростки и бадделеит в гранате; в – зональные вростки граната и диопсид в везувиане.

Fig. 14. Details of structure of vesuvian-garnet skarn: a – titanite and perovskite-titanite aggregates (pseudomorphoses?) in vesuvian aggregate; б – dolomite-chlorite ingrowths and baddeleyite in garnet; в – zonal garnet ingrowths and diopside in vesuvian.

Таким образом, даже в пределах одного образца вмещающей скарновый комплекс горной породы, которую в полевых условиях мы называли «соссюритизированным габбро», наблюдается несколько парагенезисов, возникших частью синхронно (псевдоморфозы по плагиоклазу и по амфиболу) и частью – последовательно («струи» с баритом и магнетит-томсонитовые мелкие «миаролы»).

Далее рассмотрим три горных породы, упомянутых ранее среди тел, вскрытых копью, – это «мраморы» и «прослои хлоритовой породы». В районе копи есть участки слабого рассланцевания, где названные тела имеют четкие контакты, однородную текстуру и порфировую структуру. В разных местах порфировыми вкрапленниками (фенокристами) в темно-зеленой мелкозернистой массе хлорита являются либо тремолит, либо доломит, либо магнетит (рис. 15). Эти тела обладают морфологическими признаками магматических горных пород – хлоритолитов, часто сопровождающих уральские карбонатиты наряду со слюдитами.

Рис. 15. Магматические горные породы в районе Шишимской копи: а – кальцитовый карбонатит; б – амфиболовый хлоритолит; в – доломитовый (ромбоэдрические полости) хлоритолит.

Косое освещение.

Fig. 15. Igneous rocks in area of the Shishim mine: a – calcite carbonatite; б – amphibole chloritolite; в – dolomite (rhombohedral cavities) chloritolite.

Oblique light.

Кальцитовые карбонатиты (рис. 15а) имеют среднезернистую структуру с мелкими редкими вкраплениями второстепенных минералов – магнетита (почти магнезиоферрита), гидроксилклиногумита, клинохлора, бадделеита (часты двойники), брусита, валлериита и уранового минерала (рис. 16). Особенности состава минералов карбонатитов видны в эмпирических кристаллохимических формулах: магнетит (a) (Fe_0.52Mg_0.43Mn_0.05)(Fe_1.98Al_0.01Si_0.01)O₄, кальцит (b) Ca_0.99Mg_0.01Fe_0.004(CO₃), клинохлор (c) Mg_4.7Fe_0.11Al_1.16Ca_0.02(Si_2.82Al_1.18)O₁₀(OH)₈, брусит (d) Mg_0.99Fe_0.01(OH_1.97F_0.03), бадделеит (e, табл. 2, № 12) Zr_0.99Hf_0.01O₂, гидроксилклиногумит (g, табл. 1, № 18) Mg_8.83Fe_0.07Ti_0.06Mn_0.04(SiO₄)₄(OH_1.66F_0.34), валлериит (h) (Cu_2.21Fe_1.79)(Mg_2.37Al_0.63)S₄(OH,O)₆.

Рис. 16. Второстепенные и акцессорные минералы кальцитовых карбонатитов в районе Шишимской копи.

Fig. 16. Secondary and accessory minerals of calcite carbonatites in the Shishim mine area.

Амфиболовые хлоритолиты (рис. 15б) имеют массивную текстуру и мелкозернистую структуру плотного агрегата клинохлора с порфировыми вкрапленниками призматического тремолита. Второстепенными минералами являются кальцит, ильменит и рутил, акцессорными – циркон, цирконолит, торит, алланит (рис. 17): клинохлор (a, табл. 1, № 2) Mg_3.88Fe_1.18Al_0.94(Si_2.96Al_1.04)(OH)₈, тремолит (b, табл. 1, № 7) Ca₂Mg_4.67Fe_0.33(Si_7.87Al_0.13)O₂₂(OH)2, тремолит (c, табл. 1, № 8, более железистый) Ca_1.9Mg_4.32Fe_0.78(Si_7.88Al_0.12)O₂₂(OH)₂, ильменит Fe_0.95Mn_0.03Mg_0.02TiO₃, циркон (е, табл. 2, № 9) Zr_0.94Hf_0.03Fe_0.03SiO₄, рутил (f) Ti_0.99Fe_0.01O₂, кальцит (h) Ca_0.99Fe_0.01CO₃, цирконолит (i, табл. 2, № 1, 2) Ca_0.72 Zr_0.96Ti_1.59Fe_0.49Ce_0.11Nd_0.07Th_0.06Sm_0.01O₇, алланит-(Ce) (k, табл. 2, № 13) (Ca_1.16Ce_0.36Nd_0.20La_0.10 Pr_0.04Mg_0.14)(Al_1.98Fe_0.99)(SiO₄)(Si₂O₇)O(OH). Все минералы имеют индукционные границы одновременного роста, тремолит и клинохлор зональны с более железистой периферией. Рутил с ильменитом нередко образуют синтаксические срастания. В алланите видна зональность и секториальность состава, встречаются участки ферроалланита.

Рис. 17. Минералы амфиболового хлоритолита.

Fig. 17. Minerals of amphibole chloritolite.

Доломитовые хлоритолиты (рис. 15в) внешне сходны с амфиболовыми или магнетитовыми хлоритолитами. Основной объем породы сложен клинохлором. Вкрапления ромбоэдров доломита на поверхности образцов растворены с образованием полостей, стенки которых покрыты лимонитовыми корками. Второстепенным минералом является тремолит, а акцессорными – ильменит, циркон, рутил, торит, титанит и барит (рис. 18): клинохлор (a, табл. 1, № 3) Mg_4.09Fe_0.9Al(Si_3.11Al_0.89)O₁₀(OH)₈, тремолит (b) Ca_1.92Mg_4.84Fe_0.24(Si_7.87Al_0.13)O₁₀(OH)₂, ильменит (c) Fe_0.95Mn_0.04Mg_0.01TiO₃, рутил (d) Ti_0.98Fe_0.01Nb_0.004W_0.005O₂, титанит (f) CaTi_0.96Al_0.02Fe_0.02SiO₅, циркон (g, табл. 2, № 10) Zr_0.94Hf_0.02Fe_0.04SiO₄, барит (i) Ba_0.93Ca_0.04Sr_0.01 Fe_0.02 (SO₄).

Рис. 18. Минералы амфибол-доломитового хлоритолита.

Fig. 18. Minerals of amphibole-dolomite chloritolite.

Среди образцов в отвалах копи часто встречаются скарнированные породы, теневая структура которых напоминает некоторые структуры габбро различного состава (рис. 19). Первичный минеральный состав габбро не сохранился, плагиоклазов нет совсем, светлая часть агрегата представлена бесцветным диопсидом, зеленая – клинохлором. На BSE-снимке породы (рис. 19а, 20а) видно, что диопсид Ca_1.01Mg_0.97Fe_0.02Si₂O₆ образовал псевдоморфозы по плагиоклазу, клинохлор Mg_4.8Al_0.98Fe_0.22(Si_2.98Al_1.02)O₁₀(OH)₈ развился преимущественно по амфиболу, скелетовидные и блочные зерна магнетита Fe_0.91Mg_0.06Mn_0.01V_0.01Fe₂O₄ ассоциируют с хлоритом. Эти три минерала составляют более 90 % объема породы. Преимущественно в клинохлоровой массе местами с мелким андрадитом Ca_2.9Fe_1.63Ti_0.27Al_0.12Mg_0.08(SiO₄)₃ встречаются кальцит CaCO₃, титанит Ca_0.99Ti_0.97Al_0.02Fe_0.02SiO₅ и акцессорные перовскит и цирконолит (рис. 20б, в, табл. 2, № 4). В перовските видны ядро (е, табл. 4, № 8, 9) Ca_0.92Ce_0.03La_0.01Nd_0.01Y_0.01Nb_0.01Ta_0.002Fe_0.03Al_0.02 W_0.01Th_0.01Ti_0.96O₃ и периферия (f) Ca_0.99Fe_0.01Ta_0.001 TiO₃. Цирконолит образует либо единичные мелкие включения в клинохлоре, либо сложные псевдоморфозы с перовскитом, титанитом и кальцитом по неизвестному минералу (рис. 20в). Форма индивидов цирконолита близка к скелетной. Под микроскопом видна характерная черта структуры: породообразующие хлорит и пироксен содержат множество мелких и мельчайших включений граната. Между всеми минералами скарна наблюдались индукционные границы одновременного роста.

Рис. 19. Скарнированные габбро разной исходной структуры и состава: а – амфибол-плагиоклазового; б – магнетит-пироксен-плагиоклазового; в – магнетит-плагиоклаз-пироксенового?

Полированные образцы, косое освещение.

Fig. 19. Gabbro altered to skarn of different initial structure and composition: a – amphibole-plagioclase; b – magnetite-pyroxene-plagioclase; c – magnetite-plagioclase-pyroxene?

Polished samples, oblique light.

Рис. 20. Минералы метасоматического магнетит-хлорит-диопсидового скарна, развитого по амфибол-плагиоклазовому габбро.

Fig. 20. Minerals of metasomatic magnetite-chlorite-diopside skarn after amphibole-plagioclase gabbro.

Таблица 4. Химический состав перовскита (мас. %)

Table 4. Chemical composition of perovskite (wt. %)

Примечание. Перовскит также содержит (мас. %): ан. 1 – ZrO₂ 0.34, ан. 8 – Y₂O₃ 0.56 и ThO₂ 0.59, ан. 10 – Y₂O₃ 0.36.

Note. Perovskite also contains (wt. %): an. 1 – ZrO₂ 0.34, an. 8 – Y₂O₃ 0.56 and ThO₂ 0.59, an. 10 – Y₂O₃ 0.36.

Скарн (рис. 19б) имеет много общего с предшествующей породой (рис. 19а). Преобладающими по объему минералами являются диопсид, клинохлор и магнетит (рис. 21а), в которых неравномерно вкраплен мелкий андрадит (рис. 21б). Акцессорными минералами являются перовскит, титанит, гидроксилапатит, цирконолит и кальциртит (рис. 21в–е): магнетит (a) (Fe_0.93Mg_0.05Mn_0.02)Fe₂O₄, андрадит (b) Ca_2.88Fe_1.48Ti_0.32Al_0.19Mg_0.13(SiO₄)₃, клинохлор (c) Mg_4.84Al_0.9Fe_0.26(Si_3.07Al_0.93)O₁₀(OH)₈, диопсид (d) CaMg_0.96Fe_0.03Al_0.01Si₂O₆, перовскит (e, табл. 4, № 10) CaTi_0.99Fe_0.01Y_0.006Ta_0.002O₃, титанит (f) CaTi_0.96Fe_0.02Al_0.02SiO₅, цирконолит (g, табл. 2, № 5) (Ca_0.86Y_0.08Ce_0.02Nd_0.02)Zr_0.98Hf_0.001(Ti_1.82Fe_0.23)O₇, гид-роксилапатит (h, табл. 3, № 6) Ca_4.97Sr_0.03(P_2.9Si_0.08 S_0.03)O₁₂(OH_0.78F_0.15Cl_0.07), кальциртит (i, табл. 2, № 8) Ca₂Zr_4.84Ti_2.06Fe_0.05Hf_0.05O₁₆. Все минералы имеют индукционные границы друг с другом. Кальциртит и цирконолит скелетовидны и встречаются в клинохлоре. Иногда они образуют срастания друг с другом (синхронны! – рис. 21е). Явных псевдоморфоз в скарновом агрегате не видно, но кучное размещение некоторых минералов (например, магнетита) подчеркивают «тени» предшествующей структуры породы (габбро).

Рис. 21. Минералы и структуры скарна, заместившего габбро.

Fig. 21. Minerals and structures of skarn after gabbro.

Третья разновидность габброподобного скарна (рис. 19в) под микроскопом аналогична двум предыдущим породам по структуре и минеральному составу. Диопсид образовал псевдоморфозы по плагиоклазу, клинохлором замещен амфибол, магнетитом – ильменит. Местами сохранились псевдоморфозы серпентина по оливину? (нет реликтов). Не встречены минералы циркония и апатит. Андрадит и перовскит образуют редкие мелкие включения. Все минералы скарна имеют друг с другом индукционные границы одновременного роста.

В отвалах Шишимской копи особую привлекательность для минералогов и любителей имеют образцы из зон тектонитов с жилами и миаролами карбонатит-пегматитов и крупнозернистых скарнов заполнения полостей (рис. 5 и 22).

Рис. 22. Минералы и структуры в деформированных «гнездах» и миаролах скарнового тела Шишимской копи.

Fig. 22. Minerals and structures in deformed «pockets» and miaroles of a skarn body of the Shishim mine.

Крупнозернистый гидроксилклиногумит-монтичеллитовый агрегат скарна (рис. 22а) претерпел деформацию, метасоматоз и цементирование кальцитом. Возникла сложная текстура разно-временных агрегатов минералов (рис. 23): кальцит (a) CaCO₃, клинохлор (b) Mg_4.69Fe_0.09Al_1.22(Si_2.81Al_1.19)O₁₀(OH)₈, перовскит (с, табл. 4, № 1) Ca_0.99 Fe_0.02Zr_0.01Ti_0.99O₃, гидроксилапатит (d, табл. 3, № 5) Ca₅(P_1.64Si_0.68S_0.64V_0.04)O₁₂(OH_0.93Cl_0.07), андрадит (e) Ca₃Fe_1.77Al_0.23(SiO₄)₃, монтичеллит (f, табл. 1, № 13) Ca_0.98Mg_0.94Fe_0.08SiO₄, гидроксилклиногумит (g) Mg_8.83Ti_0.08Fe_0.07Mn_0.02(SiO₄)₄(OH_1.7F_0.3), серпентин (h) Mg_2.9Fe_0.07Ca_0.02Mn_0.01(Si₂O₅)(OH)₄, таумасит (i) Ca_3.07(S_0.96O₄)[Si_0.98(OH)₆](CO₃) · 12H₂O, диопсид (k) Ca_0.98Mg_1.02Si₂O₆, кальциртит (l, табл. 2, № 6) Ca_2.21Zr_4.72Hf_0.05Ti_2.02O₁₆. Крупные монтичеллитовые индивиды насыщены мелким гранатом и редкими более крупными вростками клинохлора. На монтичеллит наросла корка хлорит-гранатового агрегата с хлоритовым завершением (рис. 23а). В клинохлоре видна вкрапленность перовскита и гидроксилапатита с необычно высоким содержанием S и Si в анионной группировке. Около трещин в гидроксилклиногумите развит метасоматический клинохлор с кальцитом по центру трещины (рис. 23б). В диопсид-монтичеллитовом агрегате с мелким кальциртитом по трещине наблюдается таумасит-клинохлоровый агрегат (рис. 23в). В хлорит-монтичеллитовом агрегате встречаются миаролы с хлорит-андрадитовым агрегатом по периферии и перовскит-кальцит-хлоритовым агрегатом в центре (рис. 23г, д). Местами в хлоритовом агрегате наблюдаются таумасит-кальцитовые срастания (рис. 23е).

Рис. 23. Минералы и структуры гидроксилклиногумит-монтичеллитовых скарнов.

Fig. 23. Minerals and structures of hydroxylclinohumite-monticellite skarns.

Брекчированный крупнозернистый хлорит-гидроксилклиногумитовый агрегат, сцементированный хлорит-кальцитовым карбонатитом (рис. 22б), представлен породообразующими гидроксилклиногумитом (g), клинохлором (b) Mg_5.12Fe_0.17Al_0.71(Si_3.25Al_0.75)O₁₀(OH)₈ и кальцитом (a) Ca_0.98Mg_0.01Fe_0.01CO₃, второстепенными диопсидом (k) Ca_0.99Mg_0.98Fe_0.03Si₂O₆, перовскитом (c) Ca_0.99Fe_0.02Ti_0.99O₃, гидроксилапатитом Ca₅(P_2.94Si_0.04S_0.02)O₁₂(OH_0.7F_0.21Cl_0.09) и акцессорными цирконолитом (l) (Ca_0.49Y_0.23Ce_0.10 Nd_0.08Pr_0.01Mg_0.05Mn_0.04)Zr(Ti_1.63Fe_0.37)O₇ и магнетитом (Fe_0.85Mg_0.13Mn_0.02)Fe₂O₄.

Необычный декоративный скарн, состоящий из розового плотного перовскита и замещающего его мелкозернистого темно-коричневого андрадита представлен на рисунке 22в. Среди минералов этого скарна установлены перовскит (табл. 4, № 2) CaTiO₃, андрадит, минерал группы везувиана (?) Ca_18.69Al_6.17 Mg_2.73Fe_2.61Ti_1.24[Si₂ O₇]₄[(SiO₄)₁₀]O(OH)₉, Ca_2.96Fe_1.28Ti_0.39Al_0.27Mg_0.1(Si_2.75Fe_0.25)O₁₂, титанит CaTi_0.95Al_0.04Fe_0.01TiO₅, клинохлор Mg_4.59Al_1.19 Fe_0.20Ca_0.01(Si_2.88Al_1.12)O₁₀(OH)₈, гидроксилапатит (табл. 3, № 3) Ca₅(P_2.98S_0.01Si_0.01)O₁₂(OH_0.76F_0.2Cl_0.04). Везувиан с клинохлором находятся в мелких секущих жилках, титанит и гидроксилапатит образуют редкие мелкие вкрапления в андрадитовом агрегате. Плотный белый агрегат тонкозернистого хлорита в верхней левой части образца (рис. 22в) тектонически совмещён с перовскит-гранатовой частью.

Фрагмент гидроксилклиногумит-монтичеллит-кальцитового карбонатит-пегматита представлен на рисунке 22г. Все крупные индивиды породообразующих минералов насыщены мелкими вростками клинохлора и пластинками бесцветного диопсида. По трещинам видна россыпь желтого метасоматического андрадита. В поздних миаролах встречаются агрегаты серпентина и таумасит-хлоритовых срастаний. Для кальцита характерна мелкая сыпь кристаллов перовскита. Химические особенности минералов видны в эмпирических формулах: монтичеллит (a) CaMg_0.93Fe_0.07SiO₄, андрадит (b) Ca₃Fe_1.8Al_0.13Ti_0.04Mg_0.03(SiO₄)₃, клинохлор (c) Mg_5.02Al_0.91Fe_0.06Ca_0.02(Si_3.28Al_0.72)O₁₀(OH)₈, гидроксилклиногумит (d) Mg_8.87Ti_0.07Mn_0.05(SiO₄)₄ (OH_1.74F_0.26), диопсид (e) Ca_1.03Mg_0.97Si₂O₆, таумасит (g) Ca₃(SO₄)Si(OH)₆(CO₃) · 12H₂O, кальцит (h) CaCO₃, перовскит (k) (табл 4, № 3) CaFe_0.01Ti_0.99O₃, серпентин (j) Mg_5.82Fe_0.13Ca_0.05(Si_3.91Fe_0.09)O₁₀(OH)₈. Часть минералов имеют эмпирические формулы, близкие к идеальным (кальцит, таумасит).

В некоторых образцах скарнов наблюдается полосчатость (зональность?), образованная разными количественными соотношениями одних и тех же минералов (рис. 24а). Слой с преобладанием диопсида выглядит буроватым из-за большого количества мелких включений в диопсиде коричневого граната андрадита (рис. 24а, в). Светлый слой представлен массой мелкозернистого бесцветного (белого) клинохлора с редкими вкраплениями более крупного андрадита (рис. 24а, б, правая часть). Акцессорными минералами в этих агрегатах являются гидроксилапатит, кальцит и перовскит. Химические особенности минералов отражены в эмпирических формулах: андрадит (a) Ca₃Fe_1.83Al_0.04Mg_0.05 Ti_0.08(SiO₄)₃, клинохлор (b) Mg_4.9Al_0.92Fe_0.18(Si₃Al)O₁₀(OH)₈, перовскит (e) (табл. 4, № 4, 5) Ca_0.96Ce_0.01Fe_0.03Ta_0.002TiO₃, кальцит (f) Ca_0.92Mg_0.04Mn_0.03Fe_0.01CO₃, диопсид (i) Ca_0.98 Mg_0.96Fe_0.06Al_0.06Ti_0.02Si_1.91O₆, гидроксилапатит (n) (табл. 3, № 4) Ca₅(P_2.45S_0.26Si_0.29)O₁₂(OH_0.69F_0.08Cl_0.23). Между всеми минералами есть индукционные поверхности одновременного роста. В диопсиде синхронные включения клинохлора имеют пластинчатую форму с кажущимся идиоморфизмом (рис. 24в).

Рис. 24. Полосчатая текстура гранат-хлорит-пироксенового скарна (а) и структурные детали (б, в).

Косое освещение (а), BSE фото (б, в).

Fig. 24. Banded texture of garnet-chlorite-pyroxene skarn (a) and structural details (б, в). Oblique light (a), BSE images (б, в).

Гранат-хлоритовую породу (рис. 25) хочется отнести к метасоматическим скарнам, но в ней не найдены псевдоморфозы и отсутствуют «тени» первичных структур. Гранат-андрадит местами имеет фрагменты граней ромбододекаэдров, но чаще – индукционную поверхность с клинохлором (рис. 25а, г). Мелкие вростки ангидрита приурочены к поздним зонам роста индивидов граната (рис. 25г). Мелкие индивиды перовскита, апатита, магнезиоферрита, ангидрита и кальциртита имеют индукционные границы друг с другом и с андрадитом, клинохлором (рис. 25а–е). Химические особенности минералов зафиксированы в эмпирических формулах: андрадит (a) Ca₃Fe_1.72Al_0.11Ti_0.15Mg_0.02(SiO₄)₃, клинохлор (c) Mg_4.74Al_1.04Fe_0.22(Si_2.85Al_1.15)O₁₀(OH)₈, магнезиоферрит (e) (Mg_0.46Fe_0.27Mn_0.24Zn_0.03)Fe₂O₄, гидроксилапатит (f, табл. 3, № 5) Ca₅(P_2.76S_0.10Si_0.10V_0.03)O₁₂(OH_0.82F_0.15Cl_0.03), перовскит (h, табл. 4, № 6, 7) Ca_0.99Fe_0.02Ti_0.99O₃, кальциртит (j, табл. 2, № 7) Ca₂ Zr_4.84Hf_0.05Fe_0.06Sr_0.05Ti₂O₁₆, ангидрит (k) Ca_0.99 Fe_0.01 SO₄. Не имея данных о геологической позиции тела гранат-хлоритовой породы, ее сложно отнести к метасоматической по структурной характеристике. Скорее, она сходна по истории кристаллизации минералов с известными в районе Шишимской копи амфиболовыми, магнетитовыми и доломитовыми магматическими хлоритолитами.

Рис. 25. Минералы и структуры гранат-хлоритовой породы Шишимской копи: а – косое освещение; б–е – BSE фото.

Fig. 25. Minerals and structures of the garnet-chlorite rock of the Shishim mine: a – oblique light, б–е – BSE images.

Обсуждение результатов

В предшествующих работах по Шишимской копи отмечено 36 минералов: алмаз (?), актинолит, альбит, андрадит, апатит, везувиан, кальцит, ганит, гематит, гетит (лимонит), гидраргиллит (гиббсит), гидроталькит (фелькнерит), диопсид, известь, кварц, клинохлор, клинтонит (ксантофиллит), кордиерит, лабрадор, магнетит, магнезиоферрит, монтичеллит, перовскит, пирит, роговая обманка, серпентин (антигорит), тальк, таумасит, турмалин, фаза А (= серпентину?), фаза Х (= гидроксилапатиту?), ферроакерманит, флогопит, форстерит, хондродит, шпинель, эллестадит, эпидот. В этой статье добавлено 22 минерала: алланит, ангидрит, бадделеит, барит, брусит, валлериит, винчит, гейкилит, геденбергит, гидроксилапатит, гидроксилклиногумит, гроссуляр, доломит, ильменит, кальциртит, рутил, томсонит, титанит, тремолит, циркон, цирконолит, минерал U. В парагенезисе с таумаситом установлены кальцит и клинохлор.

Все перечисленные выше минералы (кроме гётита) принадлежат скарново-карбонатитовой минеральной формации, парагенезисы которой образуются при повышенной и высокой температуре (ориентировочно выше 500 °С). Часто считается, что минерал хлорит характерен для средних и низких температур минералообразования. Поэтому его обычно не относят к скарновым парагенезисам. Но это не всегда так. Хлорит во многих фациях (парагенезисах) скарнов и карбонатитов является породообразующим (или второстепенным) минералом, кристаллизовавшимся одновременно с монтичеллитом, гранатом, форстеритом, флогопитом, пироксеном, амфиболом, магнетитом, кальцитом, алланитом и другими минералами. С индивидами перечисленных минералов индивиды хлорита имеют индукционные поверхности совместного одновременного роста. Как у любого минерала, у хлорита может быть несколько генераций, он может быть первичным и вторичным. Важно заведомо не относить все парагенезисы и ассоциации с хлоритом к среднетемпературным и низкотемпературным образованиям.

В Шишимской копи и ее окрестностях хлорит не только участвует в метасоматических скарновых парагенезисах, но образовал основную ткань магматических дайковых пород – хлоритолитов с фенокристами магнетита, андрадита, доломита или тремолита и акцессорными – перовскитом, цирконом, бадделеитом, цирконолитом и кальциртитом. Встречаются также хлоритолит-пегматиты с друзами крупно-гигантозернистого хлорита, на которые была заложена П. Барбот-де-Марни Шишимская копь в 1833 г.

Среди скарновых гранатов преимущественно встречались андрадиты, реже – гроссуляры.

Перовскиты в разных парагенезисах имеют разную форму с габитусным развитием {100}, {110}, {111} и разный состав: от CaTiO₃ до (Ca_0.92Fe_0.03Ce_0.03V_0.02Ta_0.002)TiO₃. Цвет перовскита обычно желто-коричневый, но в некоторых декоративных образцах встречается розовый.

Пироксены скарнов представлены преимущественно диопсидом почти стехиометричным, но иногда есть составы, переходные к геденбергиту и авгиту. Облик кристаллов диопсида обычно таблитчатый по {100}, цвет от светло-зеленого до бесцветного (белого). В большинстве скарновых пород Шишимской копи диопсид сокристаллизовался с хлоритом и гранатом.

Монтичеллит в виде крупных толстотаблитчатых кристаллов встречается в карбонатит-пегматитовых «гнездах» вместе с голубым грубозернистым кальцитом и крупными индивидами гидроксилапатита. Собственный цвет монтичеллита коричневато-серый из-за примесей хромофоров – Fe, Ti, Mn. Светло-серый цвет он приобретает вследствие развития трещиноватости и замещения мелкозернистыми гранатом и хлоритом.

Апатит развит во многих скарнах и в карбонатитах. В большинстве случаев это гидроксилапатит, анионная группировка которого содержит значительное количество S и Si на месте P. В карбонатит-пегматитах розовато-коричневые кристаллы гидроксилапатита достигают величины 7 см. На них наблюдались индукционные поверхности одновременного роста с голубым кальцитом и монтичеллитом, т. е. среда кристаллизации соответствовала силикатно-фосфатно-карбонатной системе.

Из группы шпинели отмечены магнетит, магнезиоферрит, шпинель, ганит. Из них только магнетит встречался в «чистом» составе в нескольких парагенезисах, остальные имеют переходные составы в изоморфных сериях. Обычно эти минералы мелкие (менее 1 мм), но бывают исключения, когда шпинель достигает величины нескольких сантиметров в карбонатит-пегматитах, или магнезиоферрит – до 1 см в хлоритолите. В одном случае встречен резко секториальный магнетит (магнетит + титаномагнетит, рис. 9, справа).

Самые крупные индивиды клинтонита (до 4 см) и гидроксилклиногумита (до 3 см) встречены в хлорит-карбонатных выделениях (карбонатитах?). Шишимскую копь можно считать удобной для создания коллекции клинтонита, образцы с которым встречаются в русловых отвалах р. Бравиловки напротив копи. Здесь же можно найти коллекционные образцы монтичеллита в голубом кальците.

Везувиан местами в районе копи образовал плотные прозрачные зеленые везувианиты или гроссуляр-везувиановые агрегаты, хорошо принимающие полировку и пригодные для поделок.

Обращает на себя внимание группа акцессорных минералов – алланит, циркон, цирконолит, кальциртит, бадделеит. Они определены почти во всех изученных породах Шишимской копи. Срастания цирконолита с кальциртитом встречены, по-видимому, впервые. В нескольких скарновых парагенезисах отмечены мелкие вростки барита и ангидрита в гранате и хлорите. В карбонатитах есть валлериит.

Обобщая наблюдения предшественников и наши данные, можно констатировать следующее. Копь находится внутри тела протяженного массива габбро, далеко от контактов с саткинской доломитовой толщей (более 300 м). Вся минерализация сосредоточена в тектоническом узле трещинной структуры, где совмещены разновременные магматические тела габбро, пироксенитов, микрогаббро, долеритов, даек гранитов, карбонатитов, хлоритолитов, разнообразных скарнов, магнетитовых жил, кварцевых жил. Все перечисленные разновременные магматические тела в разной мере подверглись разнофациальному (разновременному?) скарнированию. Ни парагенезисы, ни химический состав минералов скарнов не дали ярких генетических отличий принадлежности их к разным магматическим комплексам. Нельзя не обратить внимание на парагенезис тел скарнов, карбонатитов и хлоритолитов, причем этим горным породам сопутствуют их пегматитовые аналоги. Набор минеральных тел и минералов Шишимской копи аналогичен таковому в Прасковье-Евгеньевской, Ахматовской, Николае-Максимилиановской, Зеленцовской и Еремеевской копях, в районе которых присутствуют проявления железных и медных руд.

Фации скарнов формально можно выделить по преобладающему минералу – пироксену, гранату, хлориту, эпидоту, магнетиту. На некотором удалении от центрального узла трещинной структуры в габбро наблюдаются хлоритизация и эпидотизация (соссюритизация), интенсивность которых тоже связана с трещиноватостью пород. Отрывать эти явления от подобных в центре трещинной структуры нет оснований.

Заключение

Из теоретических соображений следует, что скарновые системы земной коры должны содержать карбонатитовые подсистемы (по Р-Т условиям и наличию тел карбонатных пород в колонне тепломассопереноса). В районе Шишимской копи, действительно, имеются выходы карбонатитов (кальцитовых и доломитовых). Наблюдавшиеся кальцитовые миаролы в скарнах, как представляется, есть отражение карбонатного завершения кристаллизации высокотемпературной фосфатно-карбонатно-силикатной магмы (гидроксилапатит + кальцит + монтичеллит). Величина зерен минералов в таких миаролах позволяет назвать их карбонатит-пегматитами. Кроме названных главных компонентов, в магме были существенные концентрации F, Cl, S (в апатите), H₂O (в хлорите), некоторое обогащение Ti и V (перовскит и другие минералы). Представляется реалистичным, что часть скарновых (по минеральному составу) тел может оказаться телами заполнения полостей (особенно – крупно-гигантозернистых) и образоваться из расплава-раствора. Перечень пород («полос») в Шишимской копи, приведенный В.С. Мясниковым (1954), в целом, подтвердился. Нами уточнена диагностика породообразующих минералов, приведены второстепенные и акцессорные минералы горных пород. В магматический комплекс пород Шишимской копи наряду с габброидами и гранитоидами добавлены карбонатиты и хлоритолиты.

Генезис скарновой (карбонатито-скарновой?) минеральной формации в районе Шишимской копи не укладывается в русло «классического» определения скарнов; она не находится в контактовой зоне интрузива с осадочными или метаморфическими карбонатными телами и представлена множеством фаций (парагенезисов) с породообразующим хлоритом. В минеральных агрегатах некоторых скарновых фаций нет признаков метасоматоза, что позволяет предполагать для них магматический генезис. По-видимому, в скарновой минеральной формации можно объединить комплементарные метасоматические и магматические фации, и тогда следует дать другое определение «скарнам», отличное от «классического».

About the authors

V. A. Popov

Author for correspondence.
Email: popov@mineralogy.ru
Russian Federation, 456317, Miass, Chelyabinsk Region

M. A. Rassomakhin

Email: popov@mineralogy.ru
Russian Federation, 456317, Miass, Chelyabinsk Region

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Fig. 1. Geographical location of the Shishim mine in area of the town of Zlatoust (indicated by arrow) (a) and geological scheme of the area of the mine (б). 1 – Ai Formation, carbonaceous-clayey quartz shale; 2 – Satka Formation, dolomite, limestone, carbonaceous-clayey and siliceous-clayey shale, chert; 3 – Bakal Formation, Maly Bakal Subformation, claystone, siltstone, quartzite sandstone; 4 – Kuvash Formation, metamorphosed felsic volcanic rocks and their tuff, crystal two-mica quartz schist, quartzite, conglomerate, dolomite marble, quartzite sandstone; 5, 6 – Kusa-Kopansky clinopyroxenite-gabbro-granite complex: 5 – first phase: gabbro, gabbronorite, hornblandite, clinopyroxenite; 6 – second phase: granite.

Download (385KB)

Indexing metadata

3. Fig. 2. Chlorite druse. Shishimskaya mine, Egorov mine.

Download (1MB)

Indexing metadata

4. Fig. 3. The Shishim mine. Sketch by I.V. Musketov (1877). А – diorite (= gabbro – V.P.); B – hornblende rock; C – yellow epidosite; D – chlorite shale; E – talc-chlorite shale with hematite and epidosite veins, with moroxite (blue fine-grained apatite?), «talcapatite», spinel, hydrargillite, epidote, felknerite (hydrotalcite), xanthophyllite (clintonite) with diamond at the contact; M – Barbot pit.

Download (388KB)

Indexing metadata

5. Fig. 4. Geological plan of the Shishim mine area after L.I. Kravtsova (1954). 1 – pyroxenite; 2 – gabbro; 3 – skarn gabbro; 4 – granite; 5 – magnetite bodies; 6 – dolomite marble; 7 – serpentine; 8 – skarn; 9 – trenches; 10 – mines; 11– quarry; 12 – outcrops. 1 – Прим. ред. Терминология в статье представлена в авторской редакции.

Download (123KB)

Indexing metadata

6. Fig. 5. Coarse crystals of apatite (a), spinel (b) and monticellite (c) in calcite carbonatite-pegmatites of the Shishim mine. The surface of the spinel crystal exhibit dissolution grooves along the main and splay fractures. Calcite has a blue tint. Oblique light.

Download (465KB)

Indexing metadata

7. Fig. 6. Amphibole gabbro variously replaced by skarn assemblages at the contact with gabbropegmatite. There are areas with garnet (reddish brown), epidote (yellowish green), albite with clinocoisite (white), magnetite with rutile (brown-gray pseudomorphoses after titanite). Oblique light of polished sample.

Download (364KB)

Indexing metadata

8. Fig. 7. Coarse-grained gabbro with skarn assemblages: a – epidotized with pyrite metacrystals (limonite pseudomorphoses); б – variously chloritized. Oblique light of polished samples.

Download (353KB)

Indexing metadata

9. Fig. 8. Polymineral pseudomorphoses after primary titanite in gabbro: a – general view of pseudomorphoses in polished sample under oblique light; б – BSE image: a – magnetite, b – titanite, c – andradite, d – epidote, e – wincite with Cr and V, f – V-bearing epidote, i – wincite, h – albite, j – diopside-hedenbergite. Hereinafter, letters indicate the analytical points.

Download (272KB)

Indexing metadata

10. Fig. 9. Replacement of ilmenite-magnetite aggregate (n) by rutile-magnetite syntactic aggregate along fractures: left – general view of partial pseudomorphosis; right – fragment with a crust of magnetite-titanomagnetite aggregate and titanite aggregate. Here and in Figs. 10–12, 13б, 16–18, 20, 21, 23 – BSE images.

Download (422KB)

Indexing metadata

11. Fig. 10. Diopside-magnetite-thomsonite aggregate in miarole altered gabbro. 2 – Прим. ред. Формулы минералов в статье представлены в авторской редакции.

Download (188KB)

Indexing metadata

12. Fig. 11. Structure of metasomatic aggregates after replacement of amphibole (a) and ilmenite-magnetite aggregate (б) in primary gabbro (Fig. 6). To the left of ilmenite-magnetite aggregate, there are small barite crystals (m).

Download (380KB)

Indexing metadata

13. Fig. 12. Hydroxylapatite and magnetite in diopside (a); geikylite with magnetite, hydroxylapatite and zirconolite in serpentine aggregate (b).

Download (171KB)

Indexing metadata

14. Fig. 13. Vesuvian-garnet skarn: a – polished sample, oblique light; б – structure of aggregate (a – vesuvian, b – grossular).

Download (261KB)

Indexing metadata

15. Fig. 14. Details of structure of vesuvian-garnet skarn: a – titanite and perovskite-titanite aggregates (pseudomorphoses?) in vesuvian aggregate; б – dolomite-chlorite ingrowths and baddeleyite in garnet; в – zonal garnet ingrowths and diopside in vesuvian.

Download (318KB)

Indexing metadata

16. Fig. 15. Igneous rocks in area of the Shishim mine: a – calcite carbonatite; б – amphibole chloritolite; в – dolomite (rhombohedral cavities) chloritolite. Oblique light.

Download (420KB)

Indexing metadata

17. Fig. 16. Secondary and accessory minerals of calcite carbonatites in the Shishim mine area.

Download (163KB)

Indexing metadata

18. Fig. 17. Minerals of amphibole chloritolite.

Download (352KB)

Indexing metadata

19. Fig. 18. Minerals of amphibole-dolomite chloritolite.

Download (282KB)

Indexing metadata

20. Fig. 19. Gabbro altered to skarn of different initial structure and composition: a – amphibole-plagioclase; b – magnetite-pyroxene-plagioclase; c – magnetite-plagioclase-pyroxene? Polished samples, oblique light.

Download (498KB)

Indexing metadata

21. Fig. 20. Minerals of metasomatic magnetite-chlorite-diopside skarn after amphibole-plagioclase gabbro.

Download (321KB)

Indexing metadata

22. Fig. 21. Minerals and structures of skarn after gabbro.

Download (519KB)

Indexing metadata

23. Fig. 22. Minerals and structures in deformed «pockets» and miaroles of a skarn body of the Shishim mine.

Download (712KB)

Indexing metadata

24. Fig. 23. Minerals and structures of hydroxylclinohumite-monticellite skarns.

Download (720KB)

Indexing metadata

25. Fig. 24. Banded texture of garnet-chlorite-pyroxene skarn (a) and structural details (б, в). Oblique light (a), BSE images (б, в).

Download (516KB)

Indexing metadata

26. Fig. 25. Minerals and structures of the garnet-chlorite rock of the Shishim mine: a – oblique light, б–е – BSE images.

Download (622KB)

Indexing metadata