Polyakov log coarse garnet occurrence in the South Urals

全文:

Введение

Поляков лог находится к востоку от Миасского пруда в полутора километрах к югу от старой части г. Миасса (рис. 1). Название дано по фамилии Полякова – бывшего владельца угодий в этом районе. Гранатовая копь (рис. 2) расположена примерно в 1 км на восток от берега пруда.

 

Рис. 1. Положение проявления граната Поляков Лог на географической (а) и схематической геологической карте (Коптев-Дворников и др., 1940) (б) в районе города Миасса.

1 – палеозойские черные сланцы; 2 – тела ультрамафитов; 3 – граниты и гранитогнейсы Чашковского массива.

Fig. 1. Position of the Polyakov log garnet occurrence on geographical (a) and schematic geological map (Koptev-Dvornikov et al., 1940) (б) in the area of Miass.

1 – Paleozoic black shale; 2 – ultramafic bodies; 3 – granite and granite gneiss of the Chashkovsky pluton.

 

Рис. 2. Вид копи в 2009 г. (слева) и строение слоистой сланцевой толщи (справа).

Фото В.А. Попова.

Fig. 2. View of a mine in 2009 (left) and structure of the layered schist sequence (right).

Photo by V.A. Popov.

 

Первое упоминание о гранате в Поляковом логу приводится И.Н. Менге (1827), с. 45: «На берегах Миасского пруда, к западу от гнейсовых Ильменских гор, поразило внимание мое необыкновенно увеличенное сослоение пород, выходящих тонкими пластами на поверхность земли. На пространстве полверсты нашел я известковый камень, тальковый сланец с горьким шпатом, кварц, глинистый сланец, роговообманковый сланец, слюдяной сланец, как с большим количеством черной венисы, так и без оной, и все сии породы тянутся в виде пластов, имеющих то же вертикальное падение. Кристаллы венисы, в тех местах, где содержащий их слюдяной сланец разрушился, лежат в песке в великом множестве, представляя часто странные изменения своего первообразного вида. Сии додекаэдры встречаются здесь удлиненными, то по оси октаэдра, то ромбоэдра, переходя в первом случае в четырехсторонние, а во втором шестисторонние призмы; либо некоторые плоскости их бывают уничтожены через необыкновенное увеличивание других, так что происходят пирамидальные, ромбоэдрические и даже кубические виды».

В 1928 г. на Среднем и Южном Урале Институт прикладной минералогии и металлургии цветных металлов предпринял обследование гранатовых месторождений для выяснения возможности использования граната для нужд внутреннего рынка и экспорта (Мамуровский и др., 1929). Среди 33 объектов в кадастре оказался и Поляков лог, поскольку среди разных гранатов лучшими были альмандины, дающие высокоабразивные порошки. Однако специальные исследования объекта не проводились. Отмечено только, что кристаллы альмандина крупные и вмещающими породами являются хлоритовые сланцы.

В книге «Геологический разрез Урала…» (Коптев-Дворников и др., 1940) Г.А. Мирлин привел общее петрографическое описание палеозойской черносланцевой толщи, где упоминаются глинистые и филлитовые прослойки, представленные буроватыми и светло-коричневыми тонко-листоватыми породами. По плоскостям сланцеватости в них развит серицит. Филлиты представлены тонко-рассланцованными породами, часто сплоенными, от серебристо-серой до зелено-черной окраски, обусловленной развитием серицита и хлорита. Филлиты состоят из кварца, серицита, биотита и хлорита. По-видимому, из этих сланцев добывали плитки для грифельных досок. Данные о сланцах собственно Полякова лога с гранатовым проявлением отсутствуют.

В настоящее время гранатовая копь Полякова лога периодически посещается минералогами-любителями. Обращается внимание на крупность кристаллов граната среди мелкозернистых сланцев и асимметрию ромбододекаэдрических кристаллов. Иногда во влажных темных кристаллах граната угадывается внутреннее сияние при поворотах на солнце. Все это побудило нас к более детальному изучению этого объекта. Исследования включали оптические наблюдения и анализ минералов на сканирующем электронном микроскопе Vega-3 Tescan с ЭДС (аналитик М.А. Рассомахин). Состав минералов приведен в виде расчетных кристаллохимических формул, исходные анализы – в электронном приложении. Из трех десятков образцов сланцев с гранатом под бинокуляром отобрано пять наиболее информативных и из них приготовлены аншлифы для исследований.

Петрография сланцев, вмещающих гранаты

Судя по данным И.Н. Менге и Г.А. Мирлина, «черные сланцы» района минералогически и структурно разнообразны и неоднородны. Нами изучены только те из них, которые непосредственно включают крупные кристаллы граната (рис. 3), с целью выяснить локальный онтогенез минерального агрегата.

 

Рис. 3. Состав и плойчатая текстура сланцев: а – кристалл граната (Gr) на контакте со слоями разного состава и текстуры; б – деталь плойчатой текстуры с фрагментами будинажа ильменит-мусковит-кварцевого слойка (по центру).

Chl – хлорит, Bi – биотит, Mu – мусковит, Q – кварц, Ilm – ильменит. Косое освещение.

Fig. 3. Structure and plicative texture of schist: a – garnet crystal (Gr) at the contact with layers of different composition and texture; б – detail of plicative texture with fragments of boudinage of the ilmenite-muscovite-quartz layer (in the center).

Chl – chlorite, Bi – biotite, Mu – muscovite, Q – quartz, Ilm – ilmenite. Oblique light.

 

В поперечном разрезе в сланце видны тонкозернистые слои коричневого цвета (с преобладанием хлорита), светло-серые слои (с преобладанием мусковита) и линзы с преобладанием кварца. В одном хлоритовом слое видны вкрапления черного биотита величиной 1–4 мм (рис. 3а). Грани кристаллов граната «рассекают» сложный плойчатый рисунок вмещающего сланца, но и сами несут следы позднего сдавливания, иногда с образованием небольших «отрывов» с кварцевым заполнением. По-видимому, при деформациях происходило вращение индивидов граната, но в нашей небольшой коллекции отсутствуют «рубашки» около кристаллов с параллельно-шестоватыми агрегатами второго рода, которые образуются при медленном толчковом раскрытии трещин в процессе пластической деформации минерального агрегата.

Начиная с И.Н. Менге, многие специалисты обращают внимание на асимметрию ромбододекаэдров граната Полякова лога (рис. 4). Ее обычно связывают с симметрией «питания» кристаллов во время роста. Если предположить, что гранат рос метасоматически в рассланцованной породе, то его «питание», поступающее вдоль трещин основного кливажа, действительно является более интенсивным, чем в поперечном направлении. Это могло определить соответственную асимметрию кристаллов в зависимости от ориентировки кристаллографических осей относительно трещин кливажа. Следовательно, нашей задачей является найти признаки метасоматического роста граната в уже рассланцованой породе.

 

Рис. 4. Асимметрия ромбододекаэдров метакристаллов альмандина: а – друза кристаллов, выросших от трещины во вмещающие хлоритовые сланцы; б – модели ромбододекаэдров, удлиненных вдоль тройной (L₃) и четверной (L₄) осей. Размер образца 4 см.

Друза найдена Ю. Вилячкиным.

Fig. 4. Asymmetrical rhombododecahedrons of almandine metacrystals: a – crystal druse grown from fracture toward the host chlorite schist; б – models of rhombododecahedrons along the triple (L3) and quad (L4) axes.

Druze was found by Yu. Vilyachkin.

 

Минералы сланцев Полякова лога

Распределение минералов в сланцевой толще полосчатое и неоднородное. К породообразующим минералам относятся хлорит, мусковит, кварц и гранат в местах скопления. Широкое распространение мельчайших ориентированных кристаллов ильменита позволяет использовать этот акцессорный минерал для рассмотрения относительного возраста некоторых минералов. Какие-либо признаки исходных пород не найдены.

Альмандин (Fe_2.11Ca_0.54Mn_0.29Mg_0.06)₃Al₂(SiO₄)₃¹ отнесен к поздним минералам, поскольку его кристаллы находятся в секущем положении к полосчатому сланцевому агрегату и не имеют индукционных поверхностей ни с хлоритом, ни с мусковитом (рис. 3а, 5). В альмандине присутствют включения трех видов: одни – синхронные с ним и имеют индукционные границы (андезин, кобальтин, пирротин, пентландит – рис. 6); другие (ранние) – остаточные при замещении сланцев гранатом, ориентированные вдоль сланцеватости (линзы мусковита – рис. 5, пластинки ильменита, столбики апатита и эпидота); третьи – остаточные, но регенерированные во время роста альмандина (кварц – рис. 6). В друзовом агрегате граната наблюдался один прозрачный кристалл циркона размером 1 мм, покрытый индукционной поверхностью.

 

Рис. 5. Линзы незамещенного мусковита в метакристаллах альмандина.

Косое освещение.

Fig. 5. Lenses of primary muscovite in almandine metacrystals.

Oblique light.

 

Рис. 6. Разновозрастные включения минералов в метакристаллах альмандина (Gr): ранние – ильменит (Ilm), эпидот (Ep) и частично кварц (Q); синхронные с гранатом – кобальтин (Co), пирротин (Po), пентландит (Pn), плагиоклаз (Pl) и регенерационный кварц. Буквами обозначены точки анализов.

Здесь и на рис. 7, BSE-фото.

Fig. 6. Mineral inclusions of various ages in almandine metacrystals (Gr): early – ilmenite (Ilm), epidote (Ep) and locally quartz (Q); synchronous with garnet – cobaltite (Co), pyrrhotite (Po), pentlandite (Pn), plagioclase (Pl) and regenerated quartz.

Here and in Fig. 7, BSE-photo.

 

Андезин (Na_0.72Ca_0.27K_0.01)(Al_1.32Si_2.68)O₈ (плагиоклаз № 27) наблюдался только как включение в гранате, имеющее с ним индукционные поверхности одновременного роста. Более мелкие включения ильменита и эпидота в плагиоклазе имеют ту же ориентировку, что и в гранате, т. е. наследуют ориентировку предшествующего хлоритового сланца (рис. 6).

Биотит K_0.83Mg_0.60Ti_0.09Fe_1.69Al_0.79(Si_2.89Al_1.11)O₁₀(OH)₂ кристаллизовался, по-видимому, одновременно с гранатом, но образует отдельные скопления (рис. 3а) и лишь в одном месте наблюдались их срастания.

Кобальтин (Co_0.65Ni_0.19Fe_0.16)AsS, пирротин Fe_8.8S₉ и пентландит (Fe_4.39Ni_4.13Co_0.82)S₈ диагностированы только в гранате как синхронные с ним минералы (рис. 6). Пирротин и пентландит образовали синтаксические срастания.

Включения зерен кварца SiO₂ в гранате также наследуют свое расположение в сланце (рис. 6), но они, судя по рисунку границ, несколько дорастали (регенерировали) во время роста метасоматического граната.

Ранними (догранатовыми) минералами в сланцах были породообразующие хлорит, мусковит и кварц, второстепенные ильменит, эпидот, апатит, рутил.

Хлорит (шамозит) (Fe_3.35Mg_1.25Al_0.40)Al(Si_2.49Al_1.51)O₁₀(OH)₈ и мусковит K_0.77Na_0.14Mg_0.02Fe_0.12Al_1.94(Si_3.10Al_0.90)O₁₀(OH)₂ образуют отдельные или совместные прослои в толще сланцев (рис. 7). Вместе с ними образовались второстепенные ильменит Fe_0.99Mn_0.01Ta_0.003 TiO₃, эпидот Ca_1.97Mn_0.02Ti_0.01(Al_2.30Fe_0.7)(Si₃O₁₂)(OH) и акцессорный фторапатит Ca_4.96Fe_0.04(PO₄)₃(F_0.64OH_0.36) (рис. 6, 7).

 

Рис. 7. Взаимоотношения мусковита, ильменита, хлорита, биотита и граната в черных сланцах рядом с гранатовой полосой. Буквами обозначены точки анализов.

Fig. 7. Relationship of muscovite, ilmenite, chlorite, biotite and garnet in black shale close to a garnet band.

 

Глинистый минерал (монтмориллонит?) Na_0.28K_0.02Fe_0.83Mg_0.39Ca_0.04Ti_0.05Al_1.43(Si_2.55Al_1.45)O₁₀(OH)₂ · nH₂O широко распространен в коре выветривания сланцевой толщи.

Заключение

В изученных образцах не обнаружены какие-либо признаки исходных (досланцевых) пород. Вероятно, породы были неоднородны, поэтому при метасоматозе отдельные слои характеризуются преобладанием либо хлорита, либо мусковита (с сопровождающими ильменитом, эпидотом и кварцем). Местами порода приобрела плойчатое сложение. Гранатовая (и биотитовая) минерализация с сопутствующими минералами (плагиоклазом, кварцем, сульфидами, цирконом) является также метасоматической и более поздней (наложенной). При этом пластические деформации толщи продолжались, приводя к сдавливанию индивидов граната и биотита. Гранат и биотит замещали преимущественно хлорит (шамозит), остальные минералы сохранились в виде индифферентных включений, подчеркивая плойчатую раннюю текстуру породы. Причина возникновения крупных метакристаллов граната не выявлена, но можно предположить возможные флуктуации пересыщения относительно граната в сланцевой толще. Отсюда следует, что в пределах сланцевой толщи можно ожидать других проявлений крупного граната.

¹ Примечание редакции. Здесь и далее: формулы даны в авторской редакции.

作者简介

V. Popov

South Ural Federal Research Center of Mineralogy and Geoecology of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

编辑信件的主要联系方式.
Email: popov@mineralogy.ru
俄罗斯联邦, Ilmeny State Reserve, 456317, Miass, Chelyabinsk Region

M. Rassomakhin

South Ural Federal Research Center of Mineralogy and Geoecology of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: popov@mineralogy.ru
俄罗斯联邦, Ilmeny State Reserve, 456317, Miass, Chelyabinsk Region

S. Kolisnichenko

Email: popov@mineralogy.ru
俄罗斯联邦, 457025, Verkhnyaya Sanarka, Chelyabinsk Region

参考

补充文件