Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://geo.web.ru/pubd/2008/05/26/0001180506/art14.pdf Дата изменения: Mon May 26 21:24:38 2008 Дата индексирования: Mon May 26 22:41:15 2008 Кодировка: Windows-1251 Поисковые слова: spherule

ВЕСТНИК КРАУНЦ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2003. ? 1 УДК 551.311.7:553.216.5

МАГНИТНЫЕ СФЕРУЛЫ ИЗ ВУЛКАНОГЕННЫХ ПОРОД КУРИЛЬСКИХ ОСТРОВОВ И ЮЖНОЙ КАМЧАТКИ
Е.И. Сандимирова, С.Ф. Главатских, С.Н. Рычагов Институт вулканологии ДВО РАН, 683006, Петропавловск-Камчатский, бульвар Пийпа, 9.
Подробно описаны состав и строение магнитных сферул из вулканогенных пород Курильских островов и Южной Камчатки. Предполагается, что образование сферул связано с пористыми магматическими породами андезито-базальтового состава.

Необычная сферическая форма минеральных образований давно привлекает многих исследователей. Но долгое время этим находкам не придавалось серьезного значения, поскольку считалось, что их присутствие в продуктах обогащения проб связано либо с техногенным загрязнением, либо с космосом. Однако публикации последних лет убедительно доказывают, что магнитные сферулы имеют земное эндогенное происхождение и распространены достаточно широко. Сферулы встречены в самых разных геологических обстановках: в эруптивных брекчиях зоны сочленения Приазовского массива с Донбассом (Цымбал и др., 1985); в гранитоидах Алтая (Баженов и др., 1991); в кимберлитах Якутии, Украины и Тимана (Розова и др., 1984); в альпинотипных ультрамафитах Корякского нагорья (Рудашевский и др., 1987); в орогенных вулканитах Южного СихотэАлиня (Филимонова и др., 1989); в продуктах эксгаляций Толбачинского вулкана (Главатских, 1995); в пирокластических осадках кальдерного озера Баромби Мбо (Западный Камерун) (Cornen et al., 1992) и других обстановках. Минеральные образования сферической формы нами обнаружены в вулканогенных породах Курило-Камчатской островной дуги. Сферулы выделены из магнитной и немагнитной фракций протолочек, шлама и шлихов пород андезитобазальтового состава в пределах гидротермальномагматических систем: на вулканах Баранского (о. Итуруп), Эбеко (о. Парамушир) и Мутновском (Южная Камчатка) (Рычагов и др., 1996, 2002). Особенности строения и состава сферул изучены различными аналитическими методами.
ВЕСТНИК КРАУНЦ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2003. ? 1

Внутренняя структура, взаимоотношение минералов и их химический состав изучались в полированных препаратах на рентгеноспектральном микроана-лизаторе Camebax-246 (ИВ ДВО РАН, г. Петропавловск-Камчатский). Особенности морфологии и внутреннего строения частиц исследовались на сканирующем электронномикроскопическом комплексе JSM-530+Link ISIS (ИГЕМ РАН, г. Москва). Использовались также рентгено-структурный (СПбГУ, г. Санкт-Петербург) и рентгенофазовый анализы (ИВ ДВО РАН, г. Петропавловск-Камчатский). Магнитные сферулы имеют, чаще всего, форму идеальных ш аров, реже - это к аплевидные, эллипсовидные, гроздьевидные и другие округлые формы, размером 0.1-1.7 мм, единичные экземпляры достигают 3 мм. Некоторые сферулы имеют следы прикрепления к стенкам полостей приплюснуты бока в виде платформ; щеточки микрокристаллов у основания таких платформ; сферулы, приросшие к вершинам кристаллов кварца и корунда. Такие следы не случайны. Л .Г. Филимонова с соавторами (1989) подчеркивают, что магнитные сферулы характерные компоненты минеральных ассоциаций, развивающихся на стенках полостей. В связи с этим, они практически не встречаются (или встречаются очень редко) в шлифах. При любом механическом воздействии на породу сферулы легко выкрашиваются, поэтому и обнаруживаются, преимущественно, в тяжелых фракциях обогащенных проб. По внешним признакам можно выделить три основных типа сферул: 1 - черного цвета с гладкой или шероховатой поверхностью, металлическим
135


САНДИМИРОВА Рис. 1. Магнитные сферулы: а силикатная сферула с газовыми полостями; б сферула, обра зованная гексагональными кристаллами магнетита; в сферула с хорошо выраженными на поверхности скелетными кристаллами магнетита; г сферула, сложенная магнетитом хорошо видны грани роста и вершина октаэдрического кристалла магнетита; д сферула, состоящая из ядра (железо самородное - Feњ) и оболочки из магнетита (Mt); е пустотелая магнетитовая сферула. На внутренней поверхности видна структура распада гематита (полоски самого светлосерого цвета) в магнетите (серое). Сканирование.

блеском; 2 - черного цвета с гладкой поверхностью, стеклянным блеском; 3 - стально-серого цвета, шероховатой поверхностью, металлическим блеском. Как показано ниже, внешние различия связаны с преобладанием в составе сферулы того или иного минерала или минеральной фазы, поэтому разделение на типы в определенной степени условно. Сферулы первого типа сложены преимущест-венно магнетитом или иоцитмагнетитом. Они часто внутри имеют одно или два ядра (рис. 1д), состоящих из чистого железа с примесью никеля (до 0.9%) и меди (до 0.2%). Для сферул характерны полигонально-зернистые и дендритовидные структуры роста, выполненные магнетитом или иоцит-магнетитом (см. табл., ан. 1-2), а межзерновое пространство заполнено стеклом сложного состава. Сферулы второго типа сложены преимущест-венно стеклом и минеральными фазами переменного состава группы сложных оксидов кремния, железа, титана, марганца и др. элементов. С поверхности и внутри таких сферул часто наблюдаются газовые полости (рис. 1а). В сколах и искусственных шлифах они просвечивают
136

и имеют насыщенный красноватобурый или рыжевато-бурый цвет. Часть силикатных сферул сложена однородным по составу стеклом (табл., ан. 5 ). Такие сферулы рентгеноаморфны. Другая часть имеет более сложное строение. В них присутствуют ядра чистого железа, наблюдаются дендритовидные и сноповидные структуры распада (рис. 2а-г), круглые включения м агнетита. Продукты распада в сферулах с дендритовидной структурой представлены магнетитом, ульвошпинелью и стеклом (табл., ан. 6-8), а в сферулах со сноповидной структурой минералами ряда ильменит-пирофанит, шорломитом, армолколитом и другими высоко-титанистыми сложными оксидами (табл., ан. 9-11). Необходимо отметить, что из-за микроско-пических размеров фаз и сложных изоморфных замещений не всегда удается выделить минерал в чистом виде с помощью микрозонда. Однако присутствие армолколита, ильменита, пирофанита, шорломита и некоторых шпинелидов подтверждается рентге-нофазовым анализом. Третий тип сферул сложен плотно упакованными между собой зернами магнетита. Тончайшие границы между зернами выполнены остаточным стеклом, подчеркивающим полигонально-зернистое строение (рис. 2д, е). Среди таких сферул встречаются индивиды с очень выразительной скульптурной поверхностью (рис. 1бг). В некоторых сферулах наблюдаются петельчатые, субграфические, пластинчатые ( рис. 1е) и решетчатые структуры распада гематита в
ВЕСТНИК КРАУНЦ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2003. ? 1


МАГНИТНЫЕСФЕРУЛЫИЗВУЛКАНОГЕННЫХПОРОД

Таблица 1. Характерные составы сферул по результатам микрозондового анализа (масс. %)
Вулкан Мутновский Скв. 18 Оксиды 120 м Mt Io 1 2 0.00 0.00 0.25 0.00 0.04 0.00 31.22 99.45 69.32 0.00 0.02 0.05 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.34 0.22 0.00 0.00 0.00 0.00 101.23 99.69 1 Вулкан Баранского Скв. 72 225 Mt 3 0.00 0.00 0.00 31.22 69.39 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 00.61 м 675 м Hm Gl 4 5 0.00 12.77 0.00 25.94 0.00 4.89 38.80 99.29 0.00 0.09 0.00 4.00 0.00 0.14 0.00 1.25 0.00 1.33 0.00 9.23 0.00 0.00 0.00 0.00 99.29 98.44 Вулкан Эбеко

SiO2 TiO2 Al2O3 FeO Fe2O3 Cr2O3 MgO CaO Na2O K2O MnO NiO ZnO Сумма

Скв. 65 Скв. 64 Скв. ГП-3 Глубина отбора проб 660 м 235 м 850 м 930 м Gl Usp Mix Ilm+pf Ilm+pf Sch(?) Sch(?) Mt Mt 6 7 8 9 10 11 12 13 14 21.34 0.67 17.63 9.42 17.80 26.91 20.82 0.00 0.00 28.63 25.15 9.65 51.16 41.56 23.66 28.32 0.28 0.04 5.06 4.39 2.97 3.55 4.61 4.66 7.35 0.00 0.08 32.24 58.03 68.41 14.56 11.17 3.84 10.93 30.29 30.30 6.19 1.99 67.53 69.42 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.21 0.00 0.00 4.01 5.15 0.95 4.21 2.89 1.89 4.41 0.01 0.00 0.61 0.04 0.08 4.83 6.99 14.08 12.98 0.00 0.00 0.74 0.00 0.04 0.00 0.60 0.86 0.00 0.00 0.00 0.68 0.00 0.00 1.06 2.13 2.59 0.67 0.00 0.00 8.15 7.76 1.33 11.34 12.77 16.11 12.73 0.57 0.97 0.00 0.04 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.03 0.00 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 0.09 101.46 101.26 101.06 100.15 100.52 100.79 100.41 98.68 100.90

Примечание. 1 -2 - оболочка сферулы: 1 - магнетит (Mt), 2 иоцит ( Io); 3-4 сферула со структурой распада гематита (Hm) в магнетите; 5 стеклянная сферула (Gl); 6 -8 силикатная сферула с дендритовидной структурой: 6 - стекло, 7 Mn-ульвошпинель (U sp), 8 - центральная часть сферулы - смесь магнетита со стеклом и Mn -ульвошпинелью; 9 -11 силикатная сферула со сноповидной структурой, сложенной минеральными фазами ильменит -пирофанитового ряда (9,10) и 11 предположит ельно, шорломитом ( Sch); 12 шорломитовая(?) сферула; 13, 14 - магнетитовые сферулы. Fe2O3 расчитано исходя из железа общего ( FeO). Анализы выполнены в ИВ ДВО РАН на приборе Camebax-246, операторы - Философова Т.М., Москалева С.В.

магнетите. В полировках в отраженном свете структурный рисунок либо равномерно распределен по всему срезу сферулы, либо локализуется в центральной части. Совместно со сферулами отмечены следующие акцессорные минералы: графит, муассанит, корунд, кварц, соединения типа Fe-C, Zn-O, природные сплавы Fe-Cr, Cu-Zn, Cu-Pb-Sn, Zn-Cu-Pb-Sn и самородные металлы: Fe, Zn, Pb, Ag, Cu. Сплавы и самородные металлы в основном имеют вид округлых неправильных зерен, спиралеподобных проволочек или неправильной формы пластинок с рваными краями. В редких случаях они встречаются в виде сферул. Например, в единичных экземплярах попадаются сферулы желтого цвета, качественный рентгеноспектральный анализ которых на приборе Kevex показывает, что они представлены природной латунью и состоят из Cu и Zn ( содержание Cu чуть в ыше, чем Zn) c незначительной примесью Fe (около 0.5%). Иногда встречаются магнетитовые сферулы с хвостом из чистого железа, напоминающие по форме комету. Подобные формы выделения вещества могут образовываться при отложении его в потоке газовых
ВЕСТНИК КРАУНЦ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2003. ? 1

струй (Главатских, 1995). Установленный нами парагенезис сферул и сопутствующих и м минералов, как показывают литературные данные, является очень характерным для базитовых пород в целом (Мнацакян, 1965; Округин и др., 1981; Симаненко, Симаненко, 1999) . Особенно характерна данная минеральная ассоциация для вспененных эффузивов (Акимцев, Шарапов, 1996). Ранее (Рычагов, 1996, 2002) нами предполагалось, что магнитные сферулы не связаны с определенным типом пород. Считалось, что они фиксируют зоны повышенной трещиноватости и проницаемости пород, а их отложение происходит в порах и трещинах при прохождении по этим зонам газонасыщенного, высокотемпературного, восстановленного, сухого эндогенного флюида. Однако, уточненные данные, полученные при изучении разреза глубокой скважины ГП-3 (2500 м), пробуренной в пределах восточных склонов вулкана Эбеко, позволяют выссказать еще одно предположение по вопросу происхождения с ферул. Т ак, наибольшее количество сферул и сопутствующих им минералов было зафиксировано на глубине 850 и 930 м. По петрографическим данным, горизонт 830-960 м
137


САНДИМИРОВА Рис. 2. Характерные структуры роста и распада в магнитных сферулах: а сноповидная структура распада, представленная минеральными фазами Mn -ильменитпирофанитового ряда; б скелетные кристаллы Mn-ульвошпинели в стекле; в дендритовидные структуры распада, представленные магнетитом (Mt) и ульвошпинелью (Usp) в стекле; г увеличенный фрагмент рисунка 3в; д,е полигонально-зернистые структуры

представлен туфами и туфолавами андезитового, андезито-базальтового состава. Отмечается повышенная пористость пород. Поры часто заполнены криптокристаллическим или мозаичным кварцем, в котором встречаются реликты морской микрофауны. Судя по положению в разрезе, породы могли сформироваться при подводном извержении в верхнемиоцен-плиоценовое время (Рычагов, 2002; Слободской, 1981). Сопоставление результатов наших исследований с литературным материалом позволяют сказать, что в данном случае, вероятнее всего, образование сферул и сопутствующих им минералов происходило в порах андезито-базальтовых лав и связано с потоками магматических газов, отделяющихся при застывании расплава под водой.
138

По мнению ряда авторов (Слободской, 1981; Филимонова и др, 1989; Шарапов и др., 2001), форма выделения минеральных образований, химический состав, шпинелевые структуры распада и парагенезис минералов показывают, что отложение вещества происходит в условиях повышенной плотности газовой смеси, относительно высоких давлениях, большой скорости охлаждения лав и высокой степени восстановленности флюидов. При этом, В.Н. Шарапов с соавторами (2001) подчеркивают, что при вспенивании базальтов состав минералов, кристаллизующихся из газовой фазы, существенно отличается от таковых в зернах, выросших из охлаждающейся магматической жидкости. Таким образом, специфические условия образования объясняют причину, по которой сферулы имеют необычную форму и входят в ассоциацию минералов, не характерных для материнской породы. Температурный интервал образования сферул и сопутствующих минералов достаточно широк. Верхняя граница отделения газовой смеси от базальтового расплава оценивается в 1150-1180њС (Шарапов и др., 2001). Нижнюю границу оценивают в 183њС образование эвтектических смесей олова и свинца (Округин и др., 1981). Необходимо отметить высокую роль углерода как составной части магматического флюида. Значительное количество чешуек графита и неправильной формы углеродистых частиц, а также
ВЕСТНИК КРАУНЦ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2003. ? 1


МАГНИТНЫЕСФЕРУЛЫИЗВУЛКАНОГЕННЫХПОРОД

единичные зерна муассанита и карбида железа отмечены в пробах из скважины ГП-3 совместно со сферулами. Наличие графита в породе, как подчеркивает Слободской Р.М. (1981), показатель высокого восстановительного потенциала флюида. По его мнению, перенос вещества мог осуществляться соединениями углерода, при разложении которых, наряду с другими минералами, и образуется самородный углерод в виде графита. При этом постоянно подчеркивается, что углеродистое вещество имеет тесную пространственную связь с рудными минералами. Пористые базиты могут образовываться не только при подводных извержениях, но и в наземных условиях. Они являются источником сферул для вулканогенно-осадочных и осадочных пород, где сферулы могут сохраняться только в случае, если среда для них неагрессивна или в случае их консервации. В таких породах, и особенно в тех, которые подверглись воздействию гидротермальных растворов, вероятность находок сферул снижается. Что и наблюдается в разрезах скважин. Например, в мощной (около 1500 м) толще гидротермально измененных туфов скважины ГП-3 (о. Парамушир, вулкан Эбеко), подстилающей лавы андезитобазальтов (горизонт 830-960 м), сферулы из протолочек керна и шлама выделены лишь в единичных экземплярах, другие металлиды вообще не отмечены. Но достаточно широко развита сульфидная минерализация. В слабо затронутой изменениями толще туфов и туффитов, общей мощностью около 650 м, перекрывающей лавы, сферулы также втречаются в незначительных количествах от одного до первых десятков зерен. Таким образом, первоисточником, с которым связано значительное скопление магнитных сферул и сопутствующих им минералов, вероятнее всего, являются толщи пористых базитовых пород, в образовании которых большую роль играл магматический флюид. По мнению Л.Г.Филимоновой (1985), микроэлементный состав описанной выше ассоциации минералов отражает металлогеническую специализацию этих пород. А если учесть связь между вулканической деятельностью и гидротермальными процессами, то и потенциальную рудоносность района. То есть, те металлы, которые в магматической породе находятся в восстановленной форме, в гидротермальных рудах
ВЕСТНИК КРАУНЦ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2003. ? 1

отлагаются в виде оксидов или, чаще всего, сульфидов. На пространственное совмещение площадей развития дифференцированных рудоносных базитов с гидротермальными рудо-проявлениями с сульфидной и благороднометальной минерализацией обращают внимание и другие исследователи (Акимцев, Шарапов, 1996). Но эта тема для отдельного рассмотрения. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 00-05-64175а). Список литературы общества при РАН. Санкт-Петербург, 17-21 мая 1999г. С. 116-117. Слободской Р.М. Элементоорганические соединения в магматогенных и рудообразующих процессах. Новосибирск, 1981. 134 с. Федорченко В.И., Абдурахманов А.И., Родионова Р.И. Вулканизм Курильской островной дуги. Геология и петрогенезис. М.: Наука, 1989. 239 с. Филимонова Л.Г., Арапова Г.А., Боярская Р.В., Трубкин Н.В. О типоморфных особенностях магнитных сферул орогенных вулканитов Южного Сихотэ-Алиня // Тихоокеанская геология. 1989. ? 4. С. 78-84. Филимонова Л.Г. Закономерности развития вулканизма и рудообразования Тихоокеанских окраин. М.: Недра, 1985. 159 с. Цымбал С.Н., Татаринцев В.И., Гаранин В.К. и др. Закаленные частицы из эруптивной брекчии зоны сочленения Приазовского массива с Донбассом // Записки ВМО. 1985. Вып. 2. Ч. 114. С. 224-228. Шарапов В.Н., Павлов А.Л., Акимцев В.А., Жмодик А.С. Физико-химические характе-ристики отложения минералов из магматического флюида при кристаллизации базальтов СрединноОкеанических хребтов / / Геология рудных месторождений. 2001. Т. 43. ? 1. С. 83-96. Cornen G., Bandet Y., Giresse P., Maley J. The nature and chronostrat igraphy of Quarternary pyroclastic accumulations from Lake Barombi Mbo (West-Cameroon) // Journal of Volсanology and Geothermal Research. 1992. ? 51. P. 357-374.

139


САНДИМИРОВАИДР.

Magnetic Spherules from Volcanogenic Rocks of Kuril Islands and Southern Kamchatka

E.I. Sandimirova, S.F. Glavatskikh and S.N. Rychagov Institute of volcanology, Far Eastern Division, Petropavlovsk-Kamchatskii, 683006
Composition and constitution of magnetic spherules from volcanogenic rocks of Kuril Islands and Southern Kamchatka are discribed in detail. The derivation of spherules is supposed, that is bound to porous magmatic rocks of andesibasaltic composition.

140

ВЕСТНИК КРАУНЦ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2003. ? 1