Э.М. Спиридонов Минералы магматитов – хромшпинелиды, промышленные и информативные индикаторные минералы

Хромшпинелиды - шпинелидные твёрдые растворы Me 3 O 4, содержащие > 5 масс. % Cr 2 O 3 и до 75 масс. % Cr 2 O 3, кристаллизуются из магматических расплавов, содержащих более 300 г/т хрома. Кларки хрома в ультрабазитах около 2000 г/т, в пикритах около 1000 г/т, в оливиновых базальтах около 500 г/т, в стандартных базальтах около 200 г/т, в андезитах около 50 г/т, в кремнекислых магматитах менее 30 г/т. Таким образом, растворимость хрома в магматических расплавах резко снижается с ростом их кремнекислотности. Ясно, что магматические хромшпинелиды обычно присутствуют только в оливинсодержащих породах – ультрабазитах и базитах. Кроме того, хромшпинелиды в магматических породах возникают при твердофазных превращениях богатых хромом мантийных оливинов, ромбопироксенов и клинопироксенов.

Модель кристаллизации хромшпинелидов при раскислении магматических систем Так образуются скопления хромшпинелидов среди анортозитов и пироксенитов в расслоенных интрузивах типа Бушвелда и обильные выделения хромшпинелидов в ромбопироксене – энстатите-бронзите среди хромититов любых типов

Нередко ничтожные количества хромшпинелидов содержат всю генетическую информацию 0.05 мм Многие десятилетия длился спор о происхождении послегранитоидных даек амфиболовых лампрофиров спессартитов, частых спутников Au руд. Как только в спессартитах нашли хромшпинелиды – ответ стал ясен: это производные базальтоидных, а не гранитоидных магм

Хромшпинелиды - шпинелидные твёрдые растворы Me 3 O 4, содержащие > 5 масс. % Cr 2 O 3 Серия хромита (кубич.) Магнезиохромит MgCr 2 O 4 Хромит Fe 2+ Cr 2 O4 Манганхромит Mn 2+ Cr 2 O 4 Цинкхромит ZnCr 2 O 4 Нихромит NiCr 2 O 4 Кохромит CoCr 2 O 4 Серия шпинели (кубич.) Шпинель MgAl 2 O 4 Герцинит (феррошпинель) Fe 2+ Al 2 O 4 Галаксит (манганшпинель) Mn 2+ Al 2 O 4 Ганит (цинкшпинель) ZnAl 2 O 4 Кобальтшпинель CoAl 2 O 4

Хромшпинелиды - шпинелидные твёрдые растворы Me 3 O 4, содержащие > 5 масс. % Cr 2 O 3 Серия магнетита (кубич.) Магнезиферрит (магнезиомагнетит) MgFe 3+ 2 O 4 Магнетит Fe 2+ Fe 3+ 2 O4 Якобсит (манганмагнетит) Mn 2+ Fe 3+ 2 O 4 Франклинит (цинкмагнетит) ZnFe 3+ 2 O 4 Треворит (никельмагнетит) NiFe 3+ 2 O 4 Серия ульвошпинели (кубич.) Квандилит (магнезиоульвошпинель) Mg 2 TiO 4 Ульвошпинель Fe 2+ 2 TiO 4 Манганульвошпинель Mn 2+ 2 TiO 4 Серия кулсонита (кубич.) Магнезиокулсонит MgV 3+ 2 O 4 Кулсонит Fe 2+ V 3+ 2 O 4 Вуорелайненит (манганкулсонит) Mn 2+ V 3+ 2 O 4

Хромшпинелиды - шпинелидные твёрдые растворы Me 3 O 4, содержащие > 5 масс. % Cr 2 O 3 Серия гауссманита (тетрагон.) Ивакиит (феррогауссманит) Fe 2+ Mn 3+ 2 O 4 Гауссманит Mn 2+ Mn 3+ 2 O 4 Гетеролит (цинкгауссманит) ZnMn 3+ 2 O 4 Кроме того, в состав шпинелидных твёрдых растворов могут входить в небольшом количестве кубические оксиды трёхвалентных железа и/или марганца, приводя к некоторой нестехиометрии их состава. Обычно, степень нестехиометрии природных шпинелидов низкая. Маггемит Fe 3+ 2 O 3 = [(Fe 3+,) 3 ]O 4, куб. Биксбиит Mn 3+ 2 O 3 =[(Mn 3+,) 3 ]O 4, куб.

Шпинелидные твёрдые растворы Me 3 O 4 Непрерывные ряды твёрдых растворов Хромит - магнетит - выше С Хромит - герцинит > Магнезиохромит – шпинель - ульвошпинель > Шпинель - герцинит > Шпинель - магнетит > Шпинель - ульвошпинель > Магнетит – ульвошпинель > Магнетит – герцинит > Эти экспериментальные данные объясняют широчайшую распространённость высокотемпературных шпинелей - твёрдых растворов, в их числе хромшпинелиды.

Хромшпинелиды - шпинелидные твёрдые растворы Me 3 O 4 Структура шпинелидов – комбинация октаэдров МеО 6 и тетраэдров МеО 4

Хромшпинелиды - шпинелидные твёрдые растворы Me 3 O 4 Окраска хромшпинелидов в отражённом свете Минералы, богатые миналами шпинели, магнезиохромита, герцинита, ульвошпинели, - тёмно-серые и серые. Минералы, богатые миналами магнетита, якобсита, - светло-серые и белые. Остальные занимают промежуточное положение.

Форма кристаллов хромшпинелидов близка к октаэдру, почти всегда с несколько закруглёнными гранями. Кристаллы обычно имеют зональное строение. Титаномагнетит Алюмомагнезиохромит Цинкистая хромульвошпинель Оливиновые габбро-долериты. Кольцевая дайка у реки Бодрак, Крым BSE image

Форма кристаллов хромшпинелидов близка к октаэдру, почти всегда с несколько закруглёнными гранями. Кристаллы обычно имеют зональное строение. BSE image Титаномагнетит Цинкистая хромульвошпинель Алюмомагнезиохромит Оливиновые габбро-долериты. Кольцевая дайка у реки Бодрак, Крым

Скопление кристаллов хромшпинелидов в оливиновых базальтах. Северный Казахстан Фотография в отражённом свете Алюмомагнезиохромит Феррихромит

Скопление кристаллов хромшпинелидов в оливиновых базальтах Луны Фотография в отражённом свете Алюмохромит Хромульвошпинель

Зональные кристаллы хромшпинелидов в оливиновых базальтах Марса Фотографии в отражённом свете Хромит Хромульвошпинель BSE image

Окраска хромшпинелидов в проходящем свете Минералы, богатые Fe 3+ и/или Mn 3+, в проходящем свете чёрные, не прозрачные. Бедные Fe 3+ хромиты густо красные, алюмохромиты – красные или коричневато-красные, богатые хромом шпинели – красновато- коричневые и коричневые, бедные хромом шпинели – жёлто-коричневые до жёлтых, мало хромистые шпинели – до бесцветных. Высоко хромистый алюмомагнезиохромит в дунитах. Шлиф при 1 николе. Кемпирсай, Южный Урал

Окраска хромшпинелидов в проходящем свете Хромшпинель в лерцолитах. Шлиф при 1 николе. Нурали, Южный Урал Низко хромистый Алюмомагнезиохромит в гарцбургитах. Шлиф при 1 николе.

Состав хромшпинелидов зависит от состава магм, фугитивности кислорода (содержания воды в расплавах), давления, температуры… В нормальных средах высоко хромистые хромшпинелиды кристаллизуются при низком давлении, а низко хромистые – при высоком давлении. Кроме того, на глинозёмистость хромшпинелидов безусловно влияет повышенная глинозёмистость расплавов

Хромшпинелиды Генеральный тренд магматической эволюции от гипербазитов к базитам и, соответственно, от хромшпинелидов к титаномагнетиту со снижением содержаний Cr, Mg, Al, миналов хромитов и шпинелей, величин хромистости Cr# = Cr/Cr+Al+Fe 3+,% и магнезиальности Mg#, и ростом содержаний Fe, Mn, Ti, V, Zn, миналов магнетита и ульвошпинели. Стандартные треугольники состава для хромшпинелидов магматитов Земли – с вершинами: сумма миналов хромитов (магнезиохромит, хромит..); сумма миналов шпинелей (шпинель, герцинит, ганит..); сумма миналов магнетита и ульвошпинели. В тех нередких случаях, когда содержания титана в хромшпинелидах низкие (менее 3-5%) используют треугольник с вершинами Cr – Al – Fe 3+ и дополнительно диаграммы с координатами Cr# – Mg# (железистость), Cr# – TiO 2, V 2 O 3, MnO, ZnO…

Состав хромшпинелидов – алюмомагнезиохромита и хромшпинели толеитовых базальтов океанского дна типа MORB Судя по очень низкой концентрации Fe 3+, хромшпинелиды кристаллизовались в сухих расплавах Тренд дифференциации - тренд снижения температуры Судя по начальной высокой хромистости, хромшпинелиды кристаллизовались при относительно небольшом давлении и из низкоAl магм Изоморфизм Cr - Al

Хромшпинелиды – хромгерцинит, феррихромгерцинит, ферриалюмохромит дунитов и оливиновых габбро. Расслоенный интрузив Лукинда, Саяны Изоморфизм Cr+Al – Fe 3+ Судя по высокой концентрации Fe 3+, хромшпинелиды кристаллизовались в водонасыщенных расплавах Судя по начальной не высокой хромистости, хромшпинелиды кристаллизовались при относительно высоком давлении и из высокоAl магм

В расплавах повышенной щёлочности уже самые ранние хромшпинелиды (наиболее магнезиальные и хромистые) могут содержать повышенные (до многих %) концентрации титана. Для хромшпинелидов щелочных магматитов характерны повышенные содержания марганца и цинка, иногда в них проявлен франклинитовый тип изоморфных замещений Mn Zn. Нормальный ход эволюции состава хромшпинелидов – снижение содержаний Cr, Mg, Al и рост содержаний Fe, может нарушаться в щелочных магматитах, которые содержали ранний Ti флогопит. Этот флогопит нередко на средних или поздних стадиях эволюции магм становился не устойчивым и растворялся в расплаве, резко обогащая его Al, Mg, Ti. В результате состав поздних зон кристаллов хромшпинелидов становился более магнезиальным и резко обогащённым титаном, с появлением в составе минерала – минала квандилита (магнезиоульвошпинель). Это особо характерно для кимберлитов.

Хромшпинелиды базитов Луны не содержат Fe 3+ Общий тренд – от в различной степени магнезиального и глинозёмистого хромита к ульвошпинели Затем на Земле подобное обнаружилось почти в каждом образце островодужных оливиновых базальтов На Луне впервые обнаружили шпинелиды, промежуточные по составу между хромитом и ульвошпинелью.

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

Камчатка. Беседуют красноногие говорушки