Генетические особенности турмалина из магнезиальных скарнов месторождения Кухилал, Юго-Западный Памир

Геология месторождения Кухилал

Месторождение Кухилал было изучено и разведано советскими геологами в 50—80-х годах прошлого столетия. Оно специализировано на драгоценные камни: шпинель, клиногумит, а также на высокомагнезиальное сырье: форстерит, энстатит, тальк и магнезит. Кухилал находится на Юго-Западном Памире, который является фрагментом Нуристан-Памирского срединного массива в составе киммерийской Афгано-Южнопамирской складчатой области [8].

В строении Юго-Западного Памира выделено [1][13] две позднеархейские (горанская и шахдаринская) и одна раннепротерозойская (аличурская) серии, а также разделяющий их мел-палеогеновый батолит памирско-шугнанских гранитоидов. Породы серий претерпели региональный полициклический метаморфизм в условиях гранулитовой, высокотемпературной амфиболитовой, эпидот-амфиболитовой и зеленосланцевой фаций [1][8]. Месторождение локализовано в линзе магнезитовых мраморов, составляющих верхнюю часть разреза горанской серии [9]. Протяженность линзы достигает 1,2, мощность — более 0,5 км [2][5]. Она залегает среди мигматитов и черных биотит-силлиманитовых гнейсов. В линзе магнезитов наблюдаются послойные тела пегматитов, аплитов и слабо измененных гнейсов (рис. 1). Месторождение Кухилал относится к магнезиально-скарновой формации [5] абиссальной фации [7]. По данным [3], на месторождении Кухилал отсутствует единая метасоматическая зональность с участием гранитоидов, поэтому магнезиально-силикатные породы рассматриваются как гипермагнезиальные скарноиды, образовавшиеся между магнезитами и песчано-глинистыми осадками.

Термодинамические условия и эволюция минеральных ассоциаций месторождения коррелируются с Р-Т-параметрами, которые претерпел весь Юго-Западный Памир от ранних до поздних стадий своего развития [9].

Породообразующими минералами магнезиальных скарнов месторождения Кухилал являются магнезит, доломит, энстатит, форстерит, тальк, флогопит, клиногумит, шпинель и крупные скопления пирротина и пирита. Их особенность, несмотря на обилие сульфидов железа, проявлена в очень низкой железистости, от 0 до 1,6% [7]. Форстерит и шпинель частично (иногда полностью) замещены гидроталькитом, клинохлором, серпентином, бруситом и др., скопления которых называются магалами [7][16].

Положение турмалина в магнезиальных скарнах

Крупные агрегаты турмалина были обнаружены в четвертом разведанном блоке, расположенном в контуре пятого участка, который отрабатывался на благородную шпинель и клиногумит в 2017 году (рис. 1). Турмалин встречен в составе двух минеральных ассоциаций: первая в парагенезисе со шпинелью и форстеритом (рис. 2), а вторая — внутри белой (магнезит, доломит, флогопит, серпентин, хлорит, гиббсит, брусит), мягкой, но плотной массы (рис. 3).

В первой минеральной ассоциации турмалин представлен крупными яблочно-зелеными обособлениями до 10 см в поперечнике на фоне розовой шпинели и белого форстерита. Хорошо сформированные кристаллы турмалина не обнаружены. Все минералы сильно трещиноваты (рис. 2). В контактах с турмалином на гранях шпинели наблюдается индукционная штриховка, свидетельствующая об одновременном росте этих минералов, а также о том, что турмалин обладал гранями. Эту ассоциацию можно рассматривать как первичную, магнезиально-скарновую, сформированную на прогрессивной стадии гранулитовой фации метаморфизма.

Во второй минеральной ассоциации (рис. 3) турмалин образует одиночные кристаллы от 2 до 20 мм в поперечнике (рис. 4) и друзы до 5×5×3 см (рис. 5). Эта минеральная ассоциация образует линзы длиной до 50 и мощностью 8—10 см. Эту ассоциацию мы рассматриваем как вторичную, послескарновую. В ней турмалин выделяется как реликтовый минерал. Турмалин этой ассоциации является главным объектом исследования.

Характеристика вмещающей породы и кристаллов турмалина

Одним из главных минералов ассоциации является хлорит. Он встречается в двух формах: однородной микрозернистой массы и в виде чешуйчатых кристаллов до 1 см, которые являются псевдоморфозами по флогопиту. Его реликты установлены рентгенофазовым анализом. Однородный хлорит образует агрегат молочно-белого цвета в тесных срастаниях с серпентином. Их поверхность бывает покрыта очень мелким рассеянным графитом. В серпентин-хлоритовой массе наблюдаются крупные порфиробласты в форме плоскогранных кристаллов бесцветного полупрозрачного магнезита и светло-серого доломита элипсовидной формы до 5 см в поперечнике. Карбонаты как бы погружены в белую серпентин-хлоритовую массу, содержащую реликты флогопита и форстерита. Важными второстепенными минералами этой ассоциации являются брусит и гиббсит, диагностированные в шлифах и рентгенофазовым анализом.

Размеры кристаллов варьируют от 0,1 до 15 мм в поперечнике. Кристаллы турмалина похожи на чечевицу с двумя простыми формами: с одной стороны более развитая пирамида, с противоположной — слабовыпуклая. Пирамиды — асимметричны. Наиболее развитая грань пирамиды имеет символы {1011}, и слабо развита маленькая грань треугольной формы {0221}. Призма практически не сформирована, и наблюдается несимметричная, уплощенная дипирамида (рис. 4). В большинстве кристаллов призма отсутствует. Отношение длины кристалла к ширине составляет 1,5:15, 1:5.

Чечевицевидная форма кристаллов турмалина фиксируется в шлифах, изготовленных параллельно оси L₃ (рис. 6). Плеохроизм турмалина проявляется от светло-бежевого до бежевого цвета, в скрещенных николях наблюдаются серые цвета интерференции. Одной из особенностей минерала является отсутствие газово-жидких включений. Твердые включения представлены розовым цирконом до 1,5 мм и чешуйками тунгстенита до 5 мм.

На поверхности серпентин-хлоритовой массы часто отмечаются слепки кристаллов турмалина после того, как они вывалились из породы. Вблизи поверхности слепка белая минеральная масса более плотная, как бы утрамбованная (рис. 7). Здесь же наблюдаются щелевидные пустотки размером 5×0,5 мм, выполненные бесцветными прозрачными длиннопризматическими уплощенными кристалликами арагонита (рис. 8). Пустотки часто находятся в агрегате брусита.

Турмалин в серпентин-хлоритовой массе всегда покрыт тонкой светло-серой пленкой серпентина до 1 мм толщиной (рис. 5). Многие кристаллы турмалина имеют ростовую зональность. Например, наблюдался кристалл размером 2,2 см в поперечнике, сформированный двумя пирамидами. В его центральной части находится ранний кристалл турмалина (затравка) также без призмы, окруженный 9 зонами роста (рис. 9).

Для химического состава турмалина характерно содержание оксида железа (сотые доли %) и натрия (десятые доли), но значения MgО составляют свыше 14%, СаО — до 4,9%. Геохимической особенностью данного турмалина является заметное уменьшение содержаний Mg, Са, Na, Ti, V, F от центра кристалла к периферии, а Si и Al — увеличение в том же направлении (табл. 1, 2). Аналогичное явление, но для турмалина из пегматитовой жилы Музейная, было установлено [17]. Турмалин содержит Cr до 0,06, V до 0,8 и F до 1,3 мас.%. На диаграмме составов турмалина [10] исследуемые образцы попадают в поле увита.

Данную минеральную ассоциацию турмалина можно сравнить с магалами — рудой, содержащей ювелирную шпинель. Они сложены серпентином и хлоритом, а также гидроталькитом [9], которого нет в изучаемой породе. В ней присутствует не характерное для магалов большое количество карбонатов. Для химического состава серпентин-хлоритового агрегата характерны высокие содержания магнезии, более 34, и оксида кальция — выше 13 мас.%, а также очень высокие содержания легколетучих — потери при прокаливании составили выше 29 мас.% (табл. 3).

Исследуемые турмалины обладают красивым зеленым цветом и при относительно небольшом количестве трещин могут быть использованы в качестве ограночного материала. Овальные кристаллы позволяют без особых затруднений придавать им форму кабошона (рис. 10).

Условия образования турмалина

Наблюдения за соотношениями минералов магнезиальных скарнов и турмалина на месторождении Кухилал позволили нам сделать вывод об их сингенетичности. Рассматриваемый турмалин образовался в условиях гранулитовой фации метаморфизма. Вышеприведенные материалы демонстрируют очевидную генетическую связь турмалина с магнезиальными скарнами.

Ранее на месторождениях магнезиально-скарновой формации, которые можно сравнивать с Кухилалом, было установлено, что боратные минералы, включая турмалин, образуются на поздней стадии скарнового процесса [11][12][15]. Упомянутые авторы отмечают редкость турмалина в магнезиальных скарнах. Бор, который является одним из главных элементов турмалина, по их мнению, был привнесен.

На прогрессивном этапе самого раннего регионального метаморфизма в условиях гранулитовой фации были сформированы шпинель, форстерит [9] и турмалин, которые мы наблюдаем в составе первой минеральной ассоциации.

Серпентин-хлоритовая порода является послескарнововой, а турмалин в ней — реликтовым, первичным минералом. Упругие свойства этой породы способствовали сохранности кристаллов турмалина от тектонических деформаций. Его чечевицевидная форма с отсутствием в ней призмы, возможно, обусловлена восстановительной средой кристаллизации при низком содержании SiO₂, характерной для Кухилала. Восстановительная среда установлена по обилию агрегатов пирротина. Концентрически-зональное строение кристаллов турмалина с многочисленными зонами роста свидетельствует о многостадийности процесса его кристаллизации.

Заключение

1. Турмалин из магнезиальных скарнов Кухилала имеет весьма необычный габитус — отсутствует главная простая форма кристалла «призма». Чем обусловлено образование такой редкой формы однозначно, ответить мы не можем. Скорее всего, это связано с особенностями состава протовещества (низким содержаниями SiO₂ и Al₂O₃), из которого сформировался турмалин.
2. Химический состав турмалина является отражением состава вмещающей среды. В минерале, после кремния и алюминия, доминируют магний и кальций при ничтожных содержаниях железа и натрия. Турмалин отнесен к фторсодержащему увиту.
3. Бор для турмалина сформировался на стадии седиментации эвапоритов в архейскую эру. Метаморфизм гранулитовой фации привел к кристаллизации и перекристаллизации турмалина и определил его парагенезис с форстеритом и шпинелью.
4. В турмалине сохранились следы ранней генерации (затравочные кристаллы) и рост вокруг них новых зон кристалла. Все кристаллы и агрегаты турмалина из магалов покрыты серпентиновой оболочкой.
5. Турмалиновые магалы сформировались в послескарновую стадию. В них турмалин является реликтовым минералом, а поздние пластичные минералы (серпентин, хлорит) способствовали сохранению кристаллов в более поздних тектоно-метаморфических процессах.