ON THE CHEMICAL PROPERTIES OF CLINOPYROXENE IN THE DIKE COMPLEXES OF THE KATSDAG-KEKHNAMEDAN ZONE IN THE EASTERN SEGMENT OF THE GREATER CAUCASUS

ОСОБЕННОСТИ ХИМИЗМА КЛИНОПИРОКСЕНОВ ДАЙКОВЫХ КОМПЛЕКСОВ КАЦДАГ-КЕХНАМЕДАНСКОЙ ЗОНЫ ВОСТОЧНОГО СЕГМЕНТА БОЛЬШОГО КАВКАЗА

Научная статья

Керимов Р.Б.*

Институт Геологии и Геофизики Национальной Академии Наук, Баку, Азербайджан

* Корреспондирующий автор (anrugo[at]rambler.ru)

Аннотация

В статье рассматриваются типоморфные особенности пироксенов пород разновозрастных дайковых комплексов Кацдаг-Кехнамеданской зоны Восточного сегмента Большого Кавказа по результатам микрозондовых и микроскопических исследований. Установлено, что во всех разновидностях пород разновозрастных дайковых комплексов пироксены представлены авгитом и реже магнезиальным авгитом, им характерна низкая титанистость и глиноземистость. Однако следует отметить, что клинопироксены разновозрастных пород характеризуются специфическими особенностями, обусловленными термодинамическими режимами их формирования. Они также раскрывают сложную природу формирования дайковых комплексов, отличающихся физико-химическими условиями эволюции базальтового расплава с характерной рудной специализацией.

Ключевые слова: дайки, породы, минералы, клинопироксены.

ON THE CHEMICAL PROPERTIES OF CLINOPYROXENE IN THE DIKE COMPLEXES OF THE KATSDAG-KEKHNAMEDAN ZONE IN THE EASTERN SEGMENT OF THE GREATER CAUCASUS

Research article

Kerimov R.B.*

Institute of Geology and Geophysics of the Azerbaijan National Academy of Sciences, Baku, Azerbaijan

* Corresponding author (anrugo[at]rambler.ru)

Abstract

The article examines the typomorphic features of pyroxenes in rocks of the Katsdag-Kehnamedan zone dyke complexes of different ages in the Eastern segment of the Greater Caucasus based on the results of microprobe and microscopic studies. It is established that in all varieties of rocks of dyke complexes of different ages, pyroxenes are represented by augite and less often by magnesian augite, they are characterized by low titanicity and alumina content. However, it should be noted that clinopyroxenes in rocks of different age are characterized by specific features due to the thermodynamic regimes of their formation. They also reveal the complex nature of the formation of dyke complexes, which differ in the physicochemical conditions of the evolution of a mafic melt with a characteristic ore specialization.

Keywords: dykes, rocks, minerals, clinopyroxenes.

Введение

Восточный сегмент Большого Кавказа представляет собой сложную складчатую систему, состоящую из ряда частных структурных элементов общекавказского простирания. С севера на юг здесь выделяются крупный Туфанский (Центральный) антиклинорий, Закатало-Ковдагский синклинорий и Вандамский антиклинорий [7]. Из этих структур Туфанский антиклинорий характеризуется широким развитием разновозрастных магматических образований юрского возраста, представленной эффузивными и интрузивными фациями. Они локализуются главным образом в субширотных зонах разломов и имеют поясное строение.

В основном они представлены дайками и силлами, иногда штокообразными телами. Эти образования встречаются на различных вертикальных уровнях терригенного разреза юры и по геологическому положению и абсолютному датированию расчленяются на три возрастные группы, соответствующие трём формациям: натриевым базальтам, андезит-дацит-риолитам и габбро-диорит-плагиогранитам [2]. Породы этих формаций характеризуются широким видовым составом и представлены базальтами, долеритами, андезитами, дацитами, риолитами, габброидами, диоритами и плагиогранитами.

Микроскопическое исследование показало, что в основных и средних типах пород основными породообразующими минералами являются пироксен, плагиоклаз и реже встречается кварц. Другие минералы отсутствуют, либо отмечаются в незначительном количестве. 

Особенности химизма клинопироксенов

Для решения некоторых вопросов петрологии в мировой литературе большое внимание уделяется вопросам химизма породообразующих минералов и делаются предположения о способе и условиях образования самих пород. В этом аспекте химизм пироксенов разновозрастных дайковых комплексов Кацдаг-Кехнамеданской зоны способствует выяснению некоторых закономерностей их развития, а также решения петро-и рудогенеза этих образований.

Кацдаг-Кехнамеданская зона дайковых комплексов приуроченная к одноименному надвигу осложняет осевую часть Кацдагской антиклинали. В региональном плане это одна из ветвей крупного Главнокавказского пояса. Максимальная концентрация даек в пределах этого пояса наблюдается в западной и центральной частях с уменьшением их количества по мере движения на восток. Состав дайковых тел этого пояса более разнообразен. Они представлены долеритами, порфиритами, габбро, габбро-долоритами и их кислыми аналогами. Промежуточная часть пояса сложена более свежими породами габбро, диоритов и кварцевых диоритов.

Пироксены-наиболее распространенные породообразующие минералы в магматических образованиях основного и среднего состава. Микроскопические исследования пород дайковых образований Кацдаг- Кехнамеданской зоны показывают, что, ромбические пироксены отсутствуют во всех разновидностях, за исключением андезитов, причем в них очень редко встречается.

С целью выяснения природы формирования дайковых образований в пределах Кацдаг-Кехнамеданской зоны проведены микрозондов ые исследования пироксенов.

На диаграмме Хесса-Полдерваарта (рис.1) точки состава пироксенов из пород дайковых образований различного возраста ложатся главным образом в поле авгита и местами магнезиального авгита (эндиопсида).

Рис. 1 – Состав пироксенов из дайковых пород Кацдаг- Кехнамеданской зоны на диаграмме Mg – Cа – (Fe²⁺+ Fe³⁺+Mn)

1 – клинопироксены из базальтов; 2 – клинопироксены из долоритов; 3 – клинопироксены из андезитов; 4 – клинопироксены из габбро; 5 – габбро – диоритов

 

Результаты микрозондового анализа фенокристаллов и микролитов пироксена из основной массы базальтов позволили выявить их состав на различных стадиях кристаллизации. Эти анализы и оптические исследования показывают, что породы содержат две последовательные генерации пироксенов- более светлую, представленную вкрапленниками, формировавшимися в интрателлурических условиях, и более темную, слагающую узкую краевую кайму вкрапленников, и микролиты основной массы, образовавшиеся при кристаллизации лав на поверхности.

При этом кристаллизационный тренд авгита изменяется таким образом, что возрастание содержания Fe приводит к уменьшению Ca и Mg. Этот тренд характерен как для фенокристаллов, так и для основной массы. По данным микрозондового анализа, магнезиальность клинопироксенов убывает одновременно с увеличением железистости в зональных фенокристаллах от центра к периферии соответственно от Wo_40,8En_50,4Fs_8,8 в ядре, до Wo₃₂En_47,2Fs_20,8 по краям и до Wo_32,6En_41,7Fs_25,7 в микролитах. В таких авгитах содержание волластонитовой молекулы не превышает 42%, что характерно для производных толеитовой магмы [5]. Однако, следует отметить, что первая генерация вкрапленников представлена магнезиальным авгитом, а вторая генерация-авгитом. Это отражается в величине Mg/Mg+Fe¹, изменение которых связывается с температурой образования минералов [10]. При этом магнезиальность авгитов в фенокристаллах базальта равна :0,82- в центре и 0,67- с края, а в микролитах 0,58, что указывает на более высокие температурные условия кристаллизации первых. Аналогичная тенденция наблюдается и в субвулканических разностях базальтов-долеритах.

Таким образом, выделения пироксена в основной массе породы более железистого состава по сравнению с вкрапленниками, связано с замещениями Са на Fe [6]. Кроме того, в исследованных пироксенах базальт-долеритов основное количество Al находится в четверной координации, что, по данным Куширо [9], обусловливается резким охлаждением расплавов на поверхности земли (рис.2).

Риc. 2 – Al^İV и Al^VI в клинопироксенах из дайковых пород:

1 – клинопироксены из базальтов; 2 – клинопироксены из долоритов; 3 – клинопироксены из андезитов; 4 – клинопироксены из габбро; 5 – габбро – диоритов

 

Клинопироксены из андезитовых даек соответствует низкотитанистым авгитам. Коэффициент магнезиальности составляет 0,56-0,61, железистость 38-43%, WO молекула 36-37 %. При пересчете миналов отмечается высокое содержание Ca-чермакитовой и эгириновой молекул носит глиноземистый характер, что объясняется пироксен-плагиоклазовым порядком кристаллизации первичных расплавов, приводящих к различным путям дифференциации [12]. Это обусловливается также относительно повышенным давлением при кристаллизации андезитовых пород [3], которое подтверждается и распределением Al в этих клинопироксенах. Кроме того в клинопироксенах из андезитов основное количество алюминия находится в шестерной координации (AI^VI), что свидетельствует о более высоких давлениях и низких температурах в расплаве при кристаллизации андезитовых пород [11], [12], что следовательно указывает на формировании их в закрытой системе (сжатия). При этом толеитовый тренд эволюции магматического расплава сменяется известкого-щелочным, о чем свидетельствует возрастание железистости клинопироксенов и высокое содержание Ca-чермакитовых и эгириновых миналов [6].

В породах верхнеюрском дайковых образований габбро, габбро-диоритовых составов клинопироксены по химическому составу и оптическим свойствам также отвечают авгитам, магнезиальность которых по мере увеличения кремнекислотности пород меняется (WO₃₈ En₄₄ Fs₁₈ до WO₃₆ En₄₁ Fs₂₄). Коэффициент магнезиальности в них варьирует от 0,66 до 0,61. При сопоставлении магнезиальности этих клинопироксенов с таковыми из андезитовых, долеритовых пород отчетливо выявляется, что первые занимают промежуточное положение, по-видимому связаны с изменением термодинамического режима их формирования. По мере дифференциации от габбро к диоритам железистость клинопироксенов увеличивается от 31% до 39%, а кальциевость уменьшается от 42% до 38%.

Низкая титанистость и глиноземистость клинопироксенов в породах дайковых комплексов являются либо следствием относительно малых глубин кристаллизации магматических расплавов, либо недосышенностью магмы кремнезёмом (SiO₂), приводящей к обогащению пироксенов Са-чермакитовой молекулой [8]. Однако рассматриваемые породы перенасыщены SiO_2, что приводит к появлению свободного кремнезема.

Петрографические наблюдения свидетельствуют или о ранней, или почти одновременной кристаллизацией плагиоклаза, повышенной основностью по сравнению с пироксенами, что может обеднять последние глиноземистым компонентом. Пределы тренда железистости клинопироксенов в исследованных породах колеблются от 18 до 43%.

Железистость клинопироксенов ниже железистости пород. При рассмотрении соотношения железистости пород и железистости пироксенов отмечается, что по мере роста железистости клинопироксенов термодинамические факторы, главным образом температура, играют все более подчиненную роль, и составы минералов все более приходят в равновесие с железистостью расплавов [6]. В связи с этим железистость клинопироксенов остаётся меньше железистости пород (рис.3).

Рис. 3 – Корреляционная диаграмма железистости клинопироксенов и пород

 

Очевидно, что в породах большая часть Fe может концентрироваться в оксидах (магнетит, титаномагнетит) или сульфидах (пирит, пирротин), не содержащих практически Mg, поэтому железистость и ее соотношение с железистостью клинопироксенов будет зависеть от количества и характера рудных минералов. В целом это определяется потенциалом кислорода или серы. О высоком потенциале серы свидетельствует высокое содержание пирита и пирротина и ряда других сульфидных минералов [1], [4], и практическое отсутствие магнетита в породах буферирующих накопление железа силикатами. Очевидна связь с повышенным потенциалом серы в расплаве. В данном случае низкая фугитивность кислорода сопровождала, вероятно, весь магматический процесс, начиная с вплавления базальтов и кончая становлением интрузивных образований. Низкая фугитивность кислорода обусловила низкое P_H2O, что подтверждается отсутствием первичных водных силикатов (биотит, роговая обманка и др.) в минеральных ассоциациях пород [2]. Следовательно, в момент кристаллизации магматического расплава с повышенным потенциалом серы часть избыточного железа будет переходить в сульфиды (пирит, пирротин, халькопирит), так что железистость пироксенов будет понижаться относительно железистости пород. Однако при дифференциации пород часть рудогенных элементов накапливается в виде собственных минералов, а другая- в остаточном расплаве.

Таким образом, проведенные микрозондовые исследования по химизму клинопироксенов разновозрастных дайковых комплексов Кацдаг-Кехнамеданской зоны указывают на сложную природу их формирования, обусловленные различием термадинамической обстановки и характером рудной специализации.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Керимов Р. В. Акцессорные минералы как индикаторы рудоносности магматических формаций южного склона Большого Кавказа / Р. В. Керимов // Проблемы геологии и геофизики Кавказа. – М.: Елм. 1989. - С. 84-92
2. Керимов Р.Б. Петрология и рудоносность магматических комплексов Белокано-Закатальского рудного района (Большого Кавказ) / Р. В. Керимов. Автореф. канд. дисс. Баку, 1991. - С. 20
3. Грин Д.Х. Поля устойчивости глиноземистого-пироксеновых гранатовых перидотитовых и их значение в строении верхней мантии / Д.Х. Грин, А.В. Рингвуд // Происхождение главных серий изверженных пород. – М.: Мир, 1972. -С. 427 -433
4. Мустафаев Г.В. Клинопироксены магматических формаций Южного склона Большого Кавказа и некоторые вопросы их петрологии / Г.В. Мустафаев, Р.Б. Керимов, Д.А. Гусейнов //Журнал, Отечественная геология1994. № 4. С. 32-37.
5. Магматические горные породы: Классификация, номенклатура, петрография. Ч.1-2, М.: Наука, 1985 – 768 с.
6. Породообразующие пироксены. – М.: Наука,1971.
7. Шихалибейли Э.Ш. Геологические строение и развитие Азербайджанской часи Южного склона Большого Кавказа / Э.Ш. Шихалибейли. – Баку: Изд-во АН, Азерб. ССР, 1956, 223 с.
8. Carmichael J.S. Silica activity in igneous rocks / J.S. Carmichael, E.J. Nicholls // Amer. Mineral., 1970. 55. - p. 75 – 90.
9. Kushiro J. Origin of primary basalt magma and classification of basaltic rocks / J. Kushiro, H. Kuno // Learn. Of petrol., - 1963. Vol. 4(1) - p. 75-9
10. Mysen B.O. Metting of a hydrous mantle Geochemistry of crustale and liquids formed by anataxis of mantle peridotite at high pressures and light temperatures as a function of controlled activities of wither, hydrogen and carbon dioxide / B.O. Mysen, A.L. Boettcher // J. Petrol.,1975,16, N 3, p.349-593
11. 11. Thomson J. B. Role aluminum in rock-forming silicates / J. B. Thomson // Bull, Geol. Sok. Amer., 58, 1947. - p. 210-218.
12. Yoder H.S. Origin of basalt magmas as experimental study of natural and synthetic rock system / H.S. Yoder, C.E. Tilly // J. Petrol., 3, N 3,1962, p.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Kerimov R. V. Akcessornye mineraly kak indikatory rudonosnosti magmaticheskikh formacijj juzhnogo sklona Bol'shogo Kavkaza [Accessory minerals as indicators of ore content of magmatic formations of the southern slope of the Greater Caucasus] / R. V. Kerimov // Problemy geologii i geofiziki Kavkaza [Issues of geology and geophysics of the Caucasus]. - M.: Elm. 1989. - pp. 84-92 [in Russian]
2. Kerimov R. B. Petrologija i rudonosnost' magmaticheskikh kompleksov Belokano-Zakatal'skogo rudnogo rajjona (Bol'shogo Kavkaz) [Petrology and ore content of magmatic complexes of the Belokano-Zakatala ore region (Greater Caucasus)]: extended abstract of Candidate's thesis / R. B. Kerimov. Baku, 1991. - p. 20 [in Russian]
3. Green D. H. Polja ustojjchivosti glinozemistogo-piroksenovykh granatovykh peridotitovykh i ikh znachenie v stroenii verkhnejj mantii [Stability fields of alumina-pyroxene garnet peridotite and their significance in the structure of the upper mantle] / D. H. Green, A.V. Ringwood // Proiskhozhdenie glavnykh serijj izverzhennykh porod [The origin of the main series of igneous rocks]. - Moscow: Mir, 1972. - pp. 427 -433 [in Russian]
4. Mustafaev G. V. Klinopirokseny magmaticheskikh formacijj Juzhnogo sklona Bol'shogo Kavkaza i nekotorye voprosy ikh petrologii [Clinopyroxenes of magmatic formations of the Southern slope of the Greater Caucasus and some issues of their petrology] / G. V. Mustafaev, R. B. Kerimov, D. A. Guseynov // Zhurnal, Otechestvennaja geologija [Journal, National Geology] 1994. No. 4, pp. 32-37 [in Russian]
5. Magmaticheskie gornye porody: Klassifikacija, nomenklatura, petrografija. [Igneous rocks: Classification, nomenclature, petrography]. Part 1-2, Moscow: Nauka, 1985-768 p. [in Russian]
6. Porodoobrazujushhie pirokseny [Rock-forming pyroxenes]. - M.: Nauka,1971 [in Russian]
7. Shikhalibeyli E. Sh. Geologicheskie stroenie i razvitie Azerbajjdzhanskojj chasi Juzhnogo sklona Bol'shogo Kavkaza [Geological structure and development of the Azerbaijani part of the Southern slope of the Greater Caucasus] / E. Sh. Shikhalibeyli. - Baku: Publishing House of the Academy of Sciences, Azerbaijan. SSR, 1956, 223 p. [in Russian]
8. Carmichael J.S. Silica activity in igneous rocks / J.S. Carmichael, E.J. Nicholls // Amer. Mineral., 1970. 55. - p. 75 – 90.
9. Kushiro J. Origin of primary basalt magma and classification of basaltic rocks / J. Kushiro, H. Kuno // Learn. Of petrol., - 1963. Vol. 4(1) - p. 75-9
10. Mysen B.O. Metting of a hydrous mantle Geochemistry of crustale and liquids formed by anataxis of mantle peridotite at high pressures and light temperatures as a function of controlled activities of wither, hydrogen and carbon dioxide / B.O. Mysen, A.L. Boettcher // J. Petrol.,1975,16, N 3, p.349-593
11. 11. Thomson J. B. Role aluminum in rock-forming silicates / J. B. Thomson // Bull, Geol. Sok. Amer., 58, 1947. - p. 210-218.
12. Yoder H.S. Origin of basalt magmas as experimental study of natural and synthetic rock system / H.S. Yoder, C.E. Tilly // J. Petrol., 3, N 3,1962, p.