Miłosz A. Huber. Department of Geology and Protection of Lithosphere, Maria Curie Skłodowska University, Lublin, Poland

Transkrypt

1 Journal of Biology and Earth Sciences ISSN: EARTH SCIENCES ORIGINAL ARTICLE Wstępna charakterystyka skał żyłowych występujących w Dolinie Małaja Biełaja w Chibinach Preliminary characterization of the mineral veins occurring in the Malaya Belaya Valley in the Khibiny Miłosz A. Huber Department of Geology and Protection of Lithosphere, Maria Curie Skłodowska University, Lublin, Poland STRESZCZENIE Praca dotyczy identyfikacji skał żyłowych z centralnej części Masywu Chibińskiego, będącego intruzją centralną alkalicznych skał, powstałych w późnym dewonie jako produkt wzmożonego magmatyzmu typu kontynentalnego związanego z plama gorąca, która w tym rejonie przyczyniła się do wielu podobnych alkalicznych intruzji. Zidentyfikowano głównie mikrosjenity, tinguaity oraz melteigity. Skały te poddano badaniom petrologicznym (mikroskopia optyczna, XRD). Identyfikacja skał żyłowych jest szczególnie istotna w kontekście określenia procesów związanych z krystalizacja resztkową oraz iniekcji niewielkich porcji magmy które musiały mieć miejsce podczas stygnięcia intruzji budującej obecnie Masyw Chibiński. Szczególnie interesujące są skały melteigitowe powstałe jako produkt mieszania się pierwotnych magmowych utworów z otaczającymi skałami alkalicznymi co uwidacznia się choćby w składzie mineralnym tych skał i korozją minerałów związanych z zasadowym środowiskiem powstawania. ABSTRACT The focus of this study is identification of mineral veins from central part of Khibina massive, which are late Devonian alkaline intrusion. Khibina Massive are product of continental magmatism connecting with a hot spot, which are present in this area, making a lot of the same intrusion. It was identificated a microsyenite, tinguaite and melteigite mostly. From these rocks was collected a few of samples, which made a petrology observation (optical microscopy, XRD analysis). These rocks are strongly important in to description a final crystallization and injection of a small addition of magmas, which was present in the Khibina Massive. Most interested are melteigite rocks which are a product of mixing a primary magma with alkaline fluids, which is visible in mineral composition in these rocks and secondary processes. Słowa kluczowe: Chibiny; Małaja Biełaja; petrografia; skały żyłowe. Key words: Khibiny; Malaya Bielaya; petrography; mineral veins. J Biol Earth Sci 201 3; 3(1 ): E1 -E11 Corresponding author: Miłosz A. Huber Department of Geology and Protection of Lithosphere, Institute of Earth Science, Maria Curie-Skłodowska University, Lublin, Al. Kraśnicka 2cd, Poland, mhuber@biotop.umcs.lublin.pl Original Submission: 29 November 201 2; Revised Submission: 1 2 January 201 3; Accepted: 1 5 January Copyright Author(s). Journal of Biology and Earth Sciences T.M.Karpiński. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. E1

2 WSTĘP Masyw Chibiński znajduje się w środkowej części płw. Kola i jest to wczesnopaleozoiczna intruzja skał wysokoalkalicznych [1-3]. W zachodniej części Masywu Chibińskiego znajduje się dolina Małaja Biełaja (Fig. 1 ). Jest to dolina o charakterze U-kształtnym z wieloma formami postglacjalnymi (cyrki lodowcowe, moreny itp.), biorąc swój początek w środkowej części masywu chibińskiego na stokach góry Pietierlusa oraz Wschodnia Pietierlusa które stanowią kulminację pasma Razwumczorr (Fig. 2a, b). W dolinie tej odsłaniają się przeważnie masywne alkaliczne sjenity [4-6]. W strefach tektonicznych znajdują się liczne żyły, które ogólnie można zaliczyć do mikrosjenitów, ijolitów i urtytów oraz trachitów i alkalicznych oliwinowych gabr [5, 7-9]. MATERIAŁ I METODY Skały do badań pobrano w latach a następnie poddano szeregowi analiz. Wykonano badania makroskopowe in situ oraz mikroskopowe za pomocą mikroskopu optycznego Leica oraz mikroskopu elektronowego Hitachi SU6600 z przystawką EDS, który znajduje się w Pracowni Mikroskopii Optycznej i Elektronowej Zakładu Geologii i Ochrony Litosfery UMCS. Skały te poddano też analizom katodoluminescencyjnym, dzięki uprzejmości dr hab. A. Gałuszki w Zakładzie Geochemii i Ochrony środowiska Uniwersytetu Jana Kochanowskiego w Kielcach. Wykaz prób znajduje się w tabeli 1. W tym rejonie odsłaniają się masywne sjenity alkaliczne o barwie zielonkawej, strukturze granonematokrystalicznej, teksturze zbitej, bezładnej, rzadziej kierunkowej (Fig. 3a). Tło skały (Fig. 3b,c) budują autromorficzne kryształy nefelinu (do 25% obj.), ortoklazu (do 24% obj.) i apatytu (do 1 5% obj.), pomiędzy którzymi znajdują się igły egirynu - akmitu (do 21 % obj.), oraz ksenomorficzne kryształy eudialitu (często z licznymi wrostkami tych ostatnich do 1 5% obj.), plagioklazów (kwaśne odmiany do 1 0% obj.). W skałach tych podrzędnie występują też w ilości do 1 5% obj: ilmenit, tytanit, magnetyt, arfvedsonit, riebeckit, astrofyllit, aenigmatyt, lorenzenit i inne. Masywne sjenity chibinity tną liczne żyły mineralne. Analizowane próbki to głównie żyłowe sjenity, ale występują też melanosjenity przechodzące do ijolitu i urtytu, nefelinitu (zwłaszcza w strefie ciał rudnych, gdzie tworzą skupienia tytanitowo nefelinowe). Żyły te posiadają skomplikowaną budowę wskazując na wypełnienia tektonicznych uskoków i rozłamów, które były wielokrotnie uruchamiana i na nowo wypełniana Fig. 2a. Dolina 1. Plan sytuacyjny terenu badań wraz z zaznaczeniem miejsca poboru prób. Fig. Fig. 2b. Góra Małaja Biełaja. Wostoczna Pietierlusa. E2

3 Tabela 1. Wykaz splanimetrowanych próbek skał (skały żyłowe zaznaczono kursywą). E3

4 Fig. 3a. Makrofotografia typowych sjenitów chibinitów. Fig. 3b. Jeden z przykładów pegmatytu w Chibinach. nową substancja mineralną, rzadziej brekcja starszych skał z otoczenia (Fig. 4). WYNIKI Utwory zostały zbadane za pomocą mikroskopu polaryzacyjnego w świetle przechodzącym i odbitym. Analiza tych skał pozwoliła wydzielić kilka odmian petrologicznych żył (Tabela 1 ): - żyłowe sjenity i mikrosjenity (próbki 20CH99, 1 5CH99, 1 3CH99, 28CH99, 29CH99, 1 6CH99, 07CH02, 1 0CH02, 11 CH02a, 1 3CH02, 1 5CH02, 1 6CH02b, 1 7CH02, 1 9CH02a, 20CH02, 22CH02, 24CH02, 01 ach03), - ijolity (11 CH02b, 1 4CH02, 1 6CH02a, 21 CH02), - tefrytowe fonolity (23CH99) i tinguaity (21 CH99, 23CH02) oraz - melteigity (30CH99, 1 7CH99, 08aCH02, 1 8CH02) i piroksenity (22CH99). Mikrofotografie (w świetle przechodzącym spolaryzowanym, nikole skrzyżowane) typowych sjenitów z terenu badań. Fig. 3c. Żyłowe sjenity i ijolity Sjenity żyłowe stanowią najliczniejszą grupę skał. Tworzą zarówno żyły o charakterze ostrych kontaktów jak i (częściej) takie, które posiadają nieostre granice. Posiadają zwykle charakter częściowo skonsolidowany ze skałą otoczenia, są odkształcone plastycznie, wykazują budinaż. Zwykle są to mikrosjenity (ijolity) o podwyższonym udziale minerałów melanokratycznych (do 70% obj.), bogate są w minerały rudne, głównie z grupy tlenków żelaza i tytanu z domieszkami siarczków (w tym siarczków miedzi). Takie bardziej melanokratyczne odmiany sjenitów często spotykane są w powtórnych wypełnieniach żył. Mikrosjenity najczęściej posiadają struktury granonematokrystaliczne. Tekstury masywne, choć zdarzają się ilinijne, podkreślone przez kryształy mikroklinu a także zonalnych eudialitów i egirynów (Fig. 5a). Tło skały stanowią tabliczkowe kryształy ortoklazy (Fig. 5b, c), rzadziej mikroklinu (do 55% obj.), oraz egirynu (do 53% obj.) i arfvedsonitu (do E4

5 Typy żył spotykane w terenia badań: a) o ostrym kontakcie zuskokowane, b) z odnogami, c) kilkuetapowe, d) z gniazdami pegmatytowymi, e) złuskowane, f) z budinażem, g) o nieostrych granicach, h) poprzecinane różnowiekowe z propagacją jonów w strefie otoczenia (najczęściej K+), i) żyły wykorzystujące starszy system spękań. Fig % obj.), pomiędzy którymi znajdują się apatyt (do 24% obj., Fig. 6a), nefelin (do 39% obj, Fig. 5d), eudialit (do 48% obj.), plagioklazy kwaśne (do 9% obj.), minerały rudne. Ortoklaz i plagioklazy wykazują zbliźniaczenia typu albitowego. Augity wykazują zastępowania, które często obejmują minerały z grupy augitu, i augitu egirynowego postępując ku egirynizacji wraz z krystalizacją augitu. W niektórych próbkach występuje uralityzacja augitu. Obok egirynu licznie występuje riebeckit (Fig. 5e), arfvedsonit, aenigmatyt (Fig. 5f, g). Eudialit wykazuje często zonalną budowę charakteryzującą się strefami anomalnego ściemniania światła (Fig. 5h). Kryształy te na ogół są wykształcone euhedralnie tworząc pojedyncze osobniki lub zrosty. W skale widoczne są liczne kryształy robaczkowo wykształconego ilmenitu. Są to pospinelowe struktury rozpadowe (Fig. 5i, j). Magnetyt ulega procesom wtórnym przechodząc w maghemit który wykazuje ślady wietrzenia objawiające się występowaniem i hematytu. Trachity i tinguaity Trachity to skały barwy szarej lub szaroróżowej z fenokryształami skalenia potasowego (Fig. 6b). Posiadają one strukturę porfirową, teksturę zbitą, bezładną. Fenokryształy tworzy ortoklaz (49% obj.) dochodzący do 1 cm, zwykle zbliźniaczony zgodnie z prawem albitowym. Obok skalenia pojawiają się osobniki augitu o charakterze prakryształów z widoczną strukturą sitową, wypełnioną przez minerały tła (4%). Tło skały tworzą drobne kryształy ortoklazu, współwystępujące z egirynem, akmitem, niekiedy augitem (Fig. 6b). Żyły tego typu rzadziej występują w centralnej części Chibin, częściej będąc spotykane w niższych partiach doliny Małaja Biełaja. Tinguaity charakteryzują się barwą zieloną strukturą nematoblastyczną, teksturą spilśniona, promienistą, zbitą (Fig. 7f). Tło skały stanowią promieniste skupienia egirynu i astrofyllitu (do 45% obj.). W interstycjach tych minerałów występują ortoklaz (22%), nefelin (5%) oraz tytanit (do 3% obj). W skale licznie występują tez magnetyt i ilmenit (do 4 % obj.).wykształcone są w postaci wąskich lamelek towarzyszących egirynom. Utwory te spotyka się najczęściej w centralnej części Chibin. E5

6 Obraz w świetle przedstawiający zonalnego 01 ach03). 5a. spolaryzowanym (PL) egirynu-augitu (próbka 5c. Egiryn-augit na tle linijnej struktury podkreślonej przez zbliźniaczone ortoklazy (PL, próbka 1 9CH02). Riebeckiry, tytanity oraz enigmatyty na tle apatytu w żyłowym sjenicie (PL, 1 5Ch03). 5e. Fig. 5. 5b. Egiryn na tle ortoklazu (PL, próbka 1 4CH02). Kryształy egirynu oraz riebeckitu na tle plagioklazów oraz nefelinu (PL, próbka 1 7CH02). 5d. Enigmatyt oraz arfvedsonit na tle jasnych apatytów w typowym żyłowym sjenicie (PL, 23CH03). 5f. Mikrofotografie typowych sjenitów i ijolitów, uzyskane za pomocą mikroskopu polaryzacyjnego. E6

7 Mikrofotografia enigmatytu oraz tytanitu (PL, próbka 24CH02). 5g. Obraz uzyskany w świetle odbitym (RL) typowej struktury rozpadowej, pospinelowej z ilmenitem oraz siarczkiem (pirytem) w tle (próbka 11 CH02). 5i. Fig. 5. Zonalne eudiality oraz astrofyllit (PL, próbka 1 9CH02). 5h. Obraz PL przedstawiający struktury rozpadowe wśród ulegających korozji piroksenów i wydzielających się tlenków żelaza i tytanu (próbka 02CH03). 5j. cd. - Mikrofotografie typowych sjenitów i ijolitów, uzyskane za pomocą mikroskopu polaryzacyjnego. Żyłowe pegmatyty i pegmatyty gniazdowe Pegmatyty gniazdowe (dochodzące do 0,5 m) występują w postaci soczew w masywnych sjenitach. Zbudowane są głównie z tabliczek nefelinu, plagioklazów i apatytu (Fig. 3b, 6d). Pomiędzy nimi znajdują się minerały ciemne takie jak egiryn, rzadziej astrofyllit. Kryształy te są wykształcone w postaci palisadowej, tworząc druzowate wypełnienie. W interstycjach egirynu i plagioklazu znajdują się eudialit i ilmenit jako minerały anhedralne (ksenomorficzne). Pegmatyty żyłowe zwykle wykształcone są w postaci wielkokrystalicznych odmian sjenitu z dużymi, dochodzącymi do kilkunastu cm kryształami ortoklazu lub mikroklinu, eudialitu i egirynu. W skałach tych często dochodzi do wyraźnego dominowania jednego z minerałów nad innymi. Zwykle dominują minerały alkaliczne (skalenie mikroklin lub ortoklaz, rzadziej apatyt, nefelin, egiryn). Zdarzają się odmiany o złożonej budowie zbudowane z palisadowych minerałów wchodzących w skład sjenitów (eudiality, nefeliny i egiryny) pierwszej generacji na której krystalizuje wielkokrystaliczny mikroklin drugiej generacji (Fig. 8b). Melteigity i piroksenity Melteigity to żylowe skały ostrym kontakcie ze skałami otoczenia. Są to utwory o strukturach grano-lepidonematokrystalicznych, teksturach masywnych, poikilitowych, porfirowatych. Minerały tworzące fenokrysztay to augit (do 24% obj.), i E7

8 Pirokseny z obwódkami reakcyjnymi oraz tlenki żelaza na tle masy skaleniowej w trachicie (PL, 30CH99). 6a. 6c. Makrofotografia Fig. 6. typowego trachitu (21 CH99). 6b. Dwie generacje skaleni w trachicie (PL, 21 CH99). 6d. Makrofotografia typowego pegmatytu. Mikrofotografie typowych trachitów oraz pegmatytu. E8

9 Typowa korona reakcyjna na około oliwinu (PL, 08CH02). 7a. Obraz w świetle odbitym (RL) przedstawiający ilmenity na tle piroksenów i wtórnego flogopitu (próbka 03CH03). Typowe korony reakcyjne na tle piroksenów w melteigicie (PL, 1 7Ch03). 7b. Zonalny egiryn, apatyt oraz arfvedsonit i ilmenity w melteigicie ( PL, próbka 09aCH03). 7c. 7d. Typowe promieniste skupienie augitu w piroksenicie (PL, 22CH99). 7f. Egirynowe 7e. Fig. 7. słońca w tinguaicie (PL, 20CH03). Mikrofotografie typowych melteigitów i tinguaitu. E9

10 migdały zbudowane zwykle z oliwinu z obwódką korozyjną łyszczykową (do 7% obj., Fig. 7a). Obwódka tak składa się z wysokożelazistego biotytu i flogopitu i otacza niekiey tę fenokryształy augitu (Fig. 7b, c). W tle skały występuje apatyt (do 1 0% obj., Fig. 7d), nefelin (do 1 5% obj.), oraz ortoklaz (do 1 5% obj.) i plagioklazy (do 9% obj.). Rzadziej spotyka się skały wykształcone w postaci piroksenitów z występującymi w nich tzw. piroksenowymi (augitowymi) słońcami (do 79% obj., Fig. 7e). W melteigitach pirokseny charakteryzują się niekiedy strukturami promienistymi np. słońca augitowe. Częstym zjawiskiem jest przejście augitu w augit egirynowy i egiryn. W skałach tych dostrzeżono robaczkowaty ilmenit który stanowi rozpadową struktuę pospinelową. W skałach tych dostrzeżono także chalkopiryt a także heikukit i kubanit. W innych przypadkach dostrzezono także strefy rozpadowe pirytu i chalkopirytu do tiosiarczanów. Żyły melteigitowe częściej występują w centralnych strefach Chibin, podczas gdy piroksenitowe w peryferyjnych. WNIOSKI Opisane powyżej skały żyłowe z Chibin wyraźnie związane są z kilkuetapowym procesem wnikania materiału magmowego w już skonsolidowane skały Chibin. Najprawdopodobniej wynikało to z samego faktu krystalizacji plutonu który przyczynił się do powstania masywu Chibińskiego, gdzie po skrystalizowaniu właściwych sjenitów doszło do migracji tzw. roztworów resztkowych, niekiedy o charakterze niedopasowanym o czym świadczą znajdowane w tych skałach liczne rzadkie minerały. W trakcie krystalizacji skał żyłowych dochodziło do zmian fizykochemicznych, które przyczyniły się do tonalności augitu, eudialitu i innych minerałów. Odmiennym typem skał są melteigity, które wyraźnie posiadają skład minerałów różniący się od otoczenia. Prawdopodobnie powstały w wyniku iniekcji drobnych porcji magmy o charakterze bardziej pierwotnym, zasadowym lub wiążą się z dyferencjacją ogniska magmowego i późniejszą wędrówką ku górze resztkowych derywatów o charakterze zasadowym, gdzie stawały się one metastabilne, pochłaniając po drodze dużą ilość materiału alkalicznego (Fig. 7) [1 0]. Świadczą o tym minerały cumulusu które następnie w wyniku migracji wzdłuż tektonicznych nieciągłości uległy korozji kosztem powstania nowej generacji która obecnie stanowi większość tła skalnego. Pegmatyty gniazdowe z egirynem, apatytem, eudialitem i nefelinem stanowią produkt krystalizacji resztkowej związanej z nierównomiernym stygnięciem skał budujących masyw Chibiński. Obok tego rodzaju skał spotyka się też liczne ksenolity o różnym charakterze, typowe dla intruzji magmowej. PODZIĘKOWANIA Za pomoc w badaniach oraz udostępnienie sprzętu serdecznie dziękuję Pani dr hab. A. Gałuszce z Zakładu Geochemii i Ochrony Środowiska Uniwersytetu Jana Kochanowskiego w Kielcach. Niniejsze badania zrealizowano dzięki grantowi Uniwersytetu im. Marii Curii-Skłodowskiej w Lublinie, dla Młodych Naukowców nr: MPK D11. DEKLARACJA Autor deklaruje interesów. nie występowanie konfliktu PIŚMIENNICTWO 1. Boruckiy BE Minerały skałotwórcze wysokoalkalicznych kompleksów. [In Russian], wyd. Nauka, pp Mitrofanov AF Geological characteristics of Kola peninsula. Russian Academy of Science, Apatity, pp Pozhylienko WI. et al Geologia rudnych rejonów Murmańskiego okręgu. [In Russian], Apatity, pp Arzamastsev A.A Unique Paleozoic Intrusions of the Kola Peninsula. Apatity: Kola Scientific Centre: Kogarko LN, Kononova VA, Orlova MP, Woolley AR Alkaline Rocks and Carbonatites of the World. Part 2: Former USSR. London: Chapman & Hall; p Kramm U, Kogarko LN, Kononova VA, Vartiainen H. The Kola alkaline province of the CIS and Finland: precise Rb Sr ages define Ma age range for all magmatism. Lithos ; 30: Kukharenko AA, Orlova MP, Bulakh AG, Bagdasarov EA, Rimskaya-Korsakova OM, Nefedov EI, et al The Caledonian Complex of Ultrabasic Alkaline Rocks and Carbonatites of the Kola Peninsula and North Karelia [In Russian]. Moscow: Nedra; p Huber M, Hałas S, Sikorska M. Evolution of prehnite- E1 0

11 albite-calcite veins in metamorphic rocks from the Lapland Granulite Belt (Kandalaksha region of Kola Peninsula). Geologija. 2007; 57: Hałas S, Huber M, Piestrzynski A. Petrology of gabbroides and isotope signature of sulfide mineralization from Fedorov-Pansky layered mafic intrusion, Kola Peninsula, Russia. Geochronometria. 2009; 33: Arzamastsev A, Yakovenchuk V, Pakhomovsky Y, Ivanyuk G The Khibina and Lovozero alkaline massifs: Geology and unique mineralization. 33 IGC excursion materials. E11