REE минерализация в щелочных риолитах Печальнинского рудного поля (Северо-Восток России)

Полный текст

Редкоземельные элементы (РЗЭ) в последние годы стали ключевыми для современной промышленности, техники и медицины. Увеличение спроса на эти элементы за последние несколько лет в настоящее время удовлетворяется относительно немногими известными месторождениями, в основном расположенными в КНР, что обусловило риск надежных поставок РЗЭ, и привело к расширению поисков потенциальных альтернативных источников этих востребованных элементов.

Минералогия РЗЭ обусловлена выделением летучих и парофазной активностью в щелочном высококремнистом риолите, играющим ключевую роль в обогащении ТРЗЭ и другими редкими элементами (например, Y, Nb, Ta, Be, Li, F, Sn, Rb, Th и U), в концентрациях, экономически выгодных для добычи, что позволяет рассматривать эти вулканические породы, как потенциальные источники этого дефицитного сырья [8]

Важно подчеркнуть, что эти высоко фракционированные риолиты могут преимущественно обогащаться HREE по отношению к LREE в результате либо экстремального фракционирования [9] и/или позднестадийного магматического облагораживания и потенциальной кристаллизации в паровой фазе [10, 7].

В предыдущей публикации [1] было показано, что щелочные риолиты Печальнинского рудного поля содержат потенциально-промышленные концентрации HREE. Установлено равномерное обогащение породы HREE относительно LREE. Сравнительный анализ с известными в мире аналогичными объектами в щелочных вулканитах показал, что Печальнинское рудное поле может стать новым, нетрадиционным и большеобъемным источником HREE.

Печальнинское рудное поле располагается в Хурчан-Оротуканской металлогенической зоне [6], в центральной части Магаданской области (рис. 1, врезка) и представляет собой комплексный объект, содержащий редкоземельные, редкие, цветные и благородные металлы.

 

Рис. 1. Геологическая карта Печальнинского рудного поля по [7, 8], увеличенный фрагмент.

1 – раннесреднеюрские черносланцевые толщи (J_1-2); 2 – позднемеловые щелочные вулканиты (K₂); 3 – позднемеловые граниты (Gr); 4 – Печальнинское рудопроявление: а – редкометальная и REE-минерализация; б – эпитермальная Au–Ag-минерализация.

 

В современном тектоническом плане Хурчан-Оротуканская зона – это зона глубинного субмеридионального разлома, пересекающая линейные складчатые структуры Инъяли-Дебинского синклинория и брахиформные структуры Балыгычано-Буяндинского антиклинального поднятия на протяжении более 400 км и шириной 30–50 км [6].

В предыдущей публикации [1] было показано, что щелочные риолиты Печальнинского рудного поля содержат потенциально-промышленные концентрации HREE. Установлено равномерное обогащение породы HREE относительно LREE. Сравнительный анализ с известными в мире аналогичными объектами в щелочных вулканитах показал, что Печальнинское рудное поле может стать новым, нетрадиционным и большеобъемным источником HREE.

Печальнинское рудное поле располагается в Хурчан-Оротуканской металлогенической зоне [4], в центральной части Магаданской области (рис. 1, врезка) и представляет собой комплексный объект, содержащий редкоземельные, редкие, цветные и благородные металлы.

В современном тектоническом плане Хурчан-Оротуканская зона – это зона глубинного субмеридионального разлома, пересекающая линейные складчатые структуры Инъяли-Дебинского синклинория и брахиформные структуры Балыгычано-Буяндинского антиклинального поднятия на протяжении более 400 км и шириной 30–50 км [6].

В северной части зоны выходят на поверхность гранитоиды Верхне-Оротуканского массива (см. рис. 1) позднемелового возраста (80 млн лет, по K–Ar данным [9], а также Rb–Sr изохронного датирования [2]). В надинтрузивной зоне на периферии массива располагаются дочерние вулкано-купольные структуры (см. рис. 1). Вулканические породы субгоризонтально покрывают смятые в складки и ороговикованные терригенные отложения триаса и юры.

В пределах рудопроявления Печальное (рис. 1) серия Au–Ag эпитермальных кварц-адуляровых жил, залегающих в раннесреднеюрских черносланцевых толщах, перекрывается и прорывается щелочными вулканитами и гранитами позднемелового возраста [2, 4].

В настоящей статье приведены результаты исследования минералов щелочных риолитов Печальнинского рудного поля, содержащих REE, следующими методами: СЭМ (сканирующая электронная микроскопия, с применением съемки в характеристических рентгеновских лучах, аналитик Л.А. Иванова), РСМА (рентгеноспетральный микроанализ, аналитик Е.В. Ковальчук), КЛ (катодолюминесценция, аналитик Т.И. Голованова).

Изученные образцы щелочных риолитов характеризуются тонкослоистой и флюидальной текстурами (рис. 2). В них чередуются лентообразные участки разной степени раскристаллизованности – криптокристаллические слои перемежаются с прослоями хорошо сформированных агрегатов K–Na полевых шпатов и железистых алюмосиликатов, представленных пироксенами группы эгирина или амфиболами групп тарамита и керсутита. Тонкослоистая криптокристаллическая масса, представляет собой матрикс, состоящий из смеси КПШ и K–Na полевых шпатов, Fe–K–Na-алюмосиликатов, кварца и каолинита (рис. 2 ж, и).

 

Рис. 2. Текстуры минерализованных REE трахириолитов Печальнинского рудного поля. Фотографии изученных образцов (а–и): а – флюидальной трахириолит (образец д – 22), б – фотография шлифа (д – 22), в - флюидальной трахириолит (образец 933), г – фотография шлифа (933), тонкослоистый трахириолит (образец 994-А89), д – фотография шлифа (994-А89), ж – флюидальной трахириолит (образец РЕ-15-2), и – фотография шлифа (РЕ-15-2).

 

По направлению флюидальности в матриксе располагаются крупные (до 0,3мм) порфиробласты плагиоклазов, лентообразные прослои или очаговые обособления гидроксидов Fe, Ti и Mn, по всей вероятности, заместившие титаномагнетит (реликтовые выделения которого частично сохранились во вмещающей породе). Гидроксиды Fe, Ti и Mn обогащены Si и Al и образуют разнообразные цепочечные и лентообразные формы (рис. 2 в, г – темные участки) в криптокристаллической массе, к ним приурочены тончайшие выделения (многочисленные белые точки), содержащие REE (рис. 2 б, г, и). С тонкозернистыми образованиями матрикса, повторяя рисунок флюидальности, сопряжены тонкие прослои, сложенные кристаллическими агрегатами пироксенов и/или амфиболов, пропитанными силикатным веществом (рис. 2 и). Такое строение вмещающей породы демонстрирует процесс фракционной кристаллизации и смешения магм в формировании щелочных риолитов Печальнинского рудного поля [6, 11].

Эти лентовидные образования имеют разнообразные причудливые формы, иногда окаймляют очаговые выделения кварца (рис. 3 а). К ним приурочены тонкие (5–7мкм) выделения REE минералов, определение минерального вида которых затруднено из-за малых размеров частиц.

 

Рис. 3. Фотографии (а–в) и спектр сканирования лентообразных и кружевных выделений гидроксидов Fe, Mn и Ti с мелким включениями REE минералов, размеры которых не превышают 10 мкм, в щелочных риолитах Печальнинского рудного поля (обр. Д-22).

 

В наиболее крупном выделении минерала, содержащего REE (около 25 мкм по длинной стороне, обр. Д-22) установлено распределение отдельных элементов по площади, в которой отмечены (Спектр 001: SiO₂ – 3.1, P₂O₅ – 21, CaO – 1.5, Fe₂O₃ – 33.9, La₂O₃ – 11, CeO₂ – 21.9, Pr₆O₁₁ – 1.8, Nd₂O₃ – 5.9). Установлено, что распределение REE по площади выделения неравномерно (рис. 4), наиболее высокая интенсивность соответствует следующим элементам: P, La, Ce, Pr, Nd, Fe, которые пронизывает его от периферической части вглубь. Это указывает на тесную генетическую связь Fe и REE. Выполненное исследование позволяет определить выделение REE (рис. 4), как фосфат Ce – минерал группы монацита.

 

Рис. 4. Химический состав и распределение REE по площади крупного выделения фосфата Ce. Фото в характеристических рентгеновских лучах.

 

На рисунке 5 показана морфология выделений минералов, содержащих REE, в кристаллах титаномагнетита – светлые участки и каемки кристаллов. Внутри кристаллов титаномагнетита выделяются разные минералы, содержащие REE. Так, по периферии кристаллов выделяются силикаты, содержащие REE+Y, образующие округлые формы (причем, зональные: от центра к краю уменьшается содержание иттрия и увеличивается содержание Се); в центральной части – выделяются легкие лантаноиды без иттрия, имеющие радиально-лучистые формы, они представлены уже не силикатами, а оксидами и/или карбонатами REE.

В кристаллах титаномагнетита были установлены два типа выделений, содержащих REE: концентрически-зональные и радиально-лучистые (рис. 5 а, б, в). На рисунке 5 показаны результаты анализа этих выделений REE.

 

Рис. 5. Морфология выделения и химический состав выделений REE в кристаллах титаномагнетита (обр. 993).

 

Химический состав округлых концентрически-зональных выделений REE на краю кристалла Ti-магнетита (мас.%): 1 (Spc_001) – в центре: Al₂O₃ – 3.3, SiO₂ – 40.2, CaO – 7.3, FeO – 4.7, Y₂O₃ – 16.7, Ce₂O₃ – 7.4, Nd₂O₃ – 8, Sm₃O₃ – 3.3, Gd₂O₃ – 4.4, Dy₂O₃ – 4.7; 2 (Spc_002) – на краю: SiO₂ – 39.3, CaO – 7.7, FeO – 5.7, Y₂O₃ – 7.13, Ce₂O₃ – 10.2, Nd₂O₃ – 12.7, Sm₃O₃ – 6.31, Gd₂O₃ – 6.9, Dy₂O₃ – 4.4.

Химический состав радиально-лучистых выделений REE в центральной части кристалла Ti-магнетита (Spc_004): SiO₂ – 1.6, CaO – 0.9, FeO – 8.14, La₂O₃ – 28.4, Ce₂O₃ – 46.64, Nd₂O₃ – 14.4.

Таким образом, в обр.993 все минералы, содержащие REE, образовались непосредственно внутри кристаллов и агрегатов титаномагнетита и дифференцированы по химическому составу (рис. 5). Они образуют две группы: в первом случае это силикаты, содержащие REE, обогащенные иттрием (округлые концентрически-зональные выделения), в которых содержание REE, варьирует от центра выделения к краю (см. выше); во втором случае это оксиды и/или карбонаты (радиально-лучистые агрегаты), содержащие REE, среди которых преобладают La, Ce и Nd.

В заключении отметим, что щелочные риолиты Печальнинского рудного поля характеризуются тонкослоистой и флюидальной текстурами. По флюидальности в породе чередуются тонкие прослои, сложенные кристаллическими агрегатами пироксенов и/или амфиболов, пропитанных силикатным веществом, и лентообразные тонкие полоски и кружевные обособления гидроксидов Fe, Ti и Mn, заместившие титаномагнетит (реликтовые выделения которого частично сохранились).

В гидроксидах установлены фосфаты REE – размеры большинства выделений не превышают 10 мкм. Специально проведенное исследование (рис. 4) наиболее крупного REE-выделения (диаметром 25 мкм), позволило определить, что это фосфат Ce – минерал группы монацита.

В реликтах кристаллов титаномагнетита выявлены концентрически-зональные и радиально-лучистые REE выделения. Первые – представлены силикатами, обогащенными иттрием и REE. В них содержание REE зонально изменяется от центра к краю. Вторые – представлены оксидами и/или карбонатами, содержащими REE (преобладают La, Ce и Nd).

Полученные результаты могут быть использованы при разработке технологии обогащения.

ИСТОЧНИК ФИНАНСИРОВАНИЯ

Работа выполнена при финансовой поддержке темы Госзадания ИГЕМ РАН.

БЛАГОДАРНОСТИ

Авторы благодарны члену-корреспонденту РАН В.В. Акинину, директору СВКНИИ ДВО РАН за предоставленные образцы для проведения исследований.

Об авторах

А. В. Григорьева

ФГБУН Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: grig357@mail.ru
Россия, 119017 Москва, Старомонетный пер., 35

А. В. Волков

ФГБУН Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН

Email: grig357@mail.ru

член-корреспондент РАН

Россия, 119017 Москва, Старомонетный пер., 35

Н. В. Сидорова

ФГБУН Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН

Email: grig357@mail.ru
Россия, 119017 Москва, Старомонетный пер., 35

Список литературы

Дополнительные файлы