Углеродистые вещества в пегматитах различных генетических типов: сравнительное исследование

В.Н. Ермолаева*, Н.В. Чуканов**, И.В. Пеков***

*Институт Геохимии и Аналитической Химии РАН им. В.И. Вернадского, 119991, ГСП-1, Москва, ул. Косыгина, 19; e-mail: cvera@mail.ru

**Институт Проблем химической физики РАН, 142432, Московская обл., г. Черноголовка;

***Московский государственный университет, 119992, Москва, Ленинские горы

 

Органические вещества известны в пегматитах, связанных с разными формациями. По сравнению с породами раннемагматической стадии, в агпаитовых пегматитах, особенно на гидротермальной стадии их формирования, резко возрастает содержание "органического" углерода в форме скоплений битуминозных веществ [1, 2]. Аналогичная закономерность прослеживается и для ряда редких некогерентных элементов (Th, U, REE, Zr, Hf, Nb, Ta, W, Sn, Ti): как в щелочных, так и в гранитоидных формациях они накапливаются на поздне- и постмагматических стадиях. В частности, ╚тухолит╩ (углеродистое вещество, содержащее U и/или Th) из гранитных пегматитов Канады, где он впервые был описан, ассоциирует с уранинитом, цирконом (циртолитом), титанитом, алланитом, самарскитом [3, 4]. Содержащее уран углеродистое вещество из гранитно-пегматитовых жил Северной Карелии описано под названием ╚карбуран╩ в парагенезисе с уранинитом, титанитом, алланитом, циртолитом, ксенотимом, монацитом [5, 6]. Изученные нами ранее битуминозные вещества из агпаитовых пегматитов также ассоциируют с минералами редких элементов (торитом, стенструпином и другими силикатами Th, фосфатом Th, силикатами U и REE) и обладают способностью к избирательному концентрированию всех вышеперечисленных элементов [7, 8]. Таким образом, можно предположить существование генетической связи между органическими веществами и специфической группой ╚битумофильных╩ элементов: U, Th, REE, Zr, Hf, Nb, Ta, W, Sn, Ti.

В настоящей работе нами проведено сравнительное исследование углеродистых веществ из пегматитов разных типов. В редкометальных гранитных пегматитах (Виитаниеми, Финляндия) [9] сферические включения тухолита диаметром до 1 см расположены в сахаровидном и пластинчатом альбите в тесной ассоциации с цирконом, танталитом и пирохлором. В щелочногранитном амазонитовом пегматите на горе Плоская (Зап. Кейвы, Кольский п-ов) органическое вещество было обнаружено методом ИК-спектроскопии в виде рассеянных включений в позднепегматитовом [10] торите из альбитита. В гранитном пегматите слюдяного типа (месторождение Лопатова Губа, Сев. Карелия) углеродистое вещество образует псевдоморфозы по кубическим кристаллам уранинита размером до 3 мм и сопровождается редкометальной минерализацией (монацит-(Ce), ксенотим-(Y), циркон). В ультраагпаитовом пегматите, вскрытом на горе Коашва (Хибинский массив, Кольский п-ов), крупные (до 4 см) сферические обособления твёрдого битуминозного вещества врастают в эгирин-натролитовые агрегаты в гидротермально переработанном ядре в ассоциации с титаносиликатами (астрофиллитом, лоренценитом, титанитом, леммлейнит-К), цирконосиликатом (катаплеит), хлорбартонитом.

Электронно-зондовые анализы и изображения исследуемого объекта во вторичных и отражённых электронах получены с помощью цифрового сканирующего электронного микроскопа CamScan MV2300 (аналитики А.Н. Некрасов, А.А. Муханова, К.В. Ван).

Все изученные образцы фазово-неоднородны и представляют собой тонкие срастания углеродистого вещества и минералов редких элементов. По морфологическим критериям [11], в процессе формирования органических веществ в пегматитах могут реализовываться оба механизма: распад металлорганических комплексов и замещение урановых минералов органическим веществом (рис. 1, 2). В результате возникают микроскопические кристаллы минеральных фаз, неравномерно распределённые в органической матрице и, в свою очередь, содержащие субмикроскопические включения органического вещества.

 

 

 

Рисунок 1. Слева - вростки распада торий-кальциевого силикофосфата (Th,Ca,Na)4(Mn,Ti,Nb)1-2(SiO4)4(PO4)·nH2O в битуме, Ловозеро. Справа - расвумит (1) с оторочками Sr-содержащего флюорита (2) и вростки ториевого ниобосиликата (Ca,Na)2REETh4(Nb,Ti)1+xSi7-8(O,OH)y·nH2O (3) в высокосернистом битуме (4), Хибины. Изображение в обратно-рассеянных электронах.

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2. Скопления углеродистого вещества (1) в агрегате гидроксида (карбоната?) U и Pb (2) из карбурана, Лопатова Губа. Изображение в обратно-рассеянных электронах.

 

В тухолите из зоны пластинчатого альбита пегматита Виитаниеми микрозондовый анализ выявил присутствие очень мелких (менее 1 мкм) изометричных частиц фазы, содержащей только уран (предположительно, уранинит). В тухолите из зоны сахаровидного альбита Виитаниеми уран распределён между углеродистой фазой и сферическими включениями агрегатов отенита или метаотенита (Ca0.89Fe0.25Sr0.11Sb0.07Zr0.04Pb0.02)1.39[U2.08Ox][PO4]2, тогда как торий находится только в минеральной фазе, а именно в минерале ряда броккит-грейит (Сa0.48Th0.39Al0.19Pb0.16Fe0.06U0.04Sr0.03Y0.03Ti0.01Zr0.01La0.01Ce0.01)1.42[PO4]S0.03.

В противоположность описанным выше образцам, представляющим собой глобулярные скопления углеродистого вещества с минеральными включениями, карбуран из Лопатовой Губы несёт явные признаки замещения минеральной фазы (уранинита) привнесённым позднее углеродистым веществом. Скопления последнего, не содержащие минеральных вростков, обнаруживаются внутри многофазного агрегата, образующего псевдоморфозу по кубическому кристаллу уранинита (рис. 2). Минеральные фазы карбурана представлены оксидами и/или карбонатами U и Pb (U:Pb=3:1 ф. е.), фосфосиликатом U (U0.69Pb0.15Th0.14Dy0.03)1.01[Si0.61P0.35As0.05]1.01Ox·nH2O, а также англезитом.

По данным ИК-спектроскопического исследования, все изученные в настоящей работе образцы углеродистых веществ характеризуются высокими содержаниями воды и/или гидроксильных групп (3100-3600 см-1). Битумы из ультраагпаитовых пегматитов Хибино-Ловозёрского комплекса характеризуются высокими содержаниями как алифатических углеводородных групп (С-Н-валентные колебания в диапазоне 2800-3000 см-1), так и ненасыщенных органических соединений (серия полос в интервале 1200-1680 см-1). ИК-спектр тухолита из альбитита Виитаниеми характеризуется низкими содержаниями алифатических углеводородных групп, тогда как полосы поглощения ароматических групп очень сильные. При изучении методом ИКС минералов амазонитовых пегматитов Западных Кейв подтвердился вывод о концентрировании органических веществ минералами тория, сделанный ранее на примере агпаитовых пегматитов Ловозерского массива [7] - высокие содержания органических веществ были зафиксированы только в позднем торите II генерации [10].

Вышеизложенные данные демонстрируют общую устойчивую тенденцию к сосуществованию углеродистых веществ и минералов ряда характерных некогерентных редких элементов (U, Th, Y, REE, Zr, Hf, Nb, Ta, W, Sn), а также титана, в пегматитах разных типов. Постоянное присутствие минералов высоковалентных переходных элементов с высокими силовыми характеристиками в тесной ассоциации с органическими веществами в описанных объектах можно объяснить хорошо известной способностью соединений этих элементов катализировать многие реакции синтеза и преобразования органических веществ. В частности, отсюда можно сделать вывод о существовании ряда ╚битумофильных╩ элементов, к числу которых относятся U, Th, Y, Ln, Zr, Hf, Nb, Ta, Ti, W, Sn. Примечательно, что этот ряд почти совпадает с набором ╚углефильных╩ элементов, выделяемых на основании огромного статистического материала, накопленного к настоящему времени по твёрдым каустобиолитам и обобщённого в недавно вышедших монографиях [13, 14]. В гранитных пегматитах температура, при которой начинается образование карбурана, составляет около 700°С (т. е. почти одновременно с началом кристаллизации акцессорных титанита, циртолита, ксенотима-(Y), монацита-(Се) и уранинита) [5]. В отличие от гранитных пегматитов, в агпаитовых пегматитах парагенезис углеродистых веществ с минералами редких элементов формируется при значительно более низких температурах, соответствующих гидротермальной стадии.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 07-05-00130-а, гранта Президента РФ НШ-863.2008.5 и гранта Фонда содействия отечественной науке (И.В.П.).

 

  1. Флоровская В.Н., Зезин Р.Б., Овчинникова Л.И. и др. Диагностика органических веществ в горных породах и минералах магматического и гидротермального происхождения. М.: Наука, 1968. 250 с.

  2. Петерсилье И.А. Геология и геохимия природных газов и дисперсных битумов некоторых геологических формаций Кольского полуострова. М.-Л.: Наука, 1964. 171 c.

  3. Ellsworth R.V. Thucholite, a remarkable primary carbon mineral from the vinicity of Parry Sound, Ontario // Am. Min. 1928а. 13. 419-442.

  4. Joubin F.R. Uranium deposits of the Algoma District, Ontario // Can. Inst. Min. Metall. Trans. 1954. 58. 431-437.

  5. Лабунцов А.Н. Пегматиты Северной Карелии и их минералы // В кн.: Пегматиты СССР. М.: АН СССР, 1939. Т. 2. 260 с.

  6. Жиров К.К., Бандуркин Г.А. Минералого-геохимические особенности акцессорных карбуранов из пегматитов Северной Карелии и Кольского полуострова // Материалы по минералогии Кольского полуострова. Л.: Наука, 1968. ╧6. С. 210-220.

  7. Чуканов Н.В., Ермолаева В.Н., Пеков И.В., Соколов С.В., Некрасов А.Н., Соколова М.Н. Редкометальная минерализация, связанная с битуминозными веществами в поздних ассоциациях пегматитов Хибинского и Ловозёрского массивов // Труды Минералогического музея РАН (Новые данные о минералах). 2005. Т. 40. С. 80-94 (Chukanov N.V., Ermolaeva V.N., Pekov I.V., Sokolov S.V., Nekrasov A.N., Sokolova M.N. Rare-metal mineralization connected with bituminous matters in late assambleges of pegmatites of the Khibiny and Lovozero massifs // New Data on Minerals. 2005. Vol. 40. P. 80-95).

  8. Чуканов Н.В., Пеков И.В., Соколов С.В., Некрасов А.Н., Ермолаева В.Н., Наумова И.С. К вопросу об образовании и геохимической роли битуминозных веществ в пегматитах Хибинского и Ловозёрского щелочных массивов (Кольский полуостров, Россия) // Геохимия. 2006. ╧ 7. С. 774-789 (Chukanov N.V., Pekov I.V., Sokolov S.V., Nekrasov A.N., Ermolaeva V.N., Naumova I.S. On the Problem of the Formation and Geochemical Role of Bituminous Matter in Pegmatites of the Khibiny and Lovozero Alkaline Massifs, Kola Peninsula, Russia // Geochemistry International. 2006. Vol. 44. No. 7. P. 715-728).

  9. Lahti S. The granitoids and pegmatites of the Eräjärvi area. In: Geological Survey of Finland. 1989. Guide 26. P. 26-36.

  10. Волошин А.В., Пахомовский Я.А. Минералы и эволюция минералообразования в амазонитовых пегматитах Кольского полуострова. Л., 1986. 168 с.

  11. Eakin P.A., Gize A.P. Reflected-light microscopy of uranferous bitumens // Mineral. Mag. 1992. Vol. 56. P. 85-99.

  12. Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Ценные элементы-примеси в углях. Екатеринбург: РИО УрО РАН, 2006. 538 с.

  13. Арбузов С.И., Ершов В.В. Геология редких элементов в углях Сибири. Томск: Д-Принт, 2007. 468 с.

зеркало на сайте "Все о геологии"