Тезисы международной конференции

Рудный потенциал щелочного, кимберлитового

 и карбонатитового магматизма

Abstracts of International conference

Ore potential of alkaline, kimberlite

and carbonatite magmatism

Гипергенные механизмы наращивания рудного потенциала карбонатитов

Лапин А.В.

Иннститут минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов

Москва, Россия. lapin @ imgre.ru

Несмотря на значительный сырьевой потенциал щелочно-карбонатитовых комплексов (редкие металлы, апатит, магнетит, слюдяное сырье и др.), практика показывает, что реальные промышленные объекты этой формации, включая такие уникальные и супербогатые месторождения, как Араша,  Маунт-Вельд, Томтор и другие, чаще всего связаны не с первичными породами, но с корами их выветривания. Очевидная причина этого – весьма эффективные рудоконцентрирующие механизмы, действующие в зоне гипергенеза карбонатитов и ведущие к резкому наращиванию их исходного сырьевого потенциала.

Главный и наиболее универсальный рудоконцентрирующий механизм, который реализуется в различных фациальных условиях выветривания (как в латеритной, так и в гидрослюдистой фаций), а так же в различных гипергенных обстановках – окислительной и восстановительной – механизм остаточного накопления инертных рудных компонентов связанный с растворением и выносом подвижных компонентов. Несмотря на универсальность этого механизма его проявления вполне специфичны как в каждом из фациальных типах кор выветривания карбонатитов, так и на окислительном и восстановительном этапах гипергенеза (Лапин, Толстов, 2011).

В условиях гидрослюдистой фации с более низкой начальной кислотностью вод рудоконцентрирующий эффект обеспечивается только за счет растворения и выноса карбонатов, в то время как все другие компоненты карбонатитов сохраняют устойчивость и накапливаются в остаточных продуктах. В условиях латеритной фации рудоконцентрирующий эффект значительно усиливается,  поскольку при более высокой начальной кислотности вод становятся неустойчивыми и выносятся не только карбонаты, но так же силикаты и апатит, при этом эффект остаточное концентрирование реализуется только в отношении наиболее устойчивых редкометальных рудных компонентов, а так же в отношении легко гидролизуемых элементов, таких как железо и марганец.

Важно, что в остаточных продуктах выветривания накапливаются не только рудные компоненты, имеющие собственные минеральные формы, такие, как пирохлор, колумбит и другие, но и те компоненты, которые присутствуют в карбонатитах в виде изоморфной примеси в растворимой карбонатной и других формах. К ним относятся лантаноиды, иттрий, скандий и другие компоненты, инертные в корах выветривания. Благодаря этому рудный комплекс карбонатитов обогащается новыми компонентами, а интенсивность оруденения существенно возрастает.

Различиями в соотношении масс инертных и подвижных компонентов карбонатитов в продуктах выветривания гидрослюдистой и латеритной фаций объясняется то, что степень концентрирования рудных компонентов в остаточных охрах гидрослюдистой фации обычно составляет от 2 до 3,  в то время как в латеритных охрах она обычно варьирует от 4 до 8.

Механизм остаточного накопления инертных рудных компонентов за счет выноса подвижных компонентов наиболее эффективен в корах выветривания, сформировавшихся в течение двух последовательных этапов гипергенеза – окислительного и восстановительного. Именно с такими корами связаны уникальные сверхбогатые комплексные редкометальные руды томторского типа. Аномально высокая продуктивность руд этого типа обусловлена суммированием рудоконцентрирующих эффектов двух этапов гипергенеза – окислительного этапа поверхностного выветривания и восстановительного эпигенетического этапа, который устанавливается после перекрытия кор более молодыми угленосными осадками. Особый эффект последовательного проявления окислительного и восстановительного этапов гипергенеза достигается благодаря тому, что железо,  инертное на первом этапе и накапливающееся до предельно высоких концентраций, на эпигенетическом этапе восстанавливается, становится подвижным и выносится, обеспечивая повторное резкое концентрирование сохраняющих инертность редких металлов. Суммарная степень концентрирования редких металлов (Nb, Ta, La, Ce, Pr, Nd, Y, Sc, и др.) в рудах этого типа по отношению к исходным карбонатитам достигает 15-20-кратной величины.

Второй главный гипергенный механизм наращивания рудного потенциала карбонатитовых комплексов интересен с точки зрения перспектив их фосфатного оруденения. Этот механизм реализуется при формировании латеритного профиля выветривания карбонатитов, особенностью которого является инверсионный характер зональности и развитие на глубоких горизонтах профиля зоны вторичного фосфатного обогащения, за счет переотложения фосфора, вынесенного из верхних горизонтов коры выветривания. В результате в латеритных корах выветривания карбонатитов, которые содержат  обычную апатитовую минерализацию (3-4% Р₂О₅ )и не представляют практического интереса, формируются богатые остаточно-инфильтрационные и инфильтрационные апатит-франколитовые и лимонит-франколитовые руды, которые могут иметь промышленное значение. Примеры подобных месторождений – Ковдорское (Россия), Сокли (Финляндия), Каталан I  (Бразилия).

Рисунок. .рН суспензии гипергенных продуктов латеритного и гидрослюдистого профилей выветривания карбонатитов

·       1, 2 – охры латеритного профили Чуктуконского (1) и Татарского (2) месторождений; 3, 4 – лимонит-франколитовые породы Чуктуконского (3) и Татарского (4) месторождений; 5 – апатит-франколитовые руды Ковдорского месторождения; 6-охристые продукты гидрослюдистого профиля (Татарское месторождение):7– кальцитовые карбонатиты (Чуктуконское месторождение); 8– доломитовые карбонатиты (Татарское месторождение); 9 кальцитовые карбонатиты Ковдорского месторождения.

·       Ех – ЭДС электрожной системы, мВ.

·        

·  В корах гидрослюдистой фации месторождения этого типа не образуются. Очевидно, что условием формирования зоны вторичного фосфатного обогащения в латеритном профиле выветривания карбонатитов является более значительный градиент кислотности между поверхностными водами и карбонатитами. Прямые измерения РН суспензии гипергенных продуктов и исходных пород (рисунок) показывают, что начальным условиям латеритного выветривания соответствует кислая среда минералообразования (РН=5,4-6,7), которая фиксируется значениями РН суспензии гипергенных продуктов верхнего охристого горизонта зрелого латеритного профиля. Поскольку РН растворов, равновесных с карбонатитами, характеризуется значениями 8,7-10,2, в латеритном профиле выветривания создается значительный градиент кислотности между растворами приповерхностных горизонтов и низами зоны гипергенеза (зона застойных вод), где растворы находятся в равновесии с породами субстрата.

В этот диапазон попадают различные по геохимическим тенденциям области – кислая область, в которой преобладает тенденция неустойчивости минералов карбонатитов, включая апатит, и нейтральная и щелочная область, в которой эти минералы вновь становятся устойчивыми и преобладает осаждение компонентов, вынесенных из верхней зоны выщелачивания. Именно в этой последней области и формируются богатые фосфатные руды, в которых остаточный апатит карбонатитов совмещается с гипергенным переотложенным гидроксил-карбонат-апатитом – франколитом.

Такие богатые и супербогатые фосфатные руды так же, как и уникальные комплексные редкометальные руды томторского типа в эпигенетически измененных латеритных корах выветривания карбонатитов, в которых полезные компоненты достигают близких к предельным степеней обогащения, по существу представляют собой природные концентраты – естественные продукты эффективной химической переработки карбонатитов в условиях гипергенеза.

Литература

Лапин А.В., Толстов А.В. Минерагения кор выветривания карбонатитов. Методич.руководство. М., Изд-во ГЕОКАРТ, ГЕОС. 2011. 308 с.