Тезисы международной конференции

Рудный потенциал щелочного, кимберлитового

 и карбонатитового магматизма

Abstracts of International conference

Ore potential of alkaline, kimberlite

and carbonatite magmatism

Минералы-концентраторы U иTh в карбонатитах Гулинского массива.

Сорохтина Н.В., Когарко Л.Н., Кононкова Н.Н.

ГЕОХИ РАН, Москва, Россия

Состав и парагенезис редко-метальных минералов карбонатитов Гулинского массива подобен тому, что наблюдается и в палеозойских щелочно-ультраосновных комплексах Кольской Щелочной провинции [Chakhmouradian & Williams, 2004]. Однако обогащение Гулинских редкометальных руд радиоактивными элементами и специализация этого массива на ЭПГ и Au оруденение имеет сходство с щелочным комплексом Палабора, ЮАР, в котором совместная U-Th и благороднометальная минерализация связана с карбонатитовыми породами [Буллах и др., 1998]. Отличием Гулинского массива является фракционирование благородных и радиоактивных металлов в процессе становления массива, источником ЭПГ являются главным образом породы ультраосновного состава, а радиоактивных элементов и возможно Au, Ag – породы карбонатитовой серии.

В карбонатитах Гулинского массива нами выявлены типичные минеральные фазы-концентраторы редких металлов – кальциртит, минералы гр. перовскита, бадделеит, минералы гр. пирохлора, торианит, цирконолит. Радиоактивными элементами Гулинские карбонатиты обогащаются на ранних стадиях кристаллизации и обедняются на поздних, Th\U отношение возрастает, содержание U падает до предела обнаружения. Главными минералами-концентраторами радиоактивных элементов являются торианит, U и Th обогащенный пирохлор, цирконолит.

Карбонатиты Гулинского массива различаются на ранние кальцит-флогопитовые и поздние – доломитовые. В кальцитовых карбонатитах главными минералами являются: диопсид, монтичеллит, флогопит; второстепенными - форстерит, кирштейнит, магнетит, фторапатит; акцессорными - минералы гр. перовскита, кальциртит, бадделеит, минералы гр. пирохлора, торианит, доломит, редкоземельные карбонаты, бритолит-(Се), стронцианит, сульфиды. Доломитовые карбонатиты содержат в качестве второстепенных - кальцит, гидроксилапатит, минералы гр. амфиболов; акцессорных - минералы гр. пирохлора, барит, магнетит, гематит, сульфиды.

В Гулинском массиве наблюдается типичная для интрузивных карбонатитов эволюция минералов гр. пирохлора: от ранних высоко-Th-U разновидностей к более поздним - Ca-Na и Ba-Sr. Вторичное замещение выражено в образовании катиондефицитного, обогащенного Si и H2O пирохлора.

Пирохлор ранних кальцитовых карбонатитов характеризуется сложной ростовой осцилляторной, мозаичной или блочной зональностью, которая подчеркивается вариациями содержаний Ta, U, Th, Zr, REE. Характерна следующая последовательность кристаллизации. 1 – уранпирохлор, обогащенный Th, Ta: Th/U - 0.7, UO₂ от 10 до 18 мас.%, ThO₂ от 4 до 15 мас.%, Ta₂O₅ от 4 до 13 мас%, REE₂О₃ от 2 до 8 мас.%. 2 торий-урановые разновидности, с резко повышенным содержанием Ta: Th/U - 2.5, UO₂ до 16 мас.%, ThO₂ до 20 мас.%, Ta₂O₅ до 25 мас.%, REE₂О₃ до 16 мас.%, BaO до 7 мас.%. 3 – (зона вторичного замещения) UО₂ резко падает до первых сотых %, возрастает ThO₂ до 17 мас.%, Th/U - 124.6, Ta₂O₅ до 16 мас%, SiO₂ до 12 мас.%, Ba, Sr до 10 мас.%, образуются катиондефицитные, гидратированные разновидности.

В доломитовых карбонатитах первым кристаллизуется Ca-Na пирохлор практически без U и Ta (0.n-0.0n мас. %), с повышенными содержаниями ThO₂ до 9 мас.%, REE₂О₃ и BaО до 10 мас. %. Катиондефицитные участки вторичного замещения обогащены Sr, Ba, REE, Th и Si (до 10 мас.% оксида каждого элемента), Th/U возрастает до 500 и более.

Минералы группы пирохлора концентрируют существенные количества радиоактивных элементов, что является отличительной особенностью Гулинских карбонатитов. Содержание ThO₂ в раннем пирохлоре достигает 20.02 мас. % и является одним из самых высоких по сравнению с карбонатитами из других месторождений [Chakhmouradian & Williams, 2004]. Исключение составляет Zr-обогащенный пирохлор из месторождения Ока, Канада, где установлено содержание ThO₂ 21.05 мас. % [Zurevinski & Mitchell. 2004]. Содержание UO₂ в Гулинских пирохлорах достигает 18 мас.%, при существенном обогащением танталом. Наиболее высокими содержаниями UO₂ характеризуется пирохлор из фоскоритов Хибинского массива до 23.3 мас.%, но при этом для него характеры низкие содержания Th и Ta [Зайцев и др., 2011]. Особенностью Гулинского пирохлора из кальцитовых карбонатитов является его существенное обогащение танталом, концентрация которого является одной из наиболее высоких из установленных в других карбонатитовых массивах [Chakhmouradian & Williams, 2004, Багдасаров, 2009].

В целом, для минералов группы пирохлора из Гулинских карбонатитов как кальцитовых, так и доломитовых наблюдаются сильные отрицательные корреляции между (Nb,Ta) и (Ti,Zr), Ca и (Th,U) с учетом вакансии (v); и сильная положительная корреляция между (Th,U) и Zr. В пирохлоре из кальцитовых и доломитовых карбонатитов наблюдается изоморфизм катионов по схеме:

(Th,U)⁴⁺ + (Zr,Ti)⁴⁺ + v → Ca²⁺ + (Nb,Ta)⁵⁺ + Na⁺, которая подчеркивается значительной отрицательной корреляцией между этими элементами (рис. 1).

Рисунок 1 Обобщающая корреляционная диаграмма соотношения катионов в минералах гр. пирохлора из карбонатитов Гулинского массива (ф.е., v – дефицит в позиции Са).

Торианит является единственным собственным минералом Th, установленным в Гулинском массиве. В кальцитовых карбонатитах он кристаллизуется в виде отдельных кристаллов или сингенетически срастает с уранпирохлором и бадделеитом, совместно с пирохлором и золотом он накапливается в россыпях [Malitch et al., 2011]. Согласно составу, Гулинский торианит является конечным членом изоморфной серии уранинит-торианит-церианита, в отличие от других карбонатитовых массивов содержит незначительное количество примесных элементов. Содержание ThO₂ варьирует от 87 мас.% до 94.29 мас. %, минерал отличается зональным распределением U, Th, Zr и содержит многочисленные включения кальцита, апатита, бадделеита.

Цирконолит в коренных породах Гулинского массива установлен впервые, ранее он был обнаружен во включениях в россыпном золоте [Malitch et al., 2011]. Он кристаллизуется в кальцитовых карбонатитах как одна из последних редкометальных фаз. Цирконолит формирует короны из сросшихся мелких (до 40mkm) кристаллов вокруг сростков уранпирохлора-(Th) и бадделеита или совместно со сфалеритом образует включения в магнетите. Минерала обогащен ThО₂ до 7 мас.% и REE₂О₃ до 15.2 мас.%. Отмечаются положительные корреляции между Ca и REE, Ti и Zr; отрицательные между Nb и Ti. Изоморфные замещения проходят по схеме: Zr⁴⁺ + Ca²⁺ + (Ta,Nb)⁵⁺ ↔ REE³⁺ + (Th,U)⁴⁺ + Ti⁴⁺.

Таким образом, в карбонатитах Гулинского массива выделены и изучены минералы-концентраторы U и Th: минералы гр. пирохлора, торианит и цирконолит. Эволюция состава пирохлора проходит от высоко урановых разновидностей в сторону обогащения Th, Ta, Ba, Sr и Si. Торианит является единственным собственным минералом радиоактивных элементов карбонатитов, совместно с минералами группы пирохлора он может формировать рудные концентрации. Замечательная легкость выделения акцессорных минералов группы пирохлора, торианита и цирконолита из карбонатитов делает их перспективными на радиоактивное сырье.

Литература

Багдасаров Ю.А. К геохимии тантала в карбонатитовом процессе // Геохимия. 2009. № 2. С. 171-183.

Булах А.Г., Рудашевский Н.С., Карчевский П.И. Золото, серебро, сульфиды и редкоземельные минералы в карбонатитах месторождения Люлекоп (ЮАР)//1998 ЗВМО №3, С. 45-53

Зайцев А.Н., Вилльмс Ч.Т., Уолл Ф., Золотарев А.А. Эволюция химического состава минералов группы пирохлора из фоскоритов и карбонатитов Хибинского щелочного массива. // ЗРМО. 2011. №3. С. 40-55.

Chakhmouradian, A.R., Williams, C.T. Mineralogy of high-field-strength elements (Ti, Nb, Zr, Ta, Hf) in phoscorititic and carbonatitic rocks of the Kola Peninsula, Russia. / In: Phoscorites and Carbonatites from Mantle to Mine: The Key Example of the Kola Alkaline Province (F. Wall & A.N. Zaitsev). The Mineralogical Society. (2004). Ser. 10. 293–340.

Malitch K.N., Sorokhtina N.V., Goncharov M.M. Carbonatite of the Guli massif as a possible source of gold: evidence from zirconolite inclusions in Au-rich nuggets // Workshop of peralkaline rocks and carbonatites. Tubingen, Germany, June 16-18, 2011. P. 147-150.

Zurevinski S. E., Mitchell R.H. Extreme compositional variation of pyrochlore-group minerals at the Oka carbonatite complex, Quebec: evidence of magma mixing.// Can. Min. 2004. V 42. P. 1159-1168.