Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Акцессорные минералы - индикаторы условий формирования и потенциальной рудоносности гранитов Северного массива (Чукотка)

ВАК РФ 25.00.05, Минералогия, кристаллография

Автореферат диссертации по теме "Акцессорные минералы - индикаторы условий формирования и потенциальной рудоносности гранитов Северного массива (Чукотка)"

На правах рукописи

ПОЛЯКОВА Екатерина Владимировна

АКЦЕССОРНЫЕ МИНЕРАЛЫ - ИНДИКАТОРЫ УСЛОВИЙ ФОРМИРОВАНИЯ И ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ РУДОНОСНОСТИ ГРАНИТОВ СЕВЕРНОГО МАССИВА (ЧУКОТКА)

Специальность 25.00.05 - Минералогия, кристаллография

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

005533491

2 « СЕН 2013

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ - 2013

005533491

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Научный руководитель —

доктор геолого-минералогических наук, член-

корреснондент РАН, профессор

Марин Юрий Борисович

Официальные оппоненты:

Бродская Римма Львовна доктор геолого-минералогических наук, ст. науч. сотр., ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский геологический институт имени А.П. Карпинского», отдел минералогических методов исследований, ведущий научный сотрудник

Евдокимов Александр Николаевич доктор геолого-минералогических наук, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», кафедра геологии и разведки месторождений полезных ископаемых, профессор

Ведущая организация - федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет»

Защита состоится 11 октября 2013 г. в 16 ч на заседании диссертациоппого совета Д 212.224.04 при Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д. 2, ауд. 4312.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального минерально-сырьевого университета «Горный».

Автореферат разослан 10 сентября 2013 г. УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ —

диссертационного совета Гульбин Юрий Леонидович

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В настоящее время акцессорные минералы широко используются для решения вопросов корреляции, расчленения, выявления условий формирования и оценки потенциальной рудоносности гранитоидных массивов. Гранитный массив Северный содержит урановое и оловянное оруденение, добыча которого, возможно, станет рентабельной после завершения начатого в 2012 г. строительства автодороги Магадан - Певек. Поиск новых рудных тел на Северном массиве затруднен ввиду сложности его строения. Акцессорные минералы, являющиеся важным источником информации о генезисе гранитоидов и связанных с ними рудных тел, на Северном массиве практически не изучены. В 1946 - 1992 гг. съемочно-поисковыми партиями исследовался лишь видовой состав акцессорных ассоциаций, однако, ввиду несовершенства применявшихся методов, многие акцессории не могли быть обнаружены, не были исследованы их строение, неоднородности состава, включения. Применение современных методов позволяет получить принципиально новую информацию об этих важных минералах-индикаторах петро- и рудогенеза.

Цель работы. Установление морфологических и структурно-химических особенностей акцессорных минералов на микроуровне, выявление закономерностей их пространственного распределения и временной эволюции для интерпретации генезиса различных типов гранитов массива Северный и связанного с ними оруденения, а также изучения стадийности эндогенных процессов (от внедрения материнских гранитов до образования метасоматитов).

Задачи исследования:

- уточнение видового состава ассоциаций акцессориев гранитов Северного массива;

- изучение морфологии, анатомии, химического состава и типоморфных особенностей акцессорных минералов из разных типов гранитов;

- оценка условий формирования акцессориев Северного массива и их роли как индикаторов петро- и рудогенеза.

Фактический материал и методы исследования. В основу диссертации положен каменный материал, собранный автором в ходе полевых работ 2011 г. на Северном массиве: 10 опорных проб гранитов массой 3-5 кг различной степени измененное™, 56 штуфных проб

массой 500-1200 г и 87 сколов (100-300 г) гранитов (всего 114 проб), 12 шлихов элювия (в том числе 4 - по опорным пробам), а также материал из коллекции Ю.Б. Марина и В.И. Алексеева, отобранный в ходе полевых работ 1991 года: 8 штуфных проб, 98 петрографических шлифов. В ходе исследования выполнен химический анализ 39 проб гранитов методами РСФА (петрогенные компоненты; спектрометр ARL-9800) и ИСП-МС (Be, V, Cr, Ge, Rb, Sr, Y , Zr, Nb, Sn, Cs, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Та, W, Pb, Th, U, Li, Bi; спектрометр ELAN-drc-e Rerkin-Elmer) в ЦЛ ВСЕГЕИ, Санкт-Петербург, а также методом РСФА (V, Cr, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Cs, Ba, Pb, Th, U, La, Ce, Nd, Sm, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Mn, Sc; спектрометр Tiger S8) в Университете Тромсё, Норвегия [анализы выполнялись автором работы под руководством Э. Руне (Е. Ravna)]. Детально описано более 210 шлифов. Акцессории исследованы оптически в 19 протолочках и 12 шлихах элювия, методом растровой электронной микроскопии и микрорентгеноспектрального анализа в 35 пробах (CamScan MV-2300, ВСЕГЕИ, аналитик E.JL Грузова): всего выполнено 618 количественных измерений состава минералов, кроме того, 208 зерен было диагностировано качественно. Для качественного и приближенно количественного изучения акцессорных ассоциаций в 4 пробах была применена автоматизированная система QemScan [Technoinfo Ltd аналитики O.B. Кнауф (англ), А. Бенедиктус (А. Benedictas)].

Научная новизна. Изучены закономерности распределения акцессорных минералов в разных типах гранитов массива Северный. Установлена зависимость между содержанием легких РЗЭ в монацитах и составом слюд. Выявлена конституционная изменчивость акцессорных минералов, отражающая стадийность и условия формирования гранитов и ассоциирующих с ними рудоносных метасоматитов. Показано, что индикаторными признаками степени измененности гранитов Северного массива под воздействием высокотемпературных (доцвиттеровых) процессов могут служить следующие особенности акцессорной минерализации: доля низкотемпературного морфотипа циркона Gl от общего количества зерен циркона, средние содержания и дисперсии содержаний лантаноидов в монаците и ксенотиме, Мп в ильмените, Fe, Y, As, U в торите.

Практическое значение. Уточнение и расширение комплекса акцессорных минералов с выявлением их типоморфных признаков

будет способствовать выделению в пределах Северного массива перспективных участков для поисков новых рудных тел, в том числе тантал-ниобиевой минерализации, в ореолах урановослюдковых рудных тел. Полученные новые данные о генерациях циркона, монацита, ксенотима и степени измененности этих акцессориев будут учитываться при геохронологических исследованиях для более корректного изотопного датирования пород Северного массива и других многофазных гранитоидных интрузий. Сделанные в работе выводы о типоморфных особенностях акцессорных минералов гранитов могут использоваться при подготовке курсов лекций по учебным дисциплинам «Прикладная геохимия и минералогия» и «Поисковая минералогия».

Защищаемые положения:

1. Комплекс акцессорных минералов гранитов Северного массива насчитывает не менее 25 минеральных видов. Сквозными минералами для биотитовых и циннвальдитовых гранитов являются циркон, ильменит, монацит-(Се), ксенотим-(У), торит, флюорит, анатаз, пирофанит; остальные виды связаны преимущественно с циннвальдитовыми, а некоторые - только с измененными биотитовыми и циннвальдитовыми гранитами.

2. В биотитовых и циннвальдитовых гранитах циркон, монацит, ксенотим образуют не менее 2 генераций. Магматический генезис надежно установлен для первой генерации циркона; вероятно магматическое происхождение алланита, наличие магматических генераций монацита, ксенотима, торита, апатита.

3. Признаками трудно диагностируемых изменений гранитов массива под воздействием высокотемпературных (доцвиттеровых) процессов могут служить следующие особенности акцессорной минерализации: высокая доля низкотемпературного морфотипа циркона

от общего количества зерен циркона в пробах, средние содержания и стандартные отклонения содержаний лантаноидов в монаците и ксенотиме, Мп в ильмените, Ре, У, Ав, и в торите.

4. При цвиттеризации биотитовых гранитов монацит растворялся и переотлагался в форме церианита, торит замещался черновитом, кристаллизовался петшекит, ассоциирующий с вольфрамоиксиолитом и ферберитом. Рассеянная петшекитовая минерализация послужила источником или одним из источников уранослюдкового оруденения на Северном массиве.

Апробация работы. Основные положения диссертации опубликованы в 9 печатных работах, включая 3 статьи в реферируемых журналах из списка ВАК и 6 публикаций в материалах российских и международных конференций. Результаты исследований докладывались на XI Съезде и Годичном собраниии Российского минералогического общества (Санкт-Петербург, 2010 и 2012 г.); XLVIII Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 2011 г.); Научных чтениях памяти П.Н. Чирвинского (Пермь, 2012 г.) V Региональной конференции молодых ученых «Современные проблемы геологии, геохимии и экологии дальнего Востока России» (Владивосток, 2012 г.); II научной молодежной школы-конференции «Новое в познании процессов рудообразования» (Москва, 2012 г.).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения и 3-х приложений. Работа изложена на 160 страницах текста, сопровождается 39 иллюстрациями, 27 таблицами. Список цитируемой литературы включает 143 наименования.

Благодарности. Диссертационная работа выполнена под руководством члена-корреспондента РАН Юрия Борисовича Марина, которому автор выражает бесконечную благодарность за всестороннюю помощь и поддержку. Автор горячо благодарит Виктора Ивановича Алексеева (Горный университет) за предоставление части материалов для исследования, поддержку в выполнении исследований и ценные критические замечания при обсуждении результатов работы. Автор благодарит И.В. Тибилова (СПбГУ), А.Д. Колотилова, И.Ю.Черепанову (ЗАО «ЧГГП»), В.А. Михайлова (ВСЕГЕИ), В.В. Смоленского (Горный университет), А.К. Шпаченко (ГИ КНЦ РАН) за плодотворные обсуждения, А.Ч. Машека (Военная академия связи) за консультации по статистической обработке результатов измерений. Особую благодарность автор выражает аспирантке A.B. Кургузовой (Горный университет) за постоянные плодотворные обсуждения и конструктивное сотрудничество при организации и проведении лабораторных исследований. Автор благодарен A.B. Городинскому (ААНИИ) за участие вместе с автором в полевых работах на Северном массиве и помощь в их организации, мэру г. Певека Е.В. Данилюку и А.Б. Белоусову (ЗАО «Пролив Лонга»), В.Я. Липенкову, A.A. Екайкину (ААНИИ), С.А. Гутову, В.А. Войнову,

А.Д. Колотилову (ЧГГП), Ю.А. Капасеву за помощь в организации полевых работ на Северном массиве. Автор благодарит O.E. Корнейчика, О.В. Кнауфа, А. Бенедиктуса (А. Benedictas) (Техноинфо Лтд) за выполнение анализов системой QemScan, К. Кюллеруда (К. Kullernd), Э. Руне (Е. Ravna) (университет г. Тромсё) за организацию стажировок и измерение валовых составов гранитов, а также E.JI. Котову (Горный университет) за помощь в организации этих стажировок. Значительную помощь в проведении лабораторных исследований и обработке результатов оказали Е.Б. Евангулова, А.И. Глазов, М.А. Устинцева, Г.К. Шнай, Д.А. Петров, C.B. Петров, М.А. Мачевариани (Горный университет), E.J1. Грузова (ВСЕГЕИ). Всем им автор выражает искреннюю благодарность. Исследования были поддержаны грантами Министерства образования (государственный контракт № 14.740.11.0192), РФФИ (11-05-00868-а).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1. Краткий геологический очерк

Северный массив расположен в 50 км к востоку от Чаунской губы, образуя фрагмент Шелагского хребта, сложен биотитовыми и циннвальдитовыми гранитами и лейкогранитами (рисунок 1) и пересечен поясом преимущественно лампрофировых даек, относящихся к ичувеемскому комплексу малых интрузий [Сутугин, Тибилов, 1969; Тибилов, 2005; Алексеев, 2009]. С массивом небольшой перемычкой связан Пургинский купол, одними исследователями [Константинов, 2005; и др.] и в данной работе описываемый как отдельный Пургинский массив, а другими [Алексеев, 2005; Тибилов, 2005 и др.] как обособленная часть Северного массива. Последний вместе с Янранайским, Инрогинайским, Пырканайваамским и Пытлянским массивами входит в состав крупнейшего на Чукотке Восточно-Чаунского батолита. В пределах массива известны месторождение урана ураново-слюдкового типа (Северное) и жильные проявления олова участка Кекурный. В северо-восточном экзоконтакте массива находится обширное рудное поле Лево-Ергувеемского жильно-штокверкового оловянного месторождения.

На территорию Северного массива за время его исследования с 1932 по 1991 г. составлены государственные геологические карты масштаба 1:200 000, карты масштабов 1:10 000 - 1:50 000 на рудные поля и

поисковые участки, карты гравитационных и магнитных полей в масштабе 1:1000 000; проведены 1:200 000 аэромагнитная съемка и 1:50 000 аэрофотосъемка. На отдельных участках в 1947 - 1951 были проведены геолого-радиометрические поиски в масштабе 1:50 000, 1:25 000 и 1:10 000. В эти же годы проводились геолого-съемочные работы с радиометрическим сопровождением в масштабе 1:50 000. Проводились также специальные тематические исследования.

По данным ряда исследователей [Липатов, 1954ф; Загрузина, 1965ф; Караева, 1967ф; Гельман, 1979; Колотилов, 1983ф; Пельцман, 1988ф; Цветков, 1989ф, Журавлев, 1999; Ефремов, 2012], массив однофазен. Разнообразие структурных разновидностей гранитов объясняется полным тектоническим покоем при формировании массива [Липатов, 1953ф], перекристаллизацией в результате динамометаморфизма [Загрузина, 1965ф] либо воздействием надкритических растворов [Караева, 1967ф]. Согласно В.К. Политову [Политов, 1988ф] в Северном массиве выделяется 5 гранитных фаз. По мнению других авторов [Алексеев, Марин, 1992ф; Алексеев, 2005; 2011; Константинов, 2005], массив образован двумя магматическими комплексами: чукотским (биотитовыми гранитами) и пыркакайским (редкометальными топаз-циннвальдитовыми гранитами, образующими горнопородные тела мощностью в первые метры и десятки метров [Алексеев, 2005]). Особенностью строения массива является наличие множества пластовых залежей различных гранитоидов в теле главной фазы, имеющих нерезкие интрузивные контакты и создающих впечатление расслоенности прикровельной части интрузива [Алексеев, 2011]. По И.В. Тибилову [Тибилов, 2005], Северный массив, как и весь Восточно-Чаунский батолит, имеет автохтонно-метасоматическую природу и наличие разных типов гранитов в нем обусловлено особенностями проявления процессов магматоморфного метасоматоза. Акцессорные минералы гранитоидов массива исследовались Д.С. Голотой [Голота, 1952ф], З.Г. Караевой [Караева, 1967ф], В.И. Алексеевым [Алексеев, 2007; 2010; 2011; 2012].

В работе рассмотрены два основных типа гранитов: биотитовые и циннвальдитовые. По структуре биотитовые граниты разделены на крупнозернистые (к ним отнесены в том числе гигантозернистые неравнозернистые и порфировидные) и мелкозернистые порфировидные (с ними вместе рассматриваются и среднезернистые резкопорфировидные граниты), а циннвальдитовые - на

среднезернистые и мелкозернистые порфировидные. Внутри тел биотитовых гранитов распространены не имеющие резких границ участки развития литиевых слюд ряда циннвальдита, ассоциирующих с биотитом. Такие граниты в работе отнесены к циннвальдитизированным, в отличие от циннвальдитовых гранитов, содержащих только литиевые слюды, отличающихся от крупнозернистых гранитов по химическому составу и образующих обособленные горнопородные тела. Изучались и измененные граниты с признаками цвиттеризации, хлоритизации, аргиллизитизации, но сохранившие структуру исходных гранитов. Под «неизмененными биотитовыми гранитами» понимаются граниты, в которых отсутствуют циннвальдитизация и минералы, характерные для последующих более низкотемпературных изменений. Формулировки «отсутствуют признаки изменений», «без признаков изменений», «неизмененный (?)» допускают наличие метасоматических изменений, более высокотемпературных, чем цвиттеризация (фельдшпатизации, вторичной аляскитизации и др.), однозначно не диагностируемых.

Глава 2. Современное состояние проблемы акцессорной

минерализации кислых и ультракислых интрузивов

Наиболее полные русскоязычные обобщающие монографии по акцессорным минералам принадлежат В.В. Ляховичу. Согласно этому автору [Ляхович, 1967, 1968, 1973], «под акцессорными минералами следует понимать своеобразную минеральную форму нахождения редких и рудных элементов, которые целиком слагают большинство этих минералов или концентрируются в них в преобладающем, по сравнению с породообразующими минералами гранитов, количестве». Акцессорные минералы интрузивных пород (особенности их состава, морфологии, распределения в породах) обычно изучаются со следующими целями: 1) изучение влияния на интрузивные массивы постмагматических процессов; 2) расчленение магматических пород (как коррелятивные признаки); 3) датирование интрузий; 4) выяснение их металлоносности (в том числе выявление повышенных содержаний рудных акцессориев).

Глава 3. Методика

Граниты и взаимоотношения их горнопородных тел изучены автором в ходе проведенных им в 2011 г. полевых работ на Северном массиве; основная часть камеральных исследований выполнена по

материалам, отобранным в результате этих работ. Приводятся сведения об организации полевых работ и методике пробоотбора, карта фактического материала.

Глава 4. Особенности состава гранитов Северного массива

Разброс химических составов гранитов иллюстрирует рисунок 2. Важным признаком при отнесении гранитов Северного массива к одному из типов являются слюды, вмещающие значительную часть зерен циркона, монацита, ксенотима, торита, ильменита, рутила и других акцессориев. По данным фондовых отчетов [Липатов, 1953ф; Цветков, 1989ф; Марин, Алексеев, 1992ф; и др.], для слюд Северного массива характерно значительное содержание 1л. Традиционно в Северном массиве различают биотит и литиевые слюды; последние, по устаревшим в настоящее время номенклатурам, называли «протолитионит», «циннвальдит». Для преемственности терминологии с предыдущими исследованиями термины «циннвальдит» и «биотит» применяются в данной работе для литийсодержащих железистых слюд, диагностированных оптически по двупреломлению.

Автором было выполнено 56 электронно-зондовых анализов слюд гранитов Северного массива, в которых содержались акцессории и изучались составы монацита, ксенотима и ильменита. По результатам анализов отмечены сидерофиллит и слюды составов, промежуточных между полилитионитом и сидерофиллитом. Впервые обнаружено различие состава слюд крупнозернистых-среднезернистых и мелкозернистых порфировидных гранитов по отношению (Ре+"П)/(]^+Мп), характеризующему катионы в октаэдрической координации: в первом случае среднее значение этого отношения составляет 13.54, во втором - 19.15.

Глава 5. Акцессорные минералы Северного массива

Главные акцессорные минералы гранитоидов Северного массива перечислены в таблице 1. Всего в различных разновидностях гранитов Северного массива установлено не менее 25 минеральных видов акцессориев. Сквозными акцессорными фазами для гранитов Северного массива являются 7 минералов: ильменит, монацит-(Се), ксенотим-(У), торит, флюорит, анатаз, циркон. Остальные акцессории связаны преимущественно с циннвальдитовыми, а некоторые из них только с измененными (в той или иной степени) биотитовыми и циннвальдитовыми гранитами. Путем анализа встречаемости

акцессорных минералов установлено сходство акцессорных комплексов циннвальдитовых гранитов, циннвальдитизированных биотитовых гранитов и редкометальных литий-фтористых гранитов.

Таблица 1 - Встречаемость акцессорных минералов в различных гранитах Северного массива

По результатам данной работы и-р граниты

Минерал Идеальная формула Биотитовые граниты Циннвальдито-вые граниты

Неизм. Изм. Неизм. Изм.

Ведущие акцессорные мине ралы

Апатит Са5(Р04),(Р,0Н,С1) + +

Монацит-(Се) СеР04 + + + + +

Ксенотим-(У) уро4 + + + + +

Анатаз и другие оксиды титана с низким содержанием примесей тю2 + + + + +

Циркон 2Г5Ю4 + + + + +

Флюорит СаР2 + + + + +

Ильменит БеТЮз + + + + +

Пирофшшт МпТЮ3 +/ ? +/

Прочие акцессорные минералы, обнаруженные в 2 и более пробах

Торит с высоким содержанием примесей (в т.ч. Аэ-содержащий торит) ТИ5Ю4 + + + +

Вольфрамоиксиолит (Nb,W,Ta,Fe,Mn,Nb)204 + +

Ниобиевый рутил (Т1,ЫЬ)02 + +

Гидроксипетшекит(?) иРе„,(№,Та)207(ОН)

Псевдорутил Ре2Т1309

Церианит-(Се) Се О, +! + +

Ферберит Ре\У04 + + +

Петшекит (ишикаваит?) иРе(МЬ,Та)208 + + +

Алланит-(Се) <СаСе}{А12Ре2+}(51207) (5Ю4)0(0Н) + +

Черновит УАяО, +/ +* +

Уранинит ио2 + + +

Уранофан Са(и02)2[ШЮ4]2-5Н2 О +

Примечание. «1л-р граниты» - редкометальные литий-фтористые граниты, по [Марин, Алексеев, 1992ф; Алексеев, 2007, 2011, 2012]; «неизм.» - без признаков цвиттеризации и более низкотемпературных изменений; «изм.» - с признаками этих изменений; жирный курсив - минерал обнаружен на Северном массиве впервые; «+/» - обнаружен на Северном массиве в гранитах этого типа впервые; «+»-присутствует; «*»-в элювии; «**» - не изучался.

В результате приближенно количественной оценки содержаний (по результатам изучения протолочек, оптического исследования шлифов, применения системы Qemscan) ведущих акцессориев выявлены: пониженные содержания ильменита в циннвальдитовых гранитах (среднее содержание 6 ррт) по сравнению с биотитовыми (600 ррт), монацита в циннвальдитовых и циннвальдитизированных биотитовых гранитах (от 0.02 до 27 ррт и от 4 до 7 ррш соответственно) по сравнению с биотитовыми гранитами без признаков изменений (43 -169 ррт).

По 13 пробам (включая 10 проб биотитовых гранитов и 3 -циннвальдитовых) построены диаграммы распределения морфотипов циркона по Пюпену [Pupin, 1980] (рисунок 3). На диаграммах отмечается бимодальность распределения зерен циркона по развитию габитусообразующих призм (100) и (110). Максимальную встречаемость имеют морфотипы J5, S25, Р5, Р4, РЗ, наиболее высокотемпературные (750 - 900 условных градусов, что соответствует магматическому генезису), и морфотип G1 и, в меньшей степени, Р1, низкотемпературные (600 градусов). Они интерпретируются как принадлежащие двум генерациям, вследствие минимума

встречаемости промежуточных морфотипов Р2, S10, R2, различия свойств («высокотемпературный» циркон - бледно-коричневый или бесцветный, от прозрачного до непрозрачного, неровности на гранях кристаллографически неориентированы; «низкотемпературный» - от светло- до темно-коричневого, как правило, непрозрачный, с комбинационным рельефом граней, образованных призмой (100) и дипирамидой (110)) и наблюдаемых в единичных случаях нарастаний «низкотемпературных» морфотипов на «высокотемпературные» (рисунок 3, в). В циннвальдитовых гранитах повышена доля низкотемпературной генерации.

Поверхность зерен циркона и в биотитовых, и в циннвальдитовых гранитах имеет большое количество углублений: от мелких изометрических ямок до более крупных сложной извилистой формы (значительно чаще встречающихся на гранях призмы (110)), наблюдающихся в гранитах без признаков цвиттеризации и, очевидно, являющихся признаком более высокотемпературных изменений. И в биотитовых, и в циннвальдитовых гранитах периферия зерен обогащена Hf и обеднена U (толщина внешней высокогафниевой зоны обычно составляет 5-20 мкм) по сравнению с внутренними частями

Рисунок 1 - Схематическая геологическая карта Северного массива (по: [Политов, 1988], с дополнениями [Марин, Алексеев, 1992]): 1 - циннвальдитовые граниты (а - среднезернитые, б - молкозернистые порфировидные), 2 - мелкозернистые порфировидные биотитовые граниты, 3 - крупнозернистые биотитовые граниты, 4 - прилегающие к массиву купола биотит-роговообманковых гранитов, 5 - маршруты 2011 г.

а

\ Л I

Рисунок 2 - Составы гранитов Северного 4 1 массива и составы других редкометальных

100 I I и метасоматически измененных гранитов

2

(на диаграмме коэффициент агпаитности — коэффициент а' по А.Н. Заварицкому) [Бескин, 1999] 3 Фигуративные точки: 1-3 - граниты

ф. ■ ^ ^ ура! ивныс |очки. — 1рани1ы

Ф 1о Северного массива (1 - биотитовые граниы

80

-Ф- ^ ЯРсД + ° 4 «неизмененные», 2 - биотитовые граниты

-Ф- ■ 2 .1*. +1 циннвальдитизированные, 3

' циннвальдитизированные,

д ^ циннвальдитовые граниты), 4 -7 - граниты

-Ф- 1 К 1 по [Бескин, 1999]: 1 - литиевослюдистые

д | о ^ амазонит-альбитовые редкометальные, 5 -

-Ф- К м ° о« мусковит-микроклин-апьбитовые, 6 - Ве-

60

W грейзенизированные лейкограниты, 7 -й 7 \V-Ta-Nb-Sn грейзенизированные граниты

К \ и лейкограниты.

I

А А *

L- I

St Ss R.

Рг

S14 Su R<

S20 R-i

S« S25 Ps

JU h

bis I

p, R.

P:

S14 P> Rj

Sl9 P4 R4 —

S2? P5 R,

h h h D

Обозначения:

0-2%

2-5%

5-10%

шшшшм _

а) б) в)

Рисунок 3 - Типичные распределения морфотипов циркона по Пюпену: и) крупнозернистый биотитовый гранит без признаков изменения, 63 зерна; б) среднезернистый циннвальдитовый гранит без признаков изменения, 69 зерен; в) нарастание морфотипа Gl на морфотип Р2 (циннвальдитовый гранит, BSE изображение).

Рисунок 4 - Высокотемпературные (доцвиттеровые) метасоматические изменения в «неизмененных» гранитах: а) циркона (циннвальдитовый гранит; темные включения - «Si-P-Ca-Ti-Fe-Th вещество»), б) монацита (биотитовый гранит); светлое - участки, обогащенные торием). BSE - изображения.

а) б)

Рисунок 5 - Взаимоотношения акцессорных минералов в хлоритизированном мелкозернистом порфировидном биотитовом граните, а) BSE изображение, б) системой QemScan раскрашены минеральные фазы: 1 - кварц, 2 -плагиоклаз, 3 - калиево-натриевый полевой шпат, 4 - мусковит (?), 5 - биотит, 6 - шамозит, 7 - циркон, 8 -алланит-(Се), 9 - титанит, 10 - прочие силикаты, 11 - апатит, 12 - монацит (Се), 13 - ксенотим-Y, 14 - Мп-содержащий ильменит, 15 - прочие REE-содержашие фазы, 16 - прочие фазы.

зерен. Статистически значимого различия составов циркона первой и второй генераций не выявлено. Наблюдаются неравномерно распределенные включения (рис. 4, а) пористого недиагностированного вещества, содержащего (мае. %): БЮ2 41-87, Р205 0-18, СаО 0-5, ТЮ2 0-3, БеО 4-13, ТЬОг 8-20, а также включения альбита, слюды (из-за малого размера включений состав этой слюды не изучался); они более распространены в циннвальдитовых гранитах. По особенностям поверхности кристаллов и включениям в цирконе сделан вывод, что обе его генерации метасоматически изменены, причем эти изменения сильнее проявлены в циннвальдитовых гранитах.

Большинство зерен монацита образуют включения в кристаллах слюды, располагаясь зонально (1-й тип), либо образуя цепочки зерен и хаотично расположенные скопления (2-й тип). Выделенные типы монацита имеют различную морфологию и размеры (1-й тип: преобладают зерна размером менее 10 мкм, изометрические; 2-й тип: преобладают зерна размером более 10 мкм, уплощенные и изометрические) и отнесены к разным генерациям. В некоторых случаях включения монацита, а также ксенотима установлены в цирконе, что свидетельствует о их сингенгетичности. Значительная часть зерен ксенотима ассоциирует с монацитом первой генерации в обогащенных монацитом зонах слюды. Ассоциация мелких зерен ксенотима, торита с монацитом лишь первой генерации в слюде и с зернами монацита в цирконе, их частая встречаемость в неизмененных гранитах позволяют предположить сингенетичность этих зерен торита, ксенотима и монацита первой генерации.

Содержание ЬЛЕЕ, ТЬ, и, Са в монаците обеих генераций в биотитовых и циннвальдитовых гранитах колеблется в широких пределах. Видимо, это связано с неоднородностью отдельных зерен монацита: в нем распространены высокоториевые участки сложной неправильной формы с резкими границами (рисунок 3, б), обычно наблюдаемые в крупных зернах 2-й генерации, а в мелких зернах, ввиду ограниченности разрешения электронного микроскопа, устанавливаемые по высокому разбросу валовых составов монацита. Как правило, они приурочены к трещинам, краевым участкам зерен и границам между зернами монацита и других минералов, что указывает на значительную метасоматическую измененность монацита. Обнаружены сходные по морфологии неоднородности состава и в ксенотиме.

Выявлена прямая зависимость между содержанием LR.EE в монаците и ксенотиме и отношением (Ре+Т1)/(М§+Мп) в слюдах гранитов. Она наиболее четко выражена для совокупной выборки крупнозернистых-среднезернистых биотитовых и циннвальдитовых гранитов, а в случае монацита проявлена и для мелкозернистых порфировидных биотитовых и циннвальдитовых гранитов. Стандартные отклонения состава монацита в циннвальдитовых гранитах ниже, чем в биотитовых гранитах (таблица 2). Это может быть связано с большей степенью высокотемпературной измененное™ биотитовых гранитов или быть следствием более широкого диапазона составов слюд биотитовых гранитов, вмещающих зерна монацита и ксенотима. Близость генезиса монацита и ксенотима подчеркивается и сходством зависимости в них содержания легких лантаноидов от состава слюды.

Таблица 2 - Средние содержания (ср.) и стандартные отклонения (а) ф.к. некоторых элементов в монаците, минералах ряда ильменит-пирофанит (ильм. - пир.) и торите из гранитов «без признаков изменения»

монацит ильм.-пир. торит

(Ьа+Се) Мп Бе У Аз и

Граниты: ср. о ср. а ср. о ср. а ср. а ср. а

биотитовые 0.71 0.045 0.19 0.12 0.22 0.26 0.04 0.07 0.07 0.08 0.07 0.04

циннвальдитовые 0.71 0.021 0.23 0.13 0.11 0.09 0.25 0.27 0.17 0.12 0.08 0.10

Число анализов 62 52 13

Установлены зональные агрегаты монацит-ксенотим, монацит-апатит и апатит-ксенотим-монацит. Идиоморфизм агрегатов редкоземельных фосфатов и их полиядерность, извилистость границ неоднородностей состава отдельных минералов и их субпараллельность трещинам и краевым частям зерен в этих агрегатах позволили предположить, что эти минеральные агрегаты являются результатом метасоматического замещения: на ранней стадии последовательного замещения монацита ксенотимом и апатитом, на более поздних - замещения апатита и ксенотима монацитом второй генерации в результате немонотонного изменения концентрации легких и тяжелых редких земель в пропитывавших граниты флюидах.

Пониженное в 10 и более раз содержание монацита в циннвальдитизированных и хлоритизированных гранитах в сочетании с появлением в таких гранитах церианита свидетельствует о растворении монацита и его переотложении в форме церианита. Широкий диапазон

колебаний состава торита, неоднородности его состава, приуроченные к трещинам и порам в этом минерале и более проявленные в цвитгеризированных гранитах, присутствие черновита лишь в измененных гранитах и его распространенность в грейзенах [Алексеев, 2005], наличие агрегатов черновита и торита указывают на растворение торита и его переотложение в форме черновита.

Слюды обогащены и другими акцессорными минералами: фазами ряда ильменит-пирофанит, цирконом, анатазом, ниобиевым рутилом и другими оксидами титана, вольфрамоиксиолитом, петшекитом (ишикаваитом?) и более редкими акцессориями. Минералы ряда ильменит - пирофанит встречаются во всех гранитах Северного массива. Состав этих минералов колеблется от 0.07 до 0.81 мольных % МпТЮз, распределение содержания Мп по зернам бимодальное (усредненная формула ильменита РеолаМпо.^о.о^Ъо^ТЮз, пирофанита - Mno.voFeo.26Zno.oi У0.01№>0.01ТЮ3). Обнаруживается слабая зависимость содержания Мп от содержания в породе литиевых слюд (при отсутствии этой зависимости от состава слюды, непосредственно вмещающей минерал). Однако сильные колебания составов отмечаются и в гранитах без признаков изменения (таблица 2).

В циннвальдитизированных биотитовых и в циннвальдитовых гранитах встречаются единичные зерна ниобиевого рутила -характерного минерала редкометальных гранитов. Выявлены широкий (несколько относительных процентов) диапазон колебаний составов оксидов титана, обедненных примесями, и наличие различающихся по содержаниям № и оптическим характеристикам фаз, ассоциирующих в пределах отдельных зерен: кроме анатаза - возможно, рутила и оксидов титана низшей категории симметрии, например, акаогиита.

Торит чаще встречается в неизмененных гранитах. Его состав колеблется в весьма широких пределах (таблица 2). Неоднородности состава сходны по морфологии с высокоториевыми участками в монацитах.

Алланит редок, наблюдаетсяся только в биотитовых гранитах, преимущественно хлоритизированных. Он образует агрегаты с биотитом и хлоритом, где видны реакционные взаимоотношения между алланитом и биотитом (рисунок 5). Наличие в алланитсодержащих гранитах зонального плагиоклаза с лабрадоровыми ядрами, высокая распространенность алланита в породах ранней фазы чукотского гранитоидного комплекса [Голота

1952ф; Караева 1967ф], аналогия с Валькумейским массивом и гранитоидами Омсукчанского района, где наблюдалось замещение раннемагматического алланита биотитом [Руб, 2000], позволяют предположить, что алланит представлен реликтами раннемагматических кристаллов и замещался литиевым сидерофиллитом, который, в свою очередь, был хлоритизирован.

В циннвальдитовых гранитах (в том числе измененных) и в измененных биотитовых гранитах обнаружен петшекит (ишикаваит?) (Uo.5lSio.54)l.o5(Feo.s9Mno.o7)o.9«(Nb1.з4Tao.42Tioл4Wo.п)2.oз08 с необычно высоким содержанием кремния и гидроксипетшекит (оксипетшекит?)

(и0.85ТК0Лз)0.98(Ре0.09МП0Л1Са0Лб)0.3б(^Ь1.24Та0.20Т10.14810.50)2.08Р0.10О7.(

ОН), образующий крупные зерна размером до 40 мкм и, видимо, возникший при эндогенном окислении петшекита, и псевдорутил, образующий псевдоморфозы по минералам ряда ильменит-пирофанит. Установлены уранофан и торбернит, являющиеся результатом дальнейшего окисления гидроксипетшекита.

Глава 6. Связь особенностей акцессорных минералов с условиями образования и рудоносностью гранитов Северного массива

Перечисленные в главе 5 особенности акцессорных минералов гранитов Северного массива позволяют заключить, что магматическое происхождение имеют циркон первой высокотемпературной генерации и редкий в Северном массиве алланит. Первая, ранняя генерация монацита сингенетична слюдам в гранитах обоих типов; для зерен монацита этой генерации характерно зональное расположение в слюдах. Видимо, также сингенетичны слюде ранние генерации ксенотима и торита.

Прямая зависимость содержания 1Л1ЕЕ в редкоземельных фосфатах от состава слюды (от отношения (Ре+Т1)/(М§+Мп)) интерпретируется как следствие частичного установления термодинамического равновесия между составами слюд и составом монацита и ксенотима, проявленного, несмотря на вызванный метасоматозом разброс составов этих акцессориев даже в пределах одной пробы.

Различие составов слюд по отношению (Ре+Т1)/(1У^+М11) в крупнозернистых-среднезернистых и мелкозернистых порфировидных гранитах с учетом того, что зависимость содержания легких редких земель в монаците и ксенотиме от указанного параметра более четко проявлена в крупнозернистых гранитах, можно интерпретировать и с

позиций магматической кристаллизации этих гранитов, и с позиций перекристаллизации. В обоих случаях, чем медленнее протекал высокотемпературный процесс, тем ближе были составы редкоземельных фосфатов к равновесным.

Наряду с ранними генерациями акцессорных минералов установлены монацит, и, вероятно, ксенотим, образовавшиеся позже, чем слюды. Монацит замещается ксенотимом второй генерации, а затем апатитом. Другие редкоземельные минералы (церианит, черновит и др.) встречаются в основном в измененных (циннвальдитизированных) гранитах и, видимо, сформировались за счет изменения монацита и ксенотима.

Часть кристаллов циркона, содержащихся в слюдах (циркон морфотипа G1 и смежных с ним, по классификации Пюпена, морфотипов L4, L5, I, S4, S5, PI, R1), постмагматические и кристаллизовались при высокотемпературном метасоматозе, до цвиттеризации. Ниобиевый рутил, вольфрамоиксиолит, петшекит (ишикаваит?) в биотитовых гранитах кристаллизовались в процессе их цвиттеризации.

Комплексы акцессорных минералов, сингенетичных слюдам, качественно близки в биотитовых гранитах «без признаков изменения» и в циннвальдитовых гранитах. Это свидетельствует о сходстве условий того этапа формирования биотитовых и циннвальдитовых гранитов, на котором кристаллизовались эти слюды и сингенетичные им акцессории: магматического либо высокотемпературного метасоматического. Обеднение слюды циннвальдитовых гранитов включениями монацита и минералов ряда ильменит-пирофанит может быть следствием некоторого обеднения редкоземельными элементами (по [Miller, 1991]) и железом лейкогранитовой магмы, либо результатом воздействия на граниты связанных с её внедрением высокотемпературных флюидов, интенсивно проявленного в циннвальдитовых гранитах и приведшего к выносу вещества редкоземельных акцессориев и минералов ряда ильменит-пирофанит из слюды.

Отмечается измененность обычно устойчивых в гранитных массивах минералов - монацита и циркона, связанная с высокотемпературными метасоматическими изменениями гранитов Северного массива: альбитизацией и, возможно, другими процессами, например, вторичной аляскитизацией. Морфология зерен циркона

указывает на многостадийность этих высокотемпературных метасоматических процессов. Повышенная степень измененности циннвальдитовых гранитов под воздействием этих процессов может быть связана с высокой флюидонасыщенностью расплавов. Вероятно, с этими же процессами связаны выявленные изменения ксенотима и торита.

Имеются признаки окисления изученных гранитов, вероятно, протекавшего начиная с цвиттеровой стадии метасоматоза до этапа гипергенеза. Кроме обычных для аргиллитизированных пород и зон гипергенеза оксидов титана, развивающихся по ильмениту, а также урановых слюдок, обнаружены псевдорутил и оксипетшекит, вероятно, высокотемпературные. Несомненна и глубокая измененность породообразующих минералов гранитов Северного массива разнообразными высокотемпературными метасоматическими процессами. В будущем необходимо более дробное и однозначное, чем по [Цветков, 1989ф; Марин, 1992ф; Журавлев, 1999; Тибилов, 2005 и др.], описание высокотемпературного изменения гранитов массива. Критериями протекания этих процессов могут быть следующие особенности акцессорной минерализации: доля низкотемпературного морфотипа циркона G1 от общего количества зерен циркона, средние содержания и дисперсии содержаний лантаноидов в монаците и ксенотиме, марганца в ильмените, Fe, Y, As, U в торите.

По аналогии с урановыми месторождениями Салминского рудного узла Карелии и Восточно-Казахстанской складчатой области, в которых источником урана послужила рассеянная грейзеновая урановая минерализация, весьма сходная по морфологии и расположению (Михайлов 1980ф; 2004) с петшекитовой минерализацией на Северном массиве, сделано предположение, что источником урановослюдкового оруденения Северного массива послужил петшекит. Расчет показывает, что количество вещества, заключенного в рассеянной высокотемпературной U-Nb-Ta минерализации на Северном массиве более, чем в 1500 раз превышает количество вещества, минимально необходимого для образования Северного месторождения урана а также промышленных зон Ta-Nb минерализации. Конечно, к образованию тантал-ниобиевого оруденения мобилизация петшекитовой минерализации могла и не привести, так как окисление петшекита и оксипетшекита и миграция заключенного в них урана с его последующей фиксацией в составе урановых слюдок вовсе не означает

подобную миграцию и ниобия, который мог входить в состав иксиолита, вольфрамоиксиолита или других минералов, локализуясь вблизи исходных зерен и-№> минералов. Однако если промышленные концентрации ниобия и тантала на Северном массиве имеются, то они находятся в ореолах урановослюдковых рудных тел.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований впервые на микроуровне выполнено комплексное минералогическое исследование акцессорных минералов Северного массива. В гранитах массива выявлены циркон, флюорит, апатит, ильменит-пирофанит, анатаз, монацит, ксенотим, оксиды тантала и ниобия, титанит, топаз, черновит, ферберит, ниобиевый рутил, псевдорутил, ториты с высоким содержанием примесей (в том числе, Ав-содержащий торит), вольфрамоиксиолит, петшекит (ишикаваит?), уранинит, торианит, алланит, касситерит, шеелит, висмут, фергусонит, уранофан. Пирофанит, псевдорутил, оксипетшекит обнаружены в Северном массиве впервые. Сквозными акцессорными минералами для гранитов Северного массива являются циркон, ильменит, монацит-(Се), ксенотим-(У), торит, флюорит, анатаз, пирофанит. Остальные акцессории связаны с циннвальдитовыми, а некоторые из них только с измененными (в той или иной степени) биотитовыми и циннвальдитовыми гранитами.

Сделанный на основании исследования акцессорной минерализации вывод о трудно и неоднозначно диагностируемых изменениях гранитов Северного массива высокотемпературными (доцвиггеровыми) процессами требует в будущем более детального изучения этих процессов. Для надежного выделения в массиве интрузивных фаз и комплексов, а также стадий высокотемпературного метасоматоза следует провести датирование выделенных генераций циркона. Одним из возможных направлений дальнейших исследований на Северном массиве является поиск тантал-ниобиевой минерализации в ореолах урановослюдковых рудных тел.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ В изданиях, рекомендованных ВАК Минобриауки России:

1. Полякова Е. В. Две генерации монацита в гранитах Северного массива (Чукотка) // Записки РМО. - 2013. - № 1. - С. 117 - 120.

2. Полякова E.B. Ассоциация ильменита, пирофанита и псевдорутила в гранитах Северного массива (Чукотка) // Записки Горного института. — 2013. — Т. 200. - С. 258 - 262.

3. Алексеев В. И. Эволюция циркона в интрузивных сериях с литий-фтористыми гранитами Дальнего Востока / В. И. Алексеев, Е. В. Полякова, М. М. Мачевариани, Ю. Б. Марин // Записки РМО. -2013.-№. З.-С. 1 - 19.

В других научных изданиях:

4. Алексеев В.И. Циннвальдитизация биотита как признак метасоматоза, сопутствующего внедрению литий-фтористых гранитов / В.И. Алексеев, Ю.Б. Марин, Т.Ф. Семенова, И.В. Тибилов, A.B. Масленников, В.В. Гембицкий, Т.Н Копылова, Е.В. Полякова // Современная минералогия: от теории к практике. Материалы XI съезда РМО.-2010.-С. 6-8.

5. Полякова Е.В. Темные слюды гранитоидов массива Северный (Чукотка) / Е.В. Полякова, В.И. Алексеев // Материалы XLVIII Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс»: геология. - 2011. - С. 24.

6. Кургузова A.B. Первые данные о флюидных включениях в кварце гранитов и апогранитных метасоматитов массива Северный / A.B. Кургузова, Е.В. Полякова // Материалы конференции «Новое в познании процессов рудообразования» . - 2012. - С. 116-118.

7. Полякова Е.В. Первые данные локального изучения акцессорных минералов в биотитовых и циннвальдитовых гранитах Северного массива, Чукотка / Е.В. Полякова, В.И. Алексеев // Материалы Научных чтений памяти П.Н. Чирвинского. - 2012. - С. 57 - 64.

8. Кургузова A.B. Рутил в магматических и метасоматических породах массива Северный (Чукотка) / A.B. Кургузова, Е.В. Полякова // Современные проблемы геологии, геохимии и геоэкологии Дальнего Востока России : материалы 4-й Всероссийской конференции молодых ученых, 2012.-С. 119-121.

9. Полякова Е.В. Монацит в гранитоидах массива Северный (Чукотка) / Е.В. Полякова, В.И Алексеев // Тезисы докладов Годичного собрания РМО. - 2012. - С. 48 - 50.

РИЦ Горного университета. 30.08.2013. 3.481. Т.100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Полякова, Екатерина Владимировна, Санкт-Петербург

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»

АКЦЕССОРНЫЕ МИНЕРАЛЫ - ИНДИКАТОРЫ УСЛОВИЙ ФОРМИРОВАНИЯ И ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ РУДОНОСНОСТИ ГРАНИТОВ СЕВЕРНОГО МАССИВА (ЧУКОТКА)

Специальность 25.00.05 - Минералогия, кристаллография

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

На правах рукописи

Полякова Екатерина Владимировна

а> со

Научный руководитель -д. геол.-мин.н., чл.-корр. РАН, проф. Марин Ю.Б.

Санкт-Петербург - 2013

Оглавление

Список иллюстративного материала.............................................................................................4

Список иллюстраций...................................................................................................................4

Список таблиц..............................................................................................................................6

Введение...........................................................................................................................................8

Глава 1 Геологический очерк.......................................................................................................14

1.1 История исследования Северного массива.......................................................................14

1.2 Строение Северного массива.........................................................................................16

1.3 Исследования предшественниками шлиховых и акцессорных минералов Северного

массива....................................................................................................................................19

1.4 Эволюция представлений о генезисе Северного массива..........................................20

Глава 2 Современное состояние проблемы акцессорной минерализации кислых и

ультракислых интрузивов.............................................................................................................25

Глава 3 Методика исследования гранитов и акцессорных минералов....................................32

3.1 Методика исследования гранитов.....................................................................................32

3.2 Методика исследования минералов...................................................................................35

3.2.1 Оптические исследования............................................................................................35

3.2.2 Элементный анализ акцессорных минералов и слюд..............................................36

Глава 4 Особенности гранитов Северного массива..................................................................38

4.2 Геохимические особенности гранитов Северного массива............................................40

4.3 Слюды гранитов Северного массива................................................................................45

Глава 5 Акцессорные минералы Северного массива................................................................55

5.1 Видовой состав акцессорных минералов в различных породах Северного массива... 55

5.2 Содержание и встречаемость ведущих акцессорных минералов в гранитах Северного

массива........................................................................................................................................58

5.3 Типоморфные особенности ведущих акцессорных минералов Северного массива.....62

5.3.1.1 Морфология...........................................................................................................63

5.3.1.2 Включения в цирконе...........................................................................................74

5.3.1.3 Состав циркона......................................................................................................77

5.3.1.4 Обсуждение генезиса циркона.............................................................................80

5.3.2 Монацит........................................................................................................................83

5.3.2.1 Морфология...........................................................................................................83

5.3.2.2 Состав монацита и его неоднородности..............................................................84

5.3.3 Ксенотим.......................................................................................................................94

5.3.4. Торит (хаттонит?), ураноторит, чералит, ауэрлит....................................................98

5.3.5 Сложные оксиды И-ЫЬ-Та.........................................................................................102

5.3.6 Минералы ряда ильменит-пирофанит......................................................................105

5.3.7 Оксиды титана.............................................................................................................110

5.4 Прочие акцессорные минералы.......................................................................................114

Глава 6 Связь изученных особенностей акцессорных минералов с генезисом и рудопосностыо Северного массива............................................................................................121

6.1 Генезис акцессорных комплексов и гранитов Северного массива..............................121

6.2 Потенциальная рудоносность гранитов Северного массива........................................125

Заключение...................................................................................................................................127

Список литературы......................................................................................................................129

I Опубликованная литература.................................................................................................129

II Фондовая литература...........................................................................................................137

Приложение А. Карта фактического материала, отобранного автором во время полевых работ 2011....................................................................................................................................140

Приложение Б. Привязка изученного фактического материала к геологической карте [9ф,

7ф]..................................................................................................................................................141

Приложение В Результаты микрорентгеноспектрального измерения химических составов ведущих акцессорных минералов Северного массива: цирконов, монацитов, ксеногимов, ильменитов-пирофанитов, псевдорутилов................................................................................142

СПИСОК ИЛЛЮСТРАТИВНОГО МАТЕРИАЛА

Список иллюстраций

№ Название Стр.

4.1 Составы гранитов Северного массива (по результатам данной работы) и составы других редкометальных и метасоматически измененных гранитов по [12] на диаграмме коэффициент агпаитности — коэффициент а" по А.II. Заварицкому.................................................................................. 44

4.2 Слюды Северного массива: а) типичный биотит, биотитовый гранит «без признаков изменения» (цвета интерференции - 2-го порядка), б) типичный циннвальдит, циннвальдитизированный биотитовый гранит (цвета интерференции вне плеохроичных двориков - до малиновых 1-го порядка)........................................................................................ 46

4.3 Распределение слюд изученных проб гранитов Северного массива по содержанию железа (результаты электронно-зондового микроанализа, масс.%).......................................................................................... 48

4.4 Диаграмма зависимости содержаний БЮг - ЦРеО+Р^О+РегОз+ТЮг) в темных слюдах из гранитов массива Северный........................................ 49

5.1 Распределения зерен циркона по длине внутри фракций 100 мкм - 300 мкм. По горизонтальной оси - длина зерен (мм), по вертикальной оси - число зерен............................................................................................ 63

5 2

Распределения зерен циркона по коэффициенту удлинения........................ ^

5.3 Разделение морфотипов Пюпена на 4 класса для сравнения по критерию «хи-квадрат»....................................................................................................67

5.4 Скопления цирконов второй генерации в хлоритизированном мелкозернистом биотитовый граните. 70

5.5 Зерно циркона второй генерации, приуроченнное к трещине. Биотитовый гранит, без признаков изменения, без анализатора.................................. 70

5.6 Циркон первого и второго типов в биотитовых гранитах............................ 72

5.7 Циркон первого и второго типов в циннвальдитовых гранитах.................... 72

5.8 Нарастание морфотипа 01 наморфотипР2 (циннвальдитовый гранит, В8К -изображение)................................................................................. 73

5.9 Частично растворенное зерно циркона из циннвальдитового ¡ранита........................................................................................... 73

5.10 . Включения слюды (показаны стрелками) в цирконе............................... 75

5.11 Типичная поверхность циркона циннвальдитовых гранитов а) вид поверхности сверху (все темные включения — слюда (идерофиллиг? полилитионит?), б) срез в прозрачно-полированнном шлифе.......................................................................................... 75

5.12 Включение апатита (?) в цирконе........................................................ ^

5.13 Включения ЗьР-Са-ТьРе-ТИ вещества, монацита (1) и ксенотима (2) в

цирконе циннвальдитизированного биотитового гранита..................................................77

5.14 Составы циркона Северного массива, фрагмент треугольной диаграммы 78

5.15 Расположение монацита в слюде..................................................................................................................84

5.16 Тройные диаграммы составов монацита................................................................................................86

5.17 Области различного состава в монаците. Изображение в режиме отраженных электронов, контрастность усилена дополнительной графической обработкой.................................................................................... 87

5.18 Взаимоотношения монацита, ксенотима, апатита.................................... 88

5.19 Зависимость содержаний (Ьа+Сс)/(8ш+Мё+С}ё+и+ТЬ)) в монаците (формульные коэффициенты) от (Ре+Т1)/(Г^+Мп) вмещающих их слюд (мае. проценты).............................................................................. ^

5.20 Зависимость содержаний (У+УЬ)/(Ьа+Се+Ш+8т+Оу+Ег) в ксенотиме (формульные коэффициенты) от (Ре+Т1)/(Г^+Мп) вмещающих их слюд (массовые проценты)....................................................................... ^

5.21 Зависимость содержаний (Ьа+Се)/(У+УЬ+Ш+8т+Оу+Ег+и+ТЬ) в ксенотиме (формульные коэффициенты) от (РеКП)/(М§+Мп) вмещающих их слюд (массовые проценты)............................................................ ^

5.22 Тройные диаграммы составов торита.

100

5.23 Зерна торита, а) крупнозернистый биотитовый гранит без признаков изменения, б) мелкозернистый порфировидный циннвальдитовый гранит слабо грейзенизированный...............................................................

5.24 Взаимоотношения петшекига (ишикаваита?) с ферберитом и вольфрамоиксиолитом в циннавльдитизированном биотитовом граните (точка сба)..................................................................................... ^

5.25 Монокристалл «оксипстшекита» («гидроксипетшекита»?). Хлоритизированный циннвальдитовый гранит, точка с40............................... |

5.26 Содержания главных элементов в изученных зернах ильменитов в мольных долях от (Ре+Мп+Ц).......................................................................

5.27 Зерно пирофанита Мпо,б9 Рео.25 81 0.01 V 0.01 № 0.01 ТЮз (1), замещаемого но периферии и вдоль трещин псевдорутилом Ре 0.52 Мп о.гз 2п 0.01 81 0.02 V 001 Nb 001 ТЮз (2) (приведены средние формулы). Проба

С46............................................................................................. 108

5.28 Составы оксидов титана в Северном массиве (сводка по веем гранитам)...................................................................................... ^ ^ ^

5.29 Структура распада ниобиевого рутила в среднезернистом циннвальдитовом граните.........................................................................................

5.30 а) Оценочные значения коэффициентов отражения Яр-И^ оксидов титана по результатам их измерения цифровой камерой. По осям - условные единицы 113

измерения максимальных уровней серого, б) теоретический вид Нр-И^ — диаграммы для одноосных и двуосных минералов с различным оптическим знаком по (Исаенко, 1986).................................................................

5.31 Агрегат низкониобиевых оксидов титана, циннвальдитовый гранит............................................................................................ 1И

5.32 Взаимоотношения алланита, биотита и титанита по данным «электронной петрографии»................................................................................

5.33 Черновит (элювий циннвальдитового гранита) — ВБЕ-изображение (темные включения - ^диагностированные арсенаты Са и Ре)............................ ^ ^

АЛ Карта фактического материала.......................................................... ^

Б.1 Привязка фактического материала к геологической карте В.К. Политова с

дополнениями В.И. Алексеева.......................................................... ^

Список таблиц

№ Название Стр.

1.1 Характеристики редкометальных гранитов и их минерализации по [19].............................................................................................. 29

4.1 Содержания петрогенных элементов в гранитах Северного массива........................................................................................ 41

4.2 Содержания микроэлементов в гранитах Северного массива.................... 42—43

4.3 Составы слюд гранитов Северного массива по результатам электронно-зондового микроанализа.................................................................. 51-- 53

4.4 Сравнение отношения (Ре+Т1)/(Мд+Мп) (массовые проценты) в различных группировках гранитов Северного массива........................................... 54

5.1 Встречаемость акцессорных минералов в различных гранитах Северного массива........................................................................................ 57- 58

5.2 Содержания акцессорных минералов в гранитах Северного массива по результатам применения системы (ЗетБсап (граниты, соответствующие номерам проб см. раздел 3.2.2)............................................................ 59

5.3 Оценки содержания монацита в гранитах по результатам изучения шлифов........................................................................................ 60

5.4 Содержание ильменита в гранитах различных типов гранитов по результатам изучения шлифов и протолочек.......................................... 61

5.5 Распределения морфотипов циркона по классификации Пюпена в гранитоидах Северного массива.......................................................... 65-66

5.6 Эмпирические значения «хи-квадрат» при сравнении распределений зерен по классам, выделенным на рисунке 5.4................................................ 68

5.7 Эмпирические значения «хи-квадрат» при сравнении соотношений числа зерен в: классе 01 и в остальных классах, выделенных в соответствии с рисунком 6.................................................................................... 69

5.8 Средние содержания примесей в цирконе............................................ 79

5.9 Сравнение химических составов цирконов биотитовых и циннвальдитовых гранитов....................................................................................... 79

5.10 Сравнение средних составов монацита (отношения формульных коэффициентов)............................................................................. 89

5.11 Дисперсии различных групп монацитов и их доверительные интервалы (отношения формульных коэффициентов)............................................ 90

5.12 Коэффициенты корреляции (Ьа+Се)/(8т+Ш+8т4^+и+ТЬ)) в монацитах различных группировок гранитов и измеренного отношения (1;е+Т1)/(Л/^+Мп) в слюдах................................................................ 92

5.13 Сравнение средних составов ксенотимов (отношения формульных коэффициентов)............................................................................. 95

5.14 Дисперсии различных групп ксенотима и их доверительные интервалы отношения формульных коэффициентов............................................... 96

5.15 Составы торита и близких к ним минералов Северного массива........................................................................................ 99

5.16 Представительные формулы обедненных ЫЬ диоксидов титана из пород Северного массива......................................................................... 114

С.1 Составы поверхностей зерен цирконов................................................. 142

С.2 Составы внутренних частей зерен цирконов биогитовых гранитов.......... 143

С.З Составы внутренних частей зерен цирконов циннвальдитовых гранитов.... 144

С.4 Результаты микрозондового измерения составов монацитов..................... 145

С.5 Результаты микрозондового измерения составов ксенотимов..................... 152

С.6 Результаты микрозондового измерения составов ильменитов. пирофанитов и

псевдорутилов............................................................................... 155

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В настоящее время акцессорные минералы широко используются для решения вопросов корреляции, расчленения, выявления условий формирования и оценки потенциальной рудоносности гранитоидных массивов. Гранитный массив Северный содержит урановое и оловянное оруденение, добыча которого, возможно, станет рентабельной после завершения начатого в 2012 г. строительства автодороги Магадан - Певек. Поиск новых рудных тел на Северном массиве затруднен ввиду сложности его строения. Акцессорные минералы, являющиеся важным источником информации о генезисе гранитоидов и связанных с ними рудных тел, на Северном массиве практически не изучены. В 1946 - 1992 гг. съемочно-иоисковыми партиями исследовался лишь видовой состав акцессорных ассоциаций, однако, ввиду несовершенства применявшихся методов, многие акцессории не могли быть обнаружены, не были исследованы их строение, неоднородности состава, включения. Применение современных методов позволяет получить принципиально новую информацию об этих важных минералах-индикаторах петро- и рудогенеза.

Цель работы. Установление морфологических и структурно-химических особенностей акцессорных минералов на микроуровне, выявление закономерностей их пространственного распределения и временной эволюции для интерпретации генезиса различных типов гранитов массива Северный и связанного с ними оруденения, а также изучения стадийности эндогенных процессов (от внедрения материнских гранитов до образования метасоматитов).

Задачи исследования:

- уточнение видового состава ассоциаций акцессорисв гранитов Северного массива;

- изучение морфологии, анатомии, химического состава и типоморфных

особенностей акцессорных минералов из разных типов гранитов;

- оценка условий формирования акцессориев Северного массива и их роли как индикаторов петро- и рудогенеза.

Фактический материал и методы исследования. В основу диссертации положен материал, собранный автором в ходе полевых работ 2011 г. на Северном массиве: 10 опорных проб гранитов массой 3 - 5 кг различной степени измененности, 56 штуфных проб массой 500 - 1200 г и 87 сколов 100 - 300 г гранитов (всего 114 проб), 12 шлихов элювия (в том числе 4 - по опорным пробам), а также предоставленный кафедрой МКП из коллекций, отобранных во время полевых работ 1991 года: 8 штуфных проб, 98 шлифов, химические анализы 101 пробы гранитов, микрорентгеноспектральные анализы монацитов и вольфрамоиксиолитов (4 пробы, 78 измерений). Было изучено 19 протолочек гранитов и 12 шлихов �