Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Геология, минералогия и генезис докембрийских метаморфизованных месторождений апатита

ВАК РФ 04.00.11, Геология, поиски и разведка рудных и нерудных месторождений, металлогения

Автореферат диссертации по теме "Геология, минералогия и генезис докембрийских метаморфизованных месторождений апатита"

Г Б ОД

9 ОКТ 1995

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ ОТДЕЛЕНИЕ МЕТАЛЛОГЕНИИ .ИНСТИТУТА ГЕОХИМИИ, МИНЕРАЛОГИИ И РУДООБРАЗОВАНИЯ

На правах рукописи

ГУЛИЙ ВАСИЛИЙ НИКОЛАЕВИЧ

ГЕОЛОГИЯ, МИНЕРАЛОГИЯ И ГЕНЕЗИС ДОКЕМ5РИЙСКИХ МЕТАМОРФИЗОВАННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ АПАТИТА

Специальность 04.00.11 - геология, поиски и разведка рудных и нерудных месторождений; металлогения 04.00.20 - минералогия, кристаллография

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук

КИЕВ • 1935

Работа выполнена на кафедре минералогии и в Институте Земной коры Санкт-Петербургского государственного университета.

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук, член-корреспондент HAH Украины и Российской АН, • ЕАКулиш (Отделение металлогении ИГМР HAH Украины, Киев) доктор геолого-минералогических наук, профессор В.И.Павлишин (Институт геохимии, минералогии и рудообраэования HAH Украины, Киев) доктор геолого-минералогических наук

Н.И.Юдин (Институт литосферы Российской Академии наук, Москва) Ведущая организация: Львовский государственный университет

Защита состоится ' 0 ¿^F^fjl^ 1995 г. в час. на заседании специализированного говета Д. 01.83.0/ Отделения металлогении ИГМР Национальной Академии наук Украины по адресу. 252142, г.Киев, пр. Палладина, 34 ОМ ИГМР HAH Украины.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке ИГМР Национальной Академии наук Уфаины.

Автореферат разосланную7' Je*у L .ffiSr.

Ученый секретарь специализированного ^/"В.П.Бухарев ервета, доктор геол.-мин. наук ~~

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. В последнее время установлена важная роль апатитоносных метаморфических пород как потенциальных источников фосфорных руд, что определяет необходимость изучения этих образований для выработки геологических и минералогических критериев их формационного подразделения, а также поисков и оценки подобных месторождений в различных регионах развития докембрийских пород. Не менее важной являетсп и научная сторона этой проблемы, так как широкое распространение в пределах древних щитов месторождений апатита указывает на существование в докембрии эпох фосфатонакоп-ления и исследование этих месторождений способствует пониманию условий миграции фосфора в земной коре, его концентрации и кристаллизации фосфатов с ассоциирующими минералами.В настоящее время отсутствуют обобщенные модели формирования месторождений апатита в метаморфических породах докембрия. Отсутствует и систематическое описание минеральных парагенезисов, а также не установлены типоморфные признаки апатита и ассоциирующих минералов в месторождениях этого типа.

Из этого вытекают основные следующие задачи работы:

1. Выявление общих черт в геолого-структурном положении и формах локализации апатитовых месторождений различных регионов развития докембрийских комплекров.

2. Составление систематической характеристики минеральных ассоциаций и типоморфных признаков минералов алатитоносных пород и руд.

3. Определение условий, благоприятных для накопления и рассеивания фосфора в метаморфических породах.

4. Построение обобщенных моделей процесса минералообразо- . вания для апатитоносных пород и руд разных типов.

5. Выявление минералогических признаков, которые можно использовать для формационного подразделения месторождений апатита, обоснования критериев их поисков и оценки, а также при разработке рациональных схем технологического обогащения фосфатоносных пород. Изучение влияния морфологии, физических свойств и химического состава апатита и сопутствующих минералов на обогатимость руд.

: 4 - Фактический материал и методы исследований. Работа базируется на исследованиях автора, начатых, в 1973 году в Институте геологии ЯФ АН СССР, и продолженных затем в Санкт-Петербургском университете в ходе выполнения госбюджетных и хоздоговорных работ кафедрой минералогии под рукоЕОдством лроф.А.Г.Булаха. В основу работы положены материалы по месторождениям апатита Алданского, Балтийского, Канадского и Украинского щитов,Прибайкалья и Северо-Китайской платформы. Они охватывают все известные к настоящему времени типы апатитоносиых пород и руд

Для решения поставленных задач использован комплекс геологических, Минералогических и петрографических методов, так как только комплексный подход позволяет всесторонние охарактеризовать изучаемые объекты и создать базу для теоретических построений. С помощью тонких инструментальных методов детально изучены особенности внутреннего строения и характер поверхности минералов, их химический состав и распределение примесей к разнофазовых включений в апатите и в сопутствующих минералах, определен абсолютный возраст фосфатных руд, изотопный состав С.О.Э.Эг, распределение редкоземельных элементов и У в апатите и сосуществующих минералах. На основании анализа реальных пэрагенезисов апатитоносиых пород и физико-химических диаграмм, построенных в разных координатах, разработана обобщенная модель минерэлообразования для месторождений апатита в докембрии.

Научная новизна работы. В работе впервые обобщен и систематизирован материал по геолого-струетурному положению апатитоносиых докембрийсккх пород, по типоморфным особенностям апатита и сосуществующих минералов месторождений апатита, связанных с метаморфическими породами докембрия. Проведен анализ сходства-различия морфологии, химического состава и физических свойств апатита и сопутствующих минералов из различных парагенезисов и месторождений и вмещающих их пород. Показана связь изученных особенностей минералов с вариациями химического и минерального состава пород.

На основе анализа реальных минеральных парагенезисов, физико-химических расчетов и опубликованных экспериментальных данных показано, что протопит метаморфических апатитоносиых пород представлял собой уже непосредственно в папеобассейнах седиментации особые осадки, по составу отвечающие этим породам. Количество тех

или иных минералов в парагенезисе связано с наличием и формой необходимых компонентов в первичных породах.

Практическая значимость работы.В ходе исследований выявлены и обоснованы литологические и стратиграфические факторы контроля апатитовой минерализации в метаморфических породах. Проведен детальный анализ минерального и химического состава пород и руд наиболее важных в практическом отношении объектов Алданского щита, изучен минеральный и химический состав технологических проб месторождений Селигдар,МустолаахБирикээи,Укдус1са.Предложен комплекс минералогических признаков и критериев для использования при поисково-оценочных работах на фосфатное сырье этого типа.

Материалы исследований переданы ТУГРЭ и ЧТГРЭ ПГО "Якутск-геология" и Новомосковской КЭ ПГО "Южукргеология" и использованы ими при планировании геолого-разведочных работ и при подготовке отчетных материалов по геолого-разведочным работам на фосфатное сы-рье,а также институтами ДВИМС, ИМР и ГИГХС при решении проблем обогащения апатитовых руд Селигдарского и других месторождений апатита Якутии.

Защищаемые положения.

1. Метаморфизованные месторождения апатита в метаморфических стратифицированных известково-силикатных толщах пространственно и генетически сопряжены с апатитоносными карбонатными и пи-роксеновыми парапородами. Концентрации фосфатов в этих толщах и месторождениях имеют изначально хемогенно-осадочную природу.

2. Региональный метаморфизм амфиболитовой или гранулитовой фации преобразовал исходные осадочные известково-силикатные фос-фатоносные породы в апатитовые руды и апатитоносные мрамора, ха-льцифиры, сйанцы и иные кристаллические породы. В отношении главных и второстепенных нелетучих петрохимических элементов (Р, Са, Бг, Мд, Ре, ТЯ и др.) региональный метаморфизм рассматриваемых пород был практически изохимическим.

3. Минеральные парагенезисы апатитсодержащих пород и руд, содержание и соотношение элементов-примесей, минеральные микровключения в апатите и ассоциирующих с ним иных минералах, а также изотопный состав углерода и кислорода в карбонатах, - являются критериями, определяющими принадлежность метаморфизованных месторождений апатита к конкретным геологическим и рудным формациям, а

также критериями отличия их от месторождений апатита других генетических типов (в карбонатитах, габброидах, сиенитах и т.п.).

4. Во всех типах руд метаморфизованных месторождений апатита . минерал представлен фтор апатитовой разновидностью. В апатите из карбонатных руд обычной является структурная примесь сульфат-иона и кремния, а из лироксеновых - хлора. Картины распределения редкоземельных элементов в парагекетических ассоциациях апатита и сосуществующих с ним минералов сходны и отражают их одноэтапную кристаллизацию с участием минералообразующих растворов.

6. Метаморфизованиые месторождения апатита в докембрийских толщах известково-силикатных парапород определяются как один из ведущих и перспективных промышленных типов месторождений фосфатного сырья в докембрии. Выбор оптимальных технологических схем обогащения таких руд в наиболее значительной мере определяется морфо-генетическими вариациями апатита, сульфатов и слоистых силикатов магния и удельной поверхностью разных генераций тех же минералов.

Апробация работы. По теме работы издана в соавторстве монография и имеется около 45 публикаций. Основные положения диссертации докладывались на Дальневосточном региональном петрографическом совещании (Хабаровск, 1961), II тематической конференции "Петрология и геохимия эндогенных процессов" (Иркутск, 1981), Всесоюзном совещании "Акцессорные минералы метаморфических пород и их роль в познании геологической истории докембрия" (Москва, 1982), научной сессии УМО "Проблемы региональной минералогии" (Львов, 1952), II Всесоюзном совещании "Природные газы Земли и их роль в формировании земной коры и месторождений полезных ископаемых" (Москва, .

1982), Всесоюзном совещании "Докембрийские троговые структуры Байкало-Амурского региона и их металлогения" (Новосибирск,1983), Всесоюзной научной сессии по проблеме "Критерии отличия метаморфоген-ных и магматогенных гидротермальных месторождений" (Улан-Удэ,

1983), VII Всесоюзном совещании по термобарометрии и геохимии рудо-образующих флюидов" (Львов,1985), I Всесоюзной конференции по проблеме "Условия образования и закономерности размещения стратифор-мных месторождений цветных, редких и благородных металлов" (Фрунзе, 1985), Научной сессии Северо-Кавказского отделения ВМО "Минера-лого-геохимические критерии прогноза локального оруденения" (Цей,

' 1986), 1У Всесоюзном минералогическом семинаре "Минеральные кларки и природа их устойчивости" (Душанбе,1986), Всесоюзном совещании

"Генезис и ресурсы каолинов и огнеупорных глин" (Москва, 1986), Всесоюзном совещании "Литогенез и рудообразонанио" (Москва,1986), XI Всесоюзном метзлпогеничесхом совещании "Металлогения Сибири" (Новосибирск, 1987), У1 Всесоюзном симпозиуме по изоморфизму (Москва, 1988), II Всесоюзном симпозиуме "Терм .динамита в геологии" (Миасс, 1988), региональной конференции "Метаморфогенная металлогения Урала" (Миасс,1988), XII Всесоюзном симпозиуме пб стабильным изотопам а геохимии (Москва,1989), научной сессии У?ДО "Проблемы экологической минералогии" (Львов, 1339). УШ международном симпозиума 1АСОО (Оттава, 1990), Всесоюзном совещании "Металлогения докембрия и метзморфогеннсе рудообразование" (Киев,1990), съезде Всероссийского минералогического общества (СПб, 1992), международном совещании по обогащению фосфатных руд (Палм Кост,.США, 1993), а также на семинарах и докладах а Китайском геологическом университете (Ухань, КНР), Геологической службе Японии и Унизерситете г. Шизуока (Япония).

■ Огромную признательность автор выражает профессору кафедры минералогии Санкт-Петербургского университета А.Г.Булаху за неоценимую многолетнюю помощь и оказанное содействие в работе.Исследо-ванипм способстЕовала также поддержка и многолетние контакты с геологами ТУГРЭ ПГО "Якутсктеология" Г.Ю.Боярко и В.Н.Сучковым, а также с коллегами из различных отраслевых и академических институтов: Л.Н.Люшмзй,С.П.Мурзаевым,Р.М.Файзуллиным,В.Я.Шабашевым,А.Р.Эн-тиным, Н.И.Юдиным. Значительное содействие получено азтором от Л.Ф.Борисенко,Ю.А.БорщевстогоДГ.Гилинской,О.Н.Дойниковсй,А.А.Ие-алева,Г.В.Кузнецова,Ф.А.Летникова,Н.И!Медвздоаской,Е.В.Морозовой, А.Р.Нестерова, Ю.Д.Лушкарева, С.А.Шобы, У.ШЬага, Т.Риги1а, Юэт'з, P.John,S. ШсИеП.-Шеес! при выполнении разнообразных аналитических исследований. В разное время автор получал критические замечания, консультации и дружеские советы от Л.Н.Бельковой,А.Б.Боброва,А.А.Золотарева, Д. П.Сердюченко,А.А.Скпорснсва,В.С,Шкодзинского,Г.М.Яцен-ко. Всем перечисленным лицам аэтор выражает искреннюю благодарность.

Работа состоит из введения,семи глав и заключения общим объемом текстового материала 385 стр. и включает 85 табл., 56 рис. и список литературы в 325 наименований.

Глава 1.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ АПАТИТА В ДОКЕМБРИИСХИХ МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ПОРОДАХ

Анализ распределения апатита показывает, что он встречается в метаморфических породах независимо от степени регионального метаморфизма,их химического и минерального состава.Только в ассоциации с минералами Са и Мд количество апатита соизмеримо с содержаниями других породообразующих минералов,очевидно, из-за их формирования в условиях благоприятных для накопления в равной мере и Са.Мд и Р.

I

Глава 2

ГЕОЛОГО-ПЕТРОГРАФИЧЕСКИЕ ОСОБЕНОСТИ ДОКЕМБРИЙСКИХ МЕТАМОРФИЗОБАННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ АПАТИТА

Геологическая позиция докембрийских месторождений апатита.

Анализ вещественного состава апатитоносных пород поззоляет выделить три группы месторождений апатита: в первой группе апатит выявлен только с карбонатами (месторождения Дорожный и Нирянджа -Алданский щит.Хуанмейлинг - Сино-Корейский щит),во второй - только с диопсидом (Укдуска.Бишь и Тагнарар • Алданский щит, месторождения района Гагтино - Канадский щит,Фазенда Панела - Гвианский щит), а в третей - он встречается и с карбонатами и с диопсидом (Селигдар.Мус-толаах.Бирикээн.Чукурдак и Левый Бурный - Алданский щит).

1.Тела апатитоносных карбонатных пород месторождений Дорожное и Нирянджа имеют форму пластов или линз, согласно залегающих среди вмещающих их гнейсов и кристаллических сланцев федоровской свиты. Мощность теп составляет первые десятки метров, а по простиранию они прослеживаются от нескольких десятков до первых сотен метров.

Месторождение Хуанмейлииг приурочено к пачке переслаивающихся гнейсов,мраморов и сланцев группы Хоиган раннепротерозойско-го возраста.Апатитоносные мраморы залегают в виде протяженных слоев (до 1.6 км) или выклинивающихся по простиранию линз (первые сотни метров), мощностью от 2 до 60 метров.

2.В пределах месторождения Укдуска отчетливо картируется асимметричная синклинальная складка, крылья которой сложены гнейсами и кристаллическими сланцами, а ядерная часть - апатитоносными пиро-ксеноаыми породами, являющимися одним из горизонтов пачш пород

верхов олекминской серии.Их максимальная мощность достигает 200 м.

На месторождениях Тагнарар и Бишь апатит связан с пироксено-выми породами, залегающими согласно среди гнейсов и кристаллических сланцев федоровской свиты в виде пластов и линз,мощностью от 30 до 100 м при их протяженности от 50 м до 1200 м.

На Канадском щите в области развития гренвильской серии в горнорудных районах Бенкрофт и Гатино месторождения апатита представлены пластовыми апатито-диопсидовыми рудными телами (мощностью от 20 до 200 м, по простиранию до 2 км), переслаивающимися с гнейсами.

Апатитовая минерализация на месторождении Фазенда Панела (Багия,Бразилия) связана с диопсидовыми породами.залегающими согласно среди лептинитов, гнейсов и кварцитов в виде отдельных прослоев мощностью от 5 до 150 метров и протяженность до 2 километров.

З.Слоистое строение месторождения Селигдар выявлено Л.Н.Ки-чигиным,В.Н.Егиным,И.П.Кушнаревым.А.Г.Булахом и А.А.Золотаревым. Оно обусловлено переслаиванием гнейсов, кристаллических сланцев, мраморов, апатитоносных кальцифиров и апатито-карбонатно-'форсте-ритовых" пород. Ближе к осевой линии месторождения преобладают апатитоносные карбонатные породы,по направлению к условной границе месторождения все более доминируют гнейсы и сланцы.Внутри месторождения в основном развиты апатитоносные карбонатные породы. Среди них заключены многочисленные пропласты гнейсов и кристаллических сланцев, ориентированных взаимопараллельно и согласно с залеганием вмещающих пород,'так что внутреннее строение месторождения, как и его фланговые части, является стратиформным.

В разрезах месторождений Мустолаах, Бирикээн, Чукурдан и Левый Бурный обычно выделяется несколько обособленных тел карбонатных и диопсидовых апатитоносных пород соразмерной мощности (около 300м), чередующихся с прослоями гнейсов и кристаллических сланцев, вместе с которыми они формируют едуную слоистую толщу. Переходные разновидности между карбонатными и диопсидовыми породами с примерно равным содержанием карбонатов и диопсида выявлены только на месторождении Чукурдан. Маломощные (до Юм) тела апатитоносных конгломератов, залегающих грубо согласно среди вмещающих их пород,установлены в пределах месторождений Мустолах,Левый Бурный, Бирикээн.

Месторождения апатита известны а метаморфических породах каждого из докембрийских щитов, но Наибольшие масштабы и разнообразие их характерны для Алданского щита,что позволяет рассматривать его как удобный эталон при решении Проблем генезиса этих месторождений.

Минералого-петрографические особенности апатитоносных пород и руд

Петрографические особенности и минеральный состав апатитоносных пород принципиально сходны во всех их местонахождениях.

Апатитоносные карбонатные породы имеют чаще всего буроватый,розоватый,желтый или белый цвет, что в основном связано с их минеральным составом или формой выделений отдельных минералов. Для пород характерны массивные.пятнистые,полосчатые и брекчиевые текстуры, которые определяются наличием,формой и характером распределения карбонатов,апатита или второстепенных минералов.

В зависимости от состава карбоната и преобладающего второстепенного минерала выделяются доломитовые, мартит-кварцевые, сульфатные,силикатные и кальцитовые разновидности апатитоносных карбонатных пород. Они представляют собой генетически единый комплекс пород,несколько различающихся лишь по количественным соотношениям минералов и образующих друг с другом постепенные переходы.

Диопсидовые породы внешне удивительно однообразны и для них характерен простой минеральный состав.Они имеют темно-зеленую окраску, обычную для учэстов сложенных диопсидом и апатитом, и более светлую - при увеличении количеств скаполита>(микроклина). Породы обладают массивной текстурой и обычно мелкозернисты.Они сложены, помимо диопсида и апатита, второстепенными флогопитом, амфиболом, скаполитом,микроклином, по преобладанию которых выделены отдельные разновидности диопсидовых пород, и акцессорными титанитом, магнетитом,сульфидами. Выявлено внешнее сходство безапатитовых диопсидовых пород за пределами месторождений с диопсидовыми породами, развитыми в их пределах, что указывает на близкие условия их формирования.

Апатитоносные конгломераты имеют зеленоватый или зеленовато-бурый цвет. Структура их грубообломочная.Текстура в масштабе образца неориентированная.редко грубослоистая.Обломки представлены апатитом,а роль цемента играют хлорит,вермикулит,карбонаты.

. Геологические и возрастные взаимоотношения апатитоносных пород

Переслаивание апатитоносных и ассоциирующих с ними силикатных пород в пределах контура месторождения и за его границами указывает на их близкий геологический ьозрьот. Возраст же самого апатита, определенный изохронным РЬ-РЬ-методом [42], во всех породах месторождений Алданского щита один и тот жо и составляет 1866-6 млрд.лет. Это близко х значениям,полученным и-РЬ методом в апатите и цирконе из месторождения Укдуска (Неймарк и др., 1984) и и-РЬ методом в апатите из месторождений Центрального Алдана (Энтин и др., 1984). Сходный возраст апатита в карбонатных и диогсидовыхдо есть разных по составу породах, при одном и том же их геологическом возрасте.указы-вает, по нашему мнэнию,на разный фациальный состав их дометамор-фического субстрата.

Глава 3.

ГЛАВНЫЕ ЧЕРТЫ МИНЕРАЛОГИИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ АПАТИТА

В настоящей главе приведены результаты исследований типо-морфных свойств и типэхимизма минералов. Наибольшее внимание в работе уделено апатиту, как важнейшему фосфату в рудах.

АПАТИТ

Содержания апатита в разных породах, размер и морфология его зерен и кристаллов

Содержание апатита обычно не превышает 10% и резко варьирует в зависимости от состава апатитоносных пород, а в рудах одного типа - от участка к участку. Карбонатные породы немного богаче апатитом по сравнению с диопсидовыми апатитоносными породами.

Формы выделений апатита весьма разнообразны и меняются от относительно правильных призматических кристаллов до зерен неправильной и округлой формы. Кристаллы апатита различаются по степени совершенства их формы от ограненных, четко кристаллографически индивидуализированных до уплощенных, сдвойникованных, с кривогран-ными поверхностями. Кристаллы столбчатого облика (до 10см по удлинению) характерны для богатых карбонатных руд. Габитусными формами для них являются грани гексагональной призмы и дипирамиды. Поверхность гргэней обычно неровная.шероховатая.с л'икрокавернакчи или

углублениями. Идиоморфный облик кристаллов апатита и ксеноморф-ный характер выделений ассоциирующих с ними карбонатов указывают на относительно более раннюю кристаллизацию апатита

В карбонатных породах часто встречаются округлые зерна апатита, имеющие о^томочное происхождение. Они обычно прозрачны, поверхность их гладкая, блестящая, с Тончайшей гематитовой оболочкой.

Поверхность о круглых зерен апатита,образованных в результате природной шлифовки в потоке, где среда не агрессивна по отношению к апатиту (базальные конгломераты юдомской свиты,шлихи,эпатитонос-ные песчаники Селигдарского местородения), не корродирована. В той же среде кварц был неустойчивым и его зерна сильно резорбированы.

Опыты по растворению кристаллов апатита в среде, имитирующей природные кислые,нейтральные и щелочные условия,показали,что только при использовании НС! (рН=3) на гранях возникают системы борозд и каналов. Подобная поверхность характерна для резорбированных кристаллов апатита в коре выветривания.

В диопсидовых породах апатит обычно представлен мелкими (пераые мм), кееноморфными зернами и, реже, столбчатыми призматическими кристаллами. Микрорельеф поверхности граней кристаллов ровный, но на кривогранных позерностях зерен усложнен изометричны-ми углублениями и причудливо изогнутыми бороздами.

Химический состав апатита

Результаты анализов одних и тех же проб, выполненных параллельно методами "мокрой" химии и микрорентгенослектральным анализом, показали значительные расхождения в содержаниях даже главных компонентов из-за микровросткоа чужеродных фаз и вхождения ряда элементов одновременно в состав включения и в структуру минерала-хозяина.

По данным классического химического анализа состав апатипгиз диопсидовых и карбонатных пород существенно не отличается и отвечает в целом фтор-апатиту. Результаты микрорентгеноспекгрального анализа показывают, что входит в структуру апатита, а Ре, наоборот, находится в минерале только в виде механических включений гематита. Р, и Э связаны взаимным замещением по схемам гетеровалентного изоморфизма: гро^з-с-ро^2- ♦[БЮ^4-, что подтверждается тесными

п

прямыми корреляционными связями между содержаниями в и ЭК с одной стороны, и Р с Са - с другой. Характер изоморфных замещений в структуре минерала подтвержден также методом ЭПР.

Апатит из карбонатитов богаче апатита из карбонатных пород се-лигдарского типа БЮ и относительно Беднее Э'Ю^, в03 и С1 (Табл.1). Э03 постоянно присутствует в апатите из апатит-карбонатных пород, а С1 в апатите из силикатных.

Таблица 1

Средний химический состав апатита из ¿п&титонпгиых порча различных генетических типов по данный микрореитгсноспректрального аиалияа (числитель - среднее, знаменатель - среднеквадратичное отклонение)

Породи. ЧИСЛО проб р2°5 СэО F CI SrO S03

Пнроксеновью (46) 48.52 54.00 2.3В 0.34 0.33 0.38 0.28

0.62 0.95 0.50 9.50 0.27 0.27 0.19

Апатит-карбонатные 38.77 54.47 2.С7 0.17 1.11 0.10 0.91

(21) 1.73 0.71 0.50 0.13 0.80 U.0G 0.54

Каяьцифмры. мраиоры ,40.51 53.77 2.43 0.07 0.26 0.75 0.18

16). 0.84 а.95 0.33 0.117 0.34 0.45 0.29

Магнезиальные скарны 40.11 55.С5 2.45 0.39 0.49 0.14 0.53

1.01 0.30 0,7В 1.57 0.40 O.Ofi 0.38

Апатнт-пагнеткговые 30.82 52.28 3.12 0.13 1.04 0.04 0.06

рупы Кируны (8) . 0.80 1.05 O.OS 0.03 U.03 0.04 0.05

Базиты ошурковского 40.41 54.45 2.72 0.16 0.31 0.74 0.52

типа (8) 0.52 0.38 0.2В 0.04 0.12 0.14 0.29

Карбонатиты (7) 40.24 55.04 1.59 0.02 0.44 0.55 0.06

о.яа 0.91 D.23 0.Q1 0.35 , 0,04

На факторной диаграмме, использованной для выявления различий в составе апатита из месторождений различных генетических типов, фигуративные точки составов апатита из карбонатитов и карбонатных пород селигдарского типа обособлены друг от друга, а из кальцифиров -располагаются между ними.

Элементы-примеси в апатите из пород различных генетических типов

Злементы-примеси в апатите из пород различных генетических типов изучены нейтронно-активационным, рентгенофлюоресцентым и рентгенолюминесцентным методами. Содержания REE, U, Th определены в пробах, взятых в наиболее известных к настоящему времени экономически важных апатитовых месторождениях (Табл.2). Статистичес-

кие оценки средних содержаний анализируемых элег.ентоз указывают, что наиболее богат REE апатит из карбонатных г.ород, меньше их в апатите из диопсидовых пород, а самые низкие содержания их в апатите из гранитных пегматитов. В составе REE в апатите двух первых типов существенную рс^ь играют легкие лантаноиды (La/Yb>25). Апатит из карбонатных пород богаче всех других Th (Th/U -13).

ТэСлпцэ2

Средние содержания (r/i) рода химических эленентов в auaixie (числитель) и их експерсии (знаменгтет,]

Породы La Се Nd Sm Eu !Ь Yb Lu и lh Sr Y ГЯ

Диопсидпзие Ш6|?279 I2R2 204 за Iß 30 5 55 517 гп 165 6234

(47) 1346 2170 857 148 21 12 21 8 50 436 32 134

Длатит-карЕо- 1341 41С2 1794 277 41 21 71 3 49 63? 13 185 8150

натные (22) 955 2181 803 165 15 7 Б4 2 51 419 6 100

Мраморы, ка- 736 1809 933 142 32 132 22 4 61 177 83 48 3919

льцифрры (8j 452 13Z4 723 os 21 257 18 4 93 166 92 27

С кз р мы (10) 883 15Î J Б17 111 12 110 12 3 73 345 15 42 381Ü

412 887 590 80 10 0 7 г 70 285 12 45

КарБснатиты 1122 2234 697 93 3 Ь - 4 . - - - 135 4545

(СО]

Руды Кируны 743 2072 347 137 39 20 50 и 38 22 5 659 3919

П'1 330 1033 107 4G 21 9 29 10 31 13 0 254

Пегматиты 162 365 ЗСО 200 2 105 24 5.7 ICD 66 20 1040 1158

(1С) 1С4 220 530 300 2 150 23 4.0 150 SO <0 2450

Поля фигуративных точек апатита из кальцифиров,'магнезиальных скарнов, карбонатных и диопсидовых пород на факторной диаграмме частично или полностью перекрываются и по набору анализируемых элементов апатит в них практически не различается.

Средние значения ин генсивностей свечения центров люминесценции различны для апатита из карбонатных пород докембрия и ультраосновных-щелочных с карбонатитами комплесов (Рисунок). Как видно, фигуративные точки апатита из карбонатных пород и карбоиатитов локализованы з диаметрально противоположных участках диаграммы.

IS

Рисунок. Cooihouichm иитси-гивностеи излучения центров аентгеияаакимесценцми (Се. Hu.SfivMn| • anemic ьз *«р*д разаЛчкого генезиса! 1-диол-смаовие породы, 2- кххищ-фирм. З-апашпслрбииапше пароли, 4-аафнм, 5-легмати-ты. G-r«6£(io, 7-пироксекмты, 3-карСвматнты. Примечание. В скобках уке-эано tMintciM анализов иегюаьзоваммых да* подсчета среднего.

Включения в апатите.

В апатита обнаружены твердые, лазово-жидкие, жидкие и газовые включения, имеющие реликтовую, сингенетичную и эпигенетическую природу. Наибольший объем в кристаллах апатита занимают твердые включения, представленные теми же минералами, что и сами апатито-носные породы. В апатите из карбонатных пород выявлены округлые включения доломита, гематйта, хлорита, кварца и раннего апатита.

По данным высокотемпературного хроматографического анализа, выполненного по методике Ф.А.Летникова, содержания СО? более

высокие (>1 мл/кг пробы) во включениях в апатите из карбонатсодержа-щих минеральных ассоциаций, чем в апатите из диолсидовых (<1 мл/кг пробы).

Использование электронного микроскопа при увеличениях в десятки тысяч раз позволило установить, что однородную буроватую окраску апатита создают включения - микрокристаллики гематита. В остатке от растворения апатита впервые выявлены и другие минералы включений - вытянутые кристаллики монацита и рабдофана, размером в несколько микрон. Установлено, что REE входят в апатит одновременно как изоморфная примесь и в виде самостоятельных минеральных фаз. При меньших значениях химической активности REE, чем Ca,в растворе они входят в апатит в качестве изоморфной примеси, при больших - образуют добавочные к апатиту минеральные фазы (включения).

«.в о 3f -Sin— 0.4. 0.2. и,?« win

Сеяигдар (24) 1(31) 211П) »'РЧ 14 . *7(8] 5(28) ЦЦ 8(107J

: о".2 ' а'.4 ' 1/.6 ' а:в" f„2* _---—»с*** Ce~f/Ce3*Euz*

Карбонаты

Доломит и кальцит являются главными минералами апатитовых месторождений,связанных с карбонатными породами.Они различаются размерами ингчвидоа и их формой. Относительно изометричные мелкие (первые мм) зерна доломита основной массы апатит-карбонатных пород имеют буроватую окраску, благодаря мельчайшим включениям в нем сингенетичного гематита.более поздние крупнозернистые его индивиды преимущественно белого цвета, без гематитоеого пигмента и редко ассоциирую г с апатитом.Капьцитовые выделения обычно крупнее и чаще всего являются более поздними по отношению к доломиту.

Сопоставление карбонатов из разных участков с использованием индекса (К), учитывающего искажение формы полос (Кузнецов,1990), показало отсутствие сааэи между содержанием в породе апатита и интенсивностью свечения центров люминесценции карбонатов.

Пироксены

Минералы фуппы пироксена являются главными в составе апгти-тоносных силикатных пород и присутствуют почти во всех ассоциирующих с ними гнейсах, кристаллических сланцах и кальцифирах.

Сканирование зэрен по профилям и определение содержания оксидов по нескольким замерам в одном зерне показывает однородность состаза минерала.На диаграммах составов фигуративные точки диопси-да из апатитоносных и безапатитовых пироксеновых пород в месторождениях и вне их группируются б узком поле.

По данным высокотемпературной газовой хроматографии.в диоп-сиде в составе включений преобладает Н20 (ср.2.00 +1.17 мл/г пробы).

Состав газовой фазы включений в пироксене из апатитоносных пород, содержащих разное количество апатита, и из участков, сложенных различными минеральными ассоциациями, примерно одинаков (Табл.3),

Та6лиг<) 3

Состав флпндных включений в дньпоиде из апагитсоаержащих .'шрсц различнон продуктивности

Породи Содержание Компонент |мл№г пробы! Коэффициент

апатита НО СО СО Н? вкга.танов-

в породе £ «С С Л. яеньости

Диопснцовая 13.30« 2.25 1.64 0.42 0.43 - 0.22

Млгнгткт- 4.10« 2.53 1.00 8.55 0,4« 2.06

дмопскдосая

Циопсио-флогопиТ' 0.5ПК 1.81 1.60 1.0*. 1.ПЗ 0.05 0.82

полевошлатопая

Днспсндооый 0.02« 0.51 0.78 0.00 сл. 0.10 0.07

гчеис

Флогопит- ед.зерна .1.10 0.68 О.СЭ О.ЗБ 0.07 0.12

диопендовая

Диопснцовая сд.зерна 1.15 0.14 0.03 2.13 0.02 1.67

что свидетельствует о формировании и бедных и богатых апатитом г.и-роксеновых пород в сходных условиях.

• Второстепенные и акцессорные минералы апатитоносных пород

Амфиболы апатитопроявлений представлены кальцизвыми видами: эдент овой роговей обманкой, гастингситом, паргаситом и тремолитом. Тем самым они отличаются от амфиболов комплексов щелочных и ультраосновных пород с карбонатитами (Кухаренко и др.19б5;Кривдик, Ткачук, 1990). На диаграмме составов фигуративные точки амфиболов из вмещающих и апатитоносных метаморфических пород формируют . единое поле.

Скаполит встречается только в пу.роксеновых породах, где выделяется его две морфогенетические разновидности: мелкозернистый (первые мм),сингенетичный с диопсидом.и крупнокристаллический (первые см),относительно более поздний.Химический состав их близок и отвечает миццониту.От более раннего скаполита к более позднему наблюдается облегчение изотопного состава серы 34в (%о): +0.2;+2.2;+3.6.

Минералы группы слюд широко распространены во всех типах апатитоносных и ассоциирующих с ними пород. На диаграммах состава Мд-(А1+Т0-(Ре+Мп) фигуративные точки слюд группируются в одну непрерывную полосу, в верхней части которой располагаются фигуративные точки слюд из богатых апатитом и флогопитом пород,а в нижней -фигуративные точки слюд из вмещающих пород, обогащенных Ре,А1,Мл.

Хлориты представлены клинохлор-пеннинами и прохлоритом.

Определения азота в биотите и флогопите показали,что они формировались при участии содержащих азот растворов, а гидрссгюды - в

условиях, способствующих его ряссемванию.По мере уменьшения в слоистых силикатах количества К их К-Аг возраст уменьшается. В пробах из однотипных карбонатных апагтитоносных пород возраст слоистых силикатов резко варьирует, но при этом, судя по изотопному составу О, влияние посторонних источников растворов отсутствует.

Титанит,циркон,магнатит,сульфиды,монацит и золото отмечаются как акцессорные минералы только в апатит-диопсидовых породах [1].

Флюорит встречается очень редко и выявлен в диопсидовых породах только на участке Амурский.В апатит-карбонатных породах он широко распространен в месторождениях Оттер и Ричард Майи на Канадском Щите, где ассоциирует с апатитом и кальцитом.

Первичные сульфаты обычно присутствуют в полосчатых или мае сивных карбонатных и силикатно-карбонатных апатитоносных породах. „ Вторичные сульфаты, имеющие подавляющее распространение, встречаются в виде отдельных гнезд или обособленных интервалов в Салиг-дарском месторождении. Карбонаты, ассоциирующие с первичными и иторичиыми сульфатами,отличаются друг от друга изотопным составом ' СиО.

Гемагиг широко распространен в карбонатных породах, где он представлен двумя разновидностями: тонкодисперсным, сингенетичным карбонатам и апатиту и массивным,имеющим вторичное происхождение

Бетафит выявлен на участи Трубка и Дорожный в рудах с обломочной структурой. От бетафита из других регионов* пов (Минералы,1967) он отличается высоким содержание СаО - 20.52%,

Глава4. ■

ОСНОВНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ПРОИСХОЖДЕНИИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ АПАТИТА В МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ПОРОДАХ ДОКЕМБРИЯ

' При решении проблемы происхождения доиембрийашх месторождений впагтита обычно дискутируются источники фосфора и роль в формировании руд метаморфизма! и метасоматоза. Раэгахие взглядов на ; генезис апатитовых руд показательно на примере Алданского щита, где лени изначально отнесены к первично-осадочным (Сердюченко, 1968) и

мегасэмотическим (Маракушев.1968) образованиям. Открытие и первые ; годы разведки Селигдарского месторождения апатита не решили проб-яему. Так, появились представления об этом месторождении как о вер" тикальном трубообразном теле, несогласно залегающем среди прхейс-

ких кристаллических сланцев и гнейсов (Смирнов,1ЭВС), карбонатитовом штоке (Смирнов,1980: Усков,1980), кальдере проседания над древним вулканом (Энтин и др.,1977), метеоритной воронке (Нечаева,1979), нек-ке, заполненным продуктами кристаллизации карбонатно-сульфатНой магмы (Пузанов,Парцевский,1978).грабен0 (Герасимов и др.,1978; Парфенов, Юдин, 1982), складчатой структуре, образованной согласно залегающими апатитоносными карбонатными породамн.гнейеами и кристаллическими сланцами (Кушнзрев,Черкасов, 1979;Булах, 1983).

Различия взглядов на источник фосфора и условия его концентрации отражены в признании различной первичной природы фосфорсодержащих пород: по одним гипотезам это метасоматически переработанные ультрамафиты (Василенко и др.,1981 ;Боярко,Сучков,1985),по другим • мантийно-коровые карбонатиты, возникшие за счет взаимодействия гранитоидов и карбонатных пород докембрия (Смириоа,1980; У сков, 1980), по третьим - метаморфогенные образования, сформированные при мобилизации рассеянного фосфора из метаморфических пород до- . 1 кембрия в ходе их гидротермально-метасоматической переработки (Па- . рфенов, Юдич,1982; Булах,1983). Предполагается также первичное, до-метаморфогенкое,обогащение пород фосфором (Виноградов и др.1975) в том числе в виде кластогенного апатита (Залуцкий и др.,1990).

В итоге детальной разведки Сепигдарского месторождения доказана его сложная складчатая структура и тем самым опровергнуты взгля ды о секущем положение апатктоносных и ассоциирующих метаморфи-' ческих пород и о воронкообразной форме рудных тап.Согласное залегание алатитоносных и ассоциирующих пород подтверждено на всех участках. Отсутствие а пределах апатитовых месторождений предшествующих или синхронных "карбонатитам" ультраосновных и щелочных пород и специфической редкометальной минерализации заставило авторов оригинальных представлений о карбонат иг овой природе Селигдарсного месторождения выдвинуть гезис об его мантиймо-коровом происхсоцде-нии, отличном от типичных карбонатитов, и заимствовании карбонатного вещества иэ вмещающих,бывших осадочных пород.

По нашему мнению,эти представления по существу тождественны" взглядши об формировании апатит-карбонатных руд за счет гидротерма лыю мотасоматичесиой переработки пород при мегаморфизмес изапе-, . чениём и переотложением фосфоре (Парфенов,Юдин 1982;Булах.1583)

В работе рассмотрены особенности химического состава апатита; ' ,,, ;. различных генетических типов. Изотопный состав С и О а карбонатах и

другие критерии,используемые авторами различных генетических гипс-тез.и показаны имеющиеся в них противоречия и неопределенности.Высокие значения 87Бг/ р63г (0.7052 - 0.7071), выявленные нами [42] в апатите Алданского щита, указывают на отсутствие связи апатитового ору-денения с мантийными образованиями.

Взгляды исследователей докембрия на генезис апатитовой минерализации в пироксеновых породах и на происхождение самих пироксе-новых пород также существенно различаются. Одни авторы указывают, что диолсидовые поводы возникли по доломитам (Коржинский,1936;Дав, 1959;Рао,1989),а по другим взглядам они являются магматическими или метасоматически преобразованными метаосадочно!ми и эффузивными породами (Габышева,Габышев,1979;Файзуллин и др.1980;Иванов и др., 1981;Матухин,СуховерхоЕа,19£И;Табунс и др.,1984;Шабашев,1984).

Представления о природе апатитоносных пород предполагают единую схему их образования: исходные породы-ряд метасоматических или метаморфических преоброзований-руда. При смене минеральных парагенезисоз от неизмененного субстрата через кальцифиры к скарнам изотопный состав С и О в карбонатах становится все более легким. Следовательно, определив по изотопному составу С и О карбонатов в какой мере порода преобразована и,учитывая количество в ней апатита, можно узнать был ли фосфор изначально в породе или он привнесен.

Глава 5

РОЛЬ ПРОЦЕССОВ МЕТАМОРФИЗМА В ФОРМИРОВАНИИ МЕТАМОРФИЗОВАННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ АПАТИТА

Существует две альтернативные возможности формирования минеральных парагенезисов с апатитом. По одной из них региональный метаморфизм создал современный обпик апатитоносных пород, но количество апатита в них предопределено содержанием фосфора в первичных породах, а по другой - концентрации фосфора возникли только благодаря мобилизующей роли метаморфизма.

Метаморфические карбонатные породы на основании петрохими-ческих пересчетов однозначно определены как первоначально осадочные образования, но пироксеновые породы выделяются (Рош,1968; Ми-ронюк и др.,1971 ¡Метаморфический...,1975;Петров,1976;Шафеев,1980; М орал ев. 1939) и как первично-осадочные породы, возникшие за счет мергелей, и как основные вулканиты. Неопределенность этих результа-

тоз побудила последовательно рассмотреть геолого-петрографические, минералогические и изотопные критерии природы апатитоносных пород

Геолого-формационные признаки происхождения метаморфических

пород

Анализ строения метаморфических толщ в пределах месторождений апатита показывает,что апатитоносные диопсидовые и карбонатные породы являются закономерным членом двух парагенетических рядов метаморфических пород слагающих единые толщи (с чертами подобия минерального и химического состава), диопсидовая порода -> диог.си-довый кристаллический сланец -> диопсидсвый гнейс и диопсидовая порода ~> кальцифир -> мрамор. Судя по этому, появление диопсидо-вых пород знаменует в истории развития регионов начало эпохи карбо-натообразования и формирования разрезов известково-силикатного типа. Следовательно,силикатный тип разреза, где преобладают гнейсы и кристаллические сланцы,неблагоприятен для развития значительных по , мощности теп апатитоносных карбонатных пород.

Поведение фосфора при региональном метаморфизме

Анализ распределения апатита показал,что в близких по химическому составу породах зелгносланцевой, амфиболитозой и гранулито-вой фаций он встречается в сопоставимых количествах, определяемых содержанием фосфора в исходных породах.

Существующие представления о наибольшей подвижности фосфора при гранитизации, заставили нас проанализировать содержания апатита в субстрате и жильном материале мигматитов различных генетических типов. Установлено, что между ними отсутствуют какие-либо значимые связи, так что и ультраметаморфизм не вызывал существенную миграцию фосфора.

Гнейсы и кристаллические сланцы, характеризующиеся минеральными парагенезисами, обычными для гранулитовой фации регионального метаморфизма, переслаиваются в разрезах с апатитоносными силикатными и карбонатными породами, для которых обычно чередование прослоев с разным количеством апатита, наличием кварца в виде замкнутых в пространстве линз и слойков с доломите по изотопному составу С и О не отличающимся от карбонатов из массивных пород. Это свидетельствует об относительно инертном в этом случае поведении

наиболее важных компонентов, агпючая С02 Сохранность породе раз-' личными минеральными парагенезисами макет обеспечить избыточное давление на твердые фазы, так как если не будет преодолен предел упругости окружающих пород, в реакции со значительным изменением объемов твердых фаз,рост давления на них, согласно правилу Ле-Шате-лье, должен бы привести к ее замедлению или даже к остановке.

Распределение REE в сосуществующих минералах апатитоносных

пород

Содержания REE определены в сосуществующих апатите, диоп-сиде и карбонатах с целью выявить степень влияния метаморфизма на форму их распределения. В случае парагенных соотношений между перечисленными минералами картины распределения REE в них сходны и отличаются только уровнями концентрации. Сумма REE для минералов каждого из типов месторождений апатита может сильно варьировать, но форма кривых распределения REE в них близка. Такое же подобие характерно для минералов из отдельных разновидностей апатитоносных РУД и для апатита из богатых и из бедных им карбонатных прослоев.Это свидетельствует о сохранности первичных картин распределения REE.

Устойчивость изотопных соотношений при метаморфизме

Учитывав •ротиворечивость мнений об устойчивости количественных соотношений изотопов в ходе метаморфизма, нами оценена степень возможных преобразований по изотопному составу С и О карбонатов из разных горизонтов одних и тех же карбонатных тел. Полученные разнородные значения ( 130=-1.4;+0 5;+0.1;+0.6 (%oPDB), 1вО=+17.6;

+19.9;+21.0 (%о SMOW) (скв.410, участок Селигдар) указывают на отсутствие усреднения изотопного состава при региональном метаморфизме и сходство его со значениями, обычными для известняков и доломитов (Гулий, 1994).

Подобная картина распределения значений изотопов характерна и для сульфатов из апатитоносных пород и вне их: изотопный состав С - и О близок субстрату в карбонатах, ассоциирующих с первичными сульфатами участка Селигдар (скв.204), а облегчение изотопного состава S проявлено только локально в относительно поздних гнездах и жилах барита месторождения Гемагтитовое ( ^БУоо: -+6.7,+6.3;+Ю.6).

• Таким образом, существуют участки,где сохраняются особенности изотопного состава первичных пород, и отличие их от метасоматически

преобразованных дает возможность определить природу апатитовой минерализации в них.

Минеральные пр?образо>зания и роль флюидов при региональном метаморфизме

В слоисто-линзовидных метаморфических толщах чередуются породы различного минерального состава, так что в двух соседних слоях присутствуют минералы с различными валентными формами элементов (Ре, Мп, Б и т.д.) или с различным количеством Р, С1, НоО и С02. Выдержанность на большом протяжении по простиранию таких разновидностей пород,их тонкое переслаивание при постоянстве парагенезисом в пределах единых геологически:: блоков свидетельствуют об отсутствии усреднения вещества при метаморфизме, и каздое геологическое тело, таким образом, представляет собой относительно закрытую для петрогенных и летучих компонентов во время метаморфизма систему.

Для выяснения возможной роли флюидов в формировании апати-тоносных метаморфических пород нами изучена флюидная система по выборке из 150 проб пород различного состава и с различным содержанием апатита. Для каждсй из проб выполнен химический и декрепитаци-онный анализ. В основу сравнения данных положен принцип равенства декрепитационной активности при одинаковых условиях среды минера-лообрззования.Коэффициент вариации разброса полученных значений показывает их неоднородность,свидетельствующую о неодинаковой реакции различных пород на общий прогрев, вызванный метаморфизмом. Степень влияния исходного состава пород на полученную картину распределения флюидной фазы выявлена по вариациям значений декрепитационной активности отдельно для апагитоносных и ассоциирующих с ними пород. Проверка гипотезы о равенстве дисперсий этих значений с помощью Р-факгора Фишера, указывают на существенную роль в распределении флюидной фазы исходного химического состава пород. Это согласуется с выводом ФАЛетникова и др.(1974) о том, что исходный состав пород, подвергавшихся метаморфизму, имеет решающее значение в формировании флюидов и каждая их разновидность иного состава играет роль буферирующэй системы по отношению к единой метасистеме флюидов толщи.

Флюидная фаза в апатите из апатит-карбонатнь-ч пород богаче С02 и СО по сравнению с апатитом из диопсидозых пород.Сохранность

границ раздела, отсутствие усреднения (лмнерапьного и химического

состава пород показывает относительно изохимический характер мета-' морфиэма апатитоносных пород. Состояния равновесности на различных уровнях организации системы минерагенезиса (порода-минерал-элемент-флюидная фаза-изотопы) позволяют определить с определенной долей вероятности дометаморфические условия среды минёрало-образования и формирования апатитоносных пород.

Глава 6.

ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ АПАТИТА В МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ПОРОДАХ ДОКЕМБРИЯ

Изотопный состав углерода и кислорода карбонатов и происхождение апатитоносных карбонатных пород докембрия

В развитие более ранних работ ЮАБорщевского и др.(1976,1939) и Н.И.Юдина (1939) в лаборатории изотопной геологии ИЛСАН (Москва) выполнен систематический анализ изотопного состава С и О карбонатов апатитоносных карбонатных пород. Показано их сходство с типичными осадочными образованиями, промежуточным между нормальными морскими и пресноводными осадками (Тискег.ШпдМ, 1990), и их отличие от карбонатов из мраморов и кальцифиров, скарнов и карбонатитов более тяжелым изотопным составом С и О (Табл.4).

Таблица 4

Средние значения изотопного состава С и О в карбонатах из порол различных генетических типов

Типы пород Количество определений 13 С. %.. РОВ

Апагит-карБонатмые - . 47 -0.6 »18.8

Мраморы, кальцифиры 20 -1.3 * 18.0

Машезиальмые скарны г -5.4 * 13.6

(Древние карБоиатмты 4 -5.9 + 8.4

Карбонаты из продуктивных апатит-карбонатных руд месторождений имеют наиболее тяжелый изотопный состав С и О (13С=+1.6%оРОВ 180=+19.4 %о ЭМОЧУ; (ср.из 17), тогда как поздние карбонаты изжил и гнезд. сопровождающих эти породы, богаты легкими изотопами С и О. В карбонатах из руд месторождений с различными запасами Р205

значения изотопов С и О сходны. Они близки также изотопному составу С и О в карбонатах из участков, содержащих обломочный апатит. Если использовать тезис о возможности выявления следов метасоматичес-кой переработки с помощью изотопных данных и сопоставить масштабы апатитовой минерализации в различных типах карбонатных образований, становится очевидным, что породы, максимально метасоматически переработанные, бедны апатитом, а наиболее богаты им - неизмененные.

Трудно определить сейчас, насколько апатитоносные карбонатные породы являются продуктами прямого хемогенного осаждения в виде карбонатных илов или сколь сильно они испытали диагенетическме изменения, но несомненко.что после нотификации их химический и изотопный состав оставался практически неизменным. Это дает основание рассматривать минеральные парагенезисы алатитоносных карбонатных пород как образовавшиеся в относительно закрытой системе в период регионального метаморфизма и определить особенности их первичного образования.

Вероятно,в первичных бассейнах в водах,богатых Са и Мд,периодически происходило насыщение их Р и возникали условия благоприятные для кристаллизации апатита. Очевидно, что при относительно постоянном уровне концентраций Са в растворе,количество образующегося апатита зазисело от количества в растворах фосфора.

Представление о химической обстановке образования карбонатов алатитоносных пород дают парэгенетические диаграммы, показывающие,что поля устойчивости карбонатов располагаются в последовательности: сидерит-доломит-магнезит-кальцит. В раннем доломите связывается весь Мд, которого не остается на магнезит, и часть Са Остаток Са от доломита и апатита, идет на образование кальцита. Доломит ассоциирует с гематитом, а сидерит отсутствует,так как в окислительной обстановке кристаллизуется гематит и доломит. Поля стабильности карбонатов, определяемые рН-усповиями и валовой концентрацией углекислоты, сменяют друг друга на диаграмме в этой же последовательности. ■

Особенности формирования апатктоносных диоясидовых пород докембрия

Постоянная приуроченность апатитовой минерализации к пирок-сеновым породам указывает на то, что факторы, благоприятствующие образованию пироксеновых пород, положительно влияли и на накопле-

ние фосфора. Учитывая долго каждой разновидности диопсидовых пород в объеме месторождения, мы рассчитали концентрации Ка,К,А!,31, Са.Мд,Р,П и Ре, связанные в них. Оказалось,что абсолютные массы К, Ыа, А1 и Б!, связанные в поздних разновидностях диопсидовых пород, меньше, чем в ранних, несмотря на то, что концентрации их там выше. Это обусловлено тем, что К, А1 и Зк как и Са,Мд,Р,"П и Ре по мере образования ранних минералов постепенно связываются в твердые фа-зы.Таким образом, формирование минералов пироксеновых пород протекало в условиях относительно закрытой системы.

Исходя из этих соображений,эволюция минерального состава при образовании пироксеновых пород изображена на парагенетических диаграммах, учитывающих уменьшение во времени химических потенциалов, а судя по приведенным выше расчетам,и концентрациий Ca.Mg.Na и К.

Схема образования пироксеновых пород за счет доломитов и мергелей при региональном метаморфизме предполагает формирование пироксена при перекристаллизации карбонатных пород в присутствии кремния путем реакции доломит+2кварц=диопсид+С02 либо через серию промежуточных реакций с участием серпентина, талька или тремолита. Для протекания таких реакций требуется участие подвижных и Н20 (и др.) и в равной мере удаления - С02, Н20 и других продуктов

реакций, что по ^ществу отрицает изохимический метаморфизм. Однако, этому противоречит ряд минералогических особенностей пироксеновых и ассоциирующих с ними породив докембрийских разрезах тесно . переслаиваются друг с другом без всяких признаков контактовых взаимодействий диопсидигы,доломиты,мраморы,кварциты, т.е. породы, содержащие в избытке исходные компоненты и продукты обычно предполагаемых реакций. В пироксеновых породах отсутствуют какие-либо реликты субстрата - первичных карбонатных пород. Трудно предположить, что все компоненты, необходимые для образовавания пироксена, привносились в количествах,точно необходимых для полного превращения в диопсид вещества диопсидовых протослойков, и полностью израсходовались.

В предполагаемых реакциях с участием летучих компонентов первоначальные объемы пород могли уменьшиться на 40%, но геологические доказательства этому не всегда имеются. С другой стороны, широкое участие в реакциях летучих компонентов, вызвало бы однонаправленное изменение минералов и особенно с элементами переменной ва-

лентности, с образованием сидерита или гематита.чего не наблюдается в реальных парагенезиса*. И, наконец, изотопный состав С и О в карбонатах из карбонзт-диопсидовых пород и из карбонатных руд сходный. Таким образом, не всегда имеются однозначные доказательства происхождения пироксеновых пород за счет перекристаллизации доломитов или мергелей. Это дало нам возможность выдвинуть гипотезу о возможном появлении пироксена как первичного минерала протолита.

По схеме метаморфических фаций диопсид появляется только в условиях эпидот-амфиболитовой, амфиболитовой и гранулитовой фаций за счет промежуточных фаз. Энергетический потенциал Гиббса для таких реакций приобретает отрицательное значение действительно при Т и Р характерных для этих фаций регионального метаморфизма. В то же время проведенный подсчет энергии Гиббса для реакций синтеза диопсида из других исходных компонентов показывает, что их нижний температурный предел может находится гораздо ниже границы амфиболитовой фации. Расчеты показывают, что вероятность образования диопсида велика при низких температурах в том случае, если исходные компоненты представлены гидратами и сложными оксидами. Таким образом, возможность образования диопсида в значительной мере определяется формой нахождения исходных компонентов а протозеществе породы. '

Возможность образования диопсида при низких температурах подтверждается его синтезом через ряд промежуточных фаз или же непосредственно в геле и находками его как аутигенного минерала в осадочных породах (Преображенский,1941;Теодорович,1948; Гениш,1973; Yu-Chyi Yau,198S).

Таким образом, проведенные исследования позволяют нам предполагать, что минералы пироксеновых пород указывают на специфические условия древних областей седиментации. .

Источники апатита в апатитоносных конгломератах

Нами [20J оценены возможные источники обломочного апатита по его внешним сохранившимся признакам и по составу REE, определенному в отдельных обломках ионным микроанапизатором. Показано, что наибольший объем обломочного материала представлен апатитом из карбонатных пород, попадающим в конгломераты в результате внутри-формационных размывов при незначительной транспортировке.

Глава 7.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИНЕРАЛОГИЧЕСКИХ ДАННЫХ ПРИ РЕШЕНИИ ПРИКЛАДНЫХ ЗАДАЧ ИЗУЧЕНИЯ ДОКЕМБРИЙСКИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ АПАТИТА

Установлено, что распространение алатитоносных пород подчиняется литологическоыу и стратиграфическому фактору контроля ору-денения. Апатит-карбонатные породы отличаются тяжелым изотопным составом С и О карбонатов от мраморов и кальцифироа. Эти различия можно использовать для обоснования потенциальной рудоносности карбонатных пород и отличий их от карбонатитов.

Минеральные парагенезисы апатит-диопсидовых пород и сходство химического состава породообразующих минералов руд и вмещающих метаморфических пород довольно однозначно определяют форма-ционную принадлежность месторождений апатита этого типа.

Детальный анализ минерального и химического состава пород и руд наиболее ваянных в практическом отношении объектов Алданского щита показал их однообразие. Результаты изучения минерального и химического состава технологических проб месторождений Алданского щита позволили отнести их руды,согласно существующим классификациям, к бедным силикатным и кварц-карбонатным.

ВЫВОДЫ. .

Полученные в ходе исследований результаты дают возможность утверждать,что алагтитоносйые карбонатные и пироксеновые породы являются естественной частью геологических разрезов известково-сили-катного типа в метаморфических топщах докембрия. Они согласно переслаиваются с сопутствующими им гнейсами,кристаллическими сланцами и кварцитами и соизмеримы с ними по мощности геологических тел. Минеральные парагенезисы апатитоносных известково-силикатных пород тождественны парагенезисам пород, бедных апатитом, но сходного минерального и химического состава, а химический состав их породообразующих минералов близок друг другу. Метаморфизм фосфатоносного - протолита носил относительно изохимический характер, благодаря чему сохранились реликтовые признаки распределения в нем фосфора, REE, и соотношений стабильных изотопов С и О. Содержащие апатитовую минерализацию известково-силикатные породы представляют собой первично-осадочные хемогенные образования, изначально обогащенные фосфором.

Минеральные парагенезисы, состав элементов-примесей и мине-. >альные микровключения в апатите и ассоциирующих минералах, тяже-тый изотопный состав С и О карбонатов являются критериями форма-тонной принадлежности апатитовых метаморфизованных местордж-1ёний и отличия их от месторождений других генетических типов (карбо-laTvrroB, габброидоа, базитов и др.) и, в комплексе, они могут использо-яться как поисково-оценочные признаки. Морфо-генетические особен-юсти апатита и сопутствующих минералов руд, характер их поверхнос-и и химический состав в значительной мере определяют технологию |6огащения этого типа фосфатного сырья.

СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Монография

. Фосфорные руды докембрийских толщ Алдана (геология, минерало-ля, генезис). Л.,1990,220 с. (соавторы: Бупах А.Г.,Золотарев A.A.)

Статьи в научных журналах и сборниках . Апатитоносность докембрийских образований левобережья р.Олекма/ еология, поиски и разведка нерудных полезных ископаемых. Л.,ЛГИ, 983, с.67-74.

. Пироксены известкого-силикатных пород Алданского щита различной удной специализации/ Минерал. сб.,1983,№37,в.2,с.78-82. . Основные черты минералогии и генезиса Селигдарского месторожде-ия апатита Алданского кристаллического щита/ Записки ВМО,1984,е.4, . 113. с. 398-410 (соавторы: АХ.Булах. ААЗолотарев, И.П.Боброва, >.В.Ванде-Кирков)(перевод: int Geo). Rev.,1985, v.27,144-156р.). . Апатит в докембрийских образованиях Алданского щита/Проблемы етасоматизма и рудообраэования Забайкалья. Новосибирск, 1985, 135-141

. Акцессорные минералы докембрийских образований левобережья Олекма/ Акцессорные минералы докембрия.М.,1986, с.176-179. Парагенетические ассоциации докембрийских пород центральной и шадной части Алданского щита/Докл.АН СССР,1986,т.291,3,с. 658-661 Апатит докембрийских пород бассейна р.Хани/Минерал.сб.,1986, ; г40, В.2.С.41-48 (соавторы: Л.Ф.Борисенко,С.М.Ляпунов). -

Минералогические критерии поисков и оценки апатитопроявлений хамского типа/Геология, поиски и разведка нерудных полезных ископае-ых.Л.,ЛГИ,1935,с.45-56 (соавторы:Ю.В.Ванде-Кирков, Н.Б.Филиппов).

10.Минералогические критерии природы пироксеновых пород докембрия/ Минерал.сб.,1987, N2 41 ,в.2,с.59-63.

11.Особенности формирования минералов апатит-пироксеновых пород Алданского щита/Геохимия, 1987, №6, с.900-904 (перезод: Geochem.lnt., 1988.V.25 р.135-139).

12. Апатиты докембрийских пород Алданского и Украинского щитов/Геохимические идеи В.И.Вернадского в наши дни. Л., ЛГУ, 1987, с.160-168 (соавторы: С.Е.Шнюков,Н.В.Найчук,Г.Г.Павлоа).

13. Апатитоносные конгломераты докембрия Алданского щита/ Дот. АН СССР, 1988, T.303,Ms1,c. 163-166.

14.Твердые включения в минералах апатитоносных докембрийских пород Алданского щита I Вопросы генезиса эндогенных месторождений. Минералогия и геохимия. Л.,1988.в.7,с.151-157.

15. Особенности формирования кристаллов флогопита в месторождении Канку (Южная Якутия)/Геология и геофизика,1988, №7, с.57-60 (соавтор Е.Р.Друбецкой) (перевод: Sov.Geol.and Geoph.,1938,V.29,p.52-54).

16. Распределение и концентрация фосфора в метаморфических поро- . дах докембрия/Вестник ЛГУ, 1589,сер.7,в.З (№21),с.97-102.

17. Основные черты минералогии и генезиса апатитопроявлений Алданского кристаллического щита/Геология рудных месторождений, 1989, №4, с.49-62 (перевод: IntGeol.Rev.,1989,V.31, р.1025-1038).

18.Типохимизм апатита метаморфических пород/ Минерал.сб., 1939, №43, в.1,с.86-93 (соавтор Л.Г.Гилинская).

19. Рентгеновская люминесценция При разделении апатитов/ Советская геология,1989, N21, с.86-93 (соавторы: Л.Н.Копылова,Г.В.Кузнецов).

20. Редкоземельные элементы как индикатор природы апатита из докембрийских конгломератоо Алданского щита ! Докл. АН СССР,1989,т.308, №1,с. 153-156 (соавтор С.Рид) (перевод: Transactions of the USSR Academy of Sciences: Earth Science Sect,1991, v.308,151-153).

21. Минералогия и метаморфизм апатитоносных пород докембрия Алданского щита/Минерал.сб.,19Э0,№ 44,в.1, с.37-44.

22. Метаморфизм апатитоносных пород докембрия Алданского щита/ Бюлл. МОИП ,1990,т.6Б,в.4,-с.110-118.

23.Время и условия образования глинистых минералов в докембрии Алданского щита/ Генезис и ресурсы каолинов и огнеупорных глин.М., Наука, 1990, с.184-188.

24. Азот в слоистых силикатах из докембрийских пород Алданского щи-тз/Вестник ЛГУ,1990.сер.7,в.З(№21),с.82-84 (соавтор Ю.Итихара).

25. Морфология и особенности микрорельефа индивидов апатита из различных метаморфических пород и руд докембрия/Минералогический журнал,1990,12,№4,с.65-73 (соавторы: С.Н.Сёдов,С,А.Шоба).

26. Состав и особенности образования фосфатов месторождения Бири-кээн (Алданский щит)/ Литология и полезные ископаемые,1990, N6.C.44-55 (соавтор ААИевлев) (перевод: Lithol. and Min.Res.,1991,N1-6,513-523)!

27. Минеральные микровключения в апатите метаморфических пород и руд Алданского щита/Минерал.сб.,Ы44,в.2,1990 (соавторы: Т.Фурута, О.А.Дойникова, А.В.Сивцев).

28. Особенности концентрации и распределения редкоземельных и сопутствующих элементов в апатите из месторождений различных генетических типов/ Вестник ЛГУ,Сер.7,1991 .Вып.1 (N 7),с.99-106 (соавторы:

В. В.Гордиенко.Л.Ф.Борисенко,В.И.Калюжный).

29. Генезис апатита Селигдарского и Укдусского месторождений/Изв.АН СССР,сер.геол., N5,1991,C149-153 (соавторы.А. Г. Булах,А. А. Золотарев)

30. Вопросы систематики фосфатов группы рабдофана (соавт. ОАДой-никова, А.И.Горшков, Л.Н.Белова, А.В.Сивцов)/ Записки ВМ0.1993,3,

с.79-88.

31. Роль минералогических исследований в создании рациональных схем обогащения апатит-карбонатйых руд (соавт. А.А.Золотарев,'

Л.МЛюшня, С.И.Ножко)/ Минералогический журнал, 1993,N6.

32. On the possibility and conditions of apatite dressing from Precambrian apatite-carbonate ores (соавт.А.А.Золотарев, Л.М.Люшня, С.И.Ножко)/ Beneficiation of Phosphates:Theoiy and Practice., Littleton, Co1orado,1993, 261-266.

33. Особенности минерального состава и рудоносность докембрийских карбонатных пород Алданского щита/Тихоокеан.геол.,1994,N3,45-52.

Тезисы докладов к совещаниям, конференциям й симпозиумам

34. Гетерогенность и характер флюидных систем апатитов/ Природные газы Земли и их роль в формировании земной корм и месторождений полезных ископаемых. М.,1982,с.117-118.

35. Щелочные гнейсы западной части Алданского щита/ Докембрийские троговые структуры Байкало-Амурского региона и их металлогения. Но? восибирск,1983,с.37-39.

36. Особенности состава включений в апатитах докембрийских пород Алданского щита/Термобарометрия и геохимия рудообразующих флюидов. Львов,1985,с.160-161. .

37. Слоистые силикаты как индикаторы условий образования апатито-носных метаморфических пород Алданского щита/ Роль эндогенных и экзогенных факторов в формировании стратиформных руд и околорудных изменений. М., 1986, с. 61 - 62 (соавтор Б.К.Касатов).

38. Минерагения фосфора в докембрии Сибирской платформы/ Металлогения Сибири. Новосибирск,1987,т.И,с.67-68. ЗЭ.Термодинамика минеральных равновесий аоат.ит-карбонатных руд докембрия/Термодинамика в геологии.Миасс,1988,т.1,с115-116 -

40. Парагенезисы минералов железа и фосфора докембрийских железорудных месторождений. Рудоносные и рудные формации Забайкалья и смежных регионов. Чита, 1988, с. 162-163.

41. Редкоземельные элементы в апатите метаморфических пород и формы их локализации. VI Всесоюзный симпозиум по изоморфизму. М„ 1988, с. 63 (соавтор Т. Фурута).

42. Изотопный состав РЬ и Sr в месторождениях апатит-силикатных и апатит-карбонатных руд Алданского щита/XII Всесоюзный симпозиум по стабильным изотопам. М.,1989,с.10-11(соавторы: Ю.Д.Пушкарев и др.).

43. Main Features of the Composition and Origin of the Apatite Mineral Deposits in the Metasedimentary Rocks of Aldan Shield (Siberian,USSR)/8 th IAGOD Symposium, Ottawa,1990, A241.

• 44. Месторождения апатита в метаморфических породах докембрия/ Металлогения Д'"ембрмя и мегаморфогенное рудообразование. Киев, 1990, ч.,с.205-206. .

45.0 систематике минералов группы рабдофана/Современные пробле-минералогии и сопредельных наукТез.докп.УШ Съезд ВМО,СПб,1992, с.223-224(соавторы:О.А.Дойникова,А.И.Горшков,Л.Н.Белова,А.В.Сивцев)

Подйисаяо к печати »5.09,1995> формат 60x84/16 Бумага офсетная Усл.-пвч.яистл,оУч.-йэд.лист Я,О, Тираж юо. Закав 382,.

Полиграф, уч-н Института электродинамики АН Украины, 253057, Йиев-57, проспект Победы, 56.