Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Минералогия циркония и ниобия в породах карбонатитовой серии щелочно-ультраосновных массивов Кольского полуострова

ВАК РФ 04.00.20, Минералогия, кристаллография

Автореферат диссертации по теме "Минералогия циркония и ниобия в породах карбонатитовой серии щелочно-ультраосновных массивов Кольского полуострова"

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

>гк од

На правах рукописи

- 2 MAP 1Я98

СУББОТИН Виктор Владимирович

МИНЕРАЛОГИЯ ЦИРКОНИЯ И НИОБИЯ В ПОРОДАХ КАРБОНАТИТОВОЙ СЕРИИ ЩЕЛВЧНВ-УЛИРАОСНОВНЫХ МАССИВОВ КОЛЬСКОГО ПОЛУОСТРОВА

Специальность 04.00.20 - минералогия, кристаллография

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Санкт-Петербург 1998

Работа выполнена в Геологическом институте Кольского научногс центра РАН

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук

А. В. Волошин

Официальные оппоненты: доктор геолого-минерадогических наук,

профессор А. Г. Булай ' *' ■• < ■

;. кандидат геолого-минералогических

наук Е. М. Шаденков

Ведущая организация: Комитет по геологии и использованию нед] Мурманской области (Мурмангеолком)

Защита состоится "¿.в " 1998 г. в 18 часов н

заседании Диссертационного совета Д 063.57.27 по защит диссертаций на соискание ученой степени доктора геолого минералогических наук в Санкт-Петербургском государственно] университете по адресу: 199034, Санкт-Петербург, Университетска наб., д. 7/9, Геологический факультет, ауд. 52

Электронная почта: olga@dean.geol.pu.ru, факс: (812) 218-41-1 или 218-13-46

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотек им. А.М.Горького при Санкт-Петербургском государственно университете

Автореферат разослан "50 " января 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Т.Ф. Семенова

Актуальность темы определяется многообразием проявления [елочно-ультраосновного карбонатитового магматизма в регионе, такальным набором минеральных видов, сложностью и едоизученностыо современными локальными методами редкометалльной инерализации карбонатитов, значительным рудным потенциалом. Выбор бъектов (минералов Ъх и №>) не случаен. Эти элементы наряду с глекислотой, Р, Ре, П, щелочными и редкоземельными элементами пределяют "минерагеническое лицо" щелочно-ультраосновной арбонатитовой формации. Высокая продуктивность в отношении ромышленных концентраций редких металлов, комплексный характер руденения, сложные минеральные балансы распределения "полезных" и зредных" компонентов - все это также предопределяет необходимость роведения прецизионных исследований 7г-№>-минерализации арбонатитов.

Цель работы - исследование эволюции редкометалльного Ъх-№-минералообразования в карбонатитовой рудно-магматической истеме. Задачи: 1. Изучение стадийности процесса 2г-№>-[инералообразования на основе типизации карбонатитов по тносительному возрасту и типовым минеральным ассоциациям; 2. (ыявление собственных минеральных форм нахождения Ъх и N5, :зучение их генетических взаимоотношений; 3. Установление арактера эволюции химического состава и других типоморфных войств главных редкометалльных минералов; 4. Анализ собенностей поведения 2.x и № на ранних (позднемагматических) и юздних (постмагматических гидротермальных) стадиях процесса :арбонатитового минералообразования. Объектами изучения были [збраны четыре массива - Себльявр, Ковдор, Вуориярви и "алланлатва. Карбонатитовые породы этих массивов наиболее 1азнообразны и представлены различными фациями глубинности (от [риповерхностной до мезоабиссалыюй), что позволило в равнительном плане проследить эволюцию цирконий-ниобиевого шнералообразования во всем ее многообразий.

Фактический материал и методика исследовании. Фактической сновой диссертации послужили материалы, собранные автором в ходе юлевых работ по плановой тематике Геологического института КНЦ 'АН (1977 - 1990 г.) и при участии в поисково-оценочных и разведочных аботах Мурманской ГРЭ и Центрально-Кольской КГЭ на апатит-тгнетит-редкометальное сырье на массивах Себльявр, Вуориярви, ^алланлатва. Использованы также технологические пробы Ковдорского "ОКа. Стадийность процесса карбонатитообразования изучалась при [аблюдении над геологическими взаимоотношенияьо! пород в керне

скважин и карьере. В основу анализа минеральных парагенезисо! основных типов пород легли результаты изучения качественной минерального состава многих сотен образцов и количественного состав; 30 представительных минералогических проб. Наряду с традиционным! методами исследования (оптико-микроскопические, рентгенометри ческие, определение физических констант, диагностическое окрашивани породообразующих карбонатов и др.) широко использование современные локальные методы: микрозондовый анали (микроанализатор MS-46 Сашеса), электронная микроскопи (электронный микроскоп S-430 Hitachi с энергодисперсионно! приставкой Link), ИК-спектроскопия (спектрофотометры Specord-M80 : UR-20). Изучение состава редкометалльных минералов (более 30 анализов) - отправной характеристики для данной работы - выполнен исключительно микрозондовым методом. В необходимом объем проведено микрозовдовое определение состава породообразующи минералов, химическое и рентгеноспектральное определение состава про пород, руд, монофракций и концентратов.

Научная новизна. Приведено детальное, основанное ь использовании современных локальных методов, минералогическс описание 26 минералов Zr и Nb из карбонатитовых пород щелочнс ультраосновных массивов Кольского региона. Одиннадцать из них карбонатитах обнаружены впервые, в том числе, три новых минеральнь вида. Установлена и детально изучена сложная история преобразован* первичных, формирующихся на ранних позднемагматических стадии карбонатитового процесса, ассоциаций минералов Zr и Nb посгмагматических гидротермальных условиях, когда наряду с Са, Na и ' значительную вцдообразующую роль при кристаллизащ редкометалльных минералов приобретают Si, К, Mg, REE и Ва. Выявлен и изучены: новый ниобо-силикат бария - бельковит; новый минерал i группы ненадкевичита-лабунцовита, калиевый аналог ненадкевичита вуориярвит; новый водный тетраниобат магния - терновит; cepi пирохлоро-, циркелито-, вуориярвитоподобных минеральных фаз, час которых является потенциально новыми минеральными видам Установлены: полигенносгь бариевых разновидностей пирохлор проявления цеолитоподобных свойств в тетраниобатах; проявлен! структурного типоморфизма в минералах группы ненадкевичит лабунцовита - закономерное изменение объема элементарной ячейки зависимости от соотношения Nb/Ti в моноклинных минералах понижение ромбической симметрии (ненадкевичит) до моноклинн (вуориярвит) при замене Na на К в существенно ниобиевых член группы.

Практическая значимость. Совместно с Мурманской ГРЭ выявлены и изучены новые нетрадиционные типы Ъх- и №>-минерального сырья - кальциртитовый и луешитовый. Составлены геологические и прогнозные карты м-ба 1:10 ООО и 1:5000 массивов Вуориярви, Себльявр. Результаты исследований рудообразующих минеральных ассоциаций послужили минералогическим обоснованием подсчета запасов редкометалльных руд и вошли в отчеты Мурманской ГРЭ о поисково-оценочных и разведочных работах на массивах Себльявр (гос. регистрация № 29-80-112/8), Вуориярви (г. р. № 29-86-3/14), Салланлатва (г. р. № 29-84-27/20). Минералого-технологические исследования руд и концентратов использованы для обоснования рациональной методики усреднения руд - отчет Ковдорского ГОКа по геолого-технологическому эпробованию и картированию месторождения (г. р. № 29-91-50/5).

Основные защищаемые положения:

1. Карбонатитовая серия пород, завершающая поздне- и тостмагматический этап формирования щелочно-ультраосновных массивов, сформировалась в 5 основных стадий. Породы этих стадий подразделяются на ранние (камафориты и карбонатиты 1-4 стадии) и тоздние (карбонатиты 5 стадии). Типовые ассоциации эедкометалльных и породообразующих минералов в пределах пород соответствующих стадий устойчиво повторяются в разных массивах.

2. Первичные концентрации 2г и ЫЬ связаны с «самафоритами и карбонатитами ранних стадий. Видовой состав эедкометалльных ассоциаций этих пород от 1 к 4 стадии процесса ¡акономерно меняется. Основная тенденция проявляется в юследовательной смене циркониевой минерализации (1, 2 стадии) сомплексной цирконий-ниобиевой (3 стадия) и существенно шобиевой (4 стадия). В этой же последовательности повышаются сонцентрации N13 во все более поздних генерациях "сквозных" >едкометалльных минералов.

3. Гидротермально-метасоматическое преобразование 1ервичных редкометалльных минералов, при формировании поздних :арбонатитов 5 стадии приводит к перераспределению редких металлов и образованию вторичных 7г-МЬ-минеральных ассоциаций. Эксидные формы концентрации Ъх и №>, преобладающие в породах •анних стадий, сменяются силикатными и гидрооксидными. Существенно увеличивается видообразующая роль Ва, К,

4. Закономерное изменение состава и свойств ранних редкометалльных минералов, а также масштабы проявления вторичных цирконий-ниобиевых минеральных ассоциаций, определяют технологические качества известных (бадделетовый, и-пирохлор-бадцелеитовый, пирохлоровый) и новых нетрадиционных (кальциртитовый, луешитовый) типов комплексного ¿г- и №>-минерального сырья в камафоритах и карбонатитах изученных массивов.

Апробация работы. Материалы диссертации обсуждались на Всесоюзной научно-производственной конференции "Циркон' (Одесса, 1987); Всесоюзной конференции "Проблемы комплексного использования природных ресурсов Кольского п-ва" (Апатиты, 1989); выездной сессии ВМО, посвященной 70-летию первой экспедиции А.Е.Ферсмана в Хибины (Апатиты, 1990); на 6 научной конференции Института геологии Коми НЦ УрО РАН "Структура, вещество история литосферы Тимано-Североуральского сегмента" (Сыктывкар 1997). Основные результаты изложены в 21 опубликованной работе.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения пяти глав, заключения. В первых двух главах приводятся кратки« сведения о геологическом строении массивов, их редкометалльно! рудоносности, последовательности образования основны: минеральных разновидностей пород карбонатитовой серии и и. минеральном составе. Обсуждается проблема стадийности процесс карбонатитообразования. Третья и четвертая главы посвящен! описанию минералов Ъх и №>, их типоморфизму и анализ изменения форм концентрации этих элементов в связи эволюционирующими физико-химическими условиям;

карбонатитообразования. В пятой главе рассматриваются прикладны аспекты результатов исследований. Общий объем 284 стр., включа 126 стр. текста, 52 таблицы, 107 рисунков и список литературы и 235 наименований.

Благодарности. Выполнение работы было бы невозможны без содействия администрации ГИ КНЦ РАН, директору которой чл.-корр. РАН Ф.П.Митрофанову, автор выражает глубоку] благодарность. Автор благодарен научному руководителю, доктор геол.-мин. наук А.В.Волошину за сотрудничество, поддержку обсуждение результатов. Исследование минералов, пород и р> проводилось совместно с А. В. Волошиным, Я.А.Пахомовскт Г.Ф.Субботиной, Ю.П.Меньшиковым, А. Ю.Бахчисарайцевь» О.Б.Дудкиным и др. (ГИ КНЦ РАН); Д.Ю.Пущаровскт Н.А.Ямновой, Т.Н. Надежиной (МГУ); Р.К. Расцветаевой (Инстшл

сристаллографии РАН); Б. В. Афанасьевым, ЮА.Подкопаевым и др. МГРЭ и ЦККГЭ); А.Н.Быховцем, В.Т.Рико и др. (Ковдорский Х)К); Е. М. Эпштейном и др. (ВИМС). Всем этим и др. коллегам штор благодарен за сотрудничество, помощь и консультации.

Глава 1. Краткая характеристика щелочно-ультраосновных массивов

Кольского полуострова

Кольский полуостров является крупнейшей провинцией ¡роявления щелочно-ультраосновного карбонатитового магматизма. На го территории насчитывается около 20 интрузий этого формационного тага. Размещение массивов контролируется глубинными разломами, рассирующими рифгогенные зоны древнего заложения. Возраст массивов ю геологическим и геохронологическим данным определяется как галеозойский, соответствующий каледонскому этапу тектоно-гагматнческой активизации древнего кратона (Кухаренко и др., 1965, 971; Когарко, Кононова, 1979; Булах, Иваников, 1984; Орлова, 1993; Сгашш й а!., 1993; Ко§агко е1 а1., 1995 и др.). Для геологического строения юссивов характерны: овальная в плане и штокообразная в разрезе форма, :онцентрическая зональность распределения различных [етрографических серий пород, выдержанность зон по вертикали. !нутреннее строение и геохимические особенности массивов обусловлены очетанием петрохимически резко различных серий - ультраосновной, делочной и карбонатитовой. Все они недосыщены и А1, обогащены щелочами, Са, М§, Ре, 7л, N5, Та, ЯЕЕ и др. Наибольшие концентрации едких элементов установлены в полистадийных комплексах арбонатитовых пород массивов Себльявр, Ковдор, Вуориярви, ^алланлатва, представленных разными фациями глубинности — от езоабиссальной до приповерхностной (Булах, Иваников, 1984; Эпштейн, [абаньков, 1984).

Глава 2. Стадийность и основные минеральные разновидности пород

карбонатитовой серии

По результатам сравнительного анализа минерального состава последовательности формирования основных типов пород серии в гждом из изученных массивов и с учетом литературных данных зулах, Иваников, 1984; Капустин, 1971; Лапин, 1977; Афанасьев, )77; Эпштейн, Данильченко, 1988 и др.), разработана обобщенная сема стадийности карбонатитового процесса - табл. 1.

Табл.1.

Обобщенная схема стадийности формирования основных минеральных разновидностей камафоритов и карбонатитов

Ста- Основные минеральные разновидности Типоморфные

дии акцессорные

Камафориты Карбонатиты минералы

Апатито-флогопито- Диопсвдо- Перове кит

1 диопсидовые кальцитовые Кальциртит

Шорломит

2 Апашто-форсгерито- Форстерито- Бапделеит

1) магнетитовые кальцитовые

X Тетраферрифлогопито- Тетраферрифлогогогто- U-пирохлор

сз 3 кальцито-магнетитовые кальцитовые Циркелит

CU Бадцелеиг

Амфиболо-кальцито- Амфибол о-доломито- Пирохлор

4 доломито-магнетитовые с кальцитовые Циркелит

ильменитом Хлорито-кальцитовые Луешит

Циркон

Калыдито- Sr-Ba-пирохлор

<t> даломитовые Пирохлор

К ж 5 Доломитовые Циркон

et Магнезито- Цирконосиликаты

о доломтшые Ниобосиликаты

С Сидериговые Тетраниобаты

Карбонаты REE, Ва, Sr

Барит

Вся совокупность пород серии подразделяется на две группы Первая - камафориты и ранние карбонатшпы (1-4 стадии) - объединяв наиболее высокотемпературные интрузивные и метасоматические породы С ними связано образование первичных концентраций 7л и М: Камафориты рассматриваются как меланократовые аналоги карбонатито соответствующих стадий - имеют близкий возраст, одинаковы! качественный состав главных, второстепенных и акцессорных минерало и различаются лишь их количественными соотношениями. Камафориты ] ранние карбонатиты обычно пространственно сопряжены в рамка единых тектоно-магматических структур (рудно-карбонатитовые трубк Ковдорского месторождения и рудопроявления Тухтавара в массив Вуориярви, Центральная зона массива Себльявр). Вторая группа - поздни карбонатиты (5 стадия), представлена низкотемпературным гидротермально-метасоматическими образованиями. Характеризуют*:

единой мирально-геохимической специализацией - обогащены минералами Ва, Sr, REE. Первичных концентраций Zr и Nb они не создавали. Напротив, при наложении этих пород на ранние при определенных условиях происходит частичное или полное (в зависимости от интенсивности вторичных пороцессов) разложение ранних редкометалльных минералов и переотложение редких элементов в других минеральных формах. В распределении ранних карбонатитовых пород преобладают концентрические мотивы; поздние, чаще всего, контролируются более локальными линейными структурами, дискордантными по отношению к ранним. В массивах среднего уровня глубинности (Ковдор, Вуориярви, Себльявр) известны все основные типы пород при подчиненном значении поздних карбонатитов. В менее глубинном массиве Салланлатва преобладают поздние разновидности карбонатитов. Типовые ассоциации редкометалльных и породообразующих минералов в пределах пород соответствующих стадий устойчиво повторяются в разных массивах не только Кольской, но и других карбонатитовых провинций мира (Пожарицкая, Самойлов, 1972; Капустин, 1971 и др.).

Глава 3. Минералогия Zr и Nb в породах карбонатитовой серии

Наиболее полные минералогические описания карбонатитов Кольского региона приведены в работах А.А.Кухаренко и др. (1965), А.Г.Булаха (1984, 1986), Ю.Л. Капустина (1971), Л.С. Бородина и др. (1973), О.М.Римской-Корсаковой (1963), Н.И.Красновой (1972), Л.Б.Чистова (1971), Л.Н. Журавлевой (1976), Е.М.Эпштейна (1991) и др. Список минералов Zr и Nb карбонатитовых пород изученных массивов насчитывает около 30 минеральных видов (табл. 2). Минералы камафоритов и ранних карбонатитов представлены сложными оксидами - кальциртитом, бадделеитом, циркелитом (цирконолитом), минералами перовскитовой и пирохлоровой групп, а также цирконом. В основном, это первичные акцессорные минералы. В породах 1, 2 стадий они представлены кальциртитом и ранним бадделеитом-I (см. табл.1). Собственно Nb-минералы в этих тородах отсутствуют. Породы 3 стадии несут комплексную LJ-Ta-Nb-Zr-минерализацию (бадделеит-П, циркелит, U-пирохлор), в <оличественном отношении Zr-минералы преобладают. В <амафоритах и карбонатитах 4 стадии, напротив, Nb-минералы резко треобладают над циркониевыми. В составе минералов, имеющих :квозную распространенность, устанавливается закономерная гзменчивость: от ранних генераций к поздним повышаются

концентрации №>. В позднем бадделеите-Н концентрации элементов-примесей увеличиваются по сравнению с ранней генерацией в 4 - 5 раз и в среднем составляют (мае. %): 1.19 №205; 0.54 Та205; 0.18 ТЮ2; 0.26 8с203; 0.21 РеО. Состав циркелита также обнаруживает зависимость от времени формирования. Наибольшие концентрации ГЧЬ (до 24.0 мае. % №205), Та, ЯЕЕ, Ре, N3 присущи циркелитам, ассоциирующим с пирохлором в камафоритах и карбонатитах 3, 4 стадий. Минимальные содержания этих же компонентов (1.47 мае. % №>205) и максимальные Т1, Ъх, Са наблюдаются в минералах из камафоритов 1, 2 стадий. Изменение состава перовскитов от ранних к поздним происходит по двум направлениям - латраппит-луешитовому (обогащение N3 и N1): Са2+Т14+->№+№>5+) и лопаритовому (обогащение Ыа и ЯЕЕ: 2Са2+->Ыа+Се3+) эволюционным трендам.

Эволюция химического состава многочисленных генераций пирохлора имеет аналогичную направленность. Выделяются три основные разновидности: и-пирохлор (гатчетголит), собственнс пирохлор и Бг-Ва-пирохлор. и-пирохлор (4.7-23.5 мас.% 1Ю2; 3.7-21.$ мас.% Та205) - наиболее ранняя разновидность. Пирохлор -представлен несколькими генерациями. Ранние обогащены ТЬ ( дс 11.8 мас.% ТЮ2) и локализуются в камафоритах 4 стадии. Пирохлор следующей генерации распространен в карбонатитах 4 стадии Состав его близок к идеальному (Са,№)2№>20б(0Н,Р) Бг-Ва-пирохлор (2.0-17.6 мас.% ВаО и 0.1- 8.9 мас.% БгО) - образуй секущие первичную зональность блоки, зоны внутр! гидратированных зерен ранних пирохлоров. Процесс замещени; сопровождался выносом Са, N3, № и привносом, наряду с Ва и Бг Ре и 81. Механизм ионообменного декатионирования пр] образовании вторичных Бг- и Ва-пирохлоров, широко проявленный гипергенных условиях (Лапин и др., 1989; Беляков и др., 1988 Кравченко и др., 1996), реализуется и в эндогенных гидротермально метасоматических процессах изменения ранних карбонатито! Второй распространенный тип выделений Бг-Ва-пирохлора отдельные зоны роста в комплексных ритмично зональны кристаллах, сложенных чередующимися Бг-Ва- и Ыа-Са-зонам* Таким образом, примесь Ва в пирохлорах полигенна. Значительна доля Бг-Ва-пирохлоров образовалась в результате эпигенетическог изменения ранних (урановых, ториевых и кальций-натровых), часть при непосредственной кристаллизации из гидротермальны растворов.

Табл. 2.

Минералы и минеральные фазы Ъх и №>, установленные в породах карбонатитовой серии изученных массивов

Минералы циркония Минералы ниобия

Название Формула Название Формула

бадцелеот гюг Пирохлор (Са,№ЬМЬ20б(ОН,Р)

Кальциртит Са2г3ТОэ Уранпирохлор (и, Са ДЩМ.ТаЬСуОН)

Циркелит (Са,ТЪ,Се)ггГГ|,ЫЬ)207 Бариопирохлор (Ва,5г)(ЫЬ,П)2(0,0Н)7

Циркон гкод Перовсютт (Са,Се)(П,№)Оз

Катаплеет N827151309' 2НгО Луешит №N1)03

Гейдоннеит МаггйЬОэ 2НгО Лопарит-(Се) N306(11, №ЬОе

Илерит Маг^ЬОд ЗНгО Виджеццит (Са,Се)(№,Та,-ПЬОб

Джорджчаоит КМаггеЬО) 2НгО Эшинит-(Се) (Се,Са,Ре)(Т|,№)2(0,0Н)6

Комкосит Ва^ЬОд ЗН20 Натрониобит NaNbOз

Эльпидит Ма2ггЗЬ015 ЗНгО Ферсмит (Са,Се)(МЬ,ПЫО,ОН,Р)б

Фаза 417/52,4 (Ва,Са)ггП"|^Ь)2(0,0Н)7-? Ферроколумбит РеЫЬгОв

Терновит * (Мд.Са^Оп ЮНгО

Хошелагаит (Са^а.Зг^Ои' 8Н2О

Франконит №2№401Г9Н20

Бельковит * Ва3(№-П)6(51207)2012

Вуориярвит? (К,Ыа)2<КЬ,Т|)28и012(О10Н)24Н2О

Ненадкевичит (№,Са,К)(№,"П)5'|20б(0,0Н) 2Н20

Лабунцовиг (К,Ва,№)(Т1,N¡3)512(0,ОН)? Н20

Фаза 360/35 (Ba,Ca,Sr)2(Nb1Fe,Tl)2(O,0H)7 -?

Фаза 415/222 (Ва,Са^а,Се)2 (№,"ПЫ0,0Н)7- ?

Фаза 393/8 9,8 (Са,Се)(КЬ,Т|,Ре)40ю 17 НгО - ?

Примечание: минералы, выделенные курсивом, обнаружены в карбонатитах впервые;

* - новые минеральные виды, установленные при участии

автора

Минералы поздних карбонаттгов представлены самыми поздними генерациями циркона и пирохлора, водными цирконосиликатами, тетраниобатами, минералами групп эшинита, ненадкевичита-лабунцовита, бельковитом, пирохлоро-, циркелито-, вуориярвитоподобньши минеральными фазами. Главным образом, это вторичные минералы, возникшие при гидротермальном изменении ранних карбонатитовых пород. Кристаллизация цирконосиликатов связана с низкотемпературными условиями высокой щелочности, при которых происходит преобразование ранних циркониевых минералов, прежде всего циркона, измененные и полурастворенные кристаллы которого нередко присутствуют вблизи выделений цирконосиликатов. Водные

тетраниобаты, являясь типичными гидротермальными минералами щелочных пород (Jambor et al., 1984, 1986) и карбонатитов, имеют сходные физические и химические свойства и, по-видимому, могут быть объединены в одну группу (группу франконита) с типовой формулой Л2-х В4 Оп • п Н20, где А - Na, Са, Mg, Ва, Sr, REE; В - Nb, Ti, Та, Fe. Выявление терновита (Mg,Ca)Nb40u • пН20 при п=8ч-10, "промежуточные" составы хошелагаита (Сао.ад Mgo.27 Вао.2о Sro.o9)o.96 (№>401 Feo.oi)4.02 Оц • 9.20 Н20 и франконита (меняется от близкого к идеальному до (Nao.46 Сао.43 Mgo.34 Вао.о7 Sr0.0i)i.23 (Nb391 Tao.os Tio.os Fe001)4 02 Оц • 5.26 Н20) свидетельствуют о широком изоморфизме в позиции А. Слоистая структура кальциотантитового типа (Волошин, 1993) придает минералам цеолитоподобные свойства - широкие вариации соотношений Н20, Na, Mg, Са, Ва. В позиции В в известных минералах доминирует Nb. Однако минеральная фаза 393/89.8, являющаяся, по-видимому, обогащенным Ti хошелагаитом (эмпир. формула (Сао65 REEq 07)0.72 (Nb243 Ti131 Feo^Tao.oikoo °9.85 ' 16.7 H20), позволяет предполагать вариации соотношения Nb и Ti в струкг. позиции В. Образование бельковита (силиката Ва и Nb) при гидротермальном изменении пирохлора и его относительно широкая распространенность подчеркивают специфическую роль Ва в гидротермальную стадию формирования карбонатитов. Минералы группы ненадкевичита-лабунцовита типичны для поздних карбонатитов. Настоящими исследованиями установлены ненадкевичит, лабунцовит, новый представитель группы - вуориярвит, мин. фазы с широкими вариациями соотношений Nb/Ti и Na/K (табл. 3).

Минералы группы имеют сходные кристаллические структуры (Головастиков, 1973; Perrault et al., 1973; Органова и др., 1981 и др.). Их общей особенностью является наличие в каркасе цеолитоподобных пустот, заполненных К, Na, Ва, Н20. При сравнении составов и свойств минералов установлено, что объем элементарных ячеек моноклинных членов группы в основном зависит от соотношения Nb/Ti и значительно меньше - от соотношения K/Na и содержания Н20, т. е., параметры цеолитоподобного каркаса определяются соотношением Nb/Ti в колонках ниобий-титановых октаэдров и не зависят от степени заполнения каналов крупными катионами и водой. Широкая распространенность мин. фаз с соотношением Nb/Ti » 1 позволяет предполагать возможность реализации в их структуре двух кристаллографически независимых октаэдрическш позиций Ml=Nb и M2=Ti. В структуре вуориярвита обе позиции имеют смешанный Nb-Ti-состав (Расцветаева и др., 1994). Таким образом, блестящее предположение А.Г. Булаха и М.Д. Евдокимова (1973) с

.»зможном микроблоковом строении кристаллов лабунцовитов-енадкевичитов реализуется, скорее всего, не на уровне физических икропримесей, а на структурном уровне.

Табл. 3.

Сравнительные данные по минералам группы ненадкевичита-лабунцовита

Ненадкевичит Вуориярвит Лабунцовит Промежуточные фазы

1 2 3 4 5

Гингония ромб. МОНОКЛ. МОНОКЛ. МОНОКЛ.? МОНОКЛ.?

1р. группа РЬат Cm I2/m ? ?

J 7.322 14.56 14.51 14.57 14.50

,А 14.298 14.20 14.17 14.28 14.24

Л 7.082 7.88 7.80 7.77 7.74

), Г) 90 117.15 117.04 117.05 117.25

ф 741 1451 1428 1439 1420

W г/см3 2.72 3.01 2.86 2.75 3.03

■р ]т 1.642 1.649 1.689 1.658 1.666

1.655 1.702 1.661 1.675

к +)2У 1.754 1.759 1.795 1.780 1.785

25 40 17.8 30

1 2 3 4 5 Эмпирические формулы (при Si=2) (Nao es Ко м)о 89 (Nbo ез Tío об)о 94 Sb Oe (О,ОН)0 те • 1 76 Н2О (Ki 01 Nao 59 Bao.i4 )i 74(Nb1M Tioo7)i 91 (Si2 OebiO.OH), и • 4.19 НгО (Ко se Nao.52 Baoca )пз(Т1о7о Nbo^FeooaZrco^gaSb Oe(O,OH)0.59*2.72 H2O («oes Nao15Cao.02Sro.02 Baooi)io5(NtDo.5oTio,43 Feo 01b 94 St2 Oe (O,OH)0 бв '1 39 НгО (Ко eo Nao 29 Mg0 oa Bao07 Мпо.02)1 oe (Tío 54 Nboío Feo oe)i 00 Sfe Oe (O.OHfe 78 '1.70 H2O

Глава 4. Основные черты эволюции Zr-Nb-минералообразовапия в карбонатитовом процессе

Повышенный общий геохимический фон Zr, Nb, REE и др. »едких элементов - одна из важнейших специфических особенностей юрод карбонатитовой серии (Кухаренко и др., 1965, 1971; Булах, 'Тваников, 1984; Бородин и др., 1973; Лапин, 1980,1982). Распределение юкальных концентраций редких элементов в стадийном карбонатитовом [роцессе проявляет закономерную изменчивость. Высокие концентрации irÖ2 (0.17-0.30 мае. %) присущи камафоритам 1-4 стадий. В карбонатитах 1тих же стадий содержания Zr почти на порядок ниже. Еще ниже юнцентрация этого элемента в поздних карбонатитах 5 стадии 0.02 мае. %). В перечисленных породах Zr присутствует в виде :обсгвенных минералов - кальциртита, бадделеита и др. Рассеянная форма гахождения для него не типична. Характер распределения Nb

существенно иной. В породах 1 и 2 стадий его содержания ниже общеь геохимического фона массивов (0.031 мае. % № - Кухаренко и др., 1965) Собственно №)-минералов в этих породах не установлено - № рассеян ] перовските (до 3.4 мае. % №>205), кальциргите (до 2.9 мае. %) бадделеите-1 (в среднем, 0.28 мае. %), ильмените (до первых %). В порода

3 стадии содержание № возрастает в 4-5 раз. Появляются собственны минералы - й-пирохлор и циркелит. Доля изоморфно рассеянного N1 остается значительной - ~10 % (в бадделеите-И - в среднем 1.2 мае. 9. №>205). Максимальная степень концентрации № наблюдается в порода

4 стадии (почти в 30 раз выше фонового значения). Практически весь N1 сосредоточен в пирохлоре и циркелите - камафориты; в пирохлоре ] луешите - карбонатиты. Доля рассеянного № в этих породах ничтожна ильменит, циркон, возможно, магнетит. В карбонатитах 5 стади! содержание № резко падает почти до фонового. Все КЬ-минералы эта пород являются поздними переотложенными или явно вторичными - Бт Ва-пирохлор, бариопирохлор, бельковит, минералы групп эшинита ненадкевичита-лабунцовита, франконита. Доля №>, изоморф» рассеянного в ильмените, бруките, анатазе снова возрастает. Такю образом, поведение Ъх и №> в карбонатитовом процессе до некоторо] степени противоположно. От 1 стадии к 4 в минералообразующи флюидах происходит уменьшение концентрации Zr и возрастае концентрация №. Параллельно возрастает степень концетрации N1 относительно Та, ТЬ относительно и и др. Поздние карбонатиты 5 стади] геохимически контрастно отличаются от ранних. При низки концентрациях Ъх и N5 в них резко возрастают содержания Ва, Бг, ИБЕ что в минерагеническом отношении сближает гидротермальны образования карбонатитов с гвдротермалитами агпаитовых массиво (Хомяков, 1990; Пеков, 1997 и др.). Высокая степень фракционировани редких элементов, исключительное видовое минеральное разнообразие полигенеративность и сложность генетических взаимоотношени] большинства изученных минералов в значительной мере определяютс. длительностью процессов и периодическим изменением физико химичаских свойств минералообразующей системы. Эволюционный ря ранних 2г-минералов относительно прост. Высокотемпературны кальциртит и бадцелеит кристаллизуются в узких временных интервалах ] при близких условиях, различающихся режимами активности "П и Сг Имеющие сквозную распространенность циркелит и, особенно, циркон часто обнаруживающие вторичную природу, образуются в места локального увеличения активности Т1 и - чаще всего это эндо- ] экзоконтакты камафоритовых и карбонатитовых тел с богатыми 1

ипербазитами. Р-Г-условия их образования достаточно широки: 1-4 тадии процесса для циркелита и самый широкий диапазон условий для Шркона. Циркелит, обладающий высокой изоморфной емкостью, гроявляет четкую зависимость состава от времени и геохимических ■словий формирования: интервал содержаний №>205 в минерале меняется (г 1.5 в раннем (1 стадия) до 24.0 мае. % в позднем (4 стадия). Увеличивается в этой же последовательности (от ранних генераций к юздним) концентрация изоморфно рассеянного №> и в других ^г-минералах: кальциртите, бадделеите, цирконе. Эволюционный ряд -шнералов перовскитовой группы может быть представлен следующей :хемой:

Лопарит-(Се) 7 NaCe( 7\, 1^Ь)206 ^

Перовскит (Латраппит) Луешит

(Са,Се)ОП,№>)03 (Са,На)(ИЬ, Ъ, Ре)03 Ыа№03

В направлении перовскит - латраппит - луешит ряд, скорее всего, непрерывный. В направлениях перовскит - лопарит-(Се) и лопарит-(Се) -1уешит эволюция составов минералов только намечается, по-видимому, из-за общей несинхронности периодов высокой химической активности эедкоземельных элементов, "П и МЬ. Генеральным направлением тренда изменения состава минералов группы перовскита является увеличение удержаний № во все более поздних минералах по сравнению с ранними. Эволюционный ряд минералов группы пирохлора более сложный и разветвленный, что обусловлено: значительной продолжительностью периода кристаллизации минералов группы (3-5 стадии); контрастным, часто цикличным, изменением химического состава минералообразующих флюидов и Р-Г-условий кристаллизации; специфическими кристалло-шмическими свойствами пирохлоровой структуры. Схематично, в виде последовательного ряда возрастания химической активности основных видообразующих элементов, он может быть представлен в следующем виде:

и, Ва (Ва-уранпирохлор) -» [ Ва (бариопирохлор) -» Ва-М>-мин. фазы]

Т 71 т т

и, Та, Т1 Са, №, ТЬ, Б -» Са, Ыа <-> Ва, (Бг, ЯЕЕ) Са,№ I 1Т

Хх, Т1 (циркелит) Ва ("бариоциркелит")

Основным направлением последовательного изменения состав многочисленных генераций пирохлора и близкого к нему ш структуре циркелита является нарастание концентрации N1 относительно других катионов структурной позиции В (Та, Т1, Ре) Оно осложняется параллельным, локальным для Zг и почт] непрерывным для Ва периодическим увеличением химическо] активности на протяжении всего периода образования минерало группы. Еще более сложная кристаллохимическая эволюци. редкометалльных минералов продолжается на поздне] гидротермальной стадии. Ранняя, обширная по параметрам и целом изотропная минералообразующая система в этот перио, распадается на множество мелких, нередко замкнутых, н долгоживущих и сложно эволюционирующих систем. На фон общего снижения щелочности растворов и увеличения активност; Ва, Бг, ЯЕЕ, в них локально, за счет гидротермального разложени ранних редкометалльных и породобразующих минералов, резк возрастали концентрации Мэ, 7л, Т1, К, М§. Это привело появлению минералов и фаз с такими кристаллохимичесю необычными сочетаниями как - джорджчаоит, Ва-2т-81

комковит, Ва-2г-Ть№> ("бариоциркелит" - фаза 417/52,4), Ва-№>-81 бельковит, К-ЫЬ-81 - вуориярвит, ГУ^-М) - терновит и др. И типичная ассоциация - разнообразные Ва-Зг-ЯЕЕ-карбонаты, барш а для самых поздних - кварц, микроклин, брукит, анатаз.

Глава 5. Некоторые практические аспекты результатов исследования Zr-Nb-минepaлизaции пород карбонатитовой серии

Устойчивое проявление кальциртитовой, бадцелеитовой, и пирохлор-бадделеитовой, пирохлоровой и пирохлор-луешитово минерализаций в камафоритах и карбонатитах массивов Себлыщ Вуориярви, Салланлатва позволяет рассматривать их как перспективны сырьевые базы 2г, №>, Та и других редких элементов. Промышленны параметры редкометалльного оруденения в этих массивах усгановлень Интенсивное развитие поздних вторичных минералов 7х и №>, н отражаясь на результатах валового опробования, может принципиальны] образом влиять на технологические свойства руд. Гравитационные ] флотационные свойства этих минералов, определяемы морфологическими и гранулометрическими особенностями, плотностыс твердостью, хрупкостью и др., в сравнении с аналогичными свойствам! первичных минералов, контрастно отличаются. Тонкие минералогически

сследования позволяют найти подходы к решению весьма важных задач аже на таком хорошо изученном объекте как Ковдорское месторождение латит-магнетит-бадделеитовых руд - например, таких, как проблема здиоакгивносги бадделеитового концентрата. Результатами минералого-гхнологических исследований гравитационных концентратов было лановлено, что главными концентраторами и и ТЪ являются минералы эуппы пирохлора и циркелит (табл. 4), а не поздний бадделеит, как это редполагалось ранее.

Табл. 4.

Распределение урана, тория и ниобия по основным минералам-носителям в черновых бадделеитовых концентратах

Среднее ио? ТЮ2

содержа- в Доля в Доля в Доля

ние мине- в концентрате мине- в концентрате мине- в концентрате

минерала рале рале рале

мае. % мае. % мае. %| отн.% мае. % мае. % | отн.% мае. % мае. %\ отн.%

Радиоактивный концентрат (25 проб )

>адцелеит 70.0 0.009 0.0063 14.2 0.003 0.0021 17.2 0.40 0.280 40.4

1гаьмениг 2.3 - - - - 1.4 0.032 4.6

Деровскит 0.9 - - 0.18 0.0016 13.1 3.3 0.030 4.3

Диркон 1.0 - - 0.03 0.0003 2.5 0.2 0.002 0.3

Д-пирохлор 0.22 16.7 0.0367 82.5 0.9 0.0020 16.4 37.2 0.082 11.8

Дирохлор 0.35 0.3 0.0010 2.2 0.7 0.0024 19.7 64.7 0.227 32.8

Диркелит 0.18 0.3 0.0005 1.1 2.1 0.0038 31.1 22.0 0.040 5.8

Итого 74.95 0.0445 100.0 0.0122 100.0 0.693 100.0

2р. сод. (рентг.-сп./анал.): 0.043 ± 0.003 0.010 ± 0.003 0.79 ± 0.04

Нерадиоактивный концентрат (28 проб )

Зздделеит 71.0 0.009 0.0064 42.1 0.003 0.0021 35.0 0.40 0.284 62.7

Дльменит 1.5 - - - - 1.4 0.021 4.6

Деровскит 0.6 - - 0.18 0.0011 18.3 3.3 0.020 4.4

Диркон 0.7 - - 0.03 0.0002 3.3 0.2 0.001 0.2

~1-пирохлор 0.05 16.7 0.0083 54.6 0.9 0.0005 8.4 37.2 0.019 4.2

Дирохлор 0.15 0.3 0.00&4 2.6 0.7 0.0011 18.3 64.7 0.097 21.4

Диркелит 0.05 0.3 0.0001 0.7 2.1 0.0010-16.7 22.0 0.011 2.5

Итого 74.05 0.0152 100.0 0.0060 100.0 0.453 100.0

2р. сод. (рентг.-сп./анал.): 0.014 ± 0.003 • 0.006 ± 0.003 0.49 ± 0.02

Публикации по теме диссертации:

1. Рудные брекчии Ковдорского железорудного месторождения // Геология и структура рудных месторождений Кольского полуострова.- Апатиты, изд. КФАН СССР, 1980,- С. 105 ■ 115 ( соавт. Субботина Г.Ф.)

2. О симметрии структуры Ковдорского апатито-магнетитового месторождения // Геология рудных месторождение Кольского полуострова.- Апатиты, изд. КФАН СССР, 1981,- С. 65 ■ 72 ( соавт. Субботина Г. Ф.)

3. Вещественный состав апатитоносных пород Центральной зонь массива Себльявр // Петрология и минерагения щелочных, щелочно ультраосновных и карбонатитовых комплексов Кольского полуострова. Апатиты, изд. КФАН СССР, 1985,- С. 61 - 69 (соавт. Кирнарский Ю.М. Курбатова Г.С., Стрельникова Л.А., Субботина Г.Ф.)

4. Факторы прогнозной оценки рудоносности массиво! щелочно-ультраосновных пород и карбонатитов // Прогнозирована месторождений полезных ископаемых на Кольском полуострове.-Апатиты, изд. КФАН СССР, 1985.- С. 58 - 62

5. О генезисе одного из рудных тел Ковдорскогс железорудного месторождения // Структурный контроль орудененш в магматических и метаморфических комплексах Кольской полуострова,- Апатиты, изд. КФАН СССР, 1985. - С. 60-69 (соавт Субботина Г.Ф.)

6. Генетические типы апатитовых руд комплексное месторождения Себльявр // Месторождения неметаллического сыры Кольского полуострова.- Апатиты, изд. КФАН СССР, 1986.- С. 27 ■ 35 ( соавт. Михаэлис С.А.)

7. Акцессорный луешит и виджеццит из карбонатито! Себльявра // Минеральные ассоциации и минералы магматически) комплексов Кольского полуострова.- Апатиты, изд. КФАН СССР 1987.- С. 69 - 76 (соавт. Меньшиков Ю.П.)

8. Минеральные парагенезисы карбонатитов массивг Салланлатва // Новое в минералогии Карело-Кольского региона.-Петрозаводск, Карельский НЦ АН СССР, 1990,- С. 161 - 174 (соавт Субботина Г.Ф.)

9. Структурный контроль и минеральная зональност! редкометального оруденения в массиве Вуориярви // Щелочной магматизм северо-восточной части Балтийского щита. - Апатиты изд. КНЦ АН СССР, 1990,- С. 76 - 79

10. Циркон в палеозойских щелочных комплексах Кольского олуострова. // Щелочной магматизм северо-восточной части ¡алтайского щита. - Апатиты, изд. КНЦ АН СССР, 1990. - С. 88 - 97 соавт. Козырева Л.В., Субботина Г.Ф.)

11. Новый минеральный тип редкометального оруденения. // îoBoe в изучении минерально-сырьевых ресурсов Мурманской -бласти, 1988. Редкометальное сырье. - Апатиты, изд. КНЦ АН :ССР, 1989.- С. 5-7 (соавт. Субботина Г. Ф., Афанасьев Б.В.)

12. Перспективные новые источники циркониевого шнерального сырья в Мурманской области. // Тез. докл. Всесоюз. :онф. "Проблемы комплексного использования природных ресурсов Сольского полуострова". - Апатиты, изд. КНЦ АН СССР, 1989.- С. 3-14 (соавт. Виноградов А.Н., Бельков И.В., Кулаков А.Н.)

13. Минералы ниобия в породах щелочно-ультраосновных массивов Кольского полуострова // Тез. докл. Выездной сессии ШО. - Апатиты, изд. КНЦ АН СССР, 1990. С. 23 - 24 (соавт. Волошин А. В., Пахомовский Я.А.)

14. Натриевые цирконосиликаты из карбонатитов Вуориярви Кольский полуостров) // Новые данные о минералах. - М., Наука, !989, вып. 36. С. 3-12 (соавт. Волошин А. В., Пахомовский Я. А., Меньшиков 10. П.)

15. Бельковит. Ba3(Nb,Ti)6(SÍ207)20i2 - новый минерал из сарбонатитов массива Вуориярви (Кольский полуостров). ДАН СССР, 1990, т. 315, № 5. С. 1218 - 1220 (соает. Волошин АВ., Пахомовский ЯА, эахчисарайцев А.Ю., Ямнова НА, Пущаровский Д.Ю.)

16. Минералы-концентраторы ниобия в околорудных эедкометальных метасоматитах карбонатитовых комплексов. // Новые данные по минералогии редких элементов Кольского юлуострова. - Апатиты, изд. КНЦ АН СССР, 1991. С. 52 - 57 (соавт. Субботина Г.Ф., Леднев А. И.)

17. Belkovite - a new barium-niobium silicate from carbonatites of he Vuoriyarvi massif (Kola Peninsula, USSR) N. Jb. Miner. Mh., 1991. H. 1, P. 23-31 (соавт. Voloshin A.V., Pakhomovskii Y.A., Bakhchisaraitsev \.Yu., Yamnova N.A., Pushcharovskii D.YÙ.)

18. Редкометалльная минерализация Кольской металлогенической лровинции. - Апатиты, изд. КНЦ РАН, 1992. 50 с. (соавт. Белолипецкий vn., Бритвин С.Н., Волошин АВ., Гордиенко В.В. и др.)

19. Терновит ( Mg,Ca)Nb40n • п Н20 - новый минерал из сарбонатитов массива Вуориярви (Кольский полуостров) // Зап. ВМО, 1997, № 3. С. 98-104 (соавт. Волошин А.В., Пахомовский Я.А., Меньшиков Ю.П., Субботина Г.Ф.)

20. Роль бария и стронция в минералообразованш карбонатитов (на примере массивов Себльявр и Вуориярви Кольский полуостров) // Структура, вещество, история литосферь Тимано-Североуральского сегмента. Информационные материалы 6 й научной конференции Института геологии Коми НЦ УрО РАН, 3 4 декабря 1997 г.- Сыктывкар, Геопринт, 1997.- С. 155-157 (соавт Сорохтина Н.В., Волошин А.В.)

21. Ternovite, (Mg,Ca)Nb4On • nH20, a new mineral and othe hydrous tetraniobates from carbonatites of the Vuoriyarvi massif, Kol Peninsula, Russia. - N. Jb. Miner. Mh., 1997 - № 2.-P. 49-60 (соавт Voloshin A.V., Pakhomovskii Ya.A., Men'shikov Yu.P., Subbotina G.F.)

Автореферат

Субботин Виктор Владимирович

МИНЕРАЛОГИЯ ЦИРКОНИЯ И НИОБИЯ В ПОРОДАХ КАРБОНАТИТОВОЙ СЕРИИ ЩЕЛОЧНО-УЛЬТРАОСНОВНЫХ МАССИВОВ КОЛЬСКОГО ПОЛУОСТРОВА

Технический редактор В.А.Ганичев

Лицензия ПЛД № 54-12 от 18 августа 1995 г.

Подписано к печати 30.12.97.

Формат бумаги 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетн Усл.печ.л. 1.4. Уч.-изд.л. 1.2. Усл.краско-от. 1.4. Заказ № 2. Тираж 130 экз.

Ордена Ленина Кольский научный центр им.С.М.Кирова РА] 184200, Апатиты, Мурманская область, Ферсмана, 14