Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Зональность редкометальных щелочно-гранитоидных комплексов Катугино-Аянской зоны

ВАК РФ 25.00.11, Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения

Автореферат диссертации по теме "Зональность редкометальных щелочно-гранитоидных комплексов Катугино-Аянской зоны"

РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСТИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ

На правах рукописи

РОДИОНОВ ВЛАДИМИР ДМИТРИЕВИЧ

ЗОНАЛЬНОСТЬ РЕДКОМЕТАЛЬНЫХ ЩЕЛОЧНО-ГРАНИТОИДНЫХ КОМПЛЕКСОВ КАТУГИНО - АЯНСКОЙ ЗОНЫ

Специальности 25.00.11 - геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

МОСКВА-2010 г.

1 6 ДРи ?Г)-]д

004618278

Работа выполнена на кафедре нефтепромысловой геологии, горного и нефтяного дела в Российском Университете дружбы народов (РУДН).

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор. А.Е.Воробьев.

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук профессор К.И.Свешников (РУДН)

кандидат геолого-минералогических наук А.Е.Самонов (ИГЕМ РАН)

Ведущая организация:

ФГУП Институт минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов (НМГРЭ)

Защита диссертации состоится 16 декабря 2010 г. в 15.30 на заседании диссертационного совета Д 212 203 25 при Российском Университете дружбы народов по адресу 117198, Москва, ул. Орджоникидзе, д. 3, ауд. 440 (5 этаж).

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Российского Университета дружбы народов по адресу: 117198. Москва, ул. Миклухо-Маклая, д.6

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат геолого-минералогических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Значительная часть мировых ресурсов наиболее дефицитных тяжелых лантаноидов и иттрия связана с породами, по химическому составу соответствующими щелочным гранитам. В эту группу включаются породы различного генезиса, но, как было отмечено И.А.Нечаевой, наибольший практический интерес среди них представляют метаморфизованные метасоматиты, образовавшиеся по щелочным гранитам и вмещающим их породам. Щелочно-гранитоидные массивы этого генетического типа могут образовывать уникальные по запасам комплексные редкоземельно-тантал-ниобий-циркониевые (У, Ьпу, Та, №>, й) месторождения.

Однако, отнесение объекта к метаморфизованным щелочным гранитам чрезвычайно сложно, поскольку они обладает также признаками других типов.

Примером образований указанного генезиса являются массивы щелочно-граиитного состава западной части Катугино-Аянской структурной зоны.

Катугино-Аянская ослабленная зона выявлена В.С.Федоровским и др. (1978) на активизированной окраине Сибирской платформы в южной части Удоканского синклинория Кодаро-Удоканского прогиба. Протяженность Катугино - Аянской зоны более 70 км при ширине 2-3 км (рис. 1). Зона выражается в повышенной трещиноватости нижнепротерозойских отложений удоканской серии. К ней приурочены тела щелочно-гранитоидных пород ранней фазы чуйско-кодарского комплекса и поля пегматитов третьей фазы чуйско-кодарского комплекса.

Работами В.В.Архангедьской, Ю.П.Быкова, В.В.Герасимовского, Н.Е.Залашковой, В.С.Кудрина, В.П.Ковалева, О.С.Клюева, И.А.Нечаевой, К.В.Прохорова, В.П.Собаченко, М.И.Тулоханова установлено, что редкометальная минерализация приурочена к щелочно-гранитоидным породам, образующим линзообразные зоны среди нижнепротерозойских гнейсов и кварцитосланцев, формирующим три крупных массива и несколько мелких тел. С массивами Западный Катугинский и Катугинский (Восточный Катугинский) связаны одноименные редхометальные месторождения. К настоящему времени изучены состав и строение образований щелочно-гранитоидного состава, установлен списочный состав слагающих щелочно-гранитоидные породы минералов, детально изучены химические составы пирохлора, циркона, фторидов, эгирина, амфибола и слюд. Кроме того, исследовались составы слюд, фторидов и циркона вмещающих пород. Для Катугинского

месторождения подсчитаны запасы тантала, ниобия, циркония, суммы редкоземельных элементов (РЗЭ) в тантал-ниобий-циркон-редкоземельном типе руд, составлен поминеральный баланс тантала, ниобия, циркония, РЗЭ для этих руд. Выделен редкоземельный тип руд. При изучении геохимии Катугинского массива была выявлена во вмещающих породах зона ореола с повышенными содержаниями тантала, ниобия, циркония, иттрия, лантаноидов, олова, лития, свинца, цинка, урана, тория, бериллия и вертикальная зональность Катугинского месторождения.

Условные обозначения: 1 - четвертичные образования; 2 - гнейсы и сланцы удоканской серии (ранний протерозой); 3 - амфиболиты; 4 - граниты ранней фазы чуйско-кадарского комплекса; 5 - щелочно-гранитоидные порода ранней фазы чуйско-кадарского комплекса; 6 - гранитизированные гнейсы, мигматиты и микрограниты; 7 - диабазы; 8 - геологические границы; 9 - разрывные нарушения.

Однако, несмотря на столь разностороннее изучение, геохимическая зональность щелочно-гранитоидных массивов и вмещающих их метаморфогенных комплексов оказалась изучена недостаточно. Не рассматривалось влияние геохимической зональности на локализацию различных типов редкометальной минерализации. Не изучались минералы-концентраторы ореолообразующих элементов. Существуют разночтения в определении взаимоотношений и относительного возраста минералов щелочно-гранитоидных пород.

Актуальность темы. Изучение геолого-геохимической зональности редкомегальных месторождений в метаморфизированных щелочно-гранитоидных породах позволит повысить

эффективность поисков, прогноза и перспективной оценки аналогичных объектов в России и за рубежом, а также будет способствовать более рациональному освоению объектов такого типа.

Цель работы заключается в выявлении геолого-геохимической зональности редкометальных месторождений в метаморфизованных щелочно-гранитоидных породах.

При выполнении исследований автор ставил перед собой задачи:

1. Проследить изменение кояцешрадий ореолообразующих элементов во всех петрографических разновидностях пород западной части Катугино - Аянской зоны.

2. Выявить геохимическую специфику щелочно-гранитоидных пород, имеющих различное пространственное положение в Катугинском массиве.

3. Установить влияние отдельных минералов на образование геохимического ореола элементам и-примесями.

4. Определить последовательность образования минералов в щелочно-гранитоидных породах методом, независящим от субъективной оценки исследователя.

Научная новизна заключается в следующем:

1. Впервые установлена горизонтальная и вертикальная геохимическая зональность редкометальных щелочно-гранитоидных массивов Катугино-Аянской зоны от их центральных фациальных зон к периферийным и далее до неизмененных вмещающих пород.

2. Впервые, с помощью методов математической статистики, построена последовательность образования минералов в твердофазовой среде, с учетом их возможного замещения.

3. Составлены поминаральные балансы ореолообразующих элементов для главных типов пород западной частей Катугино-Аянской зоны.

Практическая значимость: Выявлен новый перспективный тип руд редкоземельно-тантал-ниобиевый, относящийся к части щелочно-гранитоидных пород Катугинского месторождения, и имеющий высокую практическую значимость в случае его карьерной отработки.

Апробирована новая область применения методики построения последовательности минералообразования в твердофазовой среде с помощью статистических методов, позволяющая уменьшить субъективизм в решении задач генетической минералогии.

Фактический материал. Основу диссертационной работы составляют результаты исследований, выполненных автором в 1985-2007 гг. Исходным материалом для исследования служили документация естественных обнажений, скважин и горных выработок, штуфные, геохимические и минералогические пробы, отобранные из керна буровых скважин, цггольни, канав и коренных выходов пород. Всего было отобрано и изучено 50 минералогических проб и более 2000 шлифов. Основная лабораторная часть работы осуществлялась в ИМГРЭ и его Бронницкой и Московской экспедиций. Выполнено более 1600 приближенно-количественных спектральных анализов на 40 элементов с 10%-ным контролем количественным спектральным методом, в 400 пробах произведено определение ниобия, циркония, иттрия количественным рентгено-спктральным методом. Сделано 100 силикатных анализов и химико-спектральных количественных определений РЗЭ в геохимических пробах, проведен количественный минералогический анализ 50 минералогических проб, исследовано на содержание микропримесей количественным спектральным методом 60 мономинеральных фракций породообразующих и акцессорных минералов и сделан полный химический анализ 24 темноцветных минералов.

В работе использованы авторские материалы, а также результаты геохимических, геологических и минерачогических исследований В.В.Герасимовского, Н.Е.Залашковой, И. А .Нечаевой и результаты силикатных анализов пород В.П.Ковалева.

Объем и структура диссертация. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений. Содержит 107 страниц машинописного текста, включая 43 рисунков, 6 таблиц и библиографический список из 95 наименований.

Введение содержит общую характеристику работы, обоснование актуальности исследований, их научную и практическую значимость.

В первой главе рассматриваются условия формирования и рудоносноеги пород, по химическому и минеральному составу соответствующим щелочным гранитам.

Глаза вторая содержит классификацию и краткое описание минералого-петрографических характеристик пород западной части Катугино-Аянской структурной зоны. В ней дается описание двух главных типов разрезов, характеризующих переход от неизмененных вмещающих пород к щелочно-гранитоидным.

Глава третья посвящена геохимической зональности образований щелочно-гранитного состава и вмещающих их пород западной части Катугино-Аянской стругаурной зоны. В ней

рассматривается геохимическая специализация пород рассматриваемого района, горизонтальная и вертикальная геохимическая зональности Катугинского массива, горизонтальная геохимическая зональность Западного Катугинского массива, а также распределение ореолообразующих элементов по минералам.

В главе четыре рассматриваются закономерности формирования руд парагенезисами минералов - концентраторов редких металлов.

В главе пять рассмотрены границы применения метода построения последовательности образования минералов по оценкам их дисперсий и определена этим методом последовательность образования минералов в щелочно-гранитоидных породах Катугинского массива.

В заключении обобщены основные результаты, полученные в работе.

Защищаемые положения:

Положение 1. В западной части Катугино - Аянской зоны для метаморфизованных редкометальных щелочно-гранитоидных массивах и вмещающих их, гнейсовых и сланцевых толщь выявлена минералого-геохимическая зональность, проявляющаяся в смене парагенезисов минералов, изменении химического состава пород и минералов, как по петрогенным, так и по малым элементам от удаленных вмещающих пород к рудоносным щелочно-гранитоидным.

Положение 2. Редкометальная минерализация в щелочно-гранитоидных массивах Катугино - Аянской зоны в основном определяется сочетанием восьми генераций пяти главных минералов - концентраторов редких элементов. Парагенезисы раннего и позднего пирохлора, раннего и позднего циркона, раннего и позднего флюорита (итгрофлюорита), гагаринита и монацита формируют тантал - ниобий - циркон - редкоземельные, редкоземельно - тантал - ниобий - циркониевые и редкоземельный типы руд.

Положение 3. Определена последовательность образования минералов в щелочно-гранитоидных породах по оценкам дисперсий их содержаний. В первую группу минералов вошли кварц и микроклин, во вторую - альбит первой генерации, арфведсонит, аннит, пирохлор первой генерации, циркон первой генерации, ильменит, в третью - эгирин, альбит второй генерации, пирохлор второй генерации, циркон второй генерации, гагаринит, монацит, иггрофлюорит первой генерации, криолит первой генерации и в четвертую -криолит второй генерации, флюорит второй генерации, сульфиды.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на конференциях молодых ученых (Москва,198б г, Черноголовка, 1987 г, Москва, 1989 г), на У11 Всесоюзной конференции по химии и технологии редких щелочных элементов (Апатиты, 1988 г.), на Всероссийской научно-практической конференции "Геологическая служба и минерально-сырьевая база России на пороге XXI века" (Санкт-Петербург 2000 г.). По теме диссертации опубликовано шесть работ, написана записка-рекомендация и раздел в отчете.

Первоначально диссертационная работа выполнялась под руководством доктора геолого-минералогических наук НЛ.Солодова. В связи со смертью последнего, работа завершена под руководством доктора технических наук А.В.Воробьева, которому автор особенно благодарен.

Автор глубоко признателен А.И.Нечаевой за постоянную помощь и полезные советы в изучении метаморфизованных щелочных гранитоидов. Автор считает своим долгом поблагодарить В.В .Герасимовского и Н.Е.Залашкову за переданные материалы. Автор благодарит В.В.Архангельскую, С.М.Бескина, А.Ф.Ефимова, С.В.Рябенко, М.В.Скосыреву, за многочисленные ценные консультации и организационную помощь в выполнении работы. Автор особенно хотел бы отметить сотрудников аналитических лабораторий ИМГРЭ, МОМГЭ и БГГЭ: З.Т.Катаеву, О.С.Манухову, Т.А.Павлову, Л.П.Мартынову, В.К.Калюжного, Л.И.Сердобову, Н.А.Большакову, Р.МАрапову, З.Т.Бойкову, Н.А.Никитину, В.В .Перфильеву, Б.В.Ермолаева, В.А.Чудинова.

ОБОСНОВАНИЕ ЗАЩИЩАЕМЫХ ПОЛОЖЕНИЙ

Положение 1.

По минералого-петрографическим признакам в западной части Катугино - Аянской зоны выделяется сорок разновидностей пород, из которых семнадцать образуют два главных типа разрезов от неизмененных вмещающих пород к щелочно - гранитоидным (табл. 1).

Последовательная смена парагенезисов минералов обусловливает закономерное изменение химических составов пород, как по петрогенным, так и по малым элементам.

От неизмененных кварцитосланцев и гнейсов, через породы зоны ореола щелочно-

гранитоидного тела и далее, во всех разновидностях пород этого тела (от аннитовых до

эгирин-арфведсонитовых, через аннит-арфведсонитовые и арфведсонитовые) по результатам

пересчета средних содержаний петрогенных элементов по методу Т.Барта отмечается

6

увеличение натрия, калия и фтора, при уменьшении магния, кальция, алюминия, титана,

фосфора. В общем, балансе железа доля Ре*' так же возрастает (рис. 2).

Таблица 1

Породы главных типов разрезов западной части Катугино - Аянской зоны

Группы пород Название породы Индекс

Щелочно - гранитоидные эгирин - арфведсонитовые КаП

арфведсонитовые Ка12

аннит - арфведсонитовые Ка13

аннитовые. Ка 14

Измененные гнейсы северного и восточного флангов Катугинского массива флюорит-гастингсит-биотит-микроютин-альбит-кварцевые Каг 5

флюорит - биотит - микроклин - альбит - кварцевые Ка16

ильменит-флюорит-биотит-микроклин-олигокл аз-кварцевые Каг7

ильменит-флюорит-силлиманит-биотит-полевошпат-кварцевые Каг8

Неизмененные породы северного и восточного флангов Катугинского массиза гнейсы биотит - силлиманит - микроклин - олигоклаз - кварцевые. Ка: 9

сланцы силлиманит - кордиерит - биотит - олигоклаз - кварцевые КаПО

Измененные гнейсы и сланцы западного и южного флангов Катугинского массива гнейсы циркон - гастингсит - биотит - кварц - микроклин -альбитовые КаТ 11

гнейсы сидерит - биотит - кварц - микроклин - альбитовые Каг 12

гнейсы гастингсит - биотит - микроклин - кварц - альбитовые Ка{ 13

слюдиты биотит - олигоклазовые Каг 14

сланцы флюорит-микроклин-кварц-гастингсит-биотит-олигоклазовые Каг 15

Неизмененные сланцы западного и южного флангов Катугинского массива сланцы гастингсит - биотит - олигоклазовые Ка116

сланцы диопсад - олигоклаз - гастингсит - биотит - кварцевые Ка117

Гнейсы Щелочные граниты Гнейсы и сланцы

I □ № а К □ Са □ Мд ■ Яе 2 □ Ре 3 ■ "П и А1 ■ 31/5 и Н а Р а 0/Ю~]

Рисунок 2. Количество ионов в стандартной ячейке в породах западной части Катугино -Аянской зоны (пересчет по методу Т. Барта) Условные обозначения: Числа на графике соответствуют индексам пород, в таблице 1.

В том же направлении отмечается в породах увеличения содержания Та, N1», 7л, Щ РЗЭ, 1л, ИЬ, Ът\, РЬ, 8п, Са, уменьшаются содержания 8с, V, №, Со, Т1, Сг, а содержания Мо и Ве максимальны в контактовых породах (рис 3). 1000,0

100,0

0,1

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 2 3 4 11 12 13 14 16 16 17 Гнейсы Щелочные граниты Гнейсы и сланцы

-»-V. -»-21 -«-N6 -Л-У. —*—Ве

Рисунок 3. Содержание ореолообразующих элементов в породах западной части Катугино -Аянской структурной зоны (номировано автором к составу кислых пород по А.П.Виноградову)

Такое поведение петрогенных элементов отражает не только изменение минерального состава пород, но и изменение составов слагающих породы минералов. С увеличением содержания фтора, натрия и калия, возрастанием доли закисного железа над окисным, уменьшением содержания алюминия, магния и кальция связано последовательное появление более щелочных минералов. Содержания микроклина увеличиваются, а олигоклаз сменяется альбитом во вмещающих породах, по мере приближения к контактам массивов. Магнезиальная слюда сменяется железистой, доходя до крайне железистого аннитового состава. Вместо актинолита кварцитосланцев, в экзоконтакговых породах появляется гастингсит. В щелочно-гранитоидных породах аннит постепенно сменяется арфведсонитом, а при преобладании Рет3 над Бе« , появляется эгирин. Параллельно с этими изменениями, в составе темноцветных минералов, в породе увеличивается содержание фторидов. Во вмещающих породах и периферийных разновидностях щелочно-гранитоидных пород

развиты флюорит и итгрофлюорит, а во внутренних зонах щелочно-гранитоидных пород их сменяют криолит и гагаринит.

Все малые элементы можно разделить на четыре группы по размещению максимумов их средних содержаний. Первую группу составляют Та, КЬ, 2>, ТК^ , '¿п, РЬ, Бп, 1л, ЯЬ; вторую - У, ТИу, С а; третью - Мо и Ве; четвертую - 8с, V, Со, N1, Сг. Максимумы концентраций элементов первой группы отмечаются в эгирин-арфведсонитовых щелочно-гранитоидных породах, второй - в безэгириновых щелочно-гранитоидных породах, третьей -в измененных вмещающих породах, четвертой - в неизменных вмещающих породах. С увеличением концентраций элементорв первой группы обычно совпадает уменьшение концентрации элементов четвертой группы. Возрастание концентраций элементов первой группы и уменьшение концентраций элементов четвертой группы параллелизуется с увеличением концентраций Ш и Р при одновременном уменьшении концентрации Са, Т1, Р. Содержания элементов второй группы также возрастает при увеличении количества щелочей и фтора. В арфведсонитовой зоне шелочно - гранитоидных массивов они достигают максимума, а потом, их концентрации уменьшаются в эгирин-арфведсонитовой зоне. Прямой связи между петрогенными элементами и элементами третьей группы не отмечается.

Вертикальная геохимическая зональность, в целом, аналогична горизонтальной, однако ее центром являются не эгирин - арфведсонитовые щелочно - гранитные породы, а расположенные гипсометрически ниже их арфведсонитовые породы. Содержания тантала, ниобия, циркония, РЗЭ, цинка выше в породах, располложенных ниже эгирин -арфведсонитовой зоны, чем у их аналогов выше ее в 1.2 -3 раза, а молибдена, бериллия, олова меньше в 1.2 - 2 раза.

Таблица 3

Содержания редких элементов в щелочно-гранитоидных породах западной части Катугино - Аянской зоны (нормированные к содержанию в сланцах вмещающих пород)

элем ешы ЩЕЛОЧНО-ГРАНИТОВДНЫЕ ПОРОДЫ

Восточный Катуганский массив Запвдный Катугинский массив

Лежачий бок Элярин-арфвеас онитовая Висячий бок анни товая Ашпгг-арфведс онитовая арфведс онитовая Эгирин-арфведс онитовая

анки товая Аннит-арфведс онкгговая арфведс онитовая арфведс онитовая Аннет-арфведе онитовая анни товая

Та 15 23 40 44 34 И 9 10 13 26 20

У 75 78 96 60 84 56 50 42 48 56 50

7я 17 19 24 22 20 17 15 15 17 20 20

вл 8 16 40 50 46 20 8 10 14 28 32

Мо 4 1.1 1 1 1,4 3 7.5 4 3 1,5 1

Наиболее богатые тантал - ниобиевые руды приурочины к глубоким горизонтам месторождения. Они связаны с эгирин - арфведсонитовыми породами, частью, расположенных гипсометрически выше их, арфведсонитовых пород и всеми щелочно -граюггоидными породами, расположенными под их эгирин - арфведсонитовой разновидностью (рис. 4а, 46). Редкоземельно - тантал - ниобиевые руды приурочены к арфведсонитовым и аннит - арфведсонитовым породам, расположенным над эгирин -арфведсонитовыми. Редкоземельные руды образуют флюоритовые штокверки в породах экзоконтаета.

По химическому и минеральному составу щелочно-гранитоидные породы Западного Катугинского массива близки породам верхних горизонтов Катугинского массива (табл. 3), что позволяет ожидать на глубине богатую редкометальную минерализацию.

Прослеживается четкая связь малых элементов с отдельными минералами или их группами, что определяется формой вхождения этих элементов и проявляется в виде четкой

минерало-геохимической зональности.

Таблица 2

Поминеральный баланс цинка в породах

Дйнералы Ка1 1 Ка 2 Ка1 3 Ка 4 ОД 5 Ка! 6 Ка1 7 Ка» 8 ОД 9 ОД 10 К*1 11 ОД 12 ОД 13 ОД 14 Ка1 15 Км 16 ОД 17

Ликроклин 176 182 171 225 16 16 11 10 6 5 6 6 2

Эгирин 44

1иопсил 2

^рфведсоннгт 356 504 255

'асгингсит 116 44 3 38 3 52

\ннит 156 175

Влогошгт 295 167 168 124 60 135 133 11 9 634 459 77 46

Диркон 24 16 6

Сфалерит 757 306 324 485 1 1 297 105

1чьменит 1 2 9 13 5 7 8 9 4 1 18 5 12

Лагне-гкт 4 12 6 14 38

*фен 4 3 12

■(сего по мин. 1368 1010 921 898 432 191 188 147 70 135 491 123 42 659 500 130 114

¡сего хим. 1330 1020 900 900 407 215 190 127 120 135 100 72 80 230 400 90 150

Ниобий, тантал, цирконий, гафний, лантаноиды, иттрий, молибден концентрируется

почти полностью в собственных минералах. Тантал и ниобий, накапливаются в пирохлоре и

колумбите щелочно - гранитоидных пород, пирохлоре, эшешгге, ферпосоните, ильмените и

ильменорутиле вмещающих пород. Цирконий и гафний локализуются в цирконе.

Обнаруженные в породообразующих минералах высокие, содержания циркония вызваны

включениями в них циркона. Минералы концентраторы лантаноидов и иттрия - гагаринит,

ю

пирохлор, монацит, иттрофлюорит, ксенотим. У молибдена один минерал носитель и концентратор - молибденит. Литий, рубидий, галлий, олово, скандий, ванадий, никель, кобальт, хром собственных минералов не образуют и полностью рассеяны в породообразующих минералах. Главные минералы - носители лития, ванадия, скандия, кобальта, никеля, хрома - темноцвемные минералы, рубидия и галлия - полевые шпаты и темноцветные минералы, олова - темноцветные минералы и пирохлор. Образуют собственные минералы цинк (сфалерит) и свинец (галенит) в щелочно-гранитоидных породах, а бериллий - фенокит и хризоберилл в породах экзоконтакта. Однако, значительная часть этих элементов входит в состав породообразующих минералов, приимущественно темноцветных, как можно видеть на примере поминерального баланса цинка (табл. 2).

Кальциево-магнезиальные амфиболы вмещающих пород характеризуются повышенными содержаниями скандия, ванадия, никеля, кобальта, хрома, а натрово-железистые амфиболы щелочно-гранитоидных пород - повышенными содержаниями лития, олова, цинка. Магнезиальные слюды вмещающих пород отличаются повышенными содержаниями скандия, ванадия, никеля, хрома, кобальта, а железистые слюды щелочно-гранитного тела и пород экзоконтакта - повышенными содержаниями лития, рубидия, галлия, цинка, свинца. Следовательно, в слюдах и амфиболах Катугинского массива и вмещающих его пород, уменьшение содержаний скандия, ванадия, никеля, кобальта, хрома связано с уменьшением их магнезиальное™, а одновременное с этим увеличение содержаний лития, рубидия, олова, цинка, свинца, галлия связано с возростанием их железистости.

Положение 2. Акцессорные минералы в щелочно-гранитоидных породах Катугино -Аянской зоны очень разнообразны. Среди них наиболее важными являются тантало-ниобаты -пирохлор, ферпосонит, циркон, фториды - криолит, флюорит и др., в том числе редкоземельные -иттрофлюорит, гагаринит, флюоцерит, а также монацит, бастнезит, торит, различные сульфиды. Распределение большинства акцессорных минералов в породах неравномерное. Они не концентрируются на участках развития какого-либо определенного минерала. Как правило, они образуют мелкую вкрапленность в виде "сыпи" зернышек размером до 0,05 мм на стыке зерен любых минералов. В некоторых случаях в породах с явными следами тектонических напряжений акцессорные минералы наблюдается в значительно больших количествах, концентрируясь в виде цепочек и линзочек, возможно

выполняя трещины. Образование таких скоплений наиболее характерно для циркона и пирохлора. Криолит, флюорит и итгрофлюорит выполняют трещины в виде прожилков и жил различной мощности.

Рисунок 4а. Геологический разрез Катугинского массива Условные обозначения; 1 - вмещающие породы, 2-5 - щелочно-гранитоидные породы, 2 - эгирин - арфведсонитовые, 3 - арфведсонитовые, 4 - аннит -арфведсонитовые, 5 - аннитовые

Рисунок 46. Локализация в Катугинском массиве редкометальных руд Условные обозначения: 1 - безрудные участки, 2 - руды редкоземельно-тантал-ниобиевые, 3-4 - руды тантал-ниобий-цирконий-редкоземельные, 5 - руды редкоземельные

Редкометальная минерализация щелочно-гранитоидных пород Катугино - Аянской зоны представлена двадцатью тремя минералами. В формировании промышленных руд, приуроченных к Катугинскому массиву ведущая роль принадлежит пяти минералам: пирохлору, циркону, гагариниту, флюориту и моноциту. При этом роль поздних и ранних генераций пирохлора, циркона и флюорита в формировании редкометальных руд различны. Всего перечисленные восемь генераций пяти главных минералов носителей редких металлов встречаются в восемнадцати сочетаниях, образующих в Катугинском массиве, с учетом породообразующих минералов пятьдесят восемь парагенезисов минералов (табл. 4).

Богатые тантал-ниобий-циркон-редкоземельные руды повсеместно сложены поздними генерациями пирохлора и циркона. В амфиболсодержащих разновидностях щелочно-гранитоидных пород в их состав входит гагаринит, а в биотитсодержащих -флюорит всех генераций и составов (от флюоцерита до иттрофлюорита) и моноцит. В подчиненном количестве в этих породах присутствуют ранние генерации пирохлора и циркона.

В экзоконтактовых породах Катугинского массива встречаются штокверки, образованные поздним флюоритом (ипрофлюоритом), которые можно рассматривать как редкоземельный тип руд (рис.4б).

Таблица 4

Распространенность парагенезисов редкометальных минералов в щелочно - гранитоидных

породах Катугино - Аянской зоны.

Генерации минералов Щелочно - гранитоидные породы

Пирохлор Циркон Гагаринит Флюорит и иттрофлюорит Моноцит Эгкрив-арфведсонитовые врфведсошгговые Лншгг-арфЕедсошггоше аннитовые

1. 1. + + + +

1. 1. 1. + +

1. I. 1. 2. + + +

1. 1. 1. ]. + + +

1. 1. 1 2. + + +

I. 1. 1. + + +

1. 1. 2. 1. + + +

1. 1. 1. 1 + + +

]. 2. + + +

2. 1. + + + +

2. 2. +

2. 2. 1. + + +

2. 2. 1. 2. + + +

2. 2. 1. 1. + + +

2. 2. ¡. + + +

2. г. 2. + +

2. 2. 1. 1. + + +

2. 2. 2. 1. + + +

Гипсометрически выше богатых тантал-ниобий-циркон-редкоземельных руд расположены породы, которые беднее танталом, ниобием, цирконием, но богаче иттрием и тяжелыми лантаноидами (рис. 46). В них присутствие пирохлора и циркона не столь значительно. Такое уменьшение содержания рудных минералов связано исключительно с меньшим количеством их поздних генераций.

Минералогический состав редкометальных руд Ка1угинского и Западного Катугинского месторождений позволяет получить с помощью физических методов обогащения пирохлорозый, цирконовый, гагаринит - ттрофлюориговый концешраты и перевести в растворимую форму криолит. Справочная цена на гагаринит - ттрофлюориговый концетрат, только по цене иттрия в игхрийсодержащем концентрате выше справочной цены мишмегалла в 1.3 раза. Справочная цена только наиболее дефицитных индивидуальных лантаноидов и иприя составляет соответственно. Даже с учетом значительных затрат при получении индивидуальных лантаноидов из гагаринит -

итгрофлюоритового концентрата их получение может существенно увеличить стоимость продукции получаемой из редкометальных руд данного типа и повысить рентабельность отработки месторождений.

На Катугинском редкометальном месторождении часть пород, залегающих выше богатых руд, могут представлять значительный экономический интерес, в случае карьерной отработки месторождения. Поскольку в этих породах полезные компоненты находятся в тех же минеральных формах, что и в балансовых рудах, только в несколько меньших количествах, их можно перерабатывать по основной технологической схеме. Извлечение полезных компонентов из пород вскрыши следует рассматривать, как утилизацию отходов горнодобывающего предприятия, что позволит применить при их учете ставку НДПИ 0%.

Подожепие 3. Относительный возраст минералов можно установить исходя из морфологических особенностей минеральных индивидуумов. Однако, например, при изучении минералов в шлифах, возможны ошибки, обусловленные особенностями положения плоскости шлифа по отношению к тем или иным деталям срастания. Кроме того, большое значение имеет субъективная оценка исследователя.

Уменьшить влияние субъективного фактора можно с помощью математических методов. Так, например, можно реконструировать последовательность кристаллизации минералов по оценкам дисперсий логарифмов их содержаний в породе. При этом минерадообразукяцему процессу ставится в соответствие математическая модель, при изменении которой, сохраняется пропорциональный эффект. Впервые в геологической практике, на примере эволюционирующего магматического очага, данный метод был применен Д. А.Родионовым (1987). В основе метода лежит допущение, что кристаллизующиеся минералы могут с равной вероятностью образовываться в любой точке минералообразующей среды, не занятой ранее образованным минералом. При таком подходе распределение ранних минералов должно быть более равномерным, чем поздних. Поскольку количественной мерой равномерности распределения является дисперсия, то для сравнения равномерности заполнения минералами объема породы, используются дисперсии содержания слагающих ее минералов. В виду того, что на практике реальные дисперсии не известны, задача решалась по оценкам этих дисперсий. Для проверки гипотезы о равенстве оценок дисперсий был использован критерий Фишера. Построенная на основе разбиения с помощью

этого критерия последовательность оценок дисперсий или групп оценок дисперсий, ставилась в соответствие последовательности образования минералов в породе. К сожалению, до сих пор не были изучены границы применения данного метода. Между тем, тщательный анализ граничных условий показывает, что, с одной стороны, не для всех процессов кристаллизации минералов из расплава или раствора он применим. С другой стороны, этот метод можно использовать во многих случаях, при изучении метасоматических и метаморфических процессов.

Процессы магматического, метасоматического и метаморфического минералообразования можно рассматривать как последовательности химических реакций, приводящих к образованию тех или иных минеральных индивидуумов. Если образование минералов происходит по всему объему минералообразующей среды, то скорость их образования будет определятся соотношением

где V - скорость реакции, кр - константа реакции, А,В,... - вступившие в реакцию компоненты, а и Ь - их коэффициенты в уравнении реакции.

Если минерал образуется за счет обменной реакции по другому минералу, то скорость реакции определяется соотношениями

где V- скорость реакции, кр - константа реакции, А,В,... - компоненты реакции в жидкой или

газообразной фазе, а и Ь - их коэффициенты в уравнении реакции.

Можно сказать, что минералы, образующиеся по первому механизму, независимые, а по второму зависимы от существовавших ранее минералов.

Скорость реакции, определяемая уравнением (1), с учетом физико-химических позиций примет вид

м^к^В6...

(1)

м=кр сотиаВ ...

(2)

(3)

Предполагая независимость и одинаковую распределенность изменений А/я;1>, сумма

к

может рассматриваться как величина, распределение которой близко к

1

нормальному распределению.

Следовательно, закон распределения содержания для каждой генерации независимых минералов будет приближаться к логарифмически нормальному. Образование зависимого минерала может происходить без сохранения пропорционального эффекта. Это должно найти отражение в характере распределения его содержания. Для каждого отдельного зависимого минерала закон распределения может отличаться от логарифмически нормального, в то время как закон распределения суммы содержаний зависимых минералов одной группы ему соответствует. Необходимо отметить, что при совместном подсчете разновременно образовавшихся генераций одного минерала закон распределения его содержаний будет смещаться к нормальному.

Чтобы избежать необоснованного включения данных, не соответствующих математической модели, эволюционирующей с сохранением пропорционального эффекта, предлагается проводить следующие проверочные операции:

1. Проверка гипотезы о логарифмически нормальном распределении содержаний каждой генерации минералов обеспечит контроль за корректностью составления выборок и допустимостью их анализа данной методикой.

2. Для групп минералов, способных развиваться за счет более раннего минерала или способных образовываться одновременно и характеризующихся законом распределения их содержаний, отличном от логарифмически нормального, а также для не полностью замещенного и замещающего его минералов, целесообразна проверка гипотезы о соответствии функции распределения логарифма суммы их содержаний закону нормального распределения. В качестве критерия предлагается использовать неравенство Берри - Эссена [В. Феллер 1984 ]

(5)

СГ л/и

где Хк — взаимно независимые случайные величины, соответствующие содержаниям исследуемых минералов 1,2,..., обладающие одинаковым распределением Бг, причем:

£(х,) = 0,Д^) = ^>0,£(|*4|3) = Р<® ' (6)

a F„ обозначает распределение нормированной суммы

)/Wi (7)

Если при всех х для любых п неравенство выполняется, то гипотеза о логарифмически нормальном распределении сумм содержаний изучаемых минералов верна. Данные минералы, в дальнейшем, должны рассматриваться, как образовавшиеся зависимо. Сумма их содержаний дает информацию о минерале, по которому они образовались или о месте их совместного роста в общей последовательности минералообразования. Если неравенство не выполняется, то не выполняется хотя бы одно из перечисленных выше условий. Соответственно, нельзя утверждать, что сумма содержаний минералов подчиняется логарифмическому закону распределения. Данные минералы следует рассматривать, как образовавшиеся независимо.

3. После построения последовательности образования минералов проверяется выполнение неравенства Dine , <Dln(1 -е i) + Dine м. Если неравенство выполняется, то разбиение проведено корректно. В случае невыполнения этого условия, минералы, для которых оно не выполняется, из данного рассмотрения следует исключить.

Для математической обработки были использованы результаты количественного подсчета содержания минералов и их генераций, в шлифах и протолочных пробах из щелочно-гранитоидных пород.

В щелочно-гранитоидных породах Катугинского массива рассматривались распределения содержаний кварца, микроклина, альбита 1, альбита 2, эгирина, арфведсонита, аннита, пирохлора 1, пирохлора 2, циркона 1, циркона 2, колумбита, ильменита, монацита, гагаринита, криолита 1, криолита 2, флюорита 1, флюорита 2, сфалерита.

Проверка сравнения логарифмов сумм содержаний минералов с функцией нормального распределения (условие 2), показала, что как зависимые, следует рассматривать распределения:

1. альбита обеих генераций;

2. совместно сосуществующих темноцветных минералов;

3. пирохлора первой генерации и колумбита;

4. криолита первой генерации и гагаринита по отдельным типам пород;

5. монацита и флюорита первой генерации, по отдельным типам пород;

6. гагаринита, криолита первой генерации, монацита и флюорита первой генерации для всего массива в целом;

7. криолита второй генерации и флюорита второй генерации. Следует подчеркнуть независимость распределенй:

1. микроклина и альбита второй генерации, выполняющего трещины в микроклине;

2. акцессорных минералов первой и второй генераций.

Таблица 5

Статистически однородные группы минералов Катугинского массива

Минералы Оценки дисперсий Количество наблюдений Б^га-к 8'» РяС"4»)

кварц 0,166 255

микроклин 0,177 255 0,251 0.171 1.468 ^=1

альбит 1 0,251 255 1.07 0,251 6.77 ^"«4=1

ангагг 0,953 55

циркон 1 1,05 92

арфведсонит 1,087 88

пирохлор 1 1,108 214

ильменит 1,135 30 1.71 1.07 1.6

флюорит 1 1,345 31

монацит 1,41 15

криолит 1 1,586 159

гагар инит 1,81 28

альбит 2 1,99 255

эгирин 2,223 41

циркон 2 2,4 74

пирохлор 2 2,414 72 3.93 1.71 2.3 Т109674=1,25

милибденит 2,975 12

флюорит 2 3,3 21

криолит 2 3,385 21

сфалерит 4,244 26

галенит 4,51 14

сидерит 6,5 16

Сравнение логарифмов оценок дисперсий содержаний минералов, для всего Катугинского массива в целом, дает следующую последовательность статистически однородных групп минералов (таб. 5): 1. кварц и микроклин;

2. альбит первой генерации, аннит, арфведсонит, пирохлор первой генерации, циркон первой генерации, ильменит;

3. эгирин, альбит второй генерации, циркон второй генерации, пирохлор второй генерации гагаринит, криолит первой генерации, флюорит первой генерации, монацит;

4. криолит второй генерации, флюорит второй генерации, галенит, сфалерит, молибденит, сидерит.

При разбиении на однородные группы, с учетом сумм содержаний зависимых минералов, положение в последовательности акцессорных минералов не изменилось, суммарное содержание темноцветных минералов оказалось в первой группе, а суммарное содержание альбита обеих генераций - во второй.

Оценка величины объемных долей минералов, при выполнявшемся уровне точности их подсчета, показала выполнение неравенства Dint , <Dln(1 -е ,) + Dine щ для всех пар минералов в полученной последовательности.

Выделенные статистически однородные группы минералов не противоречат минералого-петрографическим данным отвечают реальной последовательности их образования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, представляющей собой законченную научно-квалификационную работу, в которой дано решение важной научной задачи выявления геолого-геохимической зональности метаморфвдованных щелочно-гранитоидных комплексов к которым приурочены редкометальные месторождения, что позволит повысить эффективность поисков, прогноза и перспективной оценки аналогичных объектов в России и за ее рубежом, а также будет способствовать более рациональному освоению объектов такого типа.

В западной части Катугино-Аянской зоны по минералого-петрографическим признакам выделено сорок наиболее часто встречаемых разновидностей пород, из которых семнадцать образуют два главных типа разрезов от неизмененных вмещающих пород к рудоносным щелочно-гранитоидным, отражающим минералого-геохимическую зональность.

Центром горизонтальной геохимической зональности являются эгирин-арыфедсонитовые породы, к которым приурочены максимумы содержаний Та, №>, Хт, Ьпсс, 2.п, РЬ, вп, 1л, ЛЬ. С окружающей их зоной безэгириновых щелочно-гранигоидных пород связаны максимальные содержания У, Ьпу, Ста;. С зоной измененных вмещающих пород связаны максимумы содержаний Мо и Ве. В неизмененных вмещающих породах максимальны содержания Бс, V, Со, Сг. С увеличением концентраций элементов первой группы отмечается уменьшение концентрации элементов четвертой группы.

Вертикальная геохимическая зональность Катугинского массива, в целом, аналогична горизонтальной, однако ее центром являются не эгирин - арфведсонитовые щелочно -гранитные породы, а расположенные гипсометрически ниже их арфведсонитовые породы.

По химическому и минеральному составу щелочно-гранитоидные породы Западного Катугинского массива близки к породам верхних горизонтов Катугинского массива, что позволяет ожидать на глубине богатую редкомегальную минерализацию.

Отмечается четкая связь малых элементов с отдельными минералами или их группами, что определяется формой вхождения этих элементов. КЬ, Та, Щ Ьп, У, Мо концентрируется почти полностью в собственных минералах. 1л, ЛЬ, ва, Бп, Эс, V, №, Со, Сг собственных минералов не образуют и полностью рассеяны в породообразующих минералах. Собственные минералы образуют цинк, свинец и бериллий, однако, значительная часть этих элементов входит в состав породообразующих минералов.

В формировании редаометальных руд ведущая роль принадлежит пяти минералам -пирохлору, циркону, гагарини'гу, флюориту и моноциту. При этом богатые тантал-ниобий-цирконовые руды повсеместно сложены поздними генерациями пирохлора и циркона.

Выделенные статистически однородные группы минералов соответствуют последовательности их образования, предполагающей метаморфизацию массивов щелочных гранитов.

Список основных научных трудов по теме диссертации

1. Родионов В.Д. Геохимическая зональность редкометального щелочно-гранитоидного тела. Восточная Сибирь. «Матер. 13 Науч. конф. аспирантов и мол. ученых геол. фак. МГУ Секция Геохимия, Москва, 24-28 марта 1986» с. 16-18./ Рукопись деп. в ВИНИТИ 04.02.87 №806-В87

2. Родионов В.Д. Геохимические особенности редкометального щелочно-гранитоидного тела. «Тр. Науч. конф. мол. ученых ИМГРЭ, посвящ. 40-летию Победы Москва 1985» с. 14-16../ Рукопись деп. в ВИНИТИ 06.88 Х°4380-В88

3. Родионов В.Д. Опыт применения статистического метода при определении последовательности образования минералов в альбитизированных щелочных гранитах. «Математические модели в расшифровке генезиса минералов» (Сб.) с. 69-75/ Москва ИМГРЭ, 1989

4. Родионов В.Д. Литий, рубидий и другие элементы в теле тантал-ниобиевых щелочных гранитоидов и вмещающих их пород / Тезисы докладов VIII всероссийской конференции по химии и технологии редких щелочных металлов. Апатиты, 1988

5. Родионов В.Д., А.А.Ямбарцев Условия применимости метода построения последовательности образования минералов по оценкам дисперсий логарифмов их содержаний, с. 184/ Тезисы докладов всероссийского съезда геологов (С-П. 2000 г.) Том 4 2000

6. Родионов В.Д., А.А.Ямбарцев Определение последовательности образования минералов в эндогенных системах, эволюционирующих с сохранением пропорционального эффекта. / Санкт-Петербург РИО СЗТУ, 2001

7. Родионов В.Д. Определение последовательности образования минералов в щелочно-гранитоидных породах по оценкам их дисперсий. М Вестник Российского Университета дружбы народов, серия «Науки о земле и природопользование» 2007, № 3, ст.32-39.

8. Родионов В.Д. Определение последовательности образования минералов в эндогенных породах по оценкам их дисперсий. М. Горный информационно-аналитический бюллетень 2007, № 12, ст. 90-92.

АННОТАЦИЯ

На кандидатскую диссертацию Родионова В.Д. «Зональность щелочно-гранитоидных комплексов Катугино - Аянской зоны».

Диссертационная работа посвящена изучению геолого-геохимической зональности метаморфизованных щелочно-гранитоидных комплексов к которым приурочены редкометалъные месторождения, на примере щелочно-гранитоидных массивов и вмещающих их пород западной части Катугино - Аянской сируектурной зоны в Восточном Забайкалье. Выявлена минералого-геохимическая зональность комплекса, включающего, как массив щелочно-гранитоидных пород, так и вмещающие его толщи. Выявлен новый тип редкометальных руд на Катугинсхом месторождении. Показана связь локализации различных типов руд с минералого-геохимической зональностью комплекса. Для Катутинского массива построена последовательность образования минералов по оценкам их дисперсий.

КОПИ-ЦЕНТР св. 7:07:10429 Подписано в печать #..//<.2(Шг. Объем 2,0 п.л. Формат 60x90/16. Тираж 100 экз. Заказ №2211

г. Москва, ул. Енисейская, д.З6 тел.: 8-499-185-7954, 8-906-787-7086