Петрогеохимические и минералогические особенности редкометалльных щелочных массивов Северного прибайкалья

УДК 552.33

ПЕТРОГЕОХИМИЧЕСКИЕ И МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РЕДКОМЕТАЛЛЬНЫХ ЩЕЛОЧНЫХ МАССИВОВ СЕВЕРНОГО ПРИБАЙКАЛЬЯ

1 2 И.А.Сотникова , Н.В.Владыкин

Институт геохимии СО РАН,

664033, г. Иркутск, ул. Фаворского, 1а.

Рассматриваются петрологические и минералогические особенности двух редкоме-талльных массивов Северного Прибайкалья - Бурпала и Акит. Приводится новая схема магматизма массивов, которая подтверждается на диаграммах корреляции петрогенных элементов. Приводятся диаграммы составов слюд и пироксенов обоих массивов. Обсуждаются вопросы рудоносности обоих массивов. Ключевые слова: петрохимия, редко-металльные щелочные породы, редкоземельные элементы, типохимизм слюд и пирок-сенов.

Библиогр. 3 назв. Ил. 7. Табл. 1.

PETROGEOCHEMICAL AND MINERALOGICAL FEATURES OF RARE METAL ALKALINE MASSIFS OF THE NORTHERN TRANSBAIKALIA

I.A. Sotnikova, N.V. Vladykin

Institute of Geochemistry of Siberian Department of Russian Academy of Sciences, 664033, 1a Favorskii St., Irkutsk.

The article discusses petrological and mineralogical features of two rare-metal massifs of the Northern Transbaikalia (Burpala and Akit). The authors present a new scheme of massifs' magmatism which is proved by the correlation diagrams of petrogenic elements. The diagrams of the composition of micas and pyroxenes from both massifs are demonstrated. The ore potential of the both massifs is discussed. Key words: petrochemistry, rare-metal alkaline rocks, rare-earth elements, typochemistry of micas and pyroxenes. 3 sources. 7figures. 1 table. Щелочная провинция Северного ны месторождения Zr, TR, Y, Nb.

Прибайкалья открыта в начале 60-х гг. Бурпалинский щелочной массив

А.С. Жидковым (ВСЕГЕИ). Она протя- находится в 100 км к северо-востоку от

гивается от северной оконечности Бай- п. Нижнеангарск в пределах Сынныр-

кала до северо-западной части Алдан- ского нагорья. Массив представляет со-

ского щита по периферии Сибирской бой интрузию центрального типа пло-

платформы. В нее входит около десяти щадью около 250 км2, возрастом 320

щелочных массивов, но только два мас- млн. лет. Он сложен нефелиновыми

сива этой провинции несут рудную ред- сиенитами и пуласкитами, в приконтак-

кометалльную минерализацию- это мас- товой части переходящими в кварцевые

сивы Бурпала и Акит, в которых извест- сиениты.

1Сотникова Ирина Александровна - младший научный сотрудник. Тел.: (3952) 51-14-60. E-mail: vlad@igc.irk.ru

Sotnikova Irina Alexandrovna - a junior scientific worker. Phone: (3952)51-14-60; e-mail: vlad @igc.irk.ru

2Владыкин Николай Васильевич - главный научный сотрудник. Тел.: (3952)51-14-60. Е-mail: vlad @igc.irk.ru

Vladykin Nikolay Vasiljevich - the chief scientific worker Phone: (3952)51-14-60. Е-mail: vlad @igc.irk.ru

Жильные породы представлены дайками шонкинитов, содалитовых сиенитов, лейкократовых гранофиров, щелочных гранитов, многочисленных ред-кометалльных щелочно-сиенитовых пегматитов и двумя дайками карбонатных пород (возможно карбонатитов). Все породы секутся крупной дайкой флюорит-апатитовых пород со слюдой и магнетитом.

На петрохимических диаграммах (рис.1) парных корреляций породообразующих элементов составы всех пород массива образуют единый тренд, свидетельствующий о их генетической общности и формировании в процессе магматической дифференциации.

Магнием и кальцием обогащены ранние породы, а в поздних редкоме-талльных пегматитах содержания этих элементов значительно снижаются при резком увеличении щелочных и редких элементов.

Генетическая общность пород массива подтверждается и поведением редких элементов. Концентрации ниобия и циркония закономерно увеличиваются от ранних пород массива к поздним

пегматитам (рис. 2) и образуют единый тренд составов для всех пород массива.

В пределах массива разведаны редкометалльные месторождения 2г, ЫЬ, ТЯ, сконцентрированные в сиенит-пегматитах, приконтактовой северозападной и центральной частях массива.

Редкометалльная минерализация Бурпалинского массива очень разнообразна.

К примеру, здесь найдено около 80 % 2г- силикатов, известных в природе. Микрозондовые исследования подтвердили наличие следующих минералов:

- 2г-силикаты - циркон, бурпалит, ро-зенбушит, сейдозерит, Сасейдо-зерит, ловенит, Тьловенит, катапле-ит, Са-катаплеит, велерит, гиортда-лит, гетценит, власовит, эльпидит, эвдиалит;

- минералы Т - сфен, астрофиллит, рамзаит, Мп-нептунит, бафертисит, чевкинит, Мп-ильменит, пирофанит, Бг-перрьерит, ландауит, рутил, ана-таз, брукит;

- минералы ТЯ - лопарит, металопа-рит, бритолит, ринколит, меланоце-рит, бастнезит, паризит, анкилит,

МдО

Ж

Б\02

а*

10

40

50

60

70

80

Рис.1 Диаграммы парных корреляций петрогенных элементов в породах массива Бурпала и Акит: 1-нефелиновые сиениты массива Акит, 2 - щелочные сиениты того же массива, 3 - кварцевые сиениты массива Акит; породы массива Бурпала: 1 -шонкиниты и меланосиениты, 2 - щелочные и нефелиновые сиениты, 3 - эвдиалитовые сиениты, 4 - кварцевые сиениты и граниты, 5 - редкометалльные пегматиты, 6 - фениты

монацит, ТЯ-апатит; - другие редкие минералы: лейкофан, гамбергит, ринкит, пирохлор, бета-фит, торит, торианит, тайниолит, бревстерит, криолит и др.

Концентрации редких элементов в пегматитах достигают следующих максимальных значений: 2г-4%, ТЯ-2.5%, У-0.5%, №-0.4% и_представляют промышленный интерес. По нашим представлениям, редкометалльная минерализация в пегматитах кристаллизовалась из остаточного магматического расплава. В настоящее время проводятся термо-барогеохимические исследования в апатит-флюоритовых породах. По первичным данным температура кристаллизации даже флюорита равна 600-700 градусов (С. Прокофьев).

Данные проведенных в университете Японии анализов по соотношению изотопов Кё и Бг в карбонатитах и пегматитах массива Бурпала указывают на происхождение магмы в области мантии ЕМ-2, что характерно и для других подобных областей Сибири.

Акитский щелочной массив площадью 4.5 км расположен в 30 км от северной оконечности Байкала. Имеет в плане округлую изометричную форму. Вмещающие породы представлены нижнепалеозойскими гранитами. Возраст пород Акитского массива верхнепалеозойский или мезозойский.

Интрузив сложен в основном пи-роксен-амфиболовыми щелочными и кварцевыми сиенитами. Щелочные сиениты - среднезернистые породы, состоящие из микроклина (30-60%), оли-гоклаза (30-40%), роговой обманки (15%), авгита (2-5%) и биотита. В центральной части массива наблюдается подковообразное тело мелкозернистых кварцевых сиенитов. Наиболее поздними образованиями являются дайки эги-риновых щелочных грани-

тов. Нефелиновые пироксен-биотитовые сиениты слагают дайкообразные тела мощностью до 150 м и протяженностью до 550 м во вмещающих древних гранитах. Это среднезернистые породы, сложенные микроклином (70-80%), нефелином (15-20%), эгирин-авгитом (2-5%) и биотитом (до 5%).

В массиве установлено 5 линейных зон микроклинитов, альбититов и флюорит-карбонатных гидротермалитов (карбонатитов), рудоносных на редкие земли и иттрий.

По химическому составу среди магматических пород Акитского массива выделяются 4 разновидности: нефелиновые сиениты, щелочные сиениты, кварцевые сиениты и щелочные граниты. В этом генетическом ряду происходит постепенное увеличение кремне-кислотности пород, которая является индексом дифференциации для данной серии пород.

Как видно из графика парных корреляций (см. рис. 1) «сумма щелочей- алюминия и титана- железа», наблюдается единый тренд состава для всех разновидностей пород массива, что свидетельствует о гомодромности пород массива и их генетической связи.

Кроме лейкократовой составляющей щелочных пород - полевых шпатов, лейцитов, нефелинов, важными компонентами являются темноцветные минералы - пироксены, амфиболы, слюды, химический состав которых чутко реагирует на изменение химического состава самих пород в процессе

дифференциации щелочной магмы. Характерной особенностью щелочных пород в массивах Акит и Бурпала являются вариации составов пироксенов и слюд.

Слюды редкометалльных массивов Северного Прибайкалья по химическому составу относятся к флогопит-биотитовому изоморфному ряду. Наблюдается единый тренд изменения составов для пород как Бурпалинского, так и Акитского массивов ( рис. 3).

А1+и Ре+Мп+Т(

Рис. 3. Тройные корреляции слюд в породах Акитского и Бурпалинского массивов. Бурпала: 1 - ГИФ пуласкиты , 2 -кварцевые сиениты , 3 - нефелиновые сиениты, 4 - пегматиты, 5 - меланосиениты, 6 -пегматиты рудные, 7 - флюорит-апатитовая жила. Массив Акит: 8 - нефелиновые сиениты, 9 - щелочные сиениты, 10 - кварцевые сиениты, 11 - щелочные граниты, 12 - литературные данные

От ранних пород к поздним идет постепенный переход магнезиальных слюд в железистые. В Бурпалинском массиве закономерности изменения составов слюд в разных порциях магматических расплавов более сложные, чем в пироксенах. Но в каждой породе, например пегматитах, жильных сиенитах, апатит-флюоритовых породах, изменение составов слюд идет в том же направлении: от магнезиальных к более железистым. В породах Акитского массива из-за меньшего набора разновид-

ностей пород закономерности изменения составов слюд более простые. От ранних пород к поздним идет закономерное увеличение железистой составляющей, но в поздних гидротермальных и кабонатитовых образованиях из-за другого состава субстрата, из которого кристаллизуется слюда, образуется редкая разновидность магнезиальных литиевых слюд - тайниолиты. В этих породах нет пироксенов, амфиболов и других темноцветных силикатных минералов, и железо концентрируется в карбонатных и сульфидных минералах (анкерите и пирите).

Особо следует сказать о редкой разновидности магнезиальной литиевой слюды - тайниолите. Тайниолит встречается исключительно в поздних щелочных породах (пегматитах и карбона-титах). В мире имеется не более 10 объектов, где известны слюды этого состава. Так как тайниолит кристаллизуется в агпаитовых условиях, в нем практически нет алюминия и кремнекислород-ные тетраэдры заполнены одним кремнием (таблица).

Распределение катионов по структурным позициям в некоторых _слюдах_

Слюды Октаэдриче ские Тетраэдри ческие

Полилитионит Ь12+Л11 Si4

Тайниолит Mg2+Lil Si4

В природе имеется и другая алюминиевая слюда полилитионит, которая кристаллизуется в агпаитовых щелочных гранитах, поэтому тетраэдры также заполнены одним кремнием.

Тайниолиты Акита кристаллизуются в кальцит-анкеритовых карбонатных жилах (карбонатитах) в экзоконтак-товых зонах массива. Они образуют сноповидные агрегаты кристаллов размером до 1 см, белого цвета с серебристым отливом, характерным для других литиевых слюд (как у белого лепидолита). В шлифах отличаются от других

минералов ярким двупреломлением. По химическому составу эти слюды состоят из Б1, М^, К, Ы и Б с малыми (менее 1 %) содержаниями других элементов.

Тайниолиты образуют более идиоморфные выделения, чем анкерит, флюорит и барит, с которыми они совместно кристаллизуются.

Распределение элементов в тай-ниолитах изучалось нами с помощью диаграмм парных и тройных корреляций. Для более полной картины составов тайниолитов нами использовались имеющиеся в литературе составы и наши анализы тайниолитов и близких по составу к ним слюд из массивов Бурпа-ла и Дарай-Пиоз .

Как видно из диаграмм парных и тройных корреляций элементов (рис. 4 и 5), составы тайниолитов занимают на них довольно компактную область и не

образуют изоморфных серий с другими слюдами. Это свидетельствует о необычных химических условиях образования тайниолитов, когда совместно встречаются элементы разных уровней дифференциации, а именно магний, который характерен для ранних пород комплексов, и литий - типичный элемент поздних дифференциатов. К сожалению, в литературе имеются только данные по составам тайниолитов проанализированных в 60-х годах прошлого века. Точность определения некоторых элементов в этих слюдах не очень достоверна, с чем связан некоторый разброс точек их составов на приводимых диаграммах.

Пироксены щелочных пород представлены тремя минералами изоморфного ряда: диопсидом, геденбергитом, эгирином.

Рис. 4. Парные корреляции элементов в тайниолитах: составы слюд следующих массивов: 1- Акитского, 2- Бурпалинского, 3 -Дарай Пиоз, 4- литературные данные

Рис.5. Тройные корреляции элементов А1+Бе3++Т1; составы слюд массивов: см. рис. 4

Вариации составов пироксенов определяются, главным образом, щелочностью породы и коэффициентом агпа-итности. Чем более щелочная по химическому составу порода, тем более щелочной в ней пироксен.Пироксены эги-ринового состава кристаллизуются только в агпаитовых условиях.

Как видно из диаграммы (рис. 6), составы пироксенов всех пород Бурпа-линского массива имеют одинаковый тренд, что свидетельствует о генетическом единстве изученных пород. В самых ранних породах образуются нещелочные диопсиды с 20 % геденбергито-вой составляющей. От ранних пород к поздним в процессе их кристаллизации увеличивается щелочной минал пирок-сенов до чистых эгиринов в породах щелочно-гранитного состава. Процент

в тайниолитах: Я2+= Fe2+Mg+Mn, Я3+=

геденбергитовой составляющей во всем эволюционном ряду пироксенов постоянен, что также подтверждает их образование при дифференциации единой магмы. Такой же тренд составов пирок-сенов от диопсида до эгирина наблюдается и на верхней диаграмме: из-за аг-паитовой направленности кристаллизации щелочных пород они не содержат алюминиевой составляющей. В Акит-ском массиве наблюдаются те же самые закономерности изменения составов пироксенов (рис. 7), что и в Бурпалин-ском массиве.

От ранних пород к поздним идет постепенное изменение составов от ди-опсидов до эгиринов при постоянном минале геденбергитового компонента. Составы этих пироксенов также образуют единый тренд.

Иа+Ре А1+"П Са+Ре

Рис. 6. Тройные корреляции пироксенов в породах Бурпа-линского массива: условные обозначения см. рис. 4

Выводы

Исходя из корреляций петроген-ных и редких элементов, доказано происхождение всех пород массива из единой магмы в результате ее магматической кристаллизационной дифференциации. Для обоих массивов характерен единый набор главных разновидностей пород, который заканчивается щелочными гранитами. Типохимизм породообразующих минералов слюд и пирок-сенов подтверждает гомодромность всех изученных пород в этих щелочных комплексах и закономерное изменение их химизма в процессе дифференциации щелочной магмы. В связи с агпаитовым характером кристаллизации пегматитов Бурпалинского массива, для них очень характерны парагенизисы цирконо- и титаносиликатов. В связи с тем, что Бурпалинский массив в 50 раз больше Акитского и его эрозионный срез более глубокий в его пределах локализуются

Рецензент: кандидат геолого-минералоги

а о 0.2 4 0.5 л.с 1

№+Ре А1+"П Са+Ре

Рис. 7. Тройные корреляции пироксенов в породах Акит-ского массива: Условные обозначения см. рис. 4

рудные объекты, в то время как в пределах Акитского массива не установлены крупные скопления рудных минералов. Возможно, на поверхность выходит только небольшая апикальная часть Акитского массива и основное орудене-ние, возможно, находится на более глубоких горизонтах.

Библиографический список

1. Акитский массив щелочных пород и ассоциирующее с ним оруденение (Северное Прибайкалье) /Г.С. Рипп [и др.] //Глубинный магматизм, его источники и плюмы. - 2006. - Т.2. -С. 285-304.

2. Андреев Г. В. Петрология формации К- нефелиновых и щелочных сиенитов. -Новосибирск: Наука, 1981. -85с.

3. Семенов Е. И. Минералогия щелочных массивов и их месторождений. -М.: Наука, 1974. -247с.

наук, профессор А.С. Механошин