Редкоземельные пегматиты и карбонатиты Уфалейского метаморфического комплекса (Южный Урал)

ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ

УДК 553.078+549.514.5

РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ ПЕГМАТИТЫ И КАРБОНАТИТЫ УФАЛЕЙСКОГО МЕТАМОРФИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

Огородников В. Н., Поленов Ю. А., Савичев А. Н.

К пегматитовому генетическому типу относятся редкоземельные, редкометальные, слюдоносные, керамические и хрусталеносные пегматиты. Общепринята геологическая классификация гранитных пегматитов по глубинности: больших глубин (редкоземельные), глубинные (слюдоносные), умеренных глубин (редкометалльные) и малых глубин (керамические и хрусталеносные). В Уфалейском метаморфическом комплексе все эти генотипы пегматитов оказались совмещены в долгоживущей Слюдяногорской шовной зоне докембрийского заложения, активно функционирующей во время палеозойских коллизионных преобразований.

Ключевые слова: пегматиты; карбонатиты; редкие земли; Уфалейский комплекс; Южный Урал.

Как известно, к пегматитовому генетическому типу относятся редкоземельные, редкометалльные, слюдоносные, керамические и хрусталеносные пегматиты. Общепринята геологическая классификация гранитных пегматитов по глубинности: больших глубин (редкоземельные), глубинные (слюдоносные), умеренных глубин (редкометалльные) и малых глубин (керамические и хрусталеносные). Чаще всего эти пегматиты разобщены в пространстве и во времени, и поэтому их описание не вызывает затруднений. Но в Уфалейском метаморфическом комплексе все эти генотипы пегматитов оказались совмещены в долгоживущей Слюдяногорской шовной зоне докембрийского заложения, активно функционирующей во время палеозойских коллизионных преобразований.

Формирование Уфалейского гнейсовоамфиболитового комплекса началось с заложения в среднем рифее (1350 млн лет) субмеридиональной рифтовой структуры. Его образование сопровождалось развитием метаморфизма, соответствующего гранулитам алданской фации глубинности (парагенезисы включают гиперстен, диопсид, пироповый гранат), завершившегося ультраметаморфизмом [1] с образованием в рифтогенно ограничивающей шовной зоне слюдяногорских щелочных биотитовых гнейсогранитов, анор-

токлазовых гранитов (возраст по микроклину, биотиту 1100-1215 млн лет [2]; по цирконам из гнейсов 990-1180 млн лет [3]; различных мигматитов, анортоклазовых пегматитов и полевошпатовых метасоматитов с урановоредкоземельной минерализацией, представленной иттроэпидотом, с возрастом 11001200 млн лет [4]).

Наиболее яркая особенность таких пегматитов (полевошпатовых метасоматитов) -приуроченность к глубинным зонам разломов древних щитов и платформ и отсутствие видимой связи с конкретными магматическими телами [5]. В глубинных зонах рифтовых структур градиенты температуры и условий дегазации растворов были незначительными. В результате существенное нарушение физико-химического равновесия достигалось лишь на значительном удалении от мест отделения растворов, что и определило пространственный отрыв полевошпатовых (анор-токлазовых) метасоматитов от материнских гранитов. В целом полевошпатовый метасоматоз в разломах докембрия характеризуется значительными масштабами. На протяжении шовной зоны, как правило, отмечается несколько участков развития полевошпатовых метасоматитов, несущих ураново-редкоземельную минерализацию, разделенных интервалами с отсутствием метасоматических

№ 2(34), 2014

5

явлений. Согласно [6, 7] урановое оруденение генетически связано с высокотемпературными гидротермальными калиевыми би-отит-микроклиновыми метасоматитами, что весьма характерно для «ураноносных, редкоземельных пегматитов» докембрийских областей. Редкоземельные микроклиниты (анортоклазиты) разломов фундамента докембрийских платформ являются наиболее древними, глубинными и высокотемпературными образованиями в ряду других формаций редкоземельных метасоматитов (пегматитов).

Изучение литературных данных показало, что типичные щелочные комплексы и сопровождающие их карбонатные метасо-матиты с редкометальной и редкоземельной минерализацией начинают проявляться в докембрии с раннего протерозоя, однако их массовое распространение связано с рифей-ской эпохой и сопряжено с интенсивно проявленными процессами рифтогенеза [5].

Рифейские гранитоиды и пегматоидные тела в Уфалейском комплексе смяты в пологие складки при последующих коллизиях и будинированы. В будинах, сложенных крупнокристаллическим анортоклазом, отчетливо наблюдается «лунная» иризация.

Тектонические и постмагматические воздействия на щелочные метасоматиты завершались образованием крупнокристаллического иттроэпидота. Состав иттроэпидота был изучен в Институте минералогии УрО РАН в Миассе в 2012 году [8], и полученная формула близка к составу иттроэпидота (Са189 Y cr Er ) (A] Fe U ) Si O

0,09 0,01 0,01'2,00' 2,19 0,78 0,02 0,01'3,0 3 12

(OH), полученного в 1959 году [4].

По мере снижения температуры преобразование анортоклазитов сопровождалось карбонатизацией и окварцеванием, с формированием протяженных тел существенно кальцитового состава и тел метасоматических кварцитов (серебровского типа), характеризующихся повышенным содержанием редкоземельных элементов иттриевой группы.

Геохимические поиски, проведенные группой Д. П. Грознецкого и Е. П. Мельникова в восточной части Уфалейского метаморфи-

ческого комплекса, показали, что щелочные гранитоиды, пегматиты и полевошпатовые метасоматиты имеют бериллиевую, урановую и редкоземельную специализацию. Выявлены комплексные геохимические аномалии, которые включают (в г/т): Y - 50-300; Zr - 300-1000; Be - 4-40; Ba - 1000-3000; Nb - 100-300; Mo - 5-15; при фоновом уровне: Y - 10; Zr - 100; Be - 2; Ba - 500; Nb - 40; Mo - 3.

На завершающей стадии метасоматического преобразования образуются крупнокристаллические кальцитовые метасоматиты, не содержащие собственных редкоземельных минералов, но концентрирующие редкоземельные элементы в самом кальците: содержание TR = 1500-2900 г/т, в том числе 200-500 г/т Y, редкоземельные элементы преимущественно иттриевого состава (рис. 1), тогда как во вмещающих амфибол-биотитовых гнейсах сумма РЗЭ составляет 300-400 г/т, в т. ч. 8090 г/т Y, а в анортоклазовых пегматитах TR = 10 г/т, в том числе - 5 г/т Y. Кальциты содержат также повышенные содержания Sr = 6700; Nb до 410; Mn = 6900 г/т. Повышенные количества SrO, MnO в высокотемпературных кальцитах являются характерным признаком высокотемпературных карбонатитов.

Высокое содержание редких земель ит-триевой группы и иттрия свидетельствует, что они образовались под воздействием щелочных и субщелочных гранитных интрузивов [9]. Изотопный состав (Sr, Nd, C, O) карбонатитов Уфалейского комплекса свидетельствует об их связи с глубинным источником, по своим изотопным параметрам (близкого ЕМ1) характерным для рифтовых зон древних щитов [10].

В последнее время понятие карбонати-тов рядом исследователей значительно расширено. Согласно [11, 12] «пересмотр генезиса некоторых тел мраморовидных пород в уральских палеорифтовых структурах с точки зрения последовательности кристаллизации минералов привел к заключению о широком развитии разнообразных карбонатитов на Урале. С ними связаны не только классические редкометалльные месторождения, но

6

Известия Уральского государственного горного университета

и месторождения и проявления никеля, де- Поповым, которые показали низкие содержа-мантоидов, рубина, железа». ния редкоземельных элементов и обычный

Авторами были проанализированы эти тренд их поведения, характерный для обыч-мраморовидные породы, описанные В. А. ных морских отложений (рис. 1).

C-10/2

C-10/3

K-1

K-3/2

K-3/3

K-4

K-10/2

K-11/1

E-1

E-2

A-6/1

A-7

M-1

KO-1

Ш-19

L-2

L-3

L-1

Y-13/11K y 8 13 a y 8 13 аю 2 4 у 49 2 к У-13/11 У-13/38а У-13/38б у 487а у 491

Рис. 1. Поведение редкоземельных элементов в карбонатитах Уфалейского метаморфического комплекса (высокие содержания тяжелых редких земель) и мраморовидных породах Светлого, Кучинского и Липовского карьеров, содержащих рубиновую минерализацию (поле мраморов с

низкими содержаниями редких земель)

Подновление рифейских разрывных нарушений произошло в венде в связи с дальнейшим усилением рифтогенеза. Большинство сложных интрузий сформировались в результате последовательного внедрения дифференцировавшейся на глубине магмы, первоначально ультраосновной, затем щелочной. На заключительной стадии магматического цикла расплав обогащался кремнекислотой и калием, что привело к появлению щелочных лейкократовых гра-нитоидов.

Постмагматическая стадия, связанная со становлением щелочных гранитов венда, во вмещающих амфиболитах, биотитовых гнейсах, щелочных гранитах и редкоземельных пегматитах проявляется в виде метасоматической альбити-зации и флогопитизации. Данные метасоматиты секут анортоклазовые пегматиты и кристаллы иттроэпидота среднерифейского возраста (рис.

2). Абсолютный возраст альбитизированных

анортоклазитов, определенный Sm-Nd методом, показал 525 ± 11 млн лет (рис. 3).

С образованием сахаровидных альбити-тов связано появление ураноносных, иттрие-вых, тантал-ниобиевых минералов - фергюс-сонита и иттроколумбита - редкометалльных пегматитов. Фергюссонит образует сплошные выделения изометричной формы размером 2-5 см в диаметре, содержащие в виде включений зерна иттроколумбита, ферсми-та, иттротанталита. Химический состав фер-гюссонита близок к теоретическому составу YNbO4: CaO - 1,40; MgO - сл.; FeO - 0,36; TR(Y) - 42,6; ZrO2 - 0,93; SiO2 - 0,14; TiO2 -0,50; Nb2O5 - 51,65; Ta2O5 - 2,50; H2O - 0,22; X = 100,3 % [4]. Кроме того, авторами установлены примеси U = 1,64 % и Th = 0,012%, Zr = 0,31 %, которые возможно относятся к минеральным примесям в виде циркона, уранинита, колумбита и других минералов, установленные рентгеноструктурным анализом в

№ 2(34), 2014

7

метамиктной массе фергюссонита. речнике и находятся в сахаровидном альбите.

Выделения иттроколумбита имеют изо- Цвет минерала черный, на отдельных участ-метричную форму, достигают 1 см в попе- ках наблюдаются буровато-красные внутрен-

Рис. 2. Крупный кристалл иттроэпидота сечется агрегатом мелкозернистого альбитита, развивающегося по анортоклазиту

ние рефлексы. Иттроколумбит метамиктный, после прокаливания при 800 °С появляется дифракционная картина. Сравнение рентгенограмм показывает хорошее совпадение ис-

следуемого минерала с искусственной фазой FeNbO4. Химический состав иттроколумбита: CaO = 0,38-0,60; TiO2 = 3,89-4,13; MnO = 0,02-0,14; FeO = 11,35-11,28; Y2O3 = 11,69-

Рис. 3. Абсолютный возраст альбитизированных анортоклазитов с иттроэпи-дотом, определенный Sm-Nd методом. Образец У-47/13, Слюдяногорское месторождение (Уфалейский комплекс); Fs + Pl - альбит по анортоклазу; Mica - флогопит; Wr - ильменорутил; Ytm - Ep - иттроэпидот

12,53; Nb2O5 = 38,74-38,56; Ce2O3 = 0,14-0,10; Er2O3 = 9,11-9,01; £ = 98,04-97,55 [13].

Ta2O5 = 12,02-12,51; WO3 = 1,68-1,36; PbO = В телах рифейских карбонатных мета-0,32-0,08; ThO2 = 0,37-0,39; UO2 = 8,27-6,85; соматитов под действием гидротермальных

8

Известия Уральского государственного горного университета

растворов наблюдается перекристаллизация раннего кальцита желтого цвета, с образованием прозрачных полигонально зернистых агрегатов кальцита. Перекристаллизация кальцита сопровождается кристаллизацией флогопита, имеющего индукционные грани роста, что свидетельствует об одновременном росте с кальцитом. Среди зерен кальцита и флогопита наблюдаются многочисленные мелкие кристаллики октаэдрического магнетита и пирротина. Что касается редкометальной и редкоземельной минерализации, то появление ее связано с освобождением Sr, Ba, Mn, P, Се,

Y, Nb, Ta и некоторых других элементов из силикатов и рудных минералов, накоплением их в карбонатных метасоматитах палеозойского метасоматического этапа формирования этих тел. Поздние карбонатные метасоматиты содержат в большом количестве апатит, титаномагнетит, рутил, титанит, ксенотим, пирохлор, колумбит, новообразованный иттроэпидот, содержащие в повышенных количествах: Y=

400.7- 4729,6; Nb = 1387,6-2920,2; Ta = 10,286,3; P = 21,5-2362,4; Mn = 1529,6-6393,7; U = 4,1-50,4; U/Th = 10,9-37,0, Zr = 7,2-20,1; Sr =

178.8- 1396,9; Ba = 33,3-803,6 г/т.

Работа выполнена в рамках Программы фундаментальных исследований № 14-23-2427 Президиума РАН и Интеграционного проекта «Развитие минерально-сырьевой базы России...)», руководитель проекта академик РАН В. А. Коротеев.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК

1. Кейльман Г. А. Мигматитовые комплексы подвижных поясов. М.: Недра. 1974. 200 с.

2. Овчинников Л. Н. Обзор данных по абсолютному возрасту геологических образований Урала // Магматизм, метаморфизм, металлогения Урала. 1963. Т 1. С. 57-83.

3. Краснобаев А. А. Циркон как индикатор геологических процессов. М.: Наука, 1986. 186 с.

4. Минеев Д. А. Редкоземельный эпидот из пегматитов Среднего Урала // ДАН СССР. 1959. Т 127, № 4. С. 865-868.

5. Ларин А. М. Редкометальные месторождения докембрия // ГРМ. 1989, № 4. С. 12-21.

6. Геология месторождений редких элементов. М.: Госгеолтехиздат, 1962. Вып. 15. 106 с.

7. Кушев В. Г. Щелочные метасоматиты докембрия. Л.: Недра, 1970. 189 с.

8. Попов В. А. О нашумевшем уральском «иттроэпидоте» из Слюдорудника // Тринадцатые Всероссийские научные чтения памяти ильменского минералога В. О. Полякова. Миасс: ИМ УрО РАН, 2012. С. 18-23.

9. Балашов Ю. А. Геохимия редкоземельных элементов. М.: Наука, 1976. 268 с.

10. Недосекова И. Л., Прибавкин С. В., Пушкарев Е. В. Sr-Nd-C-O изотопные данные и геохимия карбонати-тов Ильмено-Вишневогорского щелочного комплекса и Куртинской зоны (Южный Урал) // Ежегодник-2004. Екатеринбург, ИГГ УрО РАН, 2005. C. 198-206.

11. Попов В. А. Структуры и текстуры карбонатитов // Металлогения древних и современных океанов-2008. Миасс: ИМ УрО РАН, 2008. С. 285-289.

12. Попов В. А., Попова В. И. Минералогический аспект проблемы карбонатитов на Урале // Металлогения древних и современных океанов-2004. Миасс: ИМ УрО РАН, 2004. С. 264-269.

13. Суставов С. Г., Огородников В. Н. Иттроколумбит-(У) в мусковитовых пегматитах Слюдяногорского месторождения (Южный Урал) // Вестник Уральского отделения Российского Минералогического Общества. 2008. № 5. С. 106-112.

Поступила в редакцию 6 мая 2014 г.

Огородников Виталий Николаевич - доктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры геологии. 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30, Уральский государственный горный университет. E-mail: fgg.gl@m.ursmu.ru

Поленов Юрий Алексеевич - доктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры геологии. 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30, Уральский государственный горный университет. E-mail: fgg.gl@m.ursmu.ru

№ 2(34), 2014

9

Савичев Александр Николаевич - кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник кафедры геологии. 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30, Уральский государственный горный университет. E-mail: ansavichev@mail.ru

10

Известия Уральского государственного горного университета