Особенности распределения редкоземельных элементов в рудоносных отложениях удоканского комплекса

УДК 550.4

ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В РУДОНОСНЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ УДОКАНСКОГО КОМПЛЕКСА

Б.Н. Абрамов1

Институт природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН, 672014, г. Чита, ул. Бутина, 26.

Рассмотрены особенности распределения редкоземельных элементов (REE) в рудоносных отложениях удокан-ской серии. Выявлены повышенные содержания тяжелых REE в железистых песчаниках и меденосных отложениях читкандинской свиты. В железистых песчаниках это объясняется наличием среди обломочных минералов концентраторов REE, в медистых песчаниках - составом пород областей сноса. Содержания REE в чернослан-цевых отложениях соответствуют таковым в постархейских сланцах Австралии (PASS). Ил. 4. Табл. 2. Библиогр. 5 назв.

Ключевые слова: удоканский комплекс; редкоземельные элементы.

DISTRIBUTION FEATURES OF RARE-EARTH ELEMENTS IN THE ORE-BEARING DEPOSITS OF UDOKAN

COMPLEX

B.N. Abramov

Institute of Natural Resources, Ecology and Cryology SB RAS, Chita. 26 Butin St., Chita, 672090.

The author deals with the distribution features of the rare earth elements (REE) in the ore-bearing sediments of Udokan series. The elevated contents of heavy REE in iron sands and copper-bearing sediments of Chitkandinsky suite are discovered. In the case of iron sands it is due to the presence of REE concentrates among clastic minerals, in the case of copper-bearing sandstones - it is due to the composition of sediment area rocks. The contents of REE in black shale deposits correspond to those in Postarchaean shales of Australia (PASS). 4 figures. 2 tables. 5 sources. Key words: Udokan complex; rare earth elements.

В разрезе раннепротерозойского комплекса рудоносными являются медистые песчаники (медь, серебро), черносланцевые отложения (золото), а также железистые песчаники (железо). При относительно хорошей изученности закономерностей размещения и условий формирования рудоносных отложений особенности распределения в них редкоземельных элементов (РЗЭ) изучены недостаточно, а они позволяют получить дополнительную информацию об условиях рудообразования. Определение РЗЭ проводилось в Геологическом институте СО РАН (г. Улан-Удэ) химико-спектральным методом (аналитики Т.И. Казанцева, Л.В. Левантуева), а также в аналитических лабораториях ИГЕМ РАН (г. Москва), рудные и редкие элементы определялись рентгеноспектральным анализом на установке УРД-30 в ГИН СО РАН, г. Улан-Удэ (аналитик Б.Ж. Жалсараев).

В разрезе удоканского комплекса (рис. 1) выделяются три основных стратиграфических уровня медистых и железистых песчаников: нижний (читкандин-ская свита), средний (александровская свита) и верхний (сакуканская свита).

Меденосные отложения представлены песчаниками, метаморфизованными в условиях зеленослан-цевой фации, алевропесчаниками, алевролитами, реже - аргиллитами, превращенными в микросланцы.

Наиболее распространенными первичными сульфидами в отложениях сакуканской свиты являются борнит, халькозин и халькопирит, в отложениях александровской и читкадинской свит - халькопирит, пирротин, пирит.

В медистых песчаниках наряду с часто встречающимися обломочными магнетитом, титаномагнетитом, ильменитом, гематитом присутствуют также апатит, турмалин, рутил, лейкоксен и носители редких и редкоземельных элементов - сфен, ортит, циркон, монацит, апатит и редко встречающийся ксенотим. При этом в тонкозернистых песчаниках и микросланцах сфен, ортит и в некоторой степени циркон частично аутигенны и образованы в процессе регионального метаморфизма. Об этом свидетельствуют различной ширины каемки обрастания вокруг обломочных окатанных зерен этих минералов. Последние иногда присутствуют лишь в виде центрального ядрышка. Ранее было показано, что основная масса акцессорных минералов происходит из продуктов разрушения федоровской свиты архея Алданского щита, а РЗЭ преимущественно находятся в обломочных ортитах [1].

Анализ распределения редкоземельных элементов в медистых песчаниках различных стратиграфических уровней Кодаро-Удоканской зоны показывает различные условия их образования. В целом РЗЭ ме-

1Абрамов Баир Намжилович, доктор геолого-минералогических наук, зав. лабораторией геохимии и рудогенеза, тел.: (3022) 206197. e-mail: b_abramov@mail.ru

Abramov Bair Namzhilovich, Doctor of Geological and Mineralogical Sciences, head of the laboratory of Geochemistry and Ore Genesis, tel.: (3022) 206197, e-mail: b_abramov@mail.ru

дистых песчаников чинейской серии, в сравнении с РЗЭ кеменской серии, характеризуются преобладанием тяжелых лантаноидов (рис. 2).

Удоканский осадочный комплекс Серии Свиты Мощность, м Литологический состав

Кеменская Наммнги некая 1150-1500

Сакуканская 1500-3000 ♦ + + ♦

Талаканская 1100-1450

Чинейская Вутунская 300-600

Ллсксапдровска; 130-600

Читкаидииская 300-1300

Инырская 250-400 .— ^———^—

Дяиская 120-150 _•'" •-•'. .......--..

Икабийская 200-1000 - ~ — -

Кодарская Велслинская 400-600 = =£

Боруряхская 500 ...........

|"У7] I ^чЩ 2 3 ^=1 4 [^П 5

6 I I 7 8 Ш 9

Рис. 1. Геологический разрез отложений удоканского комплекса: 1 - песчаники; 2 - кварциты; 3 - прослои гравелитов, конгломератов; 4 - алевролиты; 5 - известняки, доломиты; 6 - слюдистые, глинистые сланцы; 7 - медистые песчаники; 8 - железистые песчаники; 9 - пуддинговый горизонт

Это свидетельствует о разном составе пород областей сноса, за счет которых были образованы медистые песчаники. Породы областей сноса отложений чинейской серии, в значительной степени, были представлены ультрабазит-базитовыми образованиями, характерной особенностью которых являются повышенные содержания тяжелых лантаноидов [2]. Присутствие в некоторых анализах европиевых максимумов можно объяснить наличием в областях размыва основных вулканитов (рис. 2). Применение РЗЭ для выяснения условий образования метаосадочных пород основано на представлениях о фракционировании лантаноидов на начальных профилях седиментации, а также - инертном их поведении при ранних стадиях метаморфизма. По данным Ю.А. Балашова в процессе осадкообразования в прибрежно-морских условиях обломочные материалы обогащаются легкими лантаноидами -1_а, Се. При этом по мере удаления от береговой линии увеличивается доля тяжелых лантаноидов и иттрия [2].

Железистые песчаники в разрезе удоканского комплекса отмечаются среди отложений сакуканской, александровской и читкандинской свит. Характерно, что к этим же стратиграфическим уровням приурочены и медистые песчаники, нередко связанные с ними фа-циальными переходами. При этом масштабы прояв-

ления данных образований сопоставимы с масштабами медного оруденения. Наиболее широко медистые и железистые песчаники развиты в пределах сакукан-

Рис. 2. Спайдер-диаграмма распределения редкоземельных элементов в меденосных отложениях Кодаро -Удоканской зоны: 1 - медистые песчаники кеменской серии; 2 - медистые песчаники чинейской серии

Железистые песчаники являются естественными концентраторами устойчивых к выветриванию и механическим воздействиям минералов - носителей генетической информации о питающей провинции. В пределах ритмично-слоистых меденосных толщ железистые песчаники развиты преимущественно в нижних частях разреза. Главным отличием железистых песчаников является присутствие прослоев, обогащенных обломочным мартитизированным магнетитом. Магне-титсодержащие песчаники образуют косые слойки и серии. Мощность серий варьирует в пределах 0,1 -1,5 м. Мощность слойков в составе серий колеблется от 0,1 до 3 см. В большинстве случаев наиболее мощные слойки залегают в нижних частях косослоистых серий. Кластогенные рудные и породообразующие минералы железистых слойков представлены марти-том (до 80-90%), ортитом (до 5%), турмалином (до 2%), кварцем (до 2-3%), цирконом (до1%), апатитом (до 1%) и очень редко - андалузитом, гранатом, се-рендибитом. Размеры обломочных рудных минералов не превышают 0,25 мм. Рудные минералы в железистых песчаниках представлены в основном мартитом, реже отмечается гематит (до 10%), магнетит (до 10%). К числу единичных минералов относится ильменит. Кроме того, изредка отмечаются идиоморфные зерна магнетита, образование которых, вероятно, связано с процессами регионального метаморфизма.

Анализ распределения редкоземельных элементов в железистых песчаниках свидетельствует об их повышенном количестве в отличие от медистых песчаников (рис. 3). Это можно объяснить главным образом тем, что в железистых песчаниках в больших количествах относительно медистых песчаников концентрируются устойчивые к выветриванию акцессорные минералы, часть которых является концентраторами редкоземельных элементов (монацит, ортит, апатит, ксенотим и др.). Медные минералы не концентрируют

редкоземельные элементы, поэтому количество РЗЭ уменьшается с увеличением объема медных минералов в рудах (см. рис. 3). Содержание железа в железистых песчаниках варьирует (масс.%) от 4,5 до 85, при отношениях Ре0/Ре203 - 0,03-0,44. Содержание железа (масс.%) в обломочных магнетитах колеблется от 6,2 до 85,9 [1]. Концентрации акцессорных обломочных минералов тяжелой фракции в железистых песчаниках (включая магнетит и мартит) в среднем составляют 2 - 12%, в медистых - 0,2- 2,5%.

200

Й 60

р. 50 5" 40

1 30

I 10

6 5 4 3

Ьа Се Рг N(1 Ьш Ей ГЬ Цу Но Ег ТЬ 1л

Рис. 3. Спайдер-диаграмма распределения редкоземельных элементов в медистых и железистых песчаниках. Медистые песчаники сакуканской свиты:1 - с вкрапленным борнит-халькозиновым оруденением, 2 -сплошные борнит-халькозиновые руды, 3 - с вкрапленным пирит-халькопиритовым оруденением; 4 -медистые песчаники александровской свиты; 5 - медистые песчаники читкандинской свиты; 6 - железистые песчаники сакуканской свиты; в скобках - число анализов

В Кодаро-Удоканском районе черносланцевые отложения приурочены к нижним частям разреза удокан-ского комплекса (см. рис. 1). Они представлены тонкопе-реслаивающимися сланцами, метаалевролитами и ме-тапесчаниками. Среди пород черносланцевой формации наиболее распространены сланцы, реже отмечаются метапесчаники, гравелиты и конгломераты [3]. В составе сланцев преобладают биотит-серицит-кварц-альбитовые и биотит-эпидот-хлорит-кварц-альбитовые разновидности. В сланцах наиболее распространенными минералами являются: кварц, альбит, биотит, серицит, хлорит, эпидот, актинолит, реже - полевой шпат. Второстепенные и акцессорные минералы представлены апатитом, цирконом, турмалином, гранатом, сфеном, ильменитом. Сланцеватость пород, проявленная преимущественно параллельно первичной слоистостью, устанавливается по ориентировке обломочного материала.

Углеродистое вещество в отложениях чернослан-цевого комплекса отмечается в виде тонкорассеянных включений, представленных нитевидными образованиями графита размерами 0,01 - 0,001 мм. Наряду с включениями развиты линзочки и прожилки углеродистого вещества, формирование которых, вероятно, связано с процессами регионального метаморфизма. Углеродистое вещество отмечается также в виде

включений в кварцевых жилах, где они тяготеют к зальбандовым частям. Распределение углеродистого вещества в породах формации - неравномерное, наибольшими его концентрациями характеризуются сланцы и метаалевролиты, минимальными - метапесчаники. В большинстве случаев количество углеродистого вещества составляет десятые доли процента, в единичных случаях достигая 23, 67%. Нередко в разрезе черносланцевой толщи встречаются горизонты с содержанием углеродистого вещества более одного процента. Метаморфизм черносланцевых отложений достигает эпидот-амфиболитовой фации.

В черносланцевых отложениях Кодаро-Удоканской зоны выявлено несколько золоторудных проявлений: Каменный, Икабья, Верхне-Сюльбанское, Тюльпико. Для них характерны приуроченность повышенных концентраций золота к зонам динамометаморфизма, сульфидизации, окварцевания пород, развитие межпластовых сульфидно-кварцевых жил и одинаковый набор основных рудных минералов. Наибольшими концентрациями золота в породах черносланцевого комплекса характеризуются сульфидно-кварцевые жилы, максимальное содержание золота в них достигает 8,6 г/т.

Рудные минералы в черносланцевых отложениях представлены тонкорассеянной вкрапленностью, послойными и гнездообразными скоплениями. Наиболее распространенными минералами являются пирротин, ильменит, халькопирит, реже отмечаются пирит, магнетит, и, крайне редко, - сфалерит, галенит, арсено-пирит.

В черносланцевых отложениях выделено несколько уровней концентраций золота. Первый уровень с фоновыми содержаниями золота характерен для безрудных сланцев, второй - для сульфидизированных участков пород, третий - для сульфидно-кварцевых жил, развитых в пределах черносланцевых толщ. Среднее содержание золота в сульфидизированных сланцах составляет 0,12 г/т, в сульфидно-кварцевых жилах - 0,28 г/т [4].

Средние значения редкоземельных элементов черносланцевых отложений различных свит удокан-ского комплекса отличаются незначительно (рис. 4).

При этом сульфидизированные черносланцевые отложения характеризуются более низкими, относительно безрудных, концентрациями легких РЗЭ и повышенными - тяжелых РЗЭ. Характер распределения РЗЭ в сланцах с убогим сульфидным оруденением и обогащенных сульфидами различный. Сульфидизи-рованные сланцы характеризуются незначительными содержаниями легких РЗЭ и повышенными концентрациями тяжелых РЗЭ. Это может свидетельствовать о том, что образование части сульфидов возможно обязано поступлению рудного материала по зонам тектонических нарушений в зоны сульфидизации. В пользу этого свидетельствует пространственная приуроченность зон сульфидизации к зонам тектонических нарушений. Установлено, что тяжелые лантаноиды концентрируются, главным образом, в темноцветных минералах, характерных для базит-гипербазитовых образований, а легкие лантаноиды - в

Суммы средних содержаний РЗЭ (г/т) рудоносных отложений удоканского комплекса выстраиваются в ряд: черные сланцы (756,24-457,66) ^ железистые песчаники (337,7)^ медистые песчаники (144,4761,22). Содержания суммы РЗЭ минимальны в меде-носных отложениях. Распределение суммарных содержаний и отношений между группами РЗЭ в рудоносных отложениях удоканской серии приведены в табл. 1.

Рассмотрение данных табл.1 показывает, что ЕЬа+Ое/ЕУ и ЕОе/ЕУ уменьшаются в ряду «медистые песчаники^ железистые песчаники^ черносланце-вые отложения». Отмеченная выше тенденция возрастания суммарного содержания РЗЭ в этом ряду также проявлена.

В медистых песчаниках, черносланцевых отложениях концентрации РЗЭ по мере увеличения количества рудного материала уменьшаются. Наиболее низкими концентрациями РЗЭ характеризуются массивные борнит-халькозиновые и вкрапленные пирит-халькопиритовые руды. Европиевый минимум не выражен в сплошных борнит-халькозиновых рудах и железистых песчаниках. Все медистые отложения относительно обогащены легкими лантаноидами. При этом величины (Е Ое / Е У) медистых пород удоканского комплекса свидетельствуют об обогащении тяжелыми РЗЭ меденосных отложений читкандинской свиты (ЕОе / ЕУ = 3,54). Меньшими концентрациями тяжелых РЗЭ характеризуются меденосные отложения сакуканской (ЕОе / ЕУ = 5,73) и александровской свит (ЕОе / ЕУ = 8,80). Эти данные корреспондируются с

Таблица 1

Распределение РЗЭ в рудоносных отложениях удоканского комплекса_

Породы и руды ELa+Ce/ EY ECe/EY ETR

Медистые песчаники удоканского комплекса

Количество рудного материала, % R > 10% 11,27

R < 10% 8,20

Сакуканская свита 8,35

Александровская свита 13,58

Читкандинская свита 5,31

Железистые песчаники удоканского комплекса

4,41

Черносланцевые отложения удоканского комплекса

Количество рудного материала, % R >25% 4,19

R <25% 3,97

Примечание: Р - количество рудных минералов (% от объема породы); в скобках дано число анализов.

Таблица 2

Распределение церия и лантана в железистых песчаниках удоканской серии_

Стратиграфический Ce La Ce/La

уровень n x s n x s

вне меденосного 66 105 56 63 66 31 1,59

Сакуканский горизонта

в меденосном 12 33 37 11 68 27 0,45

горизонте

Александровский 8 84 64 10 53 30 1,58

Читкандинский 12 14 50 11 52 17 1,62

Примечание: п - число анализов; х - среднее арифметическое, б - стандартное отклонения.

лейкократовых породах [2]. Средние содержания РЗЭ в черносланцевых отложениях удоканского комплекса соответствуют средним содержаниям РЗЭ постархейских осадочных образований Австралии, то есть они почти не отличаются от типичных постархейских осадочных образований других регионов.

Рис. 4. Спайдер-диаграмма распределения редкоземельных элементов в черносланцевых отложениях удоканского комплекса. Черносланцевые отложения чинейской серии читкандинской свиты: 1 - с убогой сульфидной минерализацией, 2 - с сульфидной минерализацией > 25 % объема породы; 3 - инырской свиты с убогой сульфидной минерализацией, 4 - инырской свиты с сульфидной минерализацией > 25 % объема породы; 5 - черносланцевые отложения ика-бийской свиты; PAAS - постархейская средняя австралийская осадочная порода [5]; в скобках - число анализов

полученной ранее тенденцией изменения чисел соотношений Ce/La для железистых песчаников аналогичной естественно-возрастной последовательности этих свит (табл. 2). При этом для соотношений Ce/La в железистых песчаниках александровской свиты оно максимально (2,19), а для (ICe / IY = 2,75) в медистых -минимально [1].

Повышенные содержания РЗЭ в железистых песчаниках, как показано выше, связаны, вероятно, с их обогащенностью обломочными минералами-концентраторами. Действительно, алевропесчаники александровской свиты содержат больше ортита и других радиоактивных минералов [1].

Согласно современным представлениям формирование отложений читкандинской свиты, наиболее древней из меденосных в удоканском комплексе, происходило в прибрежно-морских и подводно-дельтовых условиях: перекрывающих ее медистых песчаников и сланцев александровской свиты - в мелководных морских бассейнах, а песчаников, ассоциирующих с гравелитами и конгломератами вышележащей саку-канской свиты, имеющей многие черты молассоидной формации - в субконтинентальных лагунных и под-водно-дельтовых [2]. Указанные особенности распределения легких и тяжелых РЗЭ вполне согласуются с данными Ю.А. Балашова о том, что в процессе осадкообразования в прибрежно-морских условиях обломочный материал обогащается легкими лантаноидами - La, Ce [2].

В медистых песчаниках удоканского комплекса выявилась тесная связь (r>0,5) меди с легкими лантаноидами - La, Ce, что является дополнительным аргументом в пользу осадочно-диагенетических представлений о генезисе руд Удоканского месторождения.

Ранее установлено, что ассоциация РЗЭ в удоканском комплексе отличается преобладанием церия над лантаном, и основным концентратором РЗЭ в нем является обломочный ортит, а коренным его источником - эродированные архейские породы Алданского щита. [1]. Концентрации акцессорных обломочных минералов тяжелой фракции в железистых песчаниках (включая магнетит и мартит) в среднем составляют 2 - 12%, в медистых - 0,2- 2,5%.

Выводы. В рудоносных отложениях удоканской серии основными носителями РЗЭ являются акцессорные и породообразующие минералы, источниками которых, большей частью, являются осадочно-метаморфические толщи иенгрской серии архея [1]. Суммы средних содержаний РЗЭ максимальны в черных сланцах, железистых песчаниках, минимальны -в медистых песчаниках, меденосных отложениях чит-кандинской свиты. Среди медистых песчаников повышенным содержанием тяжелых лантаноидов характеризуются отложения читкандинской свиты. Это можно объяснить особенностями пород областей сноса, в составе которых были породы ультраосновного-основного составов, характеризующиеся наличием повышенных концентраций тяжелых лантаноидов. Повышенные концентрации РЗЭ в железистых песчаниках связаны с их обогащенностью обломочными минералами-концентраторами.

Содержания РЗЭ в черносланцевых отложениях соответствуют таковым в постархейских сланцах Австралии (PASS). При этом сульфидизированные чер-носланцевые отложения характеризуются незначительным содержанием легких лантаноидов и повышенным содержанием тяжелых РЗЭ. Это может свидетельствовать о том, что образование части сульфидов возможно обязано поступлению рудного материала по зонам тектонических нарушений в зоны сульфи-дизации.

1. Юргенсон Г.А., Абрамов Б.Н. Минеральный состав железистых песчаников и источники обломочного материала меденосных отложений удоканской серии // Зап. ВМО. 2000. № 2. С. 44 - 53.

2. Балашов. Ю.А. Геохимия редкоземельных элементов. М.: Наука, 1976. 267 с.

3. Томбасов И.А., Синица С.М. Стратиграфия удоканского комплекса Икабъя-Читкандинского района. Стратиграфия

Библиографический список

нижнего докембрия Дальнего Востока // Сб. науч. тр. Владивосток: Изд-во ДВО РАН АН СССР, 1990. С. 56-61.

4. Абрамов Б.Н. Благородные металлы в осадочно-метаморфических и интрузивных комплексах пород Кодаро-Удоканской зоны // Доклады Академии наук. 2004. Т. 395, № 2. С. 224-226.

5. Интерпретация геохимических данных: учеб. пособие/ под. ред. Е.В. Склярова. М.: Интермет Инжиниринг, 2001. 288 с.