Новый сподуменовый тип танталоносных редкометальных гранитов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Новый сподуменовый тип танталоносных редкометальных гранитов

1. Геологическое положение и строение Алахинского массива

Алахинский массив находится в Холзунско-Чуйской геоантиклинорной зоне, относящейся к системе каледонид южного складчатого обрамления Сибирской платформы. Массив тяготеет к узлу пересечения двух крупных разрывных нарушений - северо-западной Алахинской системы разломов и северо-восточного Урыль-Ак-Алахинского скрытого сквозного разлома.

Преобладающее распространение на территории, примыкающей к Алахинскому массиву, имеют гранитоиды синорогенного батолитового комплекса, относимого к среднему девону. Алахинский массив расположен непосредственно внутри крупного Рахмановского гранитоидного плутона и прорывает биотитовые граниты-гранодиориты и мусковитовые граниты, которые отнесены геологами-съемщиками соответственно к первой и третьей интрузивным фазам упомянутого комплекса. Редкометальные граниты при этом считались продуктами кристаллизации остаточных порций магматического расплава третьей интрузивной фазы.

По результатам определения К-Аг возраста мусковитов (166±5 и 178±5 млн. лет), мусковитовые граниты являются значительно более молодыми и, очевидно, относятся к другому магматическому комплексу. Действительно, крупные массивы мусковитовых гранитов-лейкогранитов, для которых недавно был установлен ранне-среднеюрский возраст (Козлов и др. 1991), находятся на юге и востоке в непосредственной близости от Алахинского массива. Сам же Алахинский массив сподуменовых гранитов, имеющий по радиогео- хронологическим данным возраст 153 ± 5 млн. лет , также является мезозойским.

Массив обнажается в двух сближенных выходах - Западном и Восточном, с поперечным сечением в несколько сотен метров, разделенных узкой перемычкой вмещающих биотитовых гранитов-гранодиоритов (рис. 1). Он вскрыт эрозией по вертикали почти на 0.5 км. Судя по крутому падению южного (80° - 90°) и пологому (30° - 40°) северного контактов в Западном выходе, значительной вертикальной протяженности выхода, обилию в гранитах останцов кровли и конфигурации ореола измененных пород в экзоконтакте, массив представлен на поверхности неполностью вскрытой эрозией (в северной части) куполовидной частью штокообразного интрузива с изометричным или овальным поперечным сечением общей площадью в десятые доли квадратного километра.

Верхняя контактовая поверхность массива неровная, с многочисленными провесами кровли. Контакты редкометальных гранитов с вмещающими гранитоидами имеют отчетливый интрузивный характер - они резкие, часто с небольшими жилообразными апофизами и прожилковыми инъекциями. Отдельные секущие жилкообразные тела тонкозернистых пород, подобных эндо- контактовым разностям, встречаются во вмещающих гранитоидах на расстоянии до 100 м от контакта. В зоне экзоконтакта мощностью от десятков сантиметров до нескольких метров вмещающие гранитоиды замещены турмалин - мусковитовыми и кварц - мусковит-турмалиновымм грейзенами. Наиболее интенсивно грейзенизациг проявлена в останцах кровли и на верхнем (северном) контакте. Здесь вдоль трещин грейзенизаш проникает в кровлю вмещающих гранитоидов на десятки - сотни метров от контакта. В экзокон- тактовой зоне встречается хольмквистит.

Во внутреннем строении массива отчетливо выражена зональность, главным образом в вертикальном направлении. В боковых эндоконтактах массива обычно находится маломощная (от нескольких сантиметров до первых метров) оторочка аплитовидной породы существенно альбитового состава с мусковитом, и, не всегда, сподуменом. В апикальной части массива мощность зоны подобных пород местами достигает первых десятков метров. На отдельных участках верхнего (северного) контакта между аплитовидными альбититами и вмещающими гранитоидами залегают линзовидно-жилообразные тела пегматоидных кварц - полевошпатовых пород с мусковитом - «штокшейдеров» мощностью до 1 - 2 м.

Основной объем массива сложен неравномернозернистыми (мелко-среднезернистыми) гранитами, в преобладающей массе - сподуменсодержащими, но изменяющимися по количественному минеральному составу и структуре. Верхняя половина вскрытой эрозией части массива (северная и средняя части Западного выхода) сложена мусковит - сподуменовыми альбитовыми гранитами, тогда как в нижней части массива (юг Западного и Восточный выходы) преобладают мусковит - сподуменовые граниты с олигоклазом (рис. 1). Все перечисленные разновидности пород связаны постепенными переходами; резких контактов, секущих (фазовых) взаимоотношений и других признаков разновременности образования выделенных разновидностей пород не установлено. Поверхности условных границ между ними, по-видимому, наклонены к востоку.

2. Характерные черты минерального состава пород

Три главные разновидности пород, слагающих массив, обладают определенными отличиями во внешнем облике, но наиболее отчетливо они отличаются по количественно-минеральному составу и тонким особенностям состава и строения слагающих их минералов.

Аплитовидные мусковитовые альбититы эндоконтактовой фации - белые тонкозернистые массивные породы существенно альбитового (№ 0-3) состава с бесцветным, серебристым или желтоватым мусковитом, обладающие призматически-зернистой структурой. Иногда в них в виде таблитчатых выделений присутствуют сподумен, изредка изометричные обособления альбитизированного калиевого полевого шпата, мелкие зерна кварца. Местами кварц встречается в виде гнездовых обособлений, к которым приурочены скопления мусковита, но, по-видимому, они относятся к более поздней - грейзеновой ассоциации. В числе акцессорных минералов в альбититах установлены трифилин, микролит, ураномикролит, колумбит-танталит, апатит, турмалин.

Мусковит-сподуменовые альбитовые граниты - массивные светло-серые, кремово-серые или почти белые, часто пятнистые от скоплений округлых темно-бурых и черных стяжений оксидов марганца, породы неравномернозернистой (средне-тонкозернистой) структуры, близкой к порфировой или порфировидной. Они сложены агрегатом мелких (0.2 - 0.6 мм) тонкотаблитчатых зерен альбита (№ 3 - 7), который насыщен включениями более крупных (2-4 мм, изредка до 10 мм) призматических кристаллов сподумена, округлых - «горошковидных» зерен кварца, идиоморфных широкотаблитчатых выделений калиевого полевого шпата, пластинок мусковита. При повышении суммарного содержания перечисленных минералов до 75 - 85% они создают каркас соприкасающихся зерен, а мелкозернистый агрегат альбита заполняет интерстиции.

Зерна кварца обладают характерной внутренней структурой «снежного кома», обусловленной обилием включений мелколейстового альбита, сосредоточенных и закономерно ориентированных по зонам гексагональной дипирамиды преимущественно по периферии кристаллов. В зернах калиевого полевого шпата и сподумена также находятся включения лейст альбита, обычно ориентированных параллельно контурам их кристаллов и плоскостям спайности и иногда локализованных в виде концентрических зон.

Калиевый полевой шпат обычно не сдвойникован, не содержит пертитов, но замутнен пелинтовым веществом. Нередко по периферии его зерен в виде пятен или, реже, во всем их объеме -- появляется микроклиновая решетка, что сопровождается очищением этих участков зерен от пелитовых частиц.

Сподумен в краевых частях зерен бывает замещен игольчато-волокнистым агрегатом эвкриптита (?). Из второстепенных и акцессорных минералов обычны амблигонит-монтебразит, апатит, манганотанталит, манганоколумбит - манганотанталит, пирит, висмутин, кальцит,, доломит, более редки трифилин, циркон, турмалин, встречены ортит, гельвин. Присутствует также ряд низкотемпературных или гипергенных водных минералов: пиролюзит, тодорокит, чилдренит-эосфорит, бисмутит. Для пород характерны значительные вариации содержаний и количественных соотношений всех главных минералов, вплоть до полного исчезновения калиевого полевого шпата, сподумена или мусковита, которые происходят на небольших интервалах (в первые метры и дециметры), но всегда с постепенными переходами от одной разности к другой.

Эти вариации состава пород позволяют производить их более дробную петрографическую типизацию. Наиболее контрастным признаком является наличие или отсутствие сподумена, что позволяет различать среди альбитовых гранитов, также как и среди обеих других главных разновидностей, собственно сподуменовые и бессподуменовые (менее распространенные) разности.

Мусковит-сподуменовые граниты имеют в целом близкий минеральный состав с предыдущей разновидностью. Главными их отличиями являются присутствие наряду с количественно подчиненным альбитом породообразующего олигоклаза (№ 14 - 17) и акцессорного колумбита вместо танталита Их отличают и меньшие вариации содержаний породообразующих минералов. Средние содержания сподумена и плагиоклазов (альбита и олигоклаза) в них ниже, а калиевого полевого шпата и кварца несколько выше. Породы имеют гранитную средне - мелко- зернистую структуру, обусловленную равномерным распределением идиоморфных толстотаблитчатых выделений олигоклаза и неправильных зерен калиевого полевого шпата и кварца, лишенного ярко выраженных зон включений альбита. Сподумен также теряет идиоморфизм, а, слагая неправильные полускелетные зерна с обильными включениями альбита, мусковита и кварца. В породах уменьшается содержание второстепенных и акцессорных минералов, среди которых встречены кальцит, доломит, апатит, турмалин, гранат, пирит, висмутин.

Неразрывно связанные с редкометальными гранитами грейзены представлены двумя разновидностями -- лейкократовой кварц-мусковитовой и меланократовой кварц-мусковит-турмалиновой. Первые встречаются преимущественно в эндоконтактовой зоне и образуют небольшие (первые сантиметры - дециметры) линзовидные или изометричные обособления среди альбититов и альбитовых гранитов. Породы выделяются высоким содержанием мусковита. Меланократовые кварц-мусковит-турмалиновые грейзены образованы по вмещающим биотитовым гранитоидам и обычно непосредственно контактируют с тонкозернистыми эндоконтактовыми альбититами. В их составе преобладают игольчатый и тонкопризматический турмалин и мусковит; кварц и альбит встречаются в виде гнезд; велика роль сфена, апатита, эпидота, иногда ортита, сульфидов; встречаются циркон, колумбит-танталит, флюорит, висмутин.

Отличия главных разновидностей редкометальных гранитов, как и их своеобразие в ряду гранитоидных пород в целом, отчетливо проявлены в особенностях состава и строения слагающих их минералов. Выше уже упоминались характерные черты и изменчивость морфологии и внутреннего строения зерен кварца, сподумена, плагиоклазов в зависимости от разновидностей пород. Еще более ощутимо они выражены в химическом составе и кристаллохимической структуре этих и других минералов.

Исследования «горошковидного» кварца альбитовых гранитов методом ЭПР выявляют его отличия от кварца мусковит - сподуменовых гранитов по более высоким концентрациям Ge-центров и более низким - Ti-центров (соответственно 3.5 - 4.0 х 10^-4 мас. % и 2.3 - 3.0 х 10^-4 мас. % для Ge-центров и 2.6 - 4.0 х 10^-4 мас. % и 1.3 - 1.6 х 10^-4 мас. % для Ti-центров; аналитики Л.Т. Раков и Н.Д. Миловидова, ВИМС). Это является показателем более высокой редкометальной продуктивности пород и более низкой температуры кристаллизации минерала (Раков и др., 1985; 1991).

Сподумен из гранитов Алахинского массива по химическому составу в целом укладывается в рамки вариаций, свойственных этому минералу из гранитных пегматитов, хотя и обладает пониженным по сравнению с теоретическим содержанием лития (5.9 - 6.58 мас. % Li₂O) и повышенным содержанием элементов примесей: Fe, Mn, Na, К, Са, Mg, Р. Сподумен из альбитовых гранитов отличается от сподумена из гранитов нижней части массива более высокими содержаниями лития (соответственно 6.23 - 6.58 мас. % и 5.90 - 5.98 мас. % Li₂O), суммарного железа (0.6 - 0.8 мас. % и 0.48 - 0.50 мас. % Fe₂O₃), марганца (0.11 - 0.12 мас. % и 0.04 - 0.08 мас. % МnО) и кальция (0.10 - 0.27 маc. % и 0.03 - 0.07 маc. % СаО) и более низкими содержаниями натрия (0.59 - 0.90 маc. % и 0.98 - 1.15 маc. % Na₂O) и магния (0.01 - 0.02 маc. % и 0.05 - 0.06 маc. % MgO).

Мусковит редкометальных гранитов, судя по перерасчету его химического состава на кристаллохимические формулы, относится к литиево - железистой разновидности с высоким Si(IV)-Al(IV) отношением по сравнению с мусковитом стандартного состава. Содержание оксида лития в мусковитах колеблется от 0.2 до 0.8 мас. %, суммарного железа от 0.97 до 6.0 мас. %, при преобладании двухвалентного. Содержание фтора незначительно (0.8 - 1.8 мас. %), т.е. минерал представлен водосодержащими разностями. Изменчивость состава мусковита по разновидностям пород выражена в содержаниях многих компонентов, но особенно контрастно - по суммарным содержаниям железа, марганца и магния, наименьшие содержания, которых характерны для мусковита из сподуменовых альбитовых гранитов. Слюда из грейзенов по химическому составу соответствует фенгиту. Химический состав танталониобатов наиболее изменчив в вертикальном разрезе массива. Во всех разновидностях пород присутствуют минералы группы колумбита-танталита, которые в альбититах и альбитовых гранитах представлены соответственно манганотанталитом и манганотанталитом-манганоколумбитом, несколько различающимися по содержанию основных компонентов. В гранитах нижней части массива присутствует танталсодержащий колумбит.

В альбититах верхней части массива среди тантало-ниобатов количественно преобладают минералы группы микролита (микролит или ураномикролит), имеющие наиболее высокое содержание тантала и тантал-ниобиевое отношение - до 23. Это отношение закономерно снижается в тантало-ниобатах от верхних к нижним частям массива.

Из прочих второстепенных минералов редкометальных гранитов характерны фосфаты: амблигонит-монтебразит, трифилин, апатит и чилдренит-эосфорит. Наиболее обычен амблигонит-монтебразит, содержание которых в альбитовых гранитах местами достигает 1 - 2%. Постоянно присутствуют пирит и висмутин, наибольшие концентрации которых также свойственны альбитовым гранитам. Вместе с тем обращает внимание практически отсутствие (встречаются очень редко) минералов фтора - топаза и флюорита, столь характерных для редкометальных гранитов других типов.

3. Петрогеохимические особенности пород

Содержания основных химических компонентов в породах Алахинского массива довольно существенно варьируют, отражая невыдержанность их количественного минерального состава. Наиболее значительно изменяются содержания (мас. %) SiO₂ -- от 70 до 80.6, А1₂O₃ -- от 15 до 22, Li₂O - 0.02 - 1.5, Na₂O - 3.6 - 9.5, К₂O - 0.36 - 3.8. Натрий при этом всегда преобладает над калием (Na₂O/K₂O = 1.3 - 20). Значения коэффициента агпаитности также варьируют в пределах 0.5 - 0.78.

По средним содержаниям компонентов породы массива обладают рядом особенностей, присущих всем танталоносным редкометальным гранитам других регионов: низкими по сравнению со стандартными гранитами содержаниями СаО и MgO, повышенными - А1₂O₃, Na₂O и Li₂O. Но указанные свойства выражены в этих породах более контрастно, что выделяет их среди других редкометальных гранитов. Наиболее ярко специфика химического состава пород Алахинского массива выражена в необычайно высоком содержании лития и низком -- фтора. Отношение Li₂О/F в них варьирует от 3 до 50, тогда как в редкометальных (литий-фтористых) гранитах оно обычно ниже единицы (Коваленко, 1977).

Примечательно, что средние химические составы алахинских гранитоидов весьма близки к гранитным пегматитам альбит-сподуменового и альбитового типов, которые являются главными носителями танталовой минерализации. геологический алахинский минеральный альбитит

Отчетливо проявлены направленные изменения химического состава пород в серии выделенных петрографических разновидностей от мусковит-сподуменовых гранитов основания массива к альбититам его апикальной части. Они выражены в существенном возрастании содержаний А1 и Na и снижении содержаний Si, К, Fe, Mn, Р и F. По породообразующим компонентам петрохимические тренды в указанном эволюционном ряду имеют ту же направленность, что и в других массивах редкометальных гранитов, но прослеживаются в значительно более широком диапазоне составов. Так, на диаграмме Qtz--Ab--Or (рис. 2) тренд алахинских гранитоидов располагается параллельно тренду стандартного редкометального гранита по (Коваленко, 1979), но значительно смещен от него к альбит-кварцевой стороне треугольника и в конечных точках близок к альбитовому углу. Такое смещение не увязывается с экспериментальными данными (Коваленко, 1979), поскольку содержание фтора снижается в рассматриваемом ряду в четыре раза (при низком в целом содержании фтора. Главную роль в понижении солидуса магмы сподуменовых редкометальных гранитов, видимо, играл бор, который интенсивно выносился из кристаллизовавшегося расплава во вмещающие породы. Об этом свидетельствуют высокие содержания бора в экзоконтактах (до 2 мас. % В). Распределение фтора также не коррелируется с содержаниями лития и тантала. Более сложно поведение лития, который в максимальной степени накапливается в альбитовых гранитах средней зоны, но во всех разновидностях пород распределен неравномерно, создавая два контрастных ряда пород - богатых и относительно бедных литием. При этом другие редкие щелочи - рубидий и цезий - как и прочие второстепенные компоненты, не обнаруживают в своем поведении отчетливо выраженной связи с бимодальным распределением лития.

Среди элементов-примесей, для которых приведены аналитические данные, наиболее высокие концентрации имеют тантал, цезий и бериллий; в меньшей мере накапливаются ниобий, рубидий и уран; минимальные концентрации отмечены для циркония, редких земель и тория. Такой характер накопления элементов-примесей в целом соответствует танталоносным редкометальным гранитам других массивов (за исключением олова, содержание которого ниже 5 г/т) и танталоносным альбит-сподуменовым пегматитам (Загорский, Кузнецов, 1990; Залашкова, 1969; Коваленко, 1977). Некоторые отклонения имеют место в относительных уровнях концентрации разных элементов, что наиболее заметно отражается в величинах индикаторных геохимических отношений. Так, значения Ta-Nb, Li-Rb отношений в породах Алахинского массива выходят за пределы крайних значений этих отношений в других массивах редкометальных гранитов (Коваленко, 1977) и наиболее соответствуют сподуменовым пегматитам (Солодов, 1962).

Из элементов-примесей распределение рубидия, цезия и ниобия в вертикальном разрезе массива согласуется с распределением лития, в обратной связи с последним находится распределение урана. Содержание бериллия снижается снизу вверх, а тантала, напротив, возрастает в этом направлении, что при небольших вариациях содержания ниобия приводит к существенному росту отношения тантала к ниобию; в изменении содержаний остальных элементов не установлено определенных тенденций.

Заключение

Охарактеризованные геологические, минералогические, петрогеохимические особенности редкометальных гранитов Алахинского массива приводят к следующим петрогенетическим выводам:

1. Выделенный по специфическим признакам минерального и химического состава новый - сподуменовый тип танталоносных редкометальных гранитов логически достраивает известный ряд минеральных типов редкометальных гранитов, среди которых теперь установлены вещественные аналоги для каждого из существующих типов редкометальных пегматитов.

2. Сходство слагающих Алахинский массив разновидностей пород и типичной породной ассоциации в телах альбит-сподуменовых пегматитов по минеральному и химическому составам убедительно свидетельствует о генетическом родстве этих геологических образований. Но этого недостаточно, чтобы согласиться с мнением (Бескин, Шмакин, 1990) об их идентичности, поскольку граниты массива обладают геологическими (морфология, условия залегания) и петрографическими (однородность строения, структуры «снежного кома», гипидиоморфная и др.) чертами отражающими определенные отличия условий минералообразования в гранитах и пегматитах.

3. Приведенные фактические данные допускают различную их интерпретацию в отношении генезиса редкометальных гранитов Алахинского массива. Геологические свойства гранитов -- условия залегания, взаимоотношения с вмещающими породами, наличие эндоконтактовых оторочек тонкозернистых пород, похожих на зоны закалки, -- убедительно свидетельствуют в пользу магматического, характера их внедрения. По петрографическим особенностям признаки магматической кристаллизации достаточно отчетливо выражены у олигоклазсодержащих гранитов нижней части массива. Для двух других разновидностей пород целый ряд признаков: большая изменчивость минерального и химического составов на незначительных интервалах, то есть мозаичный характер размещения второстепенных разностей; значительное смещение эволюционного вектора состава пород от эвтектических составов (рис. 2) и стремление его к анхимономинеральным альбититам; относительно более низкие температуры их образования (судя по дефектам кристаллической структуры кварца); структурные взаимоотношения минералов, отражающие явления замещения и порфиробластеза - все это свидетельствует о сложных путях позднемагматической и послемагматической эволюции петрогенетического процесса, в котором существенную роль, очевидно, играли расслоение флюидонасыщенного расплава, метамагматичёские и метасоматические явления.

4. В многообразии петрогенетических процессов можно искать и причины сложного и контрастного распределения некоторых второстепенных компонентов: бимодального распределения лития во всех главных разновидностях пород, резкого накопления тантала в породах средней и верхней зон при отсутствии корреляционных связей с Li, F, Р и другими компонентами, но параллельно с накоплением натрия.

5. Пространственное размещение разновидностей пород в массиве указывает на векторную направленность развития минералообразования снизу вверх, что соответствует известным закономерностям формирования массивов редкометальных гранитов и тел редкометальных пегматитов.

6. Сподуменовые граниты выступают не только в качестве нового минерального типа редкометальных гранитов; их следует рассматривать и как новый потенциально перспективный геолого-промышленный тип комплексных редкометальных месторождений, отличающихся ведущей ролью в рудах лития и тантала при второстепенной -- рубидия и цезия.

Размещено на Allbest.ru