REE mineralization in alkaline rhyolites of the Pechalninsky ore field (North-East of Russia)

Full Text

Редкоземельные элементы (РЗЭ) в последние годы стали ключевыми для современной промышленности, техники и медицины. Увеличение спроса на эти элементы за последние несколько лет в настоящее время удовлетворяется относительно немногими известными месторождениями, в основном расположенными в КНР, что обусловило риск надежных поставок РЗЭ, и привело к расширению поисков потенциальных альтернативных источников этих востребованных элементов.

Минералогия РЗЭ обусловлена выделением летучих и парофазной активностью в щелочном высококремнистом риолите, играющим ключевую роль в обогащении ТРЗЭ и другими редкими элементами (например, Y, Nb, Ta, Be, Li, F, Sn, Rb, Th и U), в концентрациях, экономически выгодных для добычи, что позволяет рассматривать эти вулканические породы, как потенциальные источники этого дефицитного сырья [8]

Важно подчеркнуть, что эти высоко фракционированные риолиты могут преимущественно обогащаться HREE по отношению к LREE в результате либо экстремального фракционирования [9] и/или позднестадийного магматического облагораживания и потенциальной кристаллизации в паровой фазе [10, 7].

В предыдущей публикации [1] было показано, что щелочные риолиты Печальнинского рудного поля содержат потенциально-промышленные концентрации HREE. Установлено равномерное обогащение породы HREE относительно LREE. Сравнительный анализ с известными в мире аналогичными объектами в щелочных вулканитах показал, что Печальнинское рудное поле может стать новым, нетрадиционным и большеобъемным источником HREE.

Печальнинское рудное поле располагается в Хурчан-Оротуканской металлогенической зоне [6], в центральной части Магаданской области (рис. 1, врезка) и представляет собой комплексный объект, содержащий редкоземельные, редкие, цветные и благородные металлы.

 

Рис. 1. Геологическая карта Печальнинского рудного поля по [7, 8], увеличенный фрагмент.

1 – раннесреднеюрские черносланцевые толщи (J_1-2); 2 – позднемеловые щелочные вулканиты (K₂); 3 – позднемеловые граниты (Gr); 4 – Печальнинское рудопроявление: а – редкометальная и REE-минерализация; б – эпитермальная Au–Ag-минерализация.

 

В современном тектоническом плане Хурчан-Оротуканская зона – это зона глубинного субмеридионального разлома, пересекающая линейные складчатые структуры Инъяли-Дебинского синклинория и брахиформные структуры Балыгычано-Буяндинского антиклинального поднятия на протяжении более 400 км и шириной 30–50 км [6].

В предыдущей публикации [1] было показано, что щелочные риолиты Печальнинского рудного поля содержат потенциально-промышленные концентрации HREE. Установлено равномерное обогащение породы HREE относительно LREE. Сравнительный анализ с известными в мире аналогичными объектами в щелочных вулканитах показал, что Печальнинское рудное поле может стать новым, нетрадиционным и большеобъемным источником HREE.

Печальнинское рудное поле располагается в Хурчан-Оротуканской металлогенической зоне [4], в центральной части Магаданской области (рис. 1, врезка) и представляет собой комплексный объект, содержащий редкоземельные, редкие, цветные и благородные металлы.

В современном тектоническом плане Хурчан-Оротуканская зона – это зона глубинного субмеридионального разлома, пересекающая линейные складчатые структуры Инъяли-Дебинского синклинория и брахиформные структуры Балыгычано-Буяндинского антиклинального поднятия на протяжении более 400 км и шириной 30–50 км [6].

В северной части зоны выходят на поверхность гранитоиды Верхне-Оротуканского массива (см. рис. 1) позднемелового возраста (80 млн лет, по K–Ar данным [9], а также Rb–Sr изохронного датирования [2]). В надинтрузивной зоне на периферии массива располагаются дочерние вулкано-купольные структуры (см. рис. 1). Вулканические породы субгоризонтально покрывают смятые в складки и ороговикованные терригенные отложения триаса и юры.

В пределах рудопроявления Печальное (рис. 1) серия Au–Ag эпитермальных кварц-адуляровых жил, залегающих в раннесреднеюрских черносланцевых толщах, перекрывается и прорывается щелочными вулканитами и гранитами позднемелового возраста [2, 4].

В настоящей статье приведены результаты исследования минералов щелочных риолитов Печальнинского рудного поля, содержащих REE, следующими методами: СЭМ (сканирующая электронная микроскопия, с применением съемки в характеристических рентгеновских лучах, аналитик Л.А. Иванова), РСМА (рентгеноспетральный микроанализ, аналитик Е.В. Ковальчук), КЛ (катодолюминесценция, аналитик Т.И. Голованова).

Изученные образцы щелочных риолитов характеризуются тонкослоистой и флюидальной текстурами (рис. 2). В них чередуются лентообразные участки разной степени раскристаллизованности – криптокристаллические слои перемежаются с прослоями хорошо сформированных агрегатов K–Na полевых шпатов и железистых алюмосиликатов, представленных пироксенами группы эгирина или амфиболами групп тарамита и керсутита. Тонкослоистая криптокристаллическая масса, представляет собой матрикс, состоящий из смеси КПШ и K–Na полевых шпатов, Fe–K–Na-алюмосиликатов, кварца и каолинита (рис. 2 ж, и).

 

Рис. 2. Текстуры минерализованных REE трахириолитов Печальнинского рудного поля. Фотографии изученных образцов (а–и): а – флюидальной трахириолит (образец д – 22), б – фотография шлифа (д – 22), в - флюидальной трахириолит (образец 933), г – фотография шлифа (933), тонкослоистый трахириолит (образец 994-А89), д – фотография шлифа (994-А89), ж – флюидальной трахириолит (образец РЕ-15-2), и – фотография шлифа (РЕ-15-2).

 

По направлению флюидальности в матриксе располагаются крупные (до 0,3мм) порфиробласты плагиоклазов, лентообразные прослои или очаговые обособления гидроксидов Fe, Ti и Mn, по всей вероятности, заместившие титаномагнетит (реликтовые выделения которого частично сохранились во вмещающей породе). Гидроксиды Fe, Ti и Mn обогащены Si и Al и образуют разнообразные цепочечные и лентообразные формы (рис. 2 в, г – темные участки) в криптокристаллической массе, к ним приурочены тончайшие выделения (многочисленные белые точки), содержащие REE (рис. 2 б, г, и). С тонкозернистыми образованиями матрикса, повторяя рисунок флюидальности, сопряжены тонкие прослои, сложенные кристаллическими агрегатами пироксенов и/или амфиболов, пропитанными силикатным веществом (рис. 2 и). Такое строение вмещающей породы демонстрирует процесс фракционной кристаллизации и смешения магм в формировании щелочных риолитов Печальнинского рудного поля [6, 11].

Эти лентовидные образования имеют разнообразные причудливые формы, иногда окаймляют очаговые выделения кварца (рис. 3 а). К ним приурочены тонкие (5–7мкм) выделения REE минералов, определение минерального вида которых затруднено из-за малых размеров частиц.

 

Рис. 3. Фотографии (а–в) и спектр сканирования лентообразных и кружевных выделений гидроксидов Fe, Mn и Ti с мелким включениями REE минералов, размеры которых не превышают 10 мкм, в щелочных риолитах Печальнинского рудного поля (обр. Д-22).

 

В наиболее крупном выделении минерала, содержащего REE (около 25 мкм по длинной стороне, обр. Д-22) установлено распределение отдельных элементов по площади, в которой отмечены (Спектр 001: SiO₂ – 3.1, P₂O₅ – 21, CaO – 1.5, Fe₂O₃ – 33.9, La₂O₃ – 11, CeO₂ – 21.9, Pr₆O₁₁ – 1.8, Nd₂O₃ – 5.9). Установлено, что распределение REE по площади выделения неравномерно (рис. 4), наиболее высокая интенсивность соответствует следующим элементам: P, La, Ce, Pr, Nd, Fe, которые пронизывает его от периферической части вглубь. Это указывает на тесную генетическую связь Fe и REE. Выполненное исследование позволяет определить выделение REE (рис. 4), как фосфат Ce – минерал группы монацита.

 

Рис. 4. Химический состав и распределение REE по площади крупного выделения фосфата Ce. Фото в характеристических рентгеновских лучах.

 

На рисунке 5 показана морфология выделений минералов, содержащих REE, в кристаллах титаномагнетита – светлые участки и каемки кристаллов. Внутри кристаллов титаномагнетита выделяются разные минералы, содержащие REE. Так, по периферии кристаллов выделяются силикаты, содержащие REE+Y, образующие округлые формы (причем, зональные: от центра к краю уменьшается содержание иттрия и увеличивается содержание Се); в центральной части – выделяются легкие лантаноиды без иттрия, имеющие радиально-лучистые формы, они представлены уже не силикатами, а оксидами и/или карбонатами REE.

В кристаллах титаномагнетита были установлены два типа выделений, содержащих REE: концентрически-зональные и радиально-лучистые (рис. 5 а, б, в). На рисунке 5 показаны результаты анализа этих выделений REE.

 

Рис. 5. Морфология выделения и химический состав выделений REE в кристаллах титаномагнетита (обр. 993).

 

Химический состав округлых концентрически-зональных выделений REE на краю кристалла Ti-магнетита (мас.%): 1 (Spc_001) – в центре: Al₂O₃ – 3.3, SiO₂ – 40.2, CaO – 7.3, FeO – 4.7, Y₂O₃ – 16.7, Ce₂O₃ – 7.4, Nd₂O₃ – 8, Sm₃O₃ – 3.3, Gd₂O₃ – 4.4, Dy₂O₃ – 4.7; 2 (Spc_002) – на краю: SiO₂ – 39.3, CaO – 7.7, FeO – 5.7, Y₂O₃ – 7.13, Ce₂O₃ – 10.2, Nd₂O₃ – 12.7, Sm₃O₃ – 6.31, Gd₂O₃ – 6.9, Dy₂O₃ – 4.4.

Химический состав радиально-лучистых выделений REE в центральной части кристалла Ti-магнетита (Spc_004): SiO₂ – 1.6, CaO – 0.9, FeO – 8.14, La₂O₃ – 28.4, Ce₂O₃ – 46.64, Nd₂O₃ – 14.4.

Таким образом, в обр.993 все минералы, содержащие REE, образовались непосредственно внутри кристаллов и агрегатов титаномагнетита и дифференцированы по химическому составу (рис. 5). Они образуют две группы: в первом случае это силикаты, содержащие REE, обогащенные иттрием (округлые концентрически-зональные выделения), в которых содержание REE, варьирует от центра выделения к краю (см. выше); во втором случае это оксиды и/или карбонаты (радиально-лучистые агрегаты), содержащие REE, среди которых преобладают La, Ce и Nd.

В заключении отметим, что щелочные риолиты Печальнинского рудного поля характеризуются тонкослоистой и флюидальной текстурами. По флюидальности в породе чередуются тонкие прослои, сложенные кристаллическими агрегатами пироксенов и/или амфиболов, пропитанных силикатным веществом, и лентообразные тонкие полоски и кружевные обособления гидроксидов Fe, Ti и Mn, заместившие титаномагнетит (реликтовые выделения которого частично сохранились).

В гидроксидах установлены фосфаты REE – размеры большинства выделений не превышают 10 мкм. Специально проведенное исследование (рис. 4) наиболее крупного REE-выделения (диаметром 25 мкм), позволило определить, что это фосфат Ce – минерал группы монацита.

В реликтах кристаллов титаномагнетита выявлены концентрически-зональные и радиально-лучистые REE выделения. Первые – представлены силикатами, обогащенными иттрием и REE. В них содержание REE зонально изменяется от центра к краю. Вторые – представлены оксидами и/или карбонатами, содержащими REE (преобладают La, Ce и Nd).

Полученные результаты могут быть использованы при разработке технологии обогащения.

ИСТОЧНИК ФИНАНСИРОВАНИЯ

Работа выполнена при финансовой поддержке темы Госзадания ИГЕМ РАН.

БЛАГОДАРНОСТИ

Авторы благодарны члену-корреспонденту РАН В.В. Акинину, директору СВКНИИ ДВО РАН за предоставленные образцы для проведения исследований.

About the authors

A. V. Grigorieva

Institute of Geology of Ore Deposits, Petrography, Mineralogy and Geochemistry of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: grig357@mail.ru
Russian Federation, Moscow, 119017 Moscow, Staromonetny per., 35

A. V. Volkov

Institute of Geology of Ore Deposits, Petrography, Mineralogy and Geochemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: grig357@mail.ru

Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences

Russian Federation, Moscow, 119017 Moscow, Staromonetny per., 35

N. V. Sidorova

Institute of Geology of Ore Deposits, Petrography, Mineralogy and Geochemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: grig357@mail.ru
Russian Federation, Moscow, 119017 Moscow, Staromonetny per., 35

References

Supplementary files