Блог

Васильев Н.В. , Зарайский Г.П. , Удоратина О. В.
Фенгиты редкометалльных месторождений Полярного и Северного Урала.

РЕФЕРАТ

Рассмотрены особенности составов слюд Тайкеуского тантал-ниобиевого месторождения. Наиболее распространенной слюдой на нем является фенгит-ферроалюминоселадонит. Рассмотрены особенности составов слюд рудопроявления Б.Турупья. Отмечено присутствие K-Na слюды, промежуточной по составу между мусковитом и парагонитом.

ФЕНГИТЫ РЕДКОМЕТАЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЯРНОГО И СЕВЕРНОГО УРАЛА 

Н. В. Васильев¹, Г. П. Зарайский¹, О. В. Удоратина²

¹Институт экспериментальной минералогии РАН, nvasiliv@iem.ac.ru

²Институт геологии Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар, udoratina@geo.komisc.ru

Редкометальное (Ta-Nb, REE, Zr) месторождение Тайкеу расположено на Полярном Урале (верховья р. Лонгот-Юган) и приурочено к Центрально-Уральской зоне доуралид (Харбейский блок). Вместе с месторождениями Усть-Мраморное и Лонгот-Юган оно входит в состав Тайкеуского рудного узла, который, в свою очередь, является частью Харбей-Лонготъюганского рудного района. Генезис месторождений считается метасоматическим [2, 12]. Основными породообразующими минералами редкометалльных метасоматитов, образовавшихся по гранитам, являются (в % объема): альбит 32–52; микроклин 3–25; кварц 19–37; слюды 5–14; флюорит 0.3–6 и эгирин до 0.1–5.5 %. По минеральному и химическому составу они близки к гранитам. Рудные минералы (фергусонит, колумбит, пирохлор, циркон и др.) образуют тонкую вкрапленность в метасоматитах. 

Слюда макроскопически представлена чешуйками 100–200 мкм в поперечнике, слагающими прослои и заполняющими трещины. В породах обычно наблюдается полосчатость, маркируемая слюдой. Часто слюда находится в срастании с гематитом. Согласно предшествующим работам [1, 9] слюды во всех типах пород принадлежат фенгит-мусковитовому ряду. Содержание лития в слюдах не превышает 0.7 мас. %, хотя отмечены поздние слюды, близкие к циннвальдиту [1, 2]. Поскольку по современной номенклатуре слюд [7] название «фенгит» принято как название серии твердых растворов между мусковитом, алюминоселадонитом и селадонитом, вопрос о видовой принадлежности слюд Тайкеу требует уточнения. По нашим данным, в редкометальных метасоматитах Тайкеу наиболее распространены слюды, близкие к редкому в природе ферроалюминоселадониту.

Отнесение слюд к минеральным видам базировалось прежде всего на данных о химическом составе, а также на ИК-спектроскопии и, в меньшей степени, на рентгеновских данных. Химический состав минералов изучался с помощью электронно-зондового анализа. Электронно-зондовый анализ и фотографирование в отраженных электронах проводились на электронном микроскопе CAMSCANMV2300 с аналитической приставкой Link 10000 (ИЭМ РАН, аналитик К. В. Ван). Составы слюд приведены в таблице 1. Формулы слюд рассчитывались на 22 единицы положительных зарядов. На основании рассчитанных формул построена треугольная диаграмма, показывающая соотношение октаэдрических катионов в слюдах (рис. 1).

Исследование слюд методом инфракрасной спектороскопии проводилось Н. В. Чукановым (Институт проблем химической физики РАН, г. Черноголовка) на спектрофотометре Specord-75 IR. Полученный ИК-спектр (рис. 2) отражает значительную степень катионной упорядоченности в октаэдрических позициях изучаемой слюды. В области 400–550 см^–1 наблюдаются три интенсивные полосы, отвечающие частотам валентных колебаний октаэдрических катионов, резонирующих с деформационными колебаниями внутри тетраэдрического слоя. Количество этих полос отражает число разнотипно заполненных октаэдров, включая пустые. Чем выше степень упорядоченности, тем лучше будут разрешены эти полосы [8]. В области 1000–1100 см^–1 присутствует полоса, отвечающая валентным колебаниям связи Si-O. Полосы в области 880–940 см^–1 проявлены очень слабо, что связано с малой степенью замещения кремния на алюминий в тетраэдре. Нет полос в области 1600 см^–1, что указывает на отсутствие молекулярной Н₂О. Дублет в области О–Н валентных колебаний (3585 см^–1) плохо разрешен.

Сопоставление данных ИК-спектроскопии, свидетельствующих о значительной степени катионной упорядоченности, с данными по химическому составу слюды позволяет с большой долей вероятности предположить обычную для селадонитов схему заполнения октаэдров [8]: один октаэдр преимущественно вакантен, другой заполнен трехвалентными катионами (в нашем случае это только алюминий), третий заполнен двухвалентными катионами. В нашем случае это железо и магний, а так как магния мало, то октаэдр заполнен двухвалентным железом. Поэтому слюду следует считать диоктаэдрической и содержащей только двухвалентное железо. Учитывая малую степень замещения кремния на алюминий в тетраэдрах, ее следует относить к ферроалюминоселадониту (в отличие от алюминоселадонита, у которого Mg> Fe). Те слюды, в которых формульные коэффициенты Si= 3.47–3.49, а таких среди выделенных фенгитов большинство, мы называем фенгитами для соответствия формальным критериям.

Кроме слюд ряда фенгит-ферроалюминоселадонит, в породах Тайкеуского узла присутствуют мусковит и биотит. Биотит встречен в редкометальных метасоматитах в срастаниях с ферроалюминоселадонитом, но в очень малом количестве. Он более распространен в безрудных метасоматитах, образующихся по вмещающим зеленым сланцам, в которых появляются крупные (до 200 мкм) биотитовые «солнца». Вмещающие зеленые сланцы содержат мусковит, который интенсивно хлоритизирован. Особенностью фенгитов и биотитов редкометальных метасоматитов является вхождение в их состав цинка. Для ферроалюминоселадонитов отмечены концентрации до 1 мас. % ZnO, для биотитов до 1.70 мас. % ZnO. [6].

Известное на севере Урала комплексное (Be-Ta-Nb-TR)-рудопроявление Большая Турупья достаточно сильно отличается от месторождений Тайкеуского рудного узла, тем не менее, слюды Тайкеу представляют хороший материал для сравнения. Руды рудопроявления Б. Турупья представлены минералами бериллия (гентгельвин, эвклаз и фенакит), ниобия и тантала (в основном колумбит), редких земель (бастнезит). Рудопроявление состоит из трех участков, располагается в пределах центральной части Ляпинского мегантиклинория и приурочено к Турупьинской кольцевой структуре [10, 11] .

За всю историю его исследования делались различные предположения о генези­се рудоносных пород. Породы, несущие оруденение, сопоставлялись с формацией карбонатитов и щелочных метасоматитов. Или относились к формации щелочных метасо­матитов, но при этом отмечалось, что породы имеют комплекс переходных признаков, сближающих их с карбонатитами. Щелочно-карбонатные породы слагают линзообразные тела, залегающие среди терригенно-глинистых пород, метаморфизованных в эпидот-хлоритовой субфации зеленосланцевой фации. Наиболее минера­лизованные зоны связаны с альбитизированными и окварцованными хлорит-серицитовыми сланцами, а не с карбонатными породами. Породы интенсивно рассланцованы (нередко на­блюдается микроплойчатость) и обладают четко вы­раженной тонкой полосчатостью, обусловленной че­редованием слойков хлорит-серицитового и кварц-альбитового составов. Протяженность рудных тел составляет до 1800 м при об­щем субмеридиональном простирании трех рудных участков на 6 км и ширине до 150 м. Поведение рудной минерализации на глубину остается неясным. Слюды рудопроявления охарактеризованы как серициты[10, 11].

Нами изучены слюды из рудоносных и безрудных пород Турупьи (табл. 2). Серициты из рудоносных пород можно охарактеризовать как мусковит-фенгиты с небольшой долей ферроалюминоселадонитового минала (см. рис. 1.). Основная масса слюд из безрудных пород близка по составу к этим мусковит-фенгитам, но выделяются также составы натрийсодержащих слюд. С падением содержания натрия в слюдах возрастает доля фенгитового компонента (рис. 3; см. табл. 2). Натрийсодержащие слюды образуют тонкие (10–20 мкм) срастания с серицитами.

Ассоциация фенгит–парагонит и мусковит–парагонит встречается в большинстве типов комплексов сверхвысоких–высоких давлений Урала [3], но в нашем случае присутствует почти весь ряд составов от мусковита (с примесью селадонитового минала) до парагонита, причем с падением содержания натрия в слюде закономерно возрастает доля фенгитового компонента (см. рис. 1, 3). Экспериментальные и эмпирические данные [13, 14] свидетельствуют o6 отсутствии полной смесимости между мусковитом и парагонитом, на чем основан эффективный геотермометр для метаморфических пород (рис. 4). Увеличение доли селадонитового компонента в слюде препятствует вхождению натрия [14].

Вместе с тем, приведенные А. И. Грабежевым с соавторами [4, 5] данные свидетельствуют о наличии в ряду мусковит–парагонит промежуточной гомогенной фазы, являющейся, по их мнению, метастабильным образованием. В указанных работах приведены и характерные для рентгенограмм подобной промежуточной фазы рефлексы с d/n= 9.78–9.82 Ǻ и d/n= 1.940–1.960 Ǻ. Проведенный нами рентгенофазовый анализмонофракций слюд Турупьи в лаборатории рентгенофазового анализа ИЭМ РАН (аналитик Т. Н. Докина) на установке типа ДРОН не выявил этих рефлексов, что может быть связано с малой объемной долей натрийсодержащей слюды. Объяснить появление подобного ряда составов в безрудных породах Турупьи (см. рис. 3) на данный момент не представляется возможным. Как вариант, можно предположить распад метастабильной высокотемпературной слюды промежуточного фенгит-парагонитового состава, но для этого объяснения недостаточно как природных, так и экспериментальных данных.

Авторы благодарны И. В. Пекову за помощь в интерпретации результатов.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ № 05-05-65233 и Научной школы № НШ-7650.2006.5 (рук. Г. П. Зарайский).

Литература

1. Апельцин Ф. Р.Эволюция состава слюд как критерий редкометальной минерализации гранитизированных кристаллических сланцев // Геол. месторожд. редких элементов. 1966. Вып. 30. С. 144–159.
2. Апельцин Ф. Р., Скоробогатова Н. В., Якушин Л. Н.Генетические черты редкометальных гранитоидов Полярного Урала и условия их редкометальной металлогенической специализации. М.: Недра, 1967. 202 с.
3. Вализер П. М., Дубинина Е. В.Белые диоктаэдрические слюды комплексов сверхвысоких – высоких давлений Урала. // Изв. Челябинск. науч. центра, 2005. Вып. 3 (29). С. 27–33.
4. Грабежев А. И., Жухлистов А. П., Русинова О. В., Мохов А. В., Сивцов А. В.Ряд мусковит-парагонит: аргументация существования промежуточной гомогенной K-Na-слюды. // Докл. АН СССР, 1996. Т. 350. № 5. С. 669–671.
5. Грабежев А. И., Русинова О. В., Жухлистов А. П., Мурзин В. В.Вертикальная рудно-метасоматическая зональность Томилинского медно-порфирового рудного узла (Южный Урал). // Геол. рудн. месторожд., 1995. Т. 37. № 6. С. 500–510.
6. Зарайский Г. П., Удоратина О. В.Свинец и цинк в хлоритах и фенгитах редкометального месторождения Тайкеу на Полярном Урале. // Минералогия Урала-2003. Т. 2. Общие вопросы минералогии и кристаллографии. Миасс: ИМин УрО РАН, 2003. С. 143–151.
7. Номенклатура слюд: заключительный доклад подкомитета по слюдам комиссии по новым минералам и названиям минералов международной минералогической ассоциации (КНМНМ ММА) // Зап. ВМО, 1998. № 5. С. 55–65.
8. Пеков И. В., Чуканов Н. В., Румянцева Е. В., Кабалов Ю. К., Шнайдер Ю., Лебедева Н. В.Хромселадонит KCrMg[Si₄O₁₀](OH)₂ — новый минерал из группы слюд // Зап. ВМО, 2000. № 1. С. 38–44.
9. Попов С. А., Удоратина О. В.Светлые слюды кварц-полевошпатовых метасоматитов Севера Урала // Структура, вещество, история литосферы Тимано-Североуральского сегмента. Информ. матер. 6-й науч. конфер. Ин-та геол. Коми НЦ УрО РАН. Сыктывкар: Геопринт, 1997. С. 124–127.
10. Удоратина О. В.Минералы щелочно-карбонатных метасоматитов (рудопроявление Б. Турупья, Северный Урал) // Геохимия, петрология, минералогия и генезис щелочных пород. Матер. Всеросс. совещ. Миасс. 2006. С. 264–267.
11. Удоратина О. В.,Колумбиты рудопроявления Большая Турупья (Северный Урал) // Теория, история, философия и практика минералогии. Матер. IV Международ. минералог. семинара. Сыктывкар: Геопринт, 2006. С. 197–199.
12. Удоратина О. В.Квальмиты севера Урала // Петрология и минералогия севера Урала и Тимана. Тр. Ин-та геол. Коми НЦ УрО РАН, вып. 94. Сыктывкар: 1997. С. 19–28.
13. Guidotti C. V., Sassi F. P., Blencoe J. G., Selverstone J.The paragonite-muscovite solvus: I. P-T-X limits derived from the Na-K compositions of natural, quasibinary paragonite-muscovite pairs // Geochim. et Cosmochim. Acta, 1994. Vol. 58. № 10. P. 2269–2275.
14. Keller L. M., De Capitani C., Abart R.A quaternary solution model for white micas based on natural coexisting phengite-paragonite pairs // J. of Petrology, 2005. Vol. 46. № 10. P. 2129–2144. 

                                                                                                                                  Таблица 1

Представительные анализы слюд месторождения Тайкеу, мас. %

Примечание.Ms = мусковит, Fac = ферроалюминоселадонит, Ac = алюминоселадонит, Phn = фенгит, Bt = биотит. Прочерк – ниже придела обнаружения. 

                                                                                                                                  Таблица 2

 Представительные анализы слюд рудопроявления Б. Турупья, мас. %

 Подписи к рисункам

Рис.1. Соотношения октаэдрических катионов в слюдах Тайкеу и Б. Турупьи.

1–3 – слюды Тайкеу (1 – фенгиты, 2 – мусковиты вмещающих пород, 3 – биотиты); 4–5 – слюды Б. Турупьи (4 – Na-содержащие, 5 – серициты). Значения взяты в формульных коэффициентах.

Рис. 2. ИК-спектр фенгита из редкометальных метасоматитов Тайкеу.

Рис. 3. Зависимости составов слюд рудопроявления Б. Турупья от содержания натрия (а – соотношение Al/Si, б – содержание Mg+Fe).

Рис. 4. Расчетные и экспериментальные сольвусы в системе мусковит–парагонит [14, 13].