Scientific journal
International Journal of Applied and fundamental research
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,593

AGPAITIC RARE METAL GRANITOIDS OF ALTAI AND THEIR ORE MINERALIZATION

Gusev A.I. 1
1 The Shukshin Altai State Academy of Education
1382 KB
Petro-geochemical data of the agpaitic granitoids of Mountain Altai, forming on the extent time stretch from Middle Devonian to Middle Carboniferous. The numerous massifs of Mayorskii, Elinovsko-Butachikhinskii, Shibelikskii complexes composed by agpaitic granitoids. Compositions of young granitoids of Nigeria and Altai China bring for comparison. Alkalic amphybol – rhybekite play basic role in mineral composition. The tetrad effect fractionation of REE M-type display and «Non CHArge-and-Radius-Controlled behavior of elements in rocks. Correlation of increasing size tetrad effect fractionation with increasing ratio of Zr/Hf and U in rocks arranged that it answered increasing of acidic of environment. Ore mineralization of uranium, zirconium, rare eath elements, niobium, tantalium related with agpaitic granitoids.
agpaitic granitoids
rhybekite
tetrad effect fractionation of REE M-type
ore mineralization
uranium
zirconium
rare earth elements
niobium
tantalium

Агпаитовые гранитоиды имеют специфические особенности генерации и сопровождаются различными типами оруденения, преимущественно Nb, Ta, Zr, U, редких земель [2–5]. В Горном Алтае и соседних регионах аналогичные гранитоиды распространены широко. Поэтому актуальность их изучения не вызывает сомнений. Цель исследования – изучить петрологию и геохимию агпаитовых гранитоидов Горного Алтая и их рудоносность. Методы исследования. Силикатные анализы магматических пород на главные компоненты выполнены в лаборатории Сибирского Исследовательского Центра (г. Новокузнецк), а на микроэлементы – методом эмиссионной спектрометрией с индуктивно-связанной плазмой на спектрометре «ОРTIMA-4300», для Cu, Zn, Pb, Li, – методом ISP-AES в Лаборатории ИМГРЭ (г. Москва). Изотопные измерения в цирконах проводились по классической методике на вторично-ионном микрозонде SHRIMP-II (г. Санкт-Петербург).

Результаты исследования и их обсуждение

К агпаитовым гранитоидам в Горном Алтае отнесены граниты умеренно-щелочные с щелочными минералами (рибекитом, арфведсонитом). Выделяется несколько комплексов, содержащих агпаитовые граниты: майорский, елиновско-бутачихинский и шибеликский.

Майорский габбро-гранодиорит-гранитовый (D2-3?) объединяет небольшие гипабиссальные массивы, развитые в юго-восточной части Чарышского блока Чарышско-Чуйской структурно-формационной зоны (СФЗ) (Майорский петротипический массив и ряд более мелких интрузивных тел Майорского ареала), в пределах Коргонского наложенного прогиба (Ночной, Еловский, Абайский, Тимофеевский, Владимировский массивы) и среди сланцев Терехтинской СФЗ (Тюдетский, Красноярский, Огневский, Бирюксинский массивы). В составе елиновско-бутачихинского комплекса (D2) к агпаитовым гранитоидам относится Елиновский и Аскатинский массивы и ряд даек, сопровождающих эти массивы. В шибеликском гранит-лейкогранитовом комплексе (D3-C2) рассматриваются Шибеликский, Куладинский и Шашикманский массивы. Некоторые исследователи к этому же комплексу относят и Каракольский массив, также сопровождающийся комплексным U-Be-TR оруденением.

На соседней территории Китая на реке Улунгар также выделяется фаза агпаитовых гранитов с щелочными амфиболами и пироксенами имеет Rb-Sr изохронный возраст по породе 300 ± 6 млн лет. Следует отметить, что близкий возраст получен и для Куладинского массива (301 млн. лет). Содержания Ва (0-109 ppm) и Sr (5-44 ppm) в них низкие. Ранее были опубликованы по трем массивам этих гранитов U-pb определения по цирконам – 320 ± 2, 314 ± 2 и 323 млн лет. Полученные по Rb-Sr даты на 10–30 млн лет моложе, чем возраст цирконов по U-pb, что объясняют разной температурой блокирования (закрытия) Rb-Sr и U-pb систем. Таким образом, внедрение агпаитовых гранитоидов на Алтае проходило на отрезке от среднего девона до среднего карбона.

Молодые анорогенные граниты представлены плутоном Джиангджуньшанским, расположенным в Китайском Алтае и имеющему возраст 151 млн лет.

Гранитоиды этого типа состоят из пертитового щелочного полевого шпата (40–45 %), кварца (30–33 %), кислого плагиоклаза (10–15 %), высоко-железистого (ƒ = 64–96) низкоглиноземистого биотита (15 %), амфибола ряда катафорит-рибекит-озаннит, пироксена (салит, титанавгит, эгирин-авгит). Акцессорные минералы представлены магнетитом, ильменитом, цирконом, флюоритом, ортитом, колумбитом, сфеном, чевкинитом, фергюсонитом, бастнезитом, касситеритом. Структура пород преимущественно графическая и микропегматитовая. Роговая обманка в агпаитовых гранитоидах Горного Алтая чаще всего представлена рибекитом. Так в Кулудинском массиве рибекит проявлен в виде скелетных обособлений (порфировидные выделения) и длиннопризматических и игольчатых кристаллов (основная масса), часто образуя шлировидные скопления. В Елиновском массиве рибекит образует неправильные выделения, иногда скопления скелетных кристаллов размером 0,3×0,7 см. По своим оптическим свойствам (резкий плеохроизм от черно-синего по Np до буровато-зеленовато-желтоватого по Ng; преломление по Np = 1,687-1,690, по Ng = 1,697-1,700) и химическому составу (SiO2 – 46,37 %, TiO2 – 1,50, Al2O3 – 1,90, Fe2O3 – 20,04, FeO – 17,89, MnO – 0,99, MgO – 0,14, CaO – 2,88, Na2O – 5,32, K2O – 0,53, H2O – 1,73, F – 0,56) амфибол отнесен к ряду арфведсонит-рибекит.

Породы характеризуются повышенной щелочностью, повышенным коэффициентом агпаитности (от 0,89 до 1,1), умеренной глиноземистостью (индекс Шенда = 1,05–1,1). Химические составы пород изучены и приведены в работах [2-10]. По соотношениям Zr/Hf – SiO2 фигуративные точки агпаитовых гранитоидов Горного Алтая попадают в поле апогранитных комплексных Zr-TR-Nb-Ta месторождений (рис. 1).

gus1.wmf

Рис. 1. Диаграмма Zr/Hf – SiO2 для агпаитовых гранитоидов

gus2.wmf

Рис. 2. Диаграмма Zr/Hf – ТЕ1,3 для пород шибеликского комплекса Горного Алтая. ТЕ1,3 – тетрадный эффект фракционирования РЗЭ, как среднее между первой и третьей тетрадами по [10]. 1 – Эгирин-рибекитовые граниты, 2 – рибекитовые лейкограниты

Серым фоном на рисунке показано поле HARAC (CHArge-and-Radius-Controlled) по [9]. На рис. 1 дугообразная линия со стрелками – кривая фракционирования расплавов редкометальных гранитов и поля металлогенической специализации по [6]; поле апогранитных цирконий-редкоземельных-редкометалльных месторождений выделено автором с учётом данных по агпаитовым гранитоидам Австралии, Китая, Монголии, Африки, Центрально-Азиатского складчатого пояса.

Агпаитовые гранитоиды: 1 – плато Джос (Африка) по [8]; породы Горного Алтая: шибеликский комплекс: 2 – эгирин-рибекитовые граниты, 3 – рибекитовые лейкограниты; Елиновский массив 4 – рибекитовые граниты, 5 – лейкограниты; Аскатинский массив: 6 – рибекитовые граниты, 7 – рибекитовые лейкограниты.

Как установлено группой исследователей становление магмы агпаитовых гранитоидов благоприятствовало флюид-расплавному взаимодействию, которое сопровождалось проявлением тетрад-эффекта фракционирования РЗЭ и «non-CHARAC» поведением рассеянных элементов [9]. Источником магмогенерации было плавление доминантно ювенильного мантийного компонента с подчинённым рециклингом древней коры. Первонаначальная магма для изученных массивов гранитов Китая характеризовалась экстенсивной диффренциацией, в процессе которой интенсивно взаимодействовали остаточные расплавы и водные флюиды, вероятно, обогащённые F и Cl, в результате чего возникало «non-CHARAC» поведение рассеянных элементов и проявление лантанидного тетрад-эффекта фракционирования РЗЭ [9].

Во всех массивах агпаитовых гранитоидов Горного Алтая проявлен тетрадный эффект фракционирования РЗЭ М- типа и «non-CHARAC» поведением рассеянных элементов, вызванное внешним источником – высоко водными флюидами, обогащёнными фтор-комплексами, смешивающимися с расплавами агпаитовой магмы [3].

Генерация оруденения происходила в сложных условиях, определявшихся физико-химическими условиями среды в магматогенных флюидах, извлекавших и переносивших металлы к местам рудоотложения. Это хорошо видно на рис. 2, где увеличение величины тетрадного эффекта фракционирования связано с увеличением отношений Zr/Hf.

Известно, что отношение циркония к гафнию является чувствительным индикатором фракционирования элементов в гранитоидах, и что увеличение отношений Zr/Hf происходит с увеличением кремнекислотности среды согласно рядам кислотности-щёлочности в водных и водно-сероводородных флюидах при стандартных условиях по [7]. Cледовательно, увеличение величины тетрадного эффекта фракционирования РЗЭ М-типа в породах позитивно коррелируется с увеличением кислотности среды.

Для Аскатинского массива, с которым связано комплексное U-редкоземельно-редкометалльное оруденение, выявлена такая же закономерность – увеличение величины тетрадного эффекта фракционирования РЗЭ М-типа происходит с увеличением концентраций урана в породах (рис. 3).

В то же время максимальным значениям ТЭФ РЗЭ соответствуют минимальные отношения Th/U. Чем ниже указанное отношение (Th/U), тем выше щёлочность среды, согласно рядам кислотности-щёлочности А.А. Маракушева [7] для ряда элементов в водно-сероводородных растворах при стандартных условиях. Следовательно, увеличение содержаний урана в расплавах, породивших гранитоиды Аскатинского массива, коррелируется с увеличением величины ТЭФ и повышением кислотности среды.

Оруденение, связанное с агпатитовыми гранитоидами. В экзоконтактах рибекитовых гранитов установлены жилоподобные образования послемагматических рихтерит-эгирин-альбитовых и эгириновых метасоматитов с редкометалльной минерализацией. В южном экзоконтакте меланогранитов 1 фазы Майорского массива образовались магнетитовые везувиан-гранат-пироксеновые скарны. С гранитоидами Елиновского и Аскатинского массивов связаны жильные проявления флюорит-редкоземельной минерализации.

Елиновское скарновое флюорит-редкометалльно-редкоземельное проявление. Участок Елиновского проявления находится на водоразделе рек Баблайка и Щебеты. Рудная зона приурочена к контакту среднезернистых рибекитовых гранитов Елиновского массива с известняками куимовской свиты верхнего силура. Граниты вблизи контакта каолинизированы, окварцованы и обохрены по трещинам. Известняки скарнированы и мраморизованы. Скарновая ассоциация представлена гранатом, пироксеном, эпидотом, везувианом. В скарнироанных известняках наблюдается серия кварцевых, кварц-карбонатных и кварц-флюоритовых жил. Простирание жил северо-западное (285–300 °), падение северо-восточное под углами 45–90 °. Мощность жил до 0.8 м. Они прослеживаются по простиранию на первые десятки метров. В отдельных жилах флюорит составляет до 50 % объема породы. Иногда в кварце наблюдается мелкая, довольно редкая вкрапленность галенита и сфалерита. Минеральной формой редкоземельных элементов являются поликраз, фергусонит и малакон, локализующиеся в измененных гранитах и флюорит-кварцевых жилах. Размеры вкрапленности 1–2 мм. Рентгеноспектральный анализ каолинизированного гранита дал следующие результаты: Y-0.01-0.06 %, Yb-0.01-0.03 %. Спектральный анализ бороздовых проб по кварцу с сульфидами показал наличие Pb до 0.3-1 %, Zn до 1 %. Повышенное содержание элементов встречено в измененных гранитах: Zr-0.1 %, Nb-0.005 %, Ga-0.001 %, Y-0.01 %, Yb-0.002 %. Повышенной радиоактивностью до 65 мкр/час на фоне 25 мкр/час обладают дайки рибекитовых гранитов мощностью до 0, 3 м и измененные граниты по зонам дробления. В первом случае в дайках повышенная радиоактивность, связанная с малаконом (малакон – дипирамидальная разновидность циркона с повышенными содержаниями U, TR, Th; содержание U 0,8-1 %, Th-0,3 % по рентгеноспектральному анализу), а во втором случае природа радиоактивности не выяснена. Местами в дайках наблюдается малакон в виде густой вкрапленности. Размер зерен малакона до 0,5 см. Местами отмечается густая вкрапленность циркона размерами от 0,5 до 2 мм. Химическим анализом в гранитах установлен диоксид Zr до 0,76 %.

Обследования Елиновского проявления, проведенные нами в 2011 и 2012 годах, позволили выявить новые данные, значительно уточняющие его строение и состав [6].

gus3.wmf

Рис. 3. Диаграмма U – TE1,3 для пород Аскатинского массива. Варьирование концентраций урана в магматических породах принято по [1]. Породы Аскатинского массива: 1 – щелочной гранит, 2 – лейкограниты, 3 – умеренно-щелочные лейкограниты

Альбититовое тантал-ниобий-циркониевое проявление Вершинное расположено в северной части Елиновского массива на склоне вершины с отметкой 1174,2 м. Здесь альбитизированные и окварцованные рибекитовые лейкограниты превращены местами в крупнозернистые альбититы с вкрапленностью танталита, колумбита, пирохлора и циркона размерами от 0,1 до 1 мм. Содержания тантала варьируют от 0,01 до 0,12 %, ниобия – от 0,005 до 0,1 %, циркония от 0, 1 до 0,5 %, урана от 0,005 до 0,1 %, гафния от 0,01 до 0,1 %.

В краевых частях Кулудинского и Шибеликского массивов отмечены фельдшпатоиды с прожилками кварца и вкрапленностью флюорита, циркона (малакона), монацита, ксеотима, синхизита и колумбита. Концентрации элементов в них составляют ( %): циркония – от 0,1 до 1,4, гафния – от 0,05 до 0,3, ниобия – от 0,05 до 0,4, тантала – от 0,01 до 0,2, сумма TR – от 0,2 до 0,6 %. Оценены прогнозные ресурсы редких металлов для Шибеликского рудного узла в объёме (тыс. тонн): ∑TR2O3 – 2647, ZrO2 – 6435, HfO2 – 269, Nb2O5 – 5493, Ta2O5.

Выводы

Приведенные данные показывают, что агпаитовые гранитоиды Горного Алтая имеют специфические вещественные характеристики. В них проявлен тетрадный эффект фракционирования РЗЭ М-типа, обусловленный смешением расплавов и водных флюидов, обогащённых фторидами и другими летучими компонентами. Селекционирование металлов из расплавов и их перенос осуществлялись в сложных физико-химических условиях при повышении кислотности среды. Флюидный режим создавал условия для образования апогранитных метасоматитов с формированием комплексного оруденения урана, циркония, редких земель, ниобия, тантала. Перспективность оруденения циркония, редких земель, ниобия и тантала, связанного с агпаитовыми гранитоидами определяется значительными прогнозными ресурсами металлов.