Scientific journal

International Journal of Applied and fundamental research

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

Берилл с идеальной формулой Be3Al2SI6O18 является источником бериллия, который используется преимущественно в сплавах с другими металлами для получения легковесных и прочных сталей, а также в ядерной промышленности в качестве экрана электромагнитного излучения и высокотехнологичных решениях при создании ракетных двигателей, аппаратов медицинской диагностики [1–4]. Бериллий относится в России к группе стратегических и дефицитных металлов, запасы которых находятся на грани исчерпания. В Китае Be рассматривается как стратегический и критический металл [3]. Берилл чаще всего встречается в гранитных пегматитах [5], в грейзенах и флюорит-бертрандитовом типе месторождений в экзоконтактах гранитоидов щелочного ряда [6]. В гранитных пегматитах берилл может формировать идиоморфные кристаллы размерами от миллиметров до более чем 10 м в длину (например, в пегматитах Мадагаскара) [7]. Кристаллическая структура берилла содержит округлые слои с шестью Si-O тетраэдрами, которые связаны вертикально и латерально Be-O тетраэдрами и Al-O октаэдрами [8–11].

Актуальность исследования берилла Белокурихинского плутона определяется тем, что в его пределах присутствуют и грейзеновые месторождения, и пегматитовые проявления с алюмосиликатом бериллия, которые представляют промышленный интерес.

Цель исследования – провести геохимические исследования и сравнить особенности состава берилла из различных геолого-промышленных типов оруденения, а также определить его генезис.

Материалы и методы исследования

Кроме петрографического и минералогического методов исследований использовалось определение редких элементов в монофракциях берилла эмиссионной спектрометрией с индуктивно-связанной плазмой на спектрометре «ОРTIMA-4300», для Cu, Zn, Pb, Li, – методом ISP-AES в Центральных лабораториях ВСЕГЕИ (г. Санкт-Петербург).

Результаты исследования и их обсуждение

В пределах Белокурихинского плутона берилл встречается в пегматитах и грейзенах. При этом грейзены в вертикальной зональности распространения минерализации локализуются выше пегматитов. Наиболее представительными объектами в этом районе являются проявление пегматитов ручья Белый Камень и грейзеновое Курановское месторождение.

Пегматитовое проявление ручья Белый Камень приурочено к Агеевской тектонической зоне и локализовано в биотитовых порфировидных гранитах Белокурихинского массива. Пегматитовая жила мощностью 0,5–1,9 м и протяженностью более 40 м. Центральная часть жилы сложена белым плотным кварцем с редкой вкрапленностью молибденита и халькопирита. Она разрабатывалась как стекольное сырье. В западной части жилы, где кварцевое ядро довольно резко выклинивается, встречено гнездовое оруденение берилла и тантал-ниобатов. Берилл и тантал-ниобаты наблюдаются в виде отдельных кристаллов величиной 1,5–7 см в поперечнике при длине 15 см и друз от 2 до 12 см в поперечнике, состоящих из кристаллов 1,5–2 см длиной и толщиной 1,5–2 мм. Берилл желтовато-зеленого цвета и зеленого, близкого к изумруду. Редко встречаются кристаллы настоящего изумруда.

Грейзеновое Курановское месторождение приурочено к штоку лейкогранитов и представлено штокверком жил и прожилков кварца с мусковитом, сопровождающихся грейзенами. Наибольшая концентрация берилла приурочена преимущественно к местам пересечения субмеридиональных и субширотных жил и прожилков. Кроме берилла прожилки содержат флюорит, молибденит, танталит. Берилл присутствует в виде неравномерной вкрапленности призматических кристаллов зеленовато-голубого цвета, длиной от долей миллиметра до 5 см.

Состав элементов-примесей в берилле грейзенов и пегматитов приведен в таблице.

В обоих типах берилла наблюдаются высокие соотношения (La/Yb)N, варьирующие от 5,5 до 12,9, свидетельствующие о сильно дифференцированном типе распределения легких и тяжелых РЗЭ. Это, как правило, обусловлено флюидным режимом при кристаллизации минерала.

Берилл пегматитового проявления Ручей Белый Камень зеленого цвета, близкого к изумруду (рис. 1), характеризуется повышенными концентрациями ванадия, галлия, скандия и хрома. Последний, а также наличие ионов Fe3+ в минерале, вероятно, и обуславливал зеленую окраску минерала [13]. В нем проявлены: тетрадный эффект фракционирования РЗЭ W-типа (значения ТЕ1,3 ниже 0,9), а также более высокими отношениями Th/U, чем в грейзеновом берилле.

Берилл из грейзенов светлого зеленовато-голубоватого цвета имеет значительно более низкие содержания хрома и повышенные концентрации цезия, ниобия, тантала, рубидия, урана.

Рис. 1. Кристалл изумруда в пегматите

В нем проявлен ТЭФ РЗЭ W- и М-типов и только негативная аномалия по европию. Проявление обоих типов РЗЭ свидетельствует о меняющихся и комплексных составах флюидов, в которых активными были H2O, CO2, HF и др.

Изоморфная емкость кристаллической структуры берилла впечатляет обилием элементов-примесей, входящих в его структуру, обусловленную сочетанием элементов тетраэдров, октаэдров и полых каналов. Общий облик микроструктуры берилла показан на рис. 2.

Элементы-примеси в берилле пегматитовых и грейзеновых проявлений Белокурихинского плутона (г/т)

Примечание: анализы выполнены методами ICP-MS и ICP-AES в Лаборатории ИМГРЭ (г. Москва). Содержания элементов нормализованы по хондриту. TE1,3 – тетрадный эффект фракционирования РЗЭ как среднее между первой и третьей тетрадами по [12]. Eu*= (SmN+GdN)/2. 1–5 – пегматиты проявления Ручей Белый Камень; 6–10 – грейзены Курановского месторождения.

Рис. 2. Циклосиликатная структура берилла по [10]

Цветовые разновидности берилла, приуроченные к разным геолого-промышленным типам оруденения, характеризуются специфическими наборами элементов-примесей. Зеленые разности пегматитов предпочтительно накапливали Cr, Sc, V, Ga. При этом, скорее всего, это накопление происходило по принципу прямого изоморфного замещения в решетке берилла Al3+ трехвалентными катионами Sc3+, Cr3+, V3+ в октаэдрической позиции. Проявление ТЭФ РЗЭ W-типа в этом берилле объясняется повышенной активностью водных флюидов.

Зеленым показаны тетраэдры BeO4; голубым цветом выделены октаэдры AlO6; желтым – круги SiO4 (тетраэдры), которые образуют полые каналы; щелочные элементы – оранжевые; молекулы воды – красные.

С другой стороны, более высокие концентрации в берилле грейзенового типа в повышенных концентрациях таких элементов, как Li, Cs, Rb, вероятно, можно объяснить иным типом изоморфизма, когда замещение Al3+ двухвалентным Fe происходило с компенсацией заряда, обеспечиваемой вхождением одновалентных крупноионных литофильных элементов (Na, Cs, Li, K, Rb) в структурные позиции берилла. В этом случае проявлены ТЭФ РЗЭ W- и М-типа, когда активными были и водные флюиды и фтор-комплексы. Кроме того, в общей вертикальной зональности распространения грейзеновое оруденение располагается выше пегматитового и литофильные элементы предпочтительно концентрируются в грейзеновом берилле.

Таким образом, геохимические различия бериллов пегматитового и грейзенового типов можно объяснить различными параметрами флюидного режима и особенностями проявления процессов изоморфизма.

Проблема кислотности-основности магматически-гидротермальных процессов является фундаментальной проблемой петрологии и эндогенного рудообразования. Нами определены характеристики кислотности и основности берилла из пегматитов и грейзенов путем расчета условного потенциал ионизации по методике [14]. Кислотно-основные свойства минералов определяются, как известно, их способностью к ионизации. В связи с более высокими концентрациями в изумруде пегматитов и потенциалов ионизации (ккал/г˕атом) таких элементов, как Cr (417), V (404), Ga (439), Sc (351), интегральный условный потенциал ионизации составил 203,9, а для берилла грейзеновых месторождений с преобладанием таких элементов, как Li (124), Cs (89), Rb (96), Na (118), K(100) – 201, 6. Такие оценки условного потенциала ионизации явно указывают на то, что изумруду пегматитов свойственна более кислотная среда, а бериллу грейзенов – более основная.

Заключение

Общей особенностью кристаллизации берилла пегматитов и грейзенов являлось высокое фракционирование тяжелых и легких лантаноидов, а также высокая активность летучих компонентов. Различия геохимических аспектов бериллов пегматитового и грейзенового типов Белокурихинского плутона определяются отличающимся флюидным режимом сравниваемых процессов, что предопределяло особенности изоморфного замещения Al3+ в позиционных структурах берилла. Зеленая окраска берилла, близкая к изумрудной, определялась присутствием повышенных содержаний хрома и ионов Fe3+ в кристаллической структуре минерала, а его кристаллизация осуществлялась в условиях повышенной кислотности среды и значительной активности аквакомплексов в пегматитовых флюидах. Кристаллизация берилла грейзенов происходила в условиях основной среды минералообразовагния при значительной активности фтор- и аква-комплексов в пневматолито-гидротермальном процессе. Полученные результаты могут быть использованы при поисковых работах ювелирных разностей берилла, а также при создании прогнозно-поисковых комплексов бериллиевого оруденения в других регионах Горного и Рудного Алтая.