УДК 553.061.12/.494.3/.493(470.21)
ГЕОХИМИЯ РУД, МИНЕРАЛОГИЯ ЦИРКОНА И ГЕНЕЗИС ИТТРИЙ-ЦИРКОНИЕВОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ САХАРЙОК (КОЛЬСКИЙ ПОЛУОСТРОВ, РОССИЯ) © 2012 г. Д. Р. Зозуля*, Л. М. Лялина*, Н. Иби**, Е. Э. Савченко*
*Геологический институт Кольского научного центра РАН 184209, Апатиты, Мурманская обл., ул. Ферсмана, 14 **Департамент наук о Земле, атмосфере и окружающей среде Массачусеттский университет Лоуэлла, Лоуэлл, 01854, США
Поступила в редакцию 28. 02. 2011 г.
Комплексное иттрий-циркониевое месторождение Сахарйок связано с одноименным массивом щелочных пород на Кольском полуострове. Массив представляет собой трещинную интрузию протяженностью около 7 км и площадью выхода на поверхность 4—5 км2, прорывает щелочные граниты и гней-со-гранодиориты (ЛЯ2) и сложен щелочными и нефелиновыми сиенитами позднеархейского возраста (2.68—2.61 млрд. лет). Оруденение локализовано в теле нефелиновых сиенитов в виде линейных зон протяженностью от 200 до 1350 м при мощности от 3 до 30 м, простирающихся согласно первично-магматической полосчатости и трахитоидности самих нефелиновых сиенитов. Руды по своим петрографическим и петрохимическим характеристикам сходны с вмещающими породами и отличаются от последних обогащением рудными минералами: циркона, бритолита-(У) и пирохлора. По геохимическим данным (высокое содержание высокозарядных и некоторых несовместимых элементов (/г 1000-5000 г/т, № 200-600 г/т, У100-500 г/т, РЗЭ 0.1-0.3 мас. %, ЯЪ 400-900 г/т), распределение РЗЭ и индикаторных отношений ТЬ/И, У/ЫЪ и УЪ/Та), нефелиновые сиениты имеют обогащенный мантийный источник, сходный с таковым для современных базальтов океанических островов. Они образовались в ходе длительной фракционной кристаллизации первичной щелочнобазальтовой магмы. Появление рудных концентраций обусловлено уникальным составом нефелин-сиенитовой магмы (высокие содержания /г, У РЗЭ, ЫЪ) и процессами внутрикамерной магматической дифференциации. Минералогические исследования основного рудного минерала - циркона - выявили его длительную полистадийную кристаллизацию на всех этапах формирования месторождения. На магматическом этапе выделены две стадии: 1) раннемагматическая (внутренние зоны кристаллов призматических габитусов с температурой образования 900-850°С, имеющие высокие отношения /г02/НГО2 (среднее 90)) и 2) позднемагматическая (внутренние зоны дипирамидальных кристаллов с температурой образования около 500°С и пониженными отношениями /г02/НЮ2 (среднее 63)). Циркон постмагматического/гидротермального этапа характеризуется пористым строением и обилием включений, температурой образования менее 500°С и наиболее низкими отношениями /г02/НЮ2 (среднее 29). Последовательное уменьшение отношений /г02/НЮ2 в цирконе этих этапов обусловлено эволюцией расплава и постмагматических растворов. Циркон метаморфического этапа образует внешние зоны на реликтах ранних кристаллов и самостоятельные индивиды, характеризуется ритмично-зональным строением и "усредненным" отношением /г02/НЮ2 (среднее 45), сходным с таковым для самих руд. Для метаморфогенного циркона характерно пониженное, по сравнению с магматическим, содержание урана, что связывается с избирательным выносом последнего высоководными метаморфическими растворами. Циркон месторождения Сахарйок обладает низкими содержаниями вредных примесей (в частности, И 10-90 г/т и ТЬ 10-80 г/т), что позволяет его использовать в самих широких областях.
ВВЕДЕНИЕ
В России цирконий включен в перечень основных видов стратегического минерального сырья, что подразумевает необходимость обеспечения потребностей страны собственным полезным ископаемым. В то же время освоенность минерально-сырьевой базы циркония России крайне низ-
Адрес для переписки: Д. Р. Зозуля. Б-шаП: zozulya@geok-sc.apatity.ru
кая - в настоящее время промышленная добыча ведется лишь бадделеита в Ковдорском месторождении на Кольском полуострове. Цирконо-вый же концентрат является остродефицитным и полностью импортируется.
По ресурсам циркония Россия занимает четвертое место в мире. Распределение балансовых запасов по типам месторождений следующее: около 50% связано со щелочными гранитами, 15% - с карбонатитами, 35% - с циркон-рутил-
ильменитовыми россыпями (Быховский, Зубков, 1996; Быховский и др., 2000). При этом минерально-сырьевая база циркония в России структурно и качественно отличается от других стран. У нас полностью отсутствуют современные цирконий-титановые прибрежно-морские россыпи, тогда как за рубежом с ними связаны почти все запасы цирконовых руд. На территории России разведано более десяти месторождений циркона. По данным (Быховский и др., 1996, 1998; Патык-Кара и др., 1997), к наиболее перспективным относятся коренные месторождения Катугинское и Улуг-Танзекское, связанные со щелочными гранитами (комплексные циркон-пирохлоровые руды с колумбитом), а также россыпные месторождения: Лукояновское, Туганское, Георгиевское, Центральное и другие (циркон-рутил-ильменитовые пески). Россыпные месторождения относятся к погребенному типу и характеризуются сложными условиями разработки и технологического передела. Коренные месторождения находятся в труднодоступных районах, и их цирконовые концентраты проявляют повышенную радиоактивность. В связи с этим редкометальное месторождение Сахарйок на Кольском полуострове обладает некоторыми преимущественными характеристиками. Во-первых, руды этого месторождения относятся к комплексным и, кроме циркония, содержат другие ценные компоненты (иттрий, редкоземельные элементы и ниобий), также включенные в список наиболее важных стратегических видов минерального сырья в России. Во-вторых, близость к перерабатывающим производственным объектам и к потребителям значительно повышает рентабельность отработки месторождения, и для комплексных редкометальных руд разработаны технологические схемы переработки (Виноградов и др., 2000). В-третьих, циркон месторождения Сахарйок практически не содержит вредных примесей. Так, по результатам U-Pb-изотопных исследований количество урана в цирконе незначительно и находится в пределах 68—86 г/т (Зозуля и др., 2007). В то же время содержание урана в цирконе из редкометальных щелочных гранитов составляет от нескольких сот до тысячи и более г/т (Коваленко и др., 2004; Ярмолюк и др., 2010; Kerr et al, 1993; Fetter, Goldberg, 1995; Zozulya etal, 2005; Abdalla et al, 2009).
Содержание ZrO2 по отдельным рудным телам месторождения колеблется от 0.36 до 1.5% (среднее 0.63%), Y2O3 от 0.046 до 0.171% (среднее 0.066%). Рудные минералы содержатся в количестве (об. %): циркон 0.5—1.2 (участками до 2.5), бритолит-^ 0.2—1.0 и пирохлор 0.1—0.2. Четких геологических границ рудные тела не имеют и оконтурены по бортовому содержанию ZrO2 и Y2O3. Запасы и прогнозные ресурсы брито-лит-цирконовых руд в месторождении Сахарйок уступают другим крупным коренным месторож-
дениям России и составляют по категории С2 + Р1 16800 млн. т, для полезного компонента ZrO2 — около 100 тыс.т (Н.И. Пастернок, 1999 г.). Однако следует отметить, что запасы оценены до горизонта + 100 м и месторождение является недораз-веданным.
Целью данной работы является изучение особенностей химического состава руд и характеристик главного рудного минерала — циркона, что позволит выявить особенности генезиса месторождения Сахарйок. Исследование минералогии (морфология, строение, состав) циркона и интерпретация условий и стадий его кристаллизации имеют теоретическую значимость для применения изотопных методов датирования магматических и рудообразующих процессов. Кроме того, результаты исследования позволят определить наиболее эффективные технологические схемы обогащения и переработки руд.
ГЕОЛОГО-ПЕТРОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МАССИВА САХАРЙОК
Комплексное иттрий-циркониевое месторождение Сахарйок приурочено к одноименному массиву щелочных пород в западной части Кейвского террейна (северо-восточная часть Балтийского щита, Кольский полуостров). Террейн сложен главным образом позднеархейскими метавулкани-тами от основного до кислого состава и метаосад-ками, залегающими на тоналит-трондьемит-грано-диоритовом фундаменте Центрально-Кольского блока, а также межформационными интрузиями позднеархейских щелочных гранитов кейвского комплекса. Массив Сахарйок расположен в южной части Западнокейвского массива щелочных гранитов, является интрузией трещинного типа и сложен щелочными габброидами (эссекситами), нефелиновыми сиенитами и щелочными сиенитами (Батиева, Бельков, 1984). Внедрение магмы происходило по вертикальным разломам между щелочными гранитами и гнейсо-диоритами в виде протяженных, свыше 7 км, крутопадающих дайко-образных тел. Массив достигает максимальной ширины (1.5—2 км) в северной части. В западной и юго-западной части массива залегают щелочные лепидомелан-феррогастингситовые сиениты, в восточной — нефелиновые сиениты (фиг. 1). В пределах последних размещены крупные (до 80 х 200 м) выходы эссекситов.
Для циркона из нефелиновых сиенитов массива Сахарйок получен и-РЬ-возраст 2613 ± 35 млн. лет, который интерпретируется как возраст магматизма (Баянова, 2004; Зозуля и др., 2007), а также многочисленные радиометрические определения (и-РЬ-, ЯЬ^г-, К-Аг-методы) в интервале 1680—1810 млн. лет (Батиева, Бельков, 1984; Zo-2и1уа г1 а1, 2005), фиксирующие наложенные события свекофенского регионального метамор-
Фиг. 1. Местоположение и схема массива Сахарйок. Составлено с использованием материалов (Батиева, Бельков, 1984; Н.И. Пастернок, 1999 г.).
1 - рудные тела; 2 - нефелиновый сиенит: трахитоидный с общим простиранием полосчатости (а), порфировидный (б); 3 - щелочной сиенит; 4 - щелочной гранит; 5 - габбро-анортозит; 6 - гнейсо-гранодиорит ТТГ-фундамента; 7 -профиль опробования рудного блока.
физма. Для циркона из щелочных сиенитов получен И-РЪ-возраст 2682 ± 10 млн. лет (Зозуля и др., 2007), что позволяет предположить их генетическую связь именно с кейвскими щелочными гранитами, для которых надежно определен интервал формирования 2650-2670 млн. лет (Митрофанов и др., 2000; Zozulya г1 а1, 2005).
Нефелиновые сиениты - породы серого и розовато-серо
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.