ГЕОХИМИЯ, 2011, № 4, с. 394-410
РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ В МОДЕЛЯХ ЖЕЛЕЗИСТО-КРЕМНИСТОГО РУДОГЕНЕЗА РАННЕГО ДОКЕМБРИЯ © 2011 г. И. А. Бергман*, Г. М. Колесов**
* ФГУПВсероссийский институт минерального сырья им. Н.М. Федоровского 119017Москва, Старомонетный пер., 31; e-mail: vims@df.ru ** Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН 119991 Москва, ГСП-1, ул. Косыгина, 19; e-mail: drkolesov@mail.ru Поступила в редакцию 11.06.2009 г.
Обсуждаются индикаторные возможности лантаноидов, включая изотопную геохимию Nd, в реконструкции природы и источника вещества железисто-кремнистых формаций раннего докембрия методами элементной геохимии.
Ключевые слова: редкоземельные элементы, железисто-кремнистый рудогенез, элементная геохимия.
Исторически редкие земли используются в реконструкциях природных объектов как группа элементов (РЗЭ), самодостаточная для решения многих геологических проблем. Подобное восприятие ре-конструкционных возможностей РЗЭ, закрепленное в многочисленных публикациях, постепенно перекочевало и на ранний докембрий. Начиная с 1966 г [1], с перерывами, в нашей стране и за рубежом появляются статьи с моделями железисто-кремнистого рудогенеза, основанными на закономерностях распределения РЗЭ, а с середины 80-х годов к выяснению источника рудного вещества железисто-кремнистых формаций раннего докембрия привлекаются элементы изотопной геохимии [2]. Однако
продвинуться в понимании природы и условий образования железисто-кремнистых формаций раннего докембрия (ДЖКФ), как и докембрия вообще, с помощью этой группы элементов не удалось. Причин тому много. В их числе отсутствие соответствующих древних редкоземельных эталонов, противоречащее историзму использование современных эталонов, субъективизм в выборе реконструкционных признаков, включая привлечение изотопной геохимии к ДЖКФ с целью выяснения источника их рудного вещества, то же в отношении методов контроля — оценке корректности моделей древнейших объектов, созданных на основе применения других методов, например методов изотопной геохимии серы, и т.д. Все это "заставляет" еще раз вернуться к закономерностям распределения РЗЭ и охарактеризовать их реальные возможности в расшифровке природы: и условий образования ДЖКФ.
Фактической основой материалов работы являются данные по РЗЭ в железистых кварцитах Криворожской (Украинский щит (УЩ)), Курской (Воронеж-
ский кристаллический массив (ВКМ)), Гимольской (Костомукшское и Корпангское месторождения, Балтийский щит (БЩ)), Оленегорской (Оленегор-ское месторождение, БЩ) и Омолонской (Верх-неомолонское месторождение, Омолонский кристаллический массив (ОКМ)) серий [3], а также результаты позднее выполненных анализов на РЗЭ составных проб основных фациальных типов пород, слагающих железисто-кремнистые формации Кривого Рога (УЩ) и месторождений Прииманд-ровского железорудного района (БЩ), углеродистых сланцев Криворожской и Гимольской серий, и образцов пород железисто-кремнистых формаций с контрастными фронтами замещения: "сидеропле-зит -«— магнетит", "сидероплезит -«— хлорит железистый", "сидероплезит -— хлорит глиноземистый" (Новокриворожское месторождение, Криворожский район) и "магнетит -«— мартит" (Оленегорское месторождение, БЩ), которые впервые позволили оценить поведение РЗЭ в процессах локального метаморфизма. Кроме того, в работе при обосновании элементно-геохимических критериев природы рудного вещества ДЖКФ использованы аналитические данные по РЗЭ, опубликованные зарубежными специалистами.
РЗЭ определяли инструментальным нейтронно-активационным методом по утвержденным методикам в институтах ФГУП ВИМС и ГЕОХИ РАН, аналитики — Н. Евстраткина, Н. Вахонин, Г. Коле-сов и др. Детальное описание методики приведено в работе [3]. В качестве нормирующего использовалось содержание РЗЭ в хондритах по Л. Хаскину и
др. [4].
ПРИНЦИПЫ ЭЛЕМЕНТНО-ГЕОХИМИЧЕСКОЙ РЕКОНСТРУКЦИИ
Принципы приоритетной элементно-геохимической реконструкции вещественной природы железисто-кремнистых формаций раннего докембрия изложены в работах [5—8 и др.]. Кратко их можно свести к следующим положениям. Рекон-струкционное значение имеют только такие свойства вещества, среды, которые одновременно (а) не зависят от геологического времени, (б) по своему достоинству относятся к категории внутренних, существенных, (в) достаточно устойчивы к метаморфизму, (г) максимально просты по способу выражения (немультипликативные, и т.п.), и некоторые др. Такие свойства обнаружены, в частности, в сфере элементной геохимии осадочных железных руд и, как показывает практика, они применимы к ДЖКФ с целью реконструкции природы и условий их образования.
Следующие обстоятельства благоприятствуют применению к ДЖКФ именно элементно-геохимических критериев: (к) простота элементного и минерального состава железистых кварцитов раннего докембрия, которые по существу являются сочетанием двух элементов-кремния и железа (не считая кислорода) в такой минеральной форме (кварц, магнетит, в значительно меньшей степени гематит, сидерит), в какой проявление свойств одного не затушевывает проявление свойств другого, (к) высокая контрастность осадочных минеральных форм железа именно в сфере элементной геохимии: гидроксиды железа^железистые карбонаты^сили-каты железа^сульфиды железа, и (ц) в центре дискуссии две взаимоисключающие минеральные формы отложения железа — гидроксиды и карбонаты, т.е. те формы, которые обладают высокой именно элементно-геохимической контрастностью.
В соответствии со сказанным разработаны три элементно-геохимических критерия, удовлетворяющие перечисленным выше требованиям: Li/Mg отношение [7 и др.], критерий негидроксидной природы рудного вещества железистых кварцитов [8] и критерий сорбционной емкости [5, 6, 9, 10 и др.]. Важно подчеркнуть, что с их разработкой появилась возможность объективного (взаимо)контроля на всех ступенях исследований, на что мы будем обращать внимание при обсуждении конкретных результатов реконструкции. Ниже речь в основном пойдет о последнем критерии, образующим признаком которого является контрастное различие в абсолютном содержании элементов-сорбатов в железистых карбонатах и гидроксидах железа. Этот эффект, в свою очередь, является следствием их контрастного различия в сорбционной емкости. Дело в том, что гидроксиды железа являются эффективными адсорбентами, сорбирующими широкий круг элементов, включая РЗЭ, тогда как железистые карбонаты в сравнении с гидроксидами железа можно рассмат-
ривать в качестве несорбирующей среды. В частности, кратковременность пребывания РЗЭ в водах океанов — от 400 лет и более для Но^и, до ~50 лет для Се специалисты связывают с их извлечением главным образом гидроксидами железа. Кроме того: (1) ряд элементов вообще не образуют карбонатов и не концентрируются в этой форме (V Сг, Аз, Мо, ^ Аи, Р и некоторые др.); (2) Со и N1 образуют редкие карбонаты в специфической среде, но условия, при которых могло бы иметь место их сооса-ждение с железом в карбонатной форме, явление исключительное; и т.д. Эти особенности поведения элементов-сорбатов еще больше увеличивают элементно-геохимическую контрастность железистых карбонатов и гидроксидов железа. РЗЭ образуют карбонаты, но в бассейнах седиментации из-за низкого содержания в этой форме не концентрируются. Конкурентами карбонатов по извлечению этой группы элементов в осадок выступают глинистое и углеродистое вещество, и гидроксиды железа; поэтому в хемогенных карбонатах содержание РЗЭ обычно низкое (среднее содержание РЗЭ в осадочных карбонатах ~40 г/т против ~200 г/т в сланцах), причем оно определяется опять же примесью в них глинистого и углеродистого вещества.
Выше в качестве одного из принципов приоритетной реконструкци объектов раннего докембрия была выдвинута идея использования только таких свойств вещества, среды, которые, в частности, не зависят от геологического времени (только в этом случае мы можем корректно перейти от современной эпохи к раннему докембрию). В рамках геохимии РЗЭ таких свойств нет, нет и зависимостей, которые обладали бы подобным свойством. Поэтому временной барьер накладывает, в частности, ограничение на самодостаточную применимость РЗЭ к раннему докембрию в реконструкционных целях.
На сегодня такие свойства выявлены, в частности, в элементной геохимии осадочных железных руд, причем в сфере сорбции приходится задействовать большую группу элементов, в которой РЗЭ выступают как один элемент наряду с другими элемен-тами-сорбатами — V, Сг, Со, №, Аз, Р, и, ТЬ, X Мо, В, 8Ь, 8с, В1 и т.д. Соответственно, критерий сорбционной емкости формулируется следующим образом: в каких бы условиях (временных: ранний до-кембрий—фанерозой, тектонических, и пр.) ни формировались оксидно/гидроксидные осадки, они себя "выдадут" по отношению к осадочным карбонатам резко повышенным содержанием по крайней мере трех-пяти элементов-сорбатов из числа перечисленных выше; по сравнению с ними осадочные карбонаты окажутся средой, обедненной всеми элементами-сорбатами ("исключением" могут быть только карбонатные породы, обогащенные глинистым или углеродистым веществом). Ниже мы сосредоточим внимание на группе РЗЭ, помня о том, что в генетических выводах они являются лишь "одним" из компонентов супергруппы эле-
ментов-сорбатов. Здесь же уместно заметить, что эффекты, выявляемые на кривых нормированного распределения РЗЭ, — лантановый и европиевый максимумы, цериевый минимум и др., не обладают свойством независимости от геологического времени и, следовательно, не могут использоваться в качестве приоритетных генетических критериев в сфере раннего докембрия.
РЗЭ В СТРУКТУРЕ ЭЛЕМЕНТНО-ГЕОХИМИЧЕСКОЙ РЕКОНСТРУКЦИИ
На практике, на первой ступени, реконструкция сводится к сравнительной оценке уровня концентрации РЗЭ в (1) разновозрастных известняках, доломитах и сидеритах, (2) железных оксидно-гид-роксидных осадках и осадочных рудах фанерозоя, и (3) железистых кварцитах позднего архея и раннего протерозоя.
Осадочные карбонатные породы и карбонатные железные руды. На РЗЭ нами проанализированы восемь проб — составная проба магнезиально-извест-ковы
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.