Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,775

SOME ASPECTS OF GEOCHEMISTRY MINERALS KUMIRSKII SCANDIUM-URAN-RARE EARTH ELEMENTS DEPOSIT OF MOUNTAIN ALTAI

Gusev A.I. 1 Gusev N.I. 1
1 Shukshin Altai State Academy of Education
2530 KB
Geochemical data on 18 probes of different minerals of Kumirskoe scandium-uranium-rare earth elements deposit of Mountain Altai. Two types or ores distinguished: «white», accompanied by albite metasomatic rocks and “black”- association with biotite metasomatic rocks. The last related with separation solutions from basalts magmas but the first – from granitoids. Minerals of «black» ores characterized by high concentration of vanadium, chromium, nikel and with its crystallizated basic mass of minerals scandium. Alaskite granitoids injected late with it related parageneticaly crystallization of ores uranium and rare earth elements. The tetradic effect fractionation of rare earth elements M-type display in minerals of both types ores, that it is causing by presence of ftor-complexes in hydrothermal solutions. Minerals of «black» ores crystallizated for reducing of acidic of environment but of «white» ores – for increasing acidic of environment mineralization
metasomatic rocks
ores
thortveitite
albite
biotite
monazite
orthite
fluotite
tourmaline
scandium
uranium
rare earth elements
M- type tetradic effect fractionation of rare earth elments

Изучение элементов-примесей в минералах руд и горных пород имеет большое теоретическое, прикладное и экономическое значение [2, 3, 6, 10]. Это особенно важно для месторождений, парагенетически связанных с основными и кислыми магматическими образованиями к которым и относится комплексное Кумирское месторождение. Формирование руд этого месторождения связано с дайками долеритов и анорогенными гранитоидными системами, к которым и относится рудогенерирующий Кумирский шток [1, 4]. Целью исследования является изучение концентраций элементов-примесей в минералах комплексного скандий-уран-редкоземельного Кумирского месторождения методами ICP-MS и ICP-AES.

Результаты исследований

На месторождении выделено два типа скандий-редкозмельных руд, различающиеся по вещественному составу и условно называемых «чёрными» и «белыми».

«Белые» руды – это светлоокрашенные мелко-среднезернистые существенно альбитовые метасоматиты с редкими прожилками турмалина 1 генерации, флюорита 1 генерации и сульфидов, локализующиеся, в основном, в аляскит-порфирах. Эти руды связаны с гранитоидами.

«Чёрные» руды – тёмноокрашенные (чёрные, тёмно-серые, фиолетово-чёрные) флюорит-биотитовые метасоматиты с турмалином 2 генерации, флюоритом 2 генерации, тяготеющие к экзоконтактовым частям штока. «Чёрные руды» парагенетически связаны с базальтоидной магмой (с дайками долеритов).

Сульфидная минерализация представлена пиритом, реже пирротином, халькопиритом, сфалеритом, арсенопиритом.

Редкоземельная (гадолинит, абукумолит, таленит, ортит, монацит) минерализация образуют мелкую (0,01-1, 0 мм) вкрапленность в светлых метасоматитах и сопровождаются урановой (уранинит, настуран, браннерит, коффинит, метацейнерит, эпиянтинит), ториевой (торит) и бериллиевой (гадолинит, берилл, бертрандит) минерализацией. Встречаются также фторапатит и топаз. Постоянное присутствие в рудах урановых и ториевых минералов обусловливает их повышенную радиоактивность.

Более поздняя скандиевая (тортвейтит) минерализация ассоциирует с турмалином 2 генерации, иногда гранатом и образует вкрапленность и гнёзда. Выделения торвейтита не превышают 1 мм в размере. Турмалин и гранат образуют крупные вкрапленники до 0,5 см и редкие гнёзда размерами до 0,7×1,8 см. среди биотитовых метасоматитов.

Нами изучено содержание элементов-примесей в 18 пробах различных минералов Кумирского месторождения, представленных в табл. 1 и 2.

Таблица 1

Элементы-примеси в минералах Кумирского месторождения (г/т)

Элементы

1

2

3

4

5

6

7

8

9

V

6,1

774

7,85

123

3,86

4,6

80,5

70,7

34,8

Cr

6,6

42,6

10,5

13,8

5,6

4,92

31,6

113

45,0

Co

0,5

8,0

0,6

17,9

0,5

0,5

14,2

18,6

12,4

Ni

1,1

29,9

1,2

18,1

1,0

1,0

31,4

21,6

20,6

Cu

4,1

26,4

2,28

338

15,2

10,6

3,16

4,8

5,5

Zn

4,4

16,9

20,7

152

14,4

4,7

67,2

79,9

65,6

Rb

342,4

13,8

3,95

26,1

17,4

2,0

18,6

30,1

62,1

Sr

563

336

20,8

9,7

242

217

150

73,2

94,6

Nb

0,5

2,9

1,89

88,6

3,45

0,73

3,05

6,27

12,5

Cs

0,21

0,65

10,4

10,3

0,27

0,1

0,66

0,61

0,7

Ba

20,8

135

37,3

34,6

27,3

20,2

49,7

79,6

29,5

Pb

4,1

12,8

6,95

18,3

12,6

6,16

5,02

6,09

7,1

Th

0,1

0,9

4,82

15,7

0,74

0,11

1,35

1,24

11,3

La

0,45

5,94

7,32

102,4

4,59

1,34

3,41

3,66

5,86

Ce

0,9

11,9

12,7

178

20,0

2,63

7,34

7,98

11,4

Pr

0,17

1,75

1,09

34,6

4,09

0,37

1,13

1,18

1,89

Nd

0,74

7,34

2,92

67,5

21,5

1,81

6,61

5,96

8,91

Sm

0,25

2,65

1,28

9,5

15,5

0,62

2,26

2,31

5,41

Eu

0,15

0,16

0,083

1,76

0,16

0,15

0,66

0,96

0,09

Gd

0,35

1,77

1,93

16,5

18,7

1,23

2,43

2,78

6,99

Tb

0,069

0,33

0,5

3,4

4,06

0,32

0,52

0,55

1,73

Dy

0,46

1,79

4,23

10,5

24,6

2,87

2,98

3,87

9,27

Ho

0,12

0,34

1,06

3,8

3,91

0,96

0,57

0,82

1,42

Er

0,48

0,52

3,38

7,2

9,26

3,11

1,7

2,24

3,16

Tm

0,096

0,11

0,74

2,5

1,64

0,52

0,28

0,36

0,37

Yb

0,66

0,47

4,69

17,8

13,1

3,35

1,86

2,07

2,11

Lu

0,11

0,13

0,73

2,3

1,91

0,8

0,25

0,36

0,28

Y

5,11

10,8

140

9500

247

38,4

19,2

23,6

82,0

Ga

0,9

55,9

0,96

3,5

2,65

0,64

13,8

12,4

14,3

Zr

4,32

25,6

5,01

1,1

5,6

1,9

56,6

247

60,1

Sc

0,2

190

20,2

-

14,0

23,5

6,9

8,16

10,5

Hf

0,13

1,66

3,24

2,6

0,59

0,14

1,54

5,82

0,73

Ta

0,1

0,1

0,66

10,5

0,15

0,1

0,23

0,46

3,76

Mo

5,74

7,95

6,34

26,1

33,3

17,9

9,4

16,5

10,4

Sb

0,47

0,79

0,26

11,2

1,19

0,36

5,01

4,23

4,4

Sn

0,94

4,12

0,56

1,3

0,44

1,38

81,5

102

97

Be

1

11,0

5,37

14,6

3,5

1,0

1,88

1,66

10,4

W

38,9

10,1

16,9

28,9

236

103

16,5

44,9

16,9

U

0,37

4,35

1,14

98,5

0,78

0,1

0,56

0,74

2,31

Li

20,8

27,9

4,4

123

2,23

1,55

47,5

68,9

70,5

Ge

0,1

0,53

0,1

5,5

0,57

0,1

1,61

1,37

1,5

Ag

0,021

0,04

0,015

3,7

0,12

0,055

0,013

0,023

0,02

Bi

1,09

0,48

0,49

9,8

7,41

4,12

0,44

1,12

1,2

ΣTR

10,12

61,8

182,6

9958

390

58,5

51,2

58,7

140,9

(La/Yb)N

0,45

8,3

1,03

3,8

0,23

0,26

1,21

1,17

1,83

Примечание. Анализы выполнены методами ICP-MS и ICP-AES в Лабораториях ВСЕГЕИ (г. Санкт-Петербург) и ИМГРЭ (г. Москва). 1 – альбит; 2- гранат; 3 – флюорит 1 генерации; 4- тортвейтит; 5, 6 – кальцит; 7, 8, 9 – турмалин 1 генерации.

Таблица 2

Элементы-примеси в минералах Кумирского месторождения (г/т)

Элементы

1

2

3

4

5

6

7

8

9

V

27

6,23

4,7

65,5

76,8

90,1

53,6

83,7

125,3

Cr

4,6

7,79

5,5

2,3

3,5

68,5

47,4

61,9

185,2

Co

0,7

0,6

0,6

0,8

0,9

70,2

348

99,7

104,3

Ni

1,4

1,18

1,2

1,1

1,4

34,5

40,4

31,9

74,4

Cu

5,5

119

35,6

3,8

12,7

211

72,2

109

273,3

Zn

4,6

47,1

7,7

6,8

12,9

23,7

55,7

24,2

27,6

Rb

12,9

29,9

2,6

20,5

34,7

271

226

272

5,1

Sr

1100

110,4

505

10,2

15,6

208

47,1

228

20,8

Nb

30,9

12,3

5,1

213,6

553,7

8,42

6,83

6,93

30,1

Cs

15,7

25,03

10,18

12,6

13,6

11,8

8,33

10,4

10,2

Ba

76

54,6

21,6

30,4

45,7

371

117

611

50,3

Pb

11,5

86,7

16,1

9,6

115

41,6

26,1

35,5

15,7

Th

128

10,75

45,6

15,8

22775

6,11

9,74

6,1

5,1

La

66,3

1,39

29,5

61224

23458

103

244

80,0

70,4

Ce

114

2,86

105

73626

56854

249

537

194

175,1

Pr

13,8

0,39

22,6

162,2

6785

31,5

63

22,2

18,6

Nd

45,1

1,7

118

788,1

15786

111

215

81,0

75,4

Sm

7,9

0,9

91,4

146,3

1267

27,8

37,5

20,2

15,2

Eu

1,52

0,08

6,2

111,6

98,7

0,85

1,72

0,73

0,5

Gd

8,8

0,9

86,1

195,7

207,8

15,9

25,2

12,8

10,5

Tb

1,2

0,33

28,5

25,8

30,5

2,14

2,92

1,96

1,8

Dy

6,8

1,65

203,6

268,2

306,1

8,61

12,1

8,45

7,3

Ho

1,5

0,33

33,2

19,23

22,7

1,15

1,81

1,25

0,9

Er

3,8

0,53

96,8

56,3

62,8

2,69

4,25

2,6

1,7

Tm

0,7

0,16

25,2

13,2

14,8

0,43

0,58

0,37

0,25

Yb

7,1

11,39

175

83,1

93,6

2,82

3,89

2,56

4,8

Lu

0,5

0,39

24,6

10,6

12,7

0,33

0,52

0,31

0,6

Y

43,5

32,92

302

65625

456,7

25,9

47,4

25,7

83,7

Ga

6,8

12,37

11,8

8,9

5,8

33,4

21,6

34,3

18,5

Zr

14,6

14,53

17,8

15,6

12,6

169

121

126

18,7

Sc

12,5

20,4

23,7

112

45,8

17,9

9,35

22,5

125,8

Hf

1,29

2,17

2,7

3,4

12,8

4,69

3,99

3,34

2,5

Ta

2,4

3,79

1,3

122,7

223,6

0,68

0,46

0,5

11,8

Mo

25,3

291

56,8

14,7

10,8

2,42

0,94

1,47

2,1

Sb

20,7

6,26

2,4

3,7

4,3

32,2

25,9

28,5

10,1

Sn

30,4

20,85

18,9

12,3

11,9

13,2

7,25

12,9

1,2

Be

15,8

11,74

16,8

12,9

13,8

22,8

18,4

22,4

5,7

W

22,2

509

346

34,2

22,8

11,5

5,48

8,03

2,6

U

65,2

0,43

0,9

3,8

5,8

9,18

4,13

8,36

2,5

Li

275

53

33

45

34

158

125

191

18,7

Ge

3,7

2,46

3,7

4,8

4,6

1,7

2,4

1,81

5,7

Ag

0,12

0,78

0,9

0,6

0,7

2,05

1,31

2,17

0,6

Bi

3,2

51,5

45,8

12,6

11,7

20,0

29,0

12,4

13,7

ΣTR

322,5

55,9

1347,7

202355

105456

583,1

1197

454

466,7

(La/Yb)N

6,17

0,08

0,11

486,5

165,5

24,11

41,4

20,6

9,67

Примечание. Анализы выполнены методами ICP-MS и ICP-AES в Лабораториях ВСЕГЕИ (г. Санкт-Петербург) и ИМГРЭ (г. Москва). 1 – апатит; 2, 3 – кварц «льдистый»; 4 – ортит; 5 – монацит; 6, 7, 8 – пирит; 9 – турмалин 2 генерации.

Сумма редких земель в различных минералах руд варьируют от 10 до 202355 г/т (максимально в монаците и ортите). Отношение (La/Yb)N колеблются от 0,08 до 486,5, указывая на раличный тип дифференциации редких земель (максимально в монаците и ортите, минимально – в кварце). Для минералов «чёрных» руд характерны повышенные концентрации ванадия, хрома, никеля (элементов базальтоидных магм).

В минералах «белых» и «чёрных» руд проявлен тетрадный эффект фракционирования (ТЭФ) редкоземельных элементов М- типа. Значимые его величины варьируют от 1,13 до 1,49. Известно, что фракционирование РЗЭ при тетрад-эффекте происходит при участии сложных комплексных соединений фтор-комплексов. Значения ТЭФ РЗЭ и некоторые отношения элементов приведены в табл. 3 и 4.

Таблица 3

Отношения элементов и значения тетрадного эффекта фракционирования (ТЭФ) РЗЭ в минералах Кумирского месторождения

Отношения эле-ментов и значения ТЭФ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Отношения в хондритах

Y/Ho

42,6

318

132

2500

63,2

40,0

33,7

28,8

57,7

29,0

Zr/Hf

33,2

15,4

1,55

0,42

9,49

13,6

36,8

42,4

82,3

36,0

La/Nb

0,9

2,05

3,87

1,16

1,33

1,84

1,12

0,58

0,47

30,75

La/Ta

4,5

59,4

11,1

9,7

30,6

13,4

14,8

7,9

1,56

17,57

Sr/Eu

3753

2100

25,1

5,5

1512

1447

227,3

76,2

1051

100,5

Eu/Eu*

1,23

0,22

0,16

0,43

0,029

0,52

0,87

1,17

0,045

1,0

Sr/Y

110,2

31,1

0,15

0,001

0,98

5,65

7,8

3,1

1,15

4,62

TE1,3

0,96

1,03

1,13

1,08

1,28

0,93

1,0

0,99

1,15

-

Примечание. ТЕ1.3 – тетрадный эффект фракционирования РЗЭ (среднее между первой и третьей тетрадами) по В. Ирбер [9]; Eu*= (SmN+GdN)/2. Значения в хондритах приняты по [8 ]. 1 – альбит; 2 – гранат; 3 – флюорит; 4 – тортвейтит; 5, 6 – кальцит; 7, 8, 9 – турмалин 1 генерации.

Таблица 4

Отношения элементов и значения тетрадного эффекта фракционирования (ТЭФ) РЗЭ в минералах Кумирского месторождения

Отношения элементов и значения ТЭФ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Отношения в хондритах

Y/Ho

29,0

99,8

9,1

2933

20,1

22,5

26,2

20,6

93,0

29,0

Zr/Hf

11,3

6,7

6,6

4,6

0,98

36,0

30,3

37,7

7,5

36,0

La/Nb

2,1

0,11

5,8

286

42,3

12,2

35,7

11,5

2,34

30,75

La/Ta

27,6

0,37

22,7

499

104,9

151,5

530

160

6,0

17,57

Sr/Eu

724

1380

81,5

0,09

0,16

245

27,4

312

41,6

100,5

Eu/Eu*

0,65

0,27

0,21

2,04

0,37

0,11

0,16

0,13

0,12

1,0

Sr/Y

25,3

3,25

1,7

0,005

0,34

8,0

0,99

8,87

0,25

4,62

TE1,3

0,95

1,23

1,36

1,09

1,49

1,13

1,05

1,13

1,2

-

Примечание. ТЕ1.3 – тетрадный эффект фракционирования РЗЭ (среднее между первой и третьей тетрадами) по В. Ирбер [9]; Eu*= (SmN+GdN)/2. Значения в хондритах приняты по [8]. 1 – апатит; 2, 3 – кварц «льдистый»; 4 – ортит; 5 – монацит; 6, 7, 8 – пирит; 9 – турмалин 2 генерации.

На диаграмме соотношений Y/Ho – TE1,3 тренды увеличения значений ТЭФ коррелируются с уменьшением величин отношений Y/Ho. Однако для минералов «чёрных» руд величины этих отношений намного выше хондритовых значений, а для «белых» руд отношения Y/Ho уменьшаются от величин выше хондритовых к значениям меньше хондритовых (рис. 1). Наибольшие значения ТЭФ отвечают наименьшим величинам отношений Y/Ho.

gusev1.tiff

Рис. 1. Диаграмма соотношений Y/Ho – TE1,3 для минералов «белых» и «чёрных» руд месторождения Кумир. Минералы «белых» руд: 1 – апатит; 2 – кварц «льдистый»; 3 – ортит; 4 – монацит; 5 – пирит; 6 – альбит; 7 – флюорит; 8 – кальцит; 9 – турмалин 1 генерации; минералы «чёрных» руд: 10 – турмалин 2 генерации; 11 – гранат; 12 – тортвейтит

На диаграмме Eu/Eu* – TE1,3 тренды варьирования соотношений для минералов «белых» и «чёрных» руд пересекаются (рис. 2).

gusev2.tiff

Рис. 2. Диаграмма соотношений Eu/Eu* – TE1,3 для минералов «белых» и «чёрных» руд месторождения Кумир. Условные обозначения как на рис. 1

Оба тренда показывают деплетирование гидротермальных растворов на Eu.

Интерпретация результатов и выводы

Таким образом, содержания и соотношения элементов-примесей в минералах «белых» и «чёрных» руд различаются. Разные положения трендов на приведенных дигараммах зависят от физико-химических параметров среды минералообразования. Сравнение величин отношений Eu/Eu* для приведенных данных показывает, что чем выше указанное отношение, тем выше кислотность среды, согласно рядам кислотности-щёлочности А.А. Маракушева [7] для ряда элементов Sm, Gd, Eu в водно-сероводородных растворах при стандартных условиях. Следовательно, тренд изменения соотношений Eu/Eu* и ТЕ1,3 для минералов «чёрных» руд объясняется уменьшением кислотности среды минералообразования, а для минералов «белых» руд – увеличение кислотности среды кристаллизации. Таким образом, отложение минералов скандия происходило при снижении кислотности, а минералов урана и редких земель – в условиях повышения кислотности среды кристаллизации.