Редкие земли находят разнообразное применение, в том числе и в высоких технологиях. Поэтому весьма актуально изучение этого типа оруденения. Редкоземельная минерализация в Горном Алтае встречается во многих рудных месторождениях, в том числе формирует и самостоятельное оруденение. Редкоземельная минерализация эндогенного типа распространена в регионе в 4 основных типах оруденения:
1 – гидротермально-метасоматическом скандий-уран-редкоземельном;
2 – в редкометалльно-редкоземельном пегматитовом;
3 – нетрадиционном для региона гидротермально-осадочном железо-оксидно-редкоземельном;
4 – гидротермально-метасоматическом свинцово-цинковом по карбонатным породам (типа «манто»).
Примером гидротермально-метасоматического скандий-уран-редкозмельного оруденения является уникальное в Мире – единственное Кумирское месторождение, расположенное в правом борту нижнего течения р. Кумир. Месторождение сложено комплексными рудами при ведущей роли скандия, образующего собственный минерал (тортвейтит) в скоплениях, представляющих промышленный интерес. Оруденение приурочено к эндо- и экзоконтактовой зонам Кумирского штока. Скандий-уран-редкоземельное оруденение образует линзовидные тела и гнезда размером до 0,5×1,2×2,5 м, контролируемые метасоматическими залежами (альбит, серицит, турмалин, кварц), обычно крутопадающими и субвертикальными. Оно накладывается на субвулканические риолиты и на ороговикованные породы кумирской свиты. Рудные минералы: тортвейтит, гадолинит, талинит, иттриалит, иттробритолит, монацит, касситерит, уранинит, браннерит, коффинит, настуран, метацейнерит, эпиянтинит, торит, ортит. Присутствуют: пирит, пирротин, халькопирит, сфалерит, арсенопирит, берилл, флюорит, турмалин, фторапатит, топаз. Детально вещественный состав руд Кумирского месторождения описан нами ранее [2]. Содержания РЗЭ (в оксидной форме) в рудах составляет тысячные–десятые доли процента для каждого элемента. Содержание скандия – сотые до десятых долей процента. Содержание урана не превышает 0,053–0,061 %. Кроме этого установлена минерализация ртути в количестве до 0,3 %. Запасы и прогнозные ресурсы (С2 + Р1 + Р2) скандия, иттрия, урана, тория, рубидия и ниобия по отдельности составляют сотни тонн.
Ортитовое месторождение локализуется в Саввушинском рудном узле площадью около 310 кв. км. при длине 27,5 км и ширине до 17 км и тяготеет к структурам Рудного Алтая. Его вмещают позднепермско-раннетриасовые гранитоиды синюшинского комплекса и вулканогенно-осадочные породы среднего – позднего девона [3]. Н.М. Кужельным выделяются пять фаз внедрения гранитов и отдельно серия даек и разных жил. Попытка дифференцировать их по абсолютному возрасту, равному в целом для массива по К-Аг методу 185–215 млн. лет, не увенчались успехом, поскольку продолжительность интервалов между внедрениями фаз находится в пределах точности анализа. Ортитовое месторождение находится в Саввушинском гранитоидном массиве. К наиболее известным относится тело Ортитовая Сопка, находящееся в северной части массива к востоку от Колыванского озера. Его наибольшие размеры в плане около 25–30 м. По Н.М. Кужельному, оно имеет зональное строение (от гранитов к центру):
1) зона (около 1 м) пегматита с письменной и грубозернистой структурой и включениями (3–1,5 см) кварца, биотита;
2) зона (1,5 м) пегматита с гранитной гигантозернистой структурой, сложенная серым кварцем (40–10 см), микроклином и кристаллическим альбитом (до 50 см), мусковитом, эпидотом (до 10–13 см), реже пиритом;
3) блоковая зона (1–13 м) микроклина с мусковитом, пиритом, гнездами и кристаллами ортита массой до 3 кг и более;
4) зона замещения, состоящая из альбита с мусковитом и кварцем (1,5 м);
5) кварцевое ядро (9,2 м) с микроклином, альбитом, занорышами горного хрусталя.
Ортит здесь впервые обнаружен П.П. Пилипенко. В 1911 г. им из одного гнезда извлечено 15 кг ортита, а также найден кристалл длиной около 30 см и массой 3 кг. Нами обнаружен столбчатый кристалл размером 3,8×0,5 см, имеющий зональное строение.
В пределах Холзунского рудного поля с одноименным апатит-магнетитовым месторождением выполнено переопробование нижнего рудоносного горизонта Тургусунского участка, где было выявлено проявление ортита Э.Г. Кассандровым в 1969–1970 годах. В пробах-протолочках и в шлифах помимо фторапатита нами установлены ортит и монацит, нередко ассоциирующие с цериевым эпидотом и калиевым полевым шпатом. Размеры выделений ортита варьируют от 0,5 до 14 мм. Содержание иттрия в штуфных пробах составили 0,52–1,34 %, церия от 0,64 до 2,1 %. Аналогичные руды с ортитом и монацитом выявлены нами на Северном участке Холзунского рудного поля в тесной ассоциации с апатитом, эпидотом, спекуляритом. В этой связи определённый интерес представляет вся полоса распространения рудоносного горизонта от Холзуна до Коргона (около 100 км) и проявления железа оксидного типа. Как известно, в последнее время, апатит-магнетитовые, гематитовые месторождения рассматриваются в составе комплексного железо-оксидного медно-золотого класса месторождений, характеризующегося повышенными концентрациями редких земель [5, 6].
Для выяснения геохимических особенностей некоторых типов оруденения проанализированы монофракции ортитов из месторождений Холзун и Ортитовая Сопка методом ICP-MS в лаборатории ИМГРЭ (г. Москва). Некоторые геохимические параметры по ортитам cведены в табл. 1. Для сравнения приведены соотношения РЗЭ в хондритах.
Следует отметить, что все разновидности ортитов в проанализированных месторождениях относятся к иттроортиту с содержанием иттрия от 7,5 до 8,2 %. Во всех случаях отмечаются резкие преобладания лёгких РЗЭ над средними и тяжёлыми, что подтверждается соотношениями, приведенными в табл. 1. Эти же соотношения намного превышают таковые в хондритах, указывая на значительную трансформацию редкоземельных элементов в геологических процессах, связанных с влиянием флюидов, обогащённых фтором и фторкомплексами (в пегматитовом процессе и в составе эксгаляций, формировавших апатит-магнетитовые руды с фторапатитом). Соотношение Eu/Eu* в проанализированных ортитах намного меньше, чем в хондритах. В пегматитовом ортите наблюдается отчётливый тетрадный эффект фракционирования, намного превышающий пороговое значение 1,1 для выпуклого типа кривой распределения РЗЭ, характерного для М-типа лантанидного фракционирования. В ортите эксгаляционно-осадочного типа руд (Холзун) выявляется слабо проявленный W-тип фракционирования с вогнутой кривой распределения РЗЭ. При этом тетрадный эффект сопровождается изменением отношений некоторых элементов, не характерных и резко отличающихся от таковых в хондритах. Эти «не характерные» отношения элементов возникают в высоководных системах, обогащённых летучими компонентами и в первую очередь фтором. В водных растворах ионы РЗЭ взаимодействуют с различными лигандами, связанными с комплексообразованием при участии молекул воды. Минеральное фракционирование как причина тетрадного эффекта не подтверждается расчётами Релеевского фракционирования, которое также не может объяснить тренды Eu/Eu* [7]. Кроме того, ранее считалось, что появление негативной аномалии по европию в магматических образованиях связывалось с явлением фракционирования полевых шпатов. В наших примерах о фракционировании полевых шпатов не может идти речи, особенно для ортитов из эксгаляционного-осадочных руд Холзуна. В ортитах проявления ортитовая Сопка проявлен М-тип тетрадного эффекта фракционирования РЗЭ.
Таблица 1
Отношения некоторых РЗЭ и значения тетрадного эффекта в ортитах месторождений Холзун и Ортитовая Сопка
|
Отношения РЗЭ и тетрадный эффект |
Холзун |
Ортитовая Сопка |
Хондрит |
|
|
Ядро кристалла |
Периферия кристалла |
|||
|
La/SmN |
306,7 |
301,1 |
328,8 |
1,63 |
|
La/YbN |
967,7 |
854,1 |
856,5 |
1,51 |
|
La/LuN |
6100,6 |
5038,4 |
5184,8 |
0,975 |
|
Y/Ho |
138,3 |
147,1 |
184,3 |
29,0 |
|
Eu/Eu* |
0,15 |
0,14 |
0,18 |
0,32 |
|
TE1,3 |
0,84 |
1,52 |
1,80 |
- |
Примечание. ТЕ1.3 – тетрадный эффект по В. Ирбер [7]. Eu* = (SmN + GdN)/2. Концентрации РЗЭ нормированы по хондриту [4].
Ранее нами показано, что проявление тетрадного эффекта фракционирования РЗЭ связано с высоководными, обогащенными летучими компонентами флюидами, и, в первую очередь, фтором, бором, углекислотой, фосфором, хлором. Такие летучие компоненты имеют значительное влияние на эволюцию магматизма, температур солидуса и ликвидуса магм, вязкости силикатного расплава, кристаллизационной последовательности минералов из расплавов, а также на поведение рассеянных элементов и их разделение между флюидом и расплавом. Фракционирование РЗЭ при тетрад-эффекте происходит при участии сложных комплексных соединений фтор-комплексов [1]. При этом намечается корреляция величины тетрадного эффекта и степени обогащённости системы фтором. Выявление тетрадного эффекта в различных геологических образованиях важно потому, что он сопровождается характерными аномальными параметрами флюидного режима в магматических, метасоматических, пневматолито-гидротермальных и гидротермальных процессах, определяющих их потенциальную рудогенерирующую способность.
Гидротермально-метасоматический тип свинцово-цинкового оруденения по карбонатным породам (тип «манто») широко распространён в Горном Алтае и представлен месторождениями Ширгайтинским, Ильинским, Верхне-Кастахтинским и проявлениями Урманским, Сергеевским и другими. Примером месторождений гидротермально-метасоматического типа «манто» является Ширгайтинское месторождение. Находится оно в правом борту р. Песчаной. Полиметаллическое оруденение приурочено к контактам карбонатных пород (известняков, известково-глинистых сланцев) с межпластовыми телами кварцевых альбитофиров. Основные рудные тела залегают в лежачем боку кварцевых альбитофиров, мелкие рудные линзы прослеживаются вдоль висячего зальбанда. Гидротермально-метасоматические руды сложены кварцем, карбонатами, актинолитом, хлоритом. Рудные минералы: молибденит, шеелит, пирротин, сфалерит, галенит, халькопирит, блеклая руда, пирит, редкие – марказит, айкинит, геокронит, гаунахуатит, самородный висмут, редко отмечаются ортит и ксенотим. Содержания (%): свинца – 1,51; меди – 1,21–1,22; цинка – 0,84–3,77; триоксида вольфрама – 0,01–0,04; молибдена – 0,01–0,03; серебра – 0,4–64,8 г/т. Местами отмечается золото до 0,8г/т. Из редких и редкоземельных элементов отмечены (в г/т): германий – 3,5–20, галлий – 5–35, таллий – 2–32, иттрий – 200–2000, церий – 100–1000, лантан – 40–500.
Верхне-Кастахтинское месторождение находится в верховьях ручья Кастахты и контролируется зоной Чарышско-Теректинского разлома. Было выявлено в 1952 году Нешумаевой К.Д. и исследовано Фоминых А.Д. Участок месторождения сложен породами верхнеживетской эффузивно-осадочной толщи. Рудовмещающей является ее средняя часть мощностью 150–180 м, представленная известковистыми и углисто-глинистыми сланцами с прослоями кислых туфов, туфогенных и полимиктовых песчаников. Верхнеживетские отложения прорваны небольшим массивом пироксенового габбро, малым телом гранит-порфиров и дайками диабазов. Месторождение приурочено к западному крылу Каерлыкской синклинали, имеющему крутое (56–70°) падение на В и сопряженному по разломам с западным крылом Терехтинской антиклинали. Рудное тело представляет собой межпластовую залежь, образованную путем метасоматоза известковисто-глинистых сланцев, расположенную в месте сопряжения трещин северо-восточного направления с благоприятными для рудоотложения породами в контакте малой интрузии кислого состава. В трещинах в ряде случаев наблюдается прожилковое оруденение (мощность прожилков 2–3 см). Эрозией в месте наиболее глубокого вреза вскрыта лишь верхняя часть рудного тела. Оно прослежено на 300 м при мощности богатых руд 11 м. По данным химического и спектрального анализов бороздовых и точечных проб установлено содержание свинца 0,24–6,88 %; цинка 0,62–10,32 %; меди 0,01–3,45 %, серебра от 10 до 124 г/т. Отмечается увеличение содержания полезных компонентов с глубиной. Мощность оруденелых вмещающих пород в висячем боку рудного тела 60–65 м, в лежачем – не установлена. Эти породы содержат свинца от сотых долей до 2,34 %; цинка – от десятых до 3,04 % и меди – до 1,18 %. Руды содержат в виде примесей группу цветных и редких металлов и редких земель. По данным спектрального анализа точечных и бороздовых проб установлено содержание рубидия – 0,035 %; кадмия – 0,02 %; циркона – 1 %; олова – более 0,1 %; лантана – 0,15 %; ниобия – 0,01 %; иттербия – 0,03–0,3 %; иттрия – 0,05–0,2 %; церия – 0,1–0,4 %. По данным изучения полированных шлифов руды являются полиметаллическими вкрапленными и прожилковыми, слабо окисленными с поверхности. В наиболее богатых рудах количество рудных минералов составляет 20 % от общего объема породы. Руды представлены, в основном, сфалеритом, халькопиритом, галенитом и пиритом, встречающимися совместно с кварцем, карбонатами, баритом и флюоритом. Реже отмечаются буланжерит, геокронит, джемсонит, самородный висмут, аргентит, ортит, ксенотим. Этот сравнительно простой состав выдержан на всем протяжении рудной зоны. Структурные взаимоотношения между рудными минералами указывают на почти одновременную кристаллизацию, что отличает их от типичных полиметаллических руд Рудного Алтая. Формирование сульфосольной ассоциации с самородным висмутом и аргентитом происходило одновременно с галенитом поздней генерации. Фоминых А.Ф. в 1959 году произвел подсчет прогнозных запасов по рудному телу, имеющему длину 300 м при средней мощности 12,7 м на глубину 150 м. При средних содержаниях свинца 1,62 %; меди 0,22 %; цинка 2,40 % общие запасы руды (объемный вес 2,9) составляют 828 676 тыс. т. Запасы металлов в руде составляют: свинца – 13 424 тыс. т; цинка – 19 888 тыс. т; меди – 1 823 тыс. т. Участок заслуживает постановки детальных поисково-разведочных работ.
На проявлении Урманском, кроме основных свинцово-цинковых минералов (галенита, сфалерита, а также более редких – буланжерита, айкинита, геокронита, гаунахуатита, самородного висмута) нами отмечены собственно редкоземельные минералы – ксенотим и ортит. Содержания редкоземельных элементов варьируют (в г/т): лантана – от 50 до 650, церия – от 100 до 870, иттрия – от 150 до 1980, иттербия от 50 до 200.
Таблица 2
Минерагеническая таблица полиметаллического оруденения Алтая
|
Типы оруденения |
Типовые объекты |
Параметры рудных тел, м |
Главные жильные минералы |
Главные рудные минералы |
Содержания элементов, %, г/т |
Типомрфные ассоциации |
Запасы, (тыс. т) |
|
Тип «манто» |
Ширгайтинское, Ильинское, Верхекастахтинское |
M = 1,5–5; L = 580–1300; Н = 300–350 |
Q, Ep, Kzt, Sid, Ank, Akt, Chl |
Sf, Gl, Cp, Mo, Shc, Po, Mr, Bn, Tt, Py, Apy, бурнонит, сам. Bi, Vil |
Pb = 1,2–6,8; Zn = 3,7–10,3 Cu = 0,8–3,4 Ag = 10–495 Bi = 20–115 Cd = 150–300 Ge = 3,5–20 Ga = 5–35 Tl = 2–33 Y = 200–2000 Ce = 100–1000 La = 40–500 Au = 0,2–0,8 |
Джемсонит–Геокронит–Буланжеритиовая; Бурнонит, Айкинит, Аргентит, самородный Bi Ортит Монацит ксенотим |
C1: Pb = 10-15 Zn = 18-20 Cu = 2-10 |
|
«Рудно Алтайский» |
Урсульское |
M = 3,3–5 L = 65–600; Н = 250–300 |
Q, Sz, St, Ba, Chl, Alb, Tal |
Sf, Gl, Cp, Py |
Pb = 0,5–3,2 Zn = 1,8–3,5 Cu = 0,1–0,3 Ag = 2,6–150 Au = 0,2–0,3 |
Py–Gl–Sf |
- |
Примечание. Параметры рудных тел (в м.): M – мощности; L – длина по простиранию; H – длина по падению. Минералы: Q – кварц; Ep – эпидот; Kaol – каолин; Kzt – кальцит; Sid – сидерит; Ank – анкерит; Akt – актинолит; Chl – хорит; Sz – серицит; Ba – барит; Tal – тальк; Fl – флюорит; HidBt – гидробиотит; Sf – сфалерит; Gl – галенит; Cp – халькопирит; Mo – молибденит; Shc – шеелит; Vil – виллемит; Po – пирротин; Mr – марказит; Tt – тетраэдрит; Py – пирит; Apy – арсенопирит; Alb – альбит; St – стильпномелан.
Таким образом, эндогенная редкоземельная минерализация в регионе представлена разнообразными геолого-промышленными типами оруденения:
1 – гидротермально-метасоматическим скандий-уран-редкоземельным4
2 – редкометалльно-редкоземельным пегматитовым;
3 – нетрадиционным для региона гидротермально-осадочным железо-оксидно-редкоземельным;
4 – гидротермально-метасоматическим свинцово-цинковым по карбонатным породам (типа «манто»).
Во всех геолого-промышленных типах оруденения присутствуют собственные редкоземельные минералы: ортит, монацит, ксенотим, реже иттриалит, иттробритолит. Наибольшими перспективами обладают:
1 – скандий-уран-редкоземельное месторождение Кумир гидротермально-метасоматического типа;
2 – гидротермально-осадочное железо-оксидно-редкоземельное апатит-магнетитовое Холзунское месторождение.
Перспективен также и гидротермально-метасоматический свинцово-цинковый тип в карбонатных породах (тип «манто»), который изучался в регионе в 50–60 годы прошлого века.
Содержания основных редкоземельных элементов имеют промышленные значения и могут извлекаться при переработке из комплексных руд всех типов оруденения региона. Оцененные запасы и прогнозные ресурсы редких земель достаточны для отработки комплексных руд.