Scientific journal

Modern high technologies

ISSN 1812-7320

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,940

Апатит-магнетитовое оруденение имеет важную роль не только в добыче основного полезного компонента – железа, но и второстепенных ингредиентов руд – редкоземельных элементов, ванадия. Апатит-магнетитовые месторождения относятся к железо-оксидному медно-золоторудному классу месторождений (IOCG) типа Кируна-Ваара. Цель исследования – типизировать железо-оксидные медно-золоторудные объекты Центрально-Азиатоского складчатого пояса.

Результаты исследования

Такое оруденение распространено в пределах Белоубинско-Сарымсактинской металлогенической области Центрально-Азиатского складчатого пояса (ЦАСП) (рис. 1). Типичным представителем IOCG-месторождений типа Кируна является Холзунское месторождение на границе России и Казахстана [1, 2, 3]. К этому же типу в западной части ЦАСП относятся месторождения: Волковское (Россия), Маркакульское (Казахстан), Абагонг, Мынку (Китай) [1]. Тип Кируна-Ваара определяется по своему прототипу – месторождениям железорудной провинции Кируна в северной Швеции как монометальные, низко-Ti магнетит-апатитовые месторождения с невысокими содержаниями Au и Сu.

Эти месторождения по возрасту и генетически связаны с вмещающими их вулканическими и плутоническими породами. Железорудное оруденение связано с Na и Na–Ca метасоматозом, предвестником возможной Au–Cu минерализации как во внутрикратонной обстановке, так и в континентальных дугах. Железорудные тела могут служить благоприятной средой для формирования более поздней IOCG минерализации другого типа (например, типа Клонкарри).

Проанализирован состав магнетита исследуемых месторождений (табл. 1). Для месторождений Холзун, Маркакуль, Мынку определяется однородный состав магнетитов. Близки они и скарново-магнетитовым месторождениям Кузбасса. Отличие от скарново-магнетитовых объектов выявляется по соотношениям 100×V2O5/FeOt и 100×TiO2/FeOt в магнетитах. По первому соотношению (100×V2O5/FeOt) месторождения апатит-магнетитового типа отличаются значительно более высокими значениями (на целый порядок). Наоборот, соотношения 100×TiO2/FeOt в магнетитах апатит-магнетитовых в два раза ниже, чем в скарновых объектах Кузнецкого Алатау. Такие значения указанных соотношений элементов характерны для вулканогенно-связанных железорудных месторождениях типа Кируна и отличаются от континентальных вулканогенно-вмещающих месторождений, скарнов и других магматогенных месторождений железа.

Рис. 1. Схема размещения орудепения IOCG в западной части Алтае-Саянского региона: 1 – мезо-кайнозойский чехол крупных впадин (К – Кулундинской; Д – Джун rape кой); 2 – буквенное обозначение террейнов и супертеррейнов. Алтае-Монголо-Саянская складчато-глыбовая система: ЧИ – Чарышско-Инской; ТС – Талицко-Слюдянский; АЧ – Ануйско-Чуйский; КА – Кузнецко-Алтайский; БЛ – Балхашско-Лебедекой; ВА – Восточно-Алтайский; ЗС – Западно-Саянский; СМ – Саяно-Монгольский; МА – Монголо-Алтайский; УЛ – Улэгейский; ХО – Ховдский; АХ – Алтан-Хухэйский; Зайсаиская складчатая система: Рудно-Алтайский; ВК – Восточно-Калбинско-Фуюнский; ЗК – Западно-Калбинский; ЖС – Жарма-Caypский – Барун-Хурайский; ПЭ – Перкин-Эртайский; ЧТ – Чингиз-Тарбагатайская складчатая система; ДБ – Джунгаро-Балхашская складчатая система; 3 – тектонические границы: a – складчато-глыбовых систем; б – террейнов; в – скрытые под чехлом рыхлых отложений; 4 – Холзунско-Коктагайский железорудный пояс; 5 – Белоубинско-Сарымсактинскан железорудная зона; 6– государственные границы; 7 – вулканогенно-осадочные железорудные месторождения и проявления; IOCG – месторождения и проявления: 8 – скарнового типа; 9 – тип Кируна; 10 – типа Олимпик Дэм; 11 – типа Клонкэрри; 12 – типа Палабора. Тектоническая основа по [2; 6; 7; 22; 24]. Цифрами на схеме обозначены месторождения; упоминаемые в тексте: 1 – Белореикое; 2 – Инское; 3 – Кедровское; 4 – Чесноковское-1; 5 – Коргонское; 6 – Тимофеевское; 7– Чесноковское-2; 8 – Коксинское; 9– Холзунское; 10 – Бухтарминское; 11 – Маркакульское; 12– Волковское; 13– Малокарбайское; 14 – Карасугское; 15 – Кубадринское; 16 – Кокоринское; 17 – Каракульское; 18 – Асхатин; 19 – Пограничное; 20 – Озерное; 21 – Рудный Лог; 22 – Уландрыкское; 23 – Калгутинскос; 24 – Водопадное; 25 – Абагун; 26 – Мынку

Из элементов-примесей в магнетитах наибольшее значение имеет германий, содержания которого в магнетитах апатит-магнетитовых месторождений варьируют: Холзунское месторождение – от 0,2 до 25 г/т, Маркакульское – от 0,5 до 21 г/т, Мынку – от 0,5 до 24 г/т. В рудах указанных месторождений средние содержания германия (г/т) составляют: Холзунское – 5,5, Маркакуль – 4,3, Мынку – 3,7. Такие повышенные содержания германия в рудах характерны для типичных осадочных и метаморфизованных осадочных месторождений.

В последнее время выявлены перспективы апатит-магнетитовых руд на редкие земли, что на много повышает их перспективы. Наиболее детально изучены особенности распределения редких земель в рудах Холзунского месторождения.

Таблица 1

Составы магнетитов (масс. %) различных типов железорудного оруденения западной части Центрально-Азиатского складчатого пояса

Примечание. Анализы выполнены в Лаборатории Испытательного Западно-Сибирского Центра (г. Новокузнецк); FeOt – суммарное содержание трёхвалентного и двухвалентного железа. Апатит-магнетитовые месторождения: Холзунское месторождение: 1 – первая генерация, 2 – вторая генерация; Маркакульское (Казахстан): 3 – первая генерация, 4 – вторая генерация; 5 – магнетит месторождения Мынку (Китай); скарновые месторождения Кузнецкого Алатау: 6 – Табратское; 7 – Хайлеолское.

Геохимия редких земель минералов Холзунского рудного поля. Концентрации редких земель в минералах рудного поля приведены в табл. 2.

Таблица 2

Содержания редкоземельных элементов в минералах Холзунского рудного поля (гт)

Примечание. Анализы выполнены в Лабораториях ИМГРЭ (г. Москва) и ИГиМ СО РАН (г. Новосибирск) методом ICP-MS. Нормализация некоторых РЗЭ проведена относительно концентраций в хондрите по [4]. Eu* = (SmN + GdN)/2. Апатит-содержащие руды: 1 – ортит; 2 – апатит 1 генерации; 3 – апатит 2 генерации; 4, 5 – пирит; 6 – магнетит; 7, 8 – спекулярит 1 генерации; 9, 10 – спекулярит 2 генерации; без апатитовые руды: 11 – спекулярит 1 генерации; 12, 13 – магнетит, 14 – десмин.

Анализ таблицы показывает, что апатитовые руды Холзунского рудного поля характеризуются самыми высокими концентрациями редкоземельных элементов. В них появляются такие минералы, как ортит, монацит, цериевый эпидот. Для них характерны самые высокие отношения LaSmN LaYbN, указывающие на фракционированный тип распределения РЗЭ. Отношение EuEu* в ортите самое высокое и образует положительную аномалию в спектре распределения РЗЭ на хондрит-нормализованной кривой (рис. 1).

При этом микроскопические данные свидетельствуют, что максимальные концентрации РЗЭ в общей последовательности минералообразования характерны для самых ранних эпизодов становления руд, где и формировались фторапатит, минералы редких земель, магнетит, пирит, ранние генерации спекулярита. При этом замечено, что эта ассоциация приурочена к самому нижнему стратиграфическому уровню оруденения в пределах Холзунского рудного поля. В верхних горизонтах появляются минералы полиметаллической ассоциации – пирит-сфалерит-галенитовые. Они же локализуются на латеральных выклинках рудоносных горизонтов.

Без апатитовые руды намного беднее суммой РЗЭ. Однако в некоторых минералах происходит относительное обогащение некоторыми редкими землями. Так сравнение спекулярита 1 генерации в апатитовых рудах со спекуляритом в без апатитовых рудах свидетельствует об относительном обогащении поздней генерации (в без апатитовых ассоциациях) всеми редкоземельными элементами. Аналогичная картина наблюдается для магнетита (табл. 1). На раннем этапе происходило заметное селекционирование и обогащение всей группы РЗЭ в самых ранних генерациях за счёт резкого обеднения флюидов редкими землями, которые в значительном объёме израсходовались при кристаллизации собственно редкоземельных минералов (ортита, монацита, ксенотима, цериевого эпидота). Это хорошо заметно в ранней и поздней генерации апатита. Во второй генерации апатита заметно более низкие концентрации всех РЗЭ. Параллельно происходит снижение соотношений лёгких к средним и лёгких к тяжёлым редким землям. Почти на порядок снижается и отношение EuEu* во второй генерации апатита, по сравнению с первой.

Для выяснения геохимических особенностей апатит-магнетитового оруденения Холзунского рудного поля проведено сравнение составов ортитов из месторождений Холзун и Ортитовая Сопка (пегматитовый объект среди гранитов Саввушинского массива) с вычислением тетрадного эффекта фракционирования РЗЭ. Результаты сравнения приведены в табл. 3. Для сравнения приведены соотношения РЗЭ в хондритах.

Таблица 3

Отношения некоторых РЗЭ и значения тетрадного эффекта в ортитах месторождений Холзун и Ортитовая Сопка

Примечание. ТЕ1.3 – тетрадный эффект по В. Ирбер [5]. Eu* = (SmN+GdN)/2. Концентрации РЗЭ нормированы по хондриту [4].

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 таблице. 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 (рис. 1). На хондрит-нормализованной кривой выявляются два пика позитивных аномалий по европию и диспрозию. Негативная аномалия на этой кривой наблюдается для самария.

Рис. 2. Спектры распределения РЗЭ в ортите Холзунского рудного поля. Концентрации РЗЭ нормированы по хондриту [4]

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* [5]. Кроме того, ранее считалось, что появление позитивной аномалии по европию в магматических образованиях связывалось с явлением отсутствия фракционирования полевых шпатов. В наших примерах о фракционировании полевых шпатов не может идти речи, особенно для ортитов из эксгаляционного-осадочных руд Холзуна. 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 с участием сложных комплексных соединений – фтор-комплексов. 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, эксгаляционно-осадочных и гидротермальных процессах, определяющих их потенциальную рудогенерирующую способность.

Обсуждение результатов и выводы. Приведенные данные показывают, что фракционирование РЗЭ происходит и при процессах ликвации в глубинном рудогенерирующем очаге, последующем эксгаляционно-осадочном рудоотложении, в результате которых сформировались руды Холзунского рудного поля. При этом выявляется W-тип тетрадного эффекта фракционирования, протекающий при значительном участии фторидных, фосфорных и водных флюидов, фиксируемых при формировании оруденения на месторождении Холзун, а также во всех проявлениях рудного поля, в том числе и при формировании своеобразного редкоземельного оруденения. Таким образом, апатит-магнетитовые месторождения западной части ЦАСП характеризуются специфическими особенностями состава руд, магнетита и сопутствующего оруденения. Для руд характерны повышенные концентрации редких земель и германия, что на много повышает перспективы этих месторождений, как комплексного сырья. Рудообразование протекало при участии тетрадного эффекта фракционирования редкоземельных элементов W-типа, сопровождающиеся высокими концентрациями во флюидах воды, фтора, бора и других летучих компонентов. Формирование апатит-магнетитовых месторождений проходило эксгаляционным путём в рифтогенной внутриконтинентальной обстановке, инициированной плюмтектоникой.