CC BY
91
ГЕОЛОГО-МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 549.08
МОРФОЛОГИЯ И ОСОБЕННОСТИ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА МОНАЦИТА В КАРБОНАТИТАХ КОСЬЮСКОГО МАССИВА (СРЕДНИЙ ТИМАН)
Н.С. КОВАЛЬЧУК, Т.Г. ШУМИЛОВА, И.В. КОЗЫРЕВА
Институт геологии Коми НЦ УрО РАН, г.Сыктывкар [email protected]
В результате микрозондовых исследований в совокупности со сканирующей электронной микроскопией установлены морфологические и химические особенности монацита и получены сведения о его взаимоотношениях с породообразующими и рудными минералами. Отмечены значительные вариации в химическом составе монацита, приведены разнообразные морфологические типы его выделений и определены три основные разновидности минерала.
Ключевые слова: монацит, карбонатиты, Косьюский массив, Тиман
N.S. KOVALCHUK, T.G. SHUMILOVA, I.V. KOZYREVA. MORPHOLOGY AND CHARACTERISTICS OF CHEMICAL COMPOSITION IN MONAZITE OF CARBONATITES OF THE KOSYU MASSIF (MIDDLE TIMAN)
Microprobe studies as well as scanning electron microscopy allowed estimating the morphological and chemical features of monazite and receiving information about its relationship with the rock-forming and ore minerals. The significant variations in the chemical composition of monazite were marked. Different morphological types of its varieties were shown, three main varieties of the mineral were identified.
Key words: monazite, carbonatites, Kosyu massif, Timan
Карбонатитовые массивы известны в различных частях Земного шара и представляют большой интерес как основной источник редкоземельного сырья. В 1946-1950 гг. были открыты карбонатитовые проявления Тиманской провинции ультраще-лочных комплексов. Их изучением в разные годы занимались А.Б.Наливкин, М.И.Осадчук, Ю.П.Ивен-сен, В.Г.Черный, В.И.Степаненко, П.И.Костюк, А.Б.Ма-кеев и другие исследователи [1, 2]. Среди карбона-тивных проявлений наиболее перспективным является Косьюский массив, расположенный на северозападной оконечности Тимана (Четласский Камень).
Карбонатиты Косьюского массива слагают жилоподобные тела, штокверки и зоны карбонати-зации. Тела карбонатитов имеют зональное строение. Периферические их части сложены карбонати-тами внешних зон, обогащенными силикатными минералами, а осевые части - карбонатитами тыловых зон, состоящими из карбонатов более чем на 80 %. По данным В. И. Степаненко [1], формирование гидротермально-метасоматических пород массива, включая карбонатиты, происходило путем преобразования вмещающих осадочно-метаморфических пород и ультрамафитов под воздействием единого флюида, имеющего мантийный источник.
В настоящее время карбонатиты Косьюского массива, несмотря на производственные работы, проведенные в 1970-1980 гг., отличаются наименьшей степенью изученности и слабой исследо-ванностью форм нахождения редкоземельных элементов (РЗЭ), что является одной из важнейших проблем при дальнейшей оценке перспективности данного объекта.
Тем не менее, установлено, что косьюские карбонатиты характеризуются присутствием заметного количества редкоземельных минеральных фаз, главным из которых является монацит. Ранее среди редкоземельных фаз в карбонатитах Косью-ского массива также были выявлены бастнезит, паризит и ксенотим [1, 3]. Современная приборная база позволила нам провести детальное изучение вещества на микроуровне и дала возможность получить существенно более точные сведения о минеральных фазах.
Нами впервые для данного объекта были проведены микрозондовые исследования редкоземельных минеральных фаз (более 300 анализов) с последующей их идентификацией [4]. Микрозондо-вые исследования проводились в Институте геологии Коми НЦ УрО РАН на сканирующем электрон-
ном микроскопе JSM-6400 с энергодисперсионной приставкой Link, ISIS-300.
Выполнение микрозондовых исследований в совокупности со сканирующей электронной микроскопией позволило оценить не только особенности химического состава анализируемых фаз, но и получить сведения о взаимоотношениях редкоземельных фаз с породообразующими и рудными компонентами. В косьюских кар-бонатитах были диагностированы: монацит, бастнезит, пирохлор, а также минеральные фазы, ранее неизвестные для данного объекта: анкилит, Nb-содержащий рутил, молибденит, гатчеттолит, серебро, циркон, марматит, англезит, стронцианит, торит (хаттонит) и карбоцернаит. Установлено, что основные породообразующие и акцессорные минералы карбонатитов в той или иной степени содержат РЗЭ в виде примесей [5, 6].
В данной работе мы представляем результаты исследования особенностей морфологии и химического состава монацита, так как он может служить важным редкоземельным индикатором условий породо- и рудообразования.
Как было указано, монацит является одной из наиболее распространенных редкоземельных фаз в косьюских карбо-натитах. Выделения монацита могут занимать до 20-30 % площади аншлифа. Он образует как отдельно взятые микроскопические зерна размерностью около 1 мкм с кристаллическими очертаниями, так и многочисленные сноповидные и игольчатые агрегаты (рис. 1, а-к). Часто встречаются скопления игольчатых агрегатов монацита с гематитом (рис. 1, а, г, е). Кроме того, монацит может образовывать каемки на зернах пирита и составлять с ним сростки (рис. 1, и, к). Монацит встречается в виде скоплений микронных призматических кристаллов, погруженных в хлоритовую массу (рис. 1, ж). Кроме того, образует тесные срастания с редкоземельным карбонатом (рис. 1, в) и может содержать включения молибденита.
Особенно эффектными выглядят выделения монацита в виде необычных сноповидных образований (рис. 1, б), являющихся нехарактерными для собственно монацита и, по нашему мнению, вероятно, представляют собой псевдоморфозы по микрокристаллитам породообразующей карбонатной массы, образовавшиеся в ходе метасоматического процесса.
Монацит находится, главным образом, внутри породообразующих карбонатов (чаще в доломите), но иногда встречается в редкоземельных карбонатах, кварце и кальците. Составы монацита,
Рис. 1. Электронно-микроскопические изображения монацита (в режиме упруго-отраженных электронов): а - агрегат игольчатых и сноповидных выделений монацита (белый) в сочетании с гематитом (светло-серый) в породообразующем карбонате, образец С 354-1/15; б - сноповидные выделения монацита (белый) в породообразующем карбонате, образец С 354-1/16; в - монацит (темно-серый) в тесном срастании с редкоземельным карбонатом (светло-серый), образец С 3442/34; г - выделения монацита (белый) в сочетании с гематитом (светло-серый), образец С 250-8; д - игольчатый агрегат монацита, образец С 250-9; е - игольчатый агрегат монацита (белый) в тесном срастании с гематитом (серый), образец С 250-11; ж - выделения монацита (белый) в сочетании с хлоритом, образец С 180-14; з - монацит (белый) выполняет микротрещинки в карбонате, образец С 250-7; и - монацит (белый) в тесном срастании с пиритом (серый), образец С 250-23; к - кайма монацита вокруг кристалла пирита, образец С 180-16.
приведенные в таблице, и снимки, представленные на рис. 1, позволяют оценить особенности его химического состава в зависимости от форм выделения и сонахождения с другими минералами.
Состав минерала характеризуется существенной изменчивостью соотношений как основных минералообразующих компонентов, так и примесей (см. таблицу). По соотношению главных минералообразующих компонентов (Ce2O3 и La2O3) в косьюских кар-бонатитах выделяются три основные разновидности монацита. К первой мы отнесли лантановый монацит, у которого содержание La2O3 больше или равно содержанию Ce2O3. Содержание La2O3 находится в пределах от 29.53 до 34.11 мас. %, при Ce2O3 - (28.5934.07 мас. %). Постоянной примесью для этой разновидности является Nd2O3, концентрации которого лежат в пределах от 3.47 до 5.29 мас.%. Содержания Pr2O3 составляют 0.07-2.25 мас.%, ThO - до 0.66 мас.%. Кроме того, постоянно отмечаются примеси CaO и SrO. Монацит этой группы образует удлиненнопризматические кристаллы в зернах породообразующего доломита, реже в кварце и кальците. Ассоциирует преимущественно с гематитом и стронцианитом.
Вторая разновидность (преобладающее количество анализов) представлена монацитом с высокими содержаниями La2O3 от 24.26 до 30.70 мас. %, Ce2O3 - 30.77-37.92 мас. %. Nd2O3 характеризуется значениями 2.61-5.98 мас. %, а Pr2O3 составляет 1.21-3.16 мас. %. Примесь ThO не превышает 0.45 мас. %. Последние две группы объединяет присутствие в составе монацита примеси SrO, концентрации которого лежат в пределах от 1.61 до 5.16 мас. %. Постоянной примесью в косьюском монаците является CaO, содержание которого в последних двух группах варьирует от 0.61 до 5.97 мас. %. Морфология монацита данной группы представлена широким спектром выделений. Он образует отдельно взятые зерна с кристаллическими очертаниями, удлиненно-призматические кристаллы в породообразующем доломите и кварце, также многочисленные сноповидные и игольчатые агрегаты. Часто встречаются скопления игольчатых агрегатов монацита с гематитом. Кроме того, монацит образует сростки с пиритом и редкоземельным карбонатом. Ассоциирует с гематитом, пиритом, стронцианитом, бастнези-том и анкилитом.
Химический состав монацита по данным микрозондового анализа, мас. %
Разновид- ность № пробы SO3 P2O5 CaO SrO La2O3 Ce2O3 Pr2O3 Nd2O3 ThO La2O3/Ce2O3
С 250-2/1 не обн. 24.42 3.12 2.96 34.11 31.19 0.75 3.47 не обн. 1.1
С 250 « 25.02 1.97 3.54 31.38 31.55 2.25 4.12 0.18 1.0
I С 250-1/1 « 25.96 5.97 3.56 29.53 28.59 2.17 3.71 0.51 1.0
С 250-8 « 23.66 0.92 3.38 33.75 34.07 0.07 3.48 0.66 1.0
С 344-2/43 « 25.11 1.16 3.25 31.77 33.43 не обн. 5.29 не обн. 1.0
С 344-2/31 4.70 27.02 2.12 не обн. 29.44 33.31 « 3.41 « 0.9
С 344-2/34 не обн. 23.14 1.33 2.38 30.36 35.57 2.43 4.80 « 0.9
С 344-2/40 « 25.15 1.31 2.91 27.89 34.92 2.49 5.33 « 0.8
С 344-2/44 « 25.78 2.11 3.24 28.33 35.71 не обн. 4.83 « 0.8
С 250-1/2 2.04 24.03 1.48 не обн. 30.70 34.44 1.95 5.24 0.13 0.9
С 250-2/2 не обн. 23.15 4.15 3.60 30.19 32.18 2.71 3.70 0.32 0.9
С 250-4/1 « 27.62 0.61 2.63 28.90 33.71 1.38 4.81 0.33 0.9
С 250-4/2 « 24.58 1.09 5.16 29.83 32.76 2.87 3.71 не обн. 0.9
II С 250-4/3 « 23.76 1.05 3.97 30.52 34.61 1.21 4.79 0.09 0.9
С 250-4/4 « 24.84 1.04 4.66 31.45 33.75 1.65 2.61 не обн. 0.9
С 250-4/5 « 28.02 1.14 5.01 26.96 30.77 2.77 4.88 0.45 0.9
С 250-6 « 25.51 1.83 3.82 27.60 35.01 1.27 4.60 0.36 0.8
С 250-9 « 24.52 1.13 3.08 28.18 34.37 3.16 5.57 не обн. 0.8
С 347-1/25 1.67 22.31 4.95 1.61 24.26 36.87 2.34 5.98 « 0.7
С 347-1/29 не обн. 25.38 1.51 1.89 29.11 36.84 не обн. 5.28 « 0.8
С 354-1/15 « 25.39 0.92 3.17 27.85 37.92 « 4.75 « 0.7
С 354-1/16 « 26.93 1.50 3.24 30.09 33.18 « 5.06 « 0.9
С 180 « 25.09 4.18 не обн. 16.29 38.45 3.50 9.98 2.51 0.4
С 180-1/1 « 24.91 4.67 « 16.06 37.51 3.59 11.44 1.82 0.4
С 180-1/2 « 25.97 4.09 « 15.72 38.74 3.91 11.40 0.17 0.4
III С 180-1/3 « 26.27 4.70 « 17.37 39.29 не обн. 11.88 0.49 0.4
С 180-13 1.13 25.27 4.75 « 18.06 39.73 « 11.06 не обн. 0.5
С 180-14 не обн. 32.39 5.03 « 15.60 33.92 1.66 10.26 1.13 0.5
С 180-16 « 27.39 5.14 « 15.43 37.28 3.62 9.11 2.03 0.4
Третья разновидность представлена существенно цериевым монацитом: 1_а20;з/Се203 = 0.4-0.5. Эта группа монацита по составу не похожа на первые две: в ней не отмечается примесь Бг0, увеличены содержания №203, Рг203 и ТЮ. 1_а203 характеризуется значительно меньшими величинами и составляет от 15.43 до 18.06 мас. %, при высоком содержании Се203 (33.92-39.73 мас. %). Монацит существенно обогащен №203, его концентрации лежат в пределах 9.11-11.88 мас. %. Примесь Рг203 составляет 1.663.91 мас. %, а Th0 - 0.17-2.51 мас. %. Монацит этой группы представлен преимущественно микронными призматическими кристаллами, сноповидными агрегатами в породообразующем доломите и образует каймы по зернам пирита. Ассоциирует с апатитом, пиритом и торитом (хаттонитом).
На графиках (рис. 2) распределения РЗЭ выделенных разновидностей монацита наблюдается прямая зависимость: при увеличении содержания ^203 уменьшается содержание Ьа203.
В некоторых случаях в монаците обнаруживается относительно высокое содержание серы (в пересчете на Б03 - 4.70 мас. %). Кроме того, по данным микрозондового анализа (ГЕОХИ РАН, аналитик В.Г.Сенин) в составе монацита Косьюско-го массива зафиксированы примеси Бт0 (до 0.42 мас. %), Gd20з (до 0.42 %), У203 (до 0.18 %), Та205 (до 0.13 %), Ва0 (0.03-0.68 %), ТО2 (до 0.04 %), РЬ0 (до 0.16 %) и F (0.30-1.14 %). По результатам поэлементного картирования установлено, что составы зерен монацита в характеристическом излучении являются однородными.
Монацит из косьюских карбонатитов выделяется относительно высокими содержаниями Се203, 1_а203 и ^203, при довольно низких количествах Рг203, ТЮ, Бт0, У203, Gd203. По распределению РЗЭ исследованный нами монацит резко отличается от акцессорных монацитов из различных магматитов, гра-нитоидов и образований коры выветривания [4]. Такой монацит, обедненный ТЫ0, встречен в щелочных ред-кометалльных метасоматитах Сугомакского поля (на Южном Урале), поздних карбонатитах Канганкунде (Маливи) и в магнетитовых и гематит-бастнезитовых гидротермалитах месторождения Баянобо (Северный Китай), где он имеет практическое значение. В поздних карбонатитах Канганкунде в существенно ланта-новом монаците содержится до 3 % Бг0. В подобных карбонатитах Вуориярви (Кольский п-ов) и кимберлитах Якутии отмечаются Бг-сульфат-монацит: 8 % Б03 и 5 % Бг0: изоморфизм БгБ-СеР [4].
Таким образом, полученные данные о морфологии и особенностях химического состава монацита хорошо укладываются в генетическую модель В.И.Степаненко о гидротермально-метасома-тическом формировании карбонатитов путем преобразования вмещающих осадочно-метаморфических пород и ультрамафитов под воздействием единого флюида, имеющего мантийный источник. Можно предположить, что широкие вариации состава монацита и разнообразие морфологии его выделений связаны с многостадийностью гидро-термально-метасоматического процесса и изменением состава флюида.
С 250-2/1 С 250 С 250-1/1 С 250С 344-2/43
С 344-2/31
С 250-4/1 -о- С 250-4/2 С 250-4/3 -Ф- С 250-4/4 -о- С 250-4/5 С 250-6 -X- С 250-9 С 347-1/25 -о- С 347-1/29 —С 354-1/15 -к- С 354-1/16
мае. %
С 180 С 180-1/1 С 180-1/2 С 180-1/3 С 180-13 С 180-14 С 180-16
Рис. 2. Распределение РЗЭ в монаците: а - 1-я разновидность, б - 11-я разновидность, в - Ш-я разновидность (см. таблицу).
Авторы выражают благодарность В.И.Степаненко за предоставленный для исследований кер-новый материал и В. Н. Филиппову за помощь в проведении аналитических исследований.
Работа выполнена при поддержке Роснауки (Госконтракт № 02.442.11.7280) и фонда содействия отечественной науке.
б
Литература
1. Костюхин М.Н., Степаненко В.И. Байкальский магматизм Канино-Тиманского региона. Л.: Наука, 1987. С. 151-205.
2. Макеев А Б., Лебедев В. А., Брянчанинова Н.И. Магматиты Среднего Тимана. Екатеринбург: УрО РАН, 2008. 348 с.
3. Фролов А. А., Толстов А. В., Белов С. В. Кар-бонатитовые месторождения России. М.: НИА-Природа, 2003. 494 с.
4. Семенов Е. И. Оруденение и минерализация редких земель, тория и урана (лантанидов и актинидов). М.: ГЕОС, 2001. 307 с.
5. Шумилова Т.Г., Козырева И.В., Ковальчук Н.С. Минералогические особенности монацита косьюских карбонатитов на микроуровне // Материалы XV Геологического съезда РК “Геология и минеральные ресурсы европейского Северо-Востока России”. Сыктывкар: Геопринт, 2009. Т. II. С. 431-432.
6. Ковальчук Н.С., Шумилова Т.Г., Козырева И.В. Минералогия редкоземельных фаз косьюских карбонатитов // Материалы Международного минералогического семинара “Минералогическая интервенция в макро- и наномир”. Сыктывкар: Геопринт, 2009. С. 296-297.
Статья поступила в редакцию 21.01.2011.
