Ba-Sr-P-Ti-Tr-полевошпатовое сырье Эли-Сенваарского щелочного комплекса (Карелия): геохимия и минералогия редкоземельных элементов

ЭЛИСЕНВААРСКИЙ ЩЕЛОЧНОЙ ДИФФЕРЕНЦИРОВАННЫЙ КОМПЛЕКС СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО ПРИЛАДОЖЬЯ

Элисенваарский щелочной дифференцированный комплекс северо-западного Приладожья c возрастом ~1,775 млрд лет [2] включает интрузивные тела Кайвомяки, Райвимяки и более мелкие интрузии (около 12), образующие массивы сложного строения на площади ~100 км 2. Интрузии имеют штокообразную, овальную форму и дифференцированное кольцевое строение [3]. Комплекс объединяет гипабиссальные, диатремовые и дайковые тела, сформировавшиеся в результате двух фаз магматизма – интрузивной ультрамафит-мафитовой и эксплозивной (или диатремовой) сиенитовой. Щелочные породы дифференцированы от ультраосновных до основных и средних. В диатремовых фациях присутствуют многочисленные обломки глубинных пород более ранних фаз, ксенолиты, мегакристаллы и нодули клинопироксена, флогопита-биотита и апатита размером 1–10 см. Породы недосыщены кремнеземом, имеют высокое содержание KO (Na O/K O = 0,34–0,84), P O (0,43–0,5 %), S2rO (0,425–2,22 %), BaO (0,23–2 %2 )5, F (0,12–1,5 %) [3]. Типоморфными минералами этих щелочных пород являются калиевые полевые шпаты с микропертитами (от 20–45 до

80 %), содержащие Sr, Ba, Na, клинопироксен, амфибол, биотит-флогопит, титанит, апатит, REE-минералы. В связи с этим сами породы рассматриваются как источник полевошпатового сырья с P, Ti, REE.

Р. А. Хазовым для массивов Райвимяки и Кай-вомяки были рассчитаны прогнозные ресурсы комплексного оруденения (пород с полезными компонентами), а в нем апатитового, редкозе-мельно-титанитового и Sr-Ba-полевошпатового сырья (см. таблицу). Содержание Р2О5 колеблется и составляет 0,43–10,5 % (среднее 2,5–5 %), SrO 0,45–2,2 %, BaO 0,23–2,0 %, F 0,12–1,5 %, средняя сумма REE – 0,2–0,5 %, в концентратах и монофракциях апатита и титанита установлены наиболее высокие содержания Ce, La, Nd, Y. Прогнозные ресурсы комплексного сырья (см. таблицу) оцениваются в 6–7,5 млрд т руды: P2O5 200–250 млн т (при среднем содержании P2O53,5 %), титанита 240–300 млн т (при среднем содержании титанита в породе 4 %), Sr-Ba-поле-вошпатового сырья 2 млрд т (в тенсбергитах – до 12 млрд т). Ресурсы REE оцениваются в 15 млн т (при среднем содержании суммы REE 0,25 %).

ЗАДАЧИ И МЕТОДИКА РАБОТЫ

REE в последние годы нашли широкое применение в различных отраслях промышленно-

Прогнозные ресурсы и содержание полезных компонентов в породах, рудах и обогащенных концентратах [3]

Cырье Ресурсы Р3 (млрд т) P2O5 % P3 (млн т) REE % (млн т) SrO % (млн т) BaO % (млн т) Fsp % (млн т) TiO2 % (млн т) Комплексное сырье (ладогиты) 6–7,5 3,5 (200–250) 0,25 (15) 1,0 (60) 1 (60) 30–35 (2000) 1,5 (90) Апатитовый концентрат 0,5–0,6 38–40 (200) 1 (5) 1,5 (7,5) Кпш-концентрат 2,0 1–3 (50) 2–6 (50) 99 (2000) Концентрат REE-титанита 0,15–0,2 (до 0,3) 1,5 (2,2–3) 36 (50–70) сти и новых технологиях. Наиболее крупные их месторождения локализуются преимущественно на древних кристаллических щитах в щелочных массивах, поэтому изучение щелочных пород и метасоматитов имеет важное значение [1]. В задачи настоящей работы входило установление минералов-концентраторов и распределение редкоземельных элементов в породах и рудах массивов Райвимяки и Кайвомяки Элисенваар-ского комплекса.

Изучение рудной (REE-содержащей апатитовой и титанитовой) минерализации и щелочных пород проводилось с использованием методов химического и RFA. Содержание REE в породах, концентратах и рудах проводилось ранее в лаборатории ЦНИГРИ (г. Москва). Современное изучение REE осуществлялось с использованием ICP-MS-анализа, парагенезисов и минералов REE в аншлифах на электронном сканирующем микроскопе VEGA II LSH c микроанализатором INCA Energy-350 в Институте геологии КарНЦ РАН (г. Петрозаводск).

Распределение редкоземельных элементов. По данным современных прецезионных ICP-MS-исследований установлено, что породы и руды (REE-апатит-титанитовые) глубинной и диатремовой фаций имеют подобные спектры распределения REE и содержат преимущественно элементы La-Ce-группы (в сумме 0,15–1,1 %, в среднем ~3916 ppm, рис. 1а). Меланократовые породы (невоиты, мелано- и мезократовые ла-догиты) глубинных фаций и ксенолиты более обогащены REE относительно лейкократовых, а также диатремовых фаций. В более лейкократовых породах с микроклином и сиенитах наблюдается Eu минимум (рис. 1б).

Суммарное содержание REE в апатитовых концентратах из мегакристов и нодулей, по Р. А. Хазову, может достигать 1,3 % (среднее 0,7 %), в титанитовых – 0,8–1,07 %.

Минералы-концентраторы REE. В щелочных породах массива (ладоголитах) установлены собственные REE-минералы – фосфаты, силикаты, карбонаты (рис. 2), а также TR-содержащие апатит, титанит и эпидот.

Монацит обычно образует отдельные, более крупные зерна, их скопления, а в апатите – микровключения (размером от 60–200 мкм до 3–5 мкм). Он цементируется ортитом. Ортит (алланит) обычно образует цепочки зерен (размером от 1 до 80 мкм) и каймы вокруг нодулей апатита и кристаллов титанита, выделяется в них в микротрещинках (рис. 2б). Реже встречаются более крупные хорошо ограненные кристаллы и зональные алланиты-ТК-эпидоты (рис. 2в). Крупный апатит ксенолитов и нодулей обычно бывает «насыщен» и окаймлен REE-минералами (10–15 % от массы гнезд апатита). На стадии

Рис. 1. Распределение редкоземельных элементов в породах Элисенваарского комплекса (нормирование по хондриту С1): а – невоиты, меланоладогиты (в том числе с апатитом и титанитом);

б – сиениты и лейкократовые микроклин-биотит-амфиболовые ладогиты

Ba-Sr-P-Ti-TR-полевошпатовое сырье Элисенваарского щелочного комплекса (Карелия): геохимия и минералогия... 69

б

д

е

ж

и

Рис. 2. Минеральные ассоциации щелочных пород Элисенваарского комплекса: а) Нодули апатита (светло-серый) с включениями TR-минералов; б) Апатит (темно-серый), ортит (серый), монацит (белый); в) Монацит (белый) в апатите, TR-эпидот (серый) с каймой бастнезита (sp. 3); г) Монацит (белый), Sr-барит (sp. 2), апатит (темно-серый);

д) Sr-Ce-La-карбонат (белый, зональный); е) Zr-La-Ce-титанит (sp. 1); ж) Зональный Се-апатит (серый) и Sr-барит (белый); з) Целестин (белые точки) в апатите (серый); и) Целестин (белые точки) в апатите более позднего низкотемпературного преобразования пород, сопровождающегося образованием хлорита, кальцита, иногда сульфидов, образуются редкие минералы – лантанит, бастнезит и паризит, а также более редкие Ca-Sr-Ce-карбонаты, они встречаются с хлоритом, сульфидами, Sr-баритом, целестином (рис. 2г, д). Бастнезит иногда замещает ортит и TR-эпидоты.

Апатиты всех выделяемых генераций относятся к фтористым (незначительно содержат Cl 0,2–0,4 %). Содержание апатита составляет 5–15 % в породах и до 90 % в крупных кристаллах, нодулярных стяжениях и гнездах – природных концентратах (рис. 2а, б). Он содержит тонкодисперсные включения монацита, целе-стина-стронциобарита и сам является концентратором REE. Кристаллы апатита зонального строения с изоморфными включениями REE имеют центральные более высокоцериевые ядра (Се ~1,3–1,5 %) и более светло-серую окраску (рис. 2ж). Содержание Sr, изоморфно входящего в апатит, составляет около 1,2–1,6 %. Апатит с микро- и нановключениями – вростками Sr-минералов (рис. 2з, и) содержит гораздо более высокую концентрацию Sr. Следует отметить, что Sr входит также в Ba-содержащие полевые шпаты, незначительно в минералы группы эпидота и образует собственные более низкотемпературные минералы – целестин, стронциобарит (4–6 % Sr), целестобарит и Ca-Sr-Ce-карбонат (анцилит).

В ультраосновных и основных разностях пород (невоитах и ладогитах, используются местные названия, по Р. А. Хазову) обычны сраста- ния титанита, ильменита и апатита. Титанит преобладает в основных разновидностях пород (в ладогитах ~4–5 %). Он выделяется самостоятельно, в сростках с апатитом (в рудах и гнездах), ильменитом и реже магнетитом. Титанит, как и апатит, бывает окаймлен ортитом. Установлены цериевые, а также иногда Th и Zr-со-держащие титаниты (цирконолит, рис. 2е). В более крупных кристаллах титанита наблюдается зональность: в центральных частях зерен содержание REE увеличивается до 2,83 %. Циркон и реже бадделиит встречаются в небольших и акцессорных количествах почти во всех типах пород, но чаще в лейкократовых с пертитовыми Ba-Sr-полевыми шпатами. Циркон содержит примеси Ca, Hf, реже TR (до 4,6 % Ce). Баддели-ит иногда образует игольчатые кристаллы в срастании с ортитом.

ВЫВОДЫ

Благодаря микрозондовым исследованиям установлен широкий спектр минералов, содержащих редкоземельные элементы, и изоморфные замещения в апатите и титаните. Среднее содержание редкоземельных элементов в ладо-гитах составляет 0,39 %, более высокие концентрации (1–1,3 %) характерны для меланократовых пород и глубинных ксенолитов, содержащих апатит и титанит. REE-минералы тяготеют преимущественно к рудным скоплениям апатита и титанита, поэтому концентраты этих минералов вполне оправданно могут рассматриваться как основное сырье на редкоземельные элементы (табл. 1).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

С учетом комплексного характера полезных компонентов и большого объема пород Элисен-ваарский комплекс еще с 90-х годов прошлого столетия был выделен для освоения как перспективный на Ba-Sr-полевошпатовое сырье с Ti, P и TR [3]. Благодаря развитию новых технологий переработки и возросшим потребностям в редкоземельных элементах крупные щелочные уль-траосновные массивы Райвимяки и Кайвомяки Элисенваарского комплекса становятся еще более инвестиционно привлекательными для комплексного освоения.

BA-SR-P-TI-TR-FELDSPAR RAW MATERIALS OF ELESENVAARA ALKALINE COMPLEX, KARELIA: GEOCHEMISTRY AND MINERALOGY OF RARE-EARTH ELEMENTS