Минералы редкометалльных месторождений Полярного Урала

На Полярном Урале в верховье р. Лонготъюган, расположена группа гидротермально-метасоматических, комплексных по составу, редкометал-льных месторождений, относимых к Тайкеускому рудному узлу. Структурно эти объекты расположены в Центрально-Уральской зоне, в пределах Харбейского блока доуралид, и приурочены к контактам маломощных тел гра-нитоидов с вмещающими метаморфи-тами рифейского возраста. Все месторождения имеют разломно-тектонический контроль, маркируются катаклазитами и милонитами. Тела рудоносных метасоматитов субсогласны вмещающим породам, как гранитам, так и метаморфитам. Их размеры широко варьируются, самое большое тело достигает 250 х 1000 м. В составе тел выделяются гранитоподобные кварц-аль-бит-микроклиновые (слюдистые, эгириновые, гастингситовые), кварц-аль-битовые и альбитовые метасоматиты.

По своим химическим свойствам все эти породы соответствуют субщелочному граниту с содержанием кремнезема 73—77 и суммой щелочей 8— 10 мaс. %.

Mинералогия оруденелых щелочных метасоматитов (квальмитов) очень сложна, что объясняется полихронно-стью и многостадийностью процессов породо- и рудообразования. В «Кадастре минералов редкометалльных кваль-митов района», составленном А. В. Калиновским в конце 1980-х гг., их насчитывается более 80 минеральных видов и разновидностей [1]. Позже в результате выполнения значительного объема рентгеноструктурных, ИК-спектро-скопических, рентгеноспектральных и микрозондовых исследований удалось не только подтвердить большую часть данных наших предшественников, но и исправить некоторые ошибки, выявить неизвестные здесь рaнee минералы, в частности таленит, церианит, плюмбониобит, Pb-содержащий церит, Yb-фергусонит, Pb-хлорит, изучить особенности их составов и строения на современном уровне [2—15]. В итоге современный кадастр минералов полярноуральских редкометалльных квальмитов даже после исключения ошибочных и устаревших данных стал насчитывать около 100 достаточно надежно диагностированных минеральных видов и разновидностей (см. таблицу).

На характеристике некоторых из этих минералов, наиболее важных с генетической точки зрения, следует остановиться подробнее. В частности, новые данные нaми были получены по слюдам , широко представленным в кадастре минералов редкометалльных щелочных метасоматитов и лишь частично учтенным в кадастре минералов европейского северо-востока России [16]. Ранее слюды во всех типах исследованных горных пород и руд относи-

Кадастр минералов редкометалльных квальмитов Полярного Урала

Минеральные типы и классы	Минеральные виды и разновидности
Простые вещества	Золото, медь, висмут
Теллуриды	Сильванит, калаверит
Сульфиды	Пирит, пирротин, халькопирит, сфалерит, сфалерит-Fe, сфалерит-Cu, галенит, халькозин, борнит, фаматинит*, молибденит, арсенопирит*, висмутин
Окислы	Магнетит, алюмошпинелид*, гематит, ильменит, фергусонит, фергусонит-Yb, пирохлор, пирохлор-Pb, пирохлор-¥,РЬ, пирохлор-U, колумбит, колумбит-Mn, танталит*, самарскит, плюмбониобит, церианит, Pb-содержащий церит, ильменорутил*, лопарит, торианит, касситерит
Гидроокислы	Гидрогетит
Силикаты	Кварц, альбит-олигоклаз, микроклин, мусковит, ферромусковит, фенгит*г фенгит-F, ферроалюминоселадонит*, фенгит-мусковит-циннвальдит, биотит, лепидомелан, актинолит, глаукофан, гастингсит, рибекит, эгирин, эгирин-авгит, эгирин-жадеит, амезит-магнио-прохлорит, диабантит, прохлорит, тюрингит, стильпномелан, эпидот, цоизит, клиноцоизит, алланит, чевкинит, титанит, гранат, топаз, кианит*, циркон, малакон, циртолит, торит, ауэрлит, торит-Ге, торит-U*, торит-Ге,U, берилл, гадолинит, хинганит-У, фенакит, гентгельвин*, эпидимит*, плюмбохлорит
Фосфаты	Апатит, монацит, ксенотим
Вольфраматы	Шеелит, вольфрамит, ферберит.
Карбонаты	Кальцит, доломит, анкерит, REE-F-карбонат, малахит, церуссит.
Фториды	Флюорит.

Примечание. Звездочкой отмечны данные A. В. Калиновского; курсивом — Г. П. Зарайского, О. В. Удоратиной, В. Ю. Чевыче-ловa, Г. П. Бородулина, H. В. Васильева; авторы остальных — С. Г. Караченцев и Ф. Р. Апельцин.

лись к фенгит-мусковитовому ряду. Однако в рамках современной минералогической номенклатуры [17, 18] термин фенгит сохранился только как название серии твердофазных смесей минеральных видов — мусковита, алю-миноселадонита и селадонита. В названиях разновидностей слюдистых минеральных видов теперь принято использовать приставки «ферро-», «магне-зио-» и т. п. [19].

По нашим данным, в редкометал-льных метасоматитах на месторождении Тайкеу наиболее широко распространены слюды, близкие к ферроалю-миноселадониту (рис. 1). Ранее эти слюды упоминались под названиями ферримусковит-фенгит [1] и ферри-мусковит [20]. Кроме алюмоселадонита на Тайкеуском месторождении выявлены также мусковит и биотит.

Данные о присутствии литиевых слюд (циннвальдита) в исследуемых месторождениях, приведенные в работах Ф. Р. Апельцина и А. В. Калиновс-

Рис. 1. График минеральных видов в семействе слюд. Составлен H. В. Васильевым на основе данных [19, 21]. Схематично показаны поля состава слюд из вмещающих сланцев (1) и редкометалльных метасоматитов (2) на месторождении Тайкеу

стороны, и уменьшением содержания железа — с другой. Такая закономерность позволяет определять концентрацию лития в слюде даже в случаях рентгеноспектрального или неполного химического анализов.

В ходе детальных микрозондовых исследований слюд из Тайкеуского месторождения нам не удалось выявить составы, которые можно было бы отнести к циннвальдиту. Здесь были обнаружены только фенгиты с высоким (1.0—2.3 мас. %) содержанием фтора. Причину столь необычного обогащения диоктаэдрических слюд фтором мы объясняем замещением части гидроксильных групп ионами фтора в условиях сильного насыщения этим элементом среды минералообразования. Hа последнее убедительно указывает повсеместное и довольно массовое развитие в рассматриваемом месторождении флюорита.

Среди хлоритов на Тайкеуском месторождении выявлен и диагности- рован петрографическим, рентгеноструктурным и рентгеноспектральным микрозондовым методами, вероятно, новый их минеральный вид — плюмбохлорит [3, 6, 7]. Этот минерал установлен в корках обрастания выделений плюмбопирохлора, колумбита, самарскита, торита и циркона (рис. 2), а также в срастаниях со слюдами. В корках плюмбопирохлор нередко содержит 12—16, а иногда до 23.3 мас. % PbO. В срастаниях со слюдой содержание PbO в плюмбохлори-те обычно не выходит за пределы 1— 6 мас. %.

Под поляризационным микроскопом в проходящем свете плюмбохло-рит отличается от обычных магнезиально-железистых хлоритов ярко выраженным плеохроизмом от светло-коричневого до зеленовато-черного. Интерференционные окраски низкие, аномальные. В аналитическом РЭM рассматриваемый минерал не обнаруживает фазовой гетерогенности, характеризуясь достаточно равномерным распределением всех компонентов состава, в том числе и свинца. Рентгеноструктурные данные и результаты экспериментов подтвердили возможность вхождения в структуру хлоритов крупноразмерных катионов [5—7]. Следует напомнить, что еще ранее в полярноуральских рудных месторождениях, включая и Тайкеуское, были выявлены хлориты с существенной структурной примесью тоже довольно крупных по размеру ионов редких земель [21].

Причина появления плюмбохлори-та в редкометалльных метасоматитах пока не установлена. Однако можно предположить, что возникновение свинецсодержащих фаз (хлоритов, плюм-бопирохлоров, плюмбониобитов, Pb-содержащего церита, Pb-содержащего торита, фергусонита, циркона) в усло- кого, также потребовали существенного уточнения. Согласно этим авторам, упомянутые литиевые слюды образовались как конечный член в последовательности биотит → ферромусковит → циннвальдит. Однако в настоящее время название циннвальдит принято употреблять только в приложении к промежуточным членам ряда калиевых триоктаэдрических слюд сидерофиллит КFe2+2Al[Ai2Si2O10](OH)2 — полилитионит КLi2Al[Si4O10]F2. В этом ряду увеличение содержания лития сопровождается возрастанием содержаний кремния и фтора, с одной 18

Рис. 2. Проявления плюмбохлорита в редкометалльных метасоматитах Тайкеуского месторождения:

а — замещение фенгита (II) свинецсодержащим хлоритом (1) строго по плоскостям спайности слюды, содержание PbO в хлорите около 4 мас. %; б — корка железистого плюмбохлорита (темно-серое), обрастающая выделение плюмбопирохлора (светло-серое), содержание PbO в точках 22—24 и 31 от 12 до 15, а в точке 30 — 22.3 мас. %

виях низкой активности серы, еще недостаточной для образования сульфидов, свидетельствует о реализации на высокотемпературной стадии руднометасоматического процесса каких-то специфических механизмов минералообразования. В этой связи обращает на себя внимание и устойчивое обогащение цинком (до 1.4 мас. % ZnO) фер-роалюминоселадонита, замещающегося плюмбохлоритом [6, 22].

Среди редкометалльных оксидов в Тайкеуском, Усть-Mраморном и Hе-удачном месторождениях выделяются фергусонит-Y (I) и фергусонит-Y (II). Кроме того, здесь открыта новая разновидность фергусонита — фергусо-нит-Yb [2, 9, 11—15]. Этот минерал представлен темно-серыми до черных длиннопризматическими кристаллами размером до 0.2—0.3 мм и более с металловидным блеском. Индивиды минерала по краям часто обрастают фер-гусонитом-Y (I). После прокаливания зерна иттербиевого фергусонита светлеют и приобретают светло-серую или коричневую с кремовым оттенком окраску. Hа гранях и на плоскостях спайности появляется перламутровый блеск, в тонких сколах минерал становится полупрозрачным.

Фергусонит-Yb -|- Фергусонит промежуточного О фергусонит-Y состава

Рис. 3. Соотношение Yb, Er и остальных РEE в составе фергусонитов из месторождений Тайкеу и Усть-Mраморное. Содержания даны в коэффициентах атомов в формуле

Значение Ta2O5/Nb2O5 в упомянутых минералах не превышает 0.05— 0.07, и только в фергусоните-Y (II) оно вырастает до 0.22—0.33. В этих разновидностях содержится очень мало титана (менее 1.0—1.2 мас. % TiO2). Сумма Ln2O3, среди которых преобладают Yb2O3, Er2O3, Dy2O3, Lu2O3, Tm2O3 и Gd2O3, составляет в фергу-соните-Y 7—20, возрастая в фергусо-ните-Yb до 30—40 мас. %. Для последней разновидности другие катионы, кроме REE и тория (до 0.6—1.1 мас. % ThO2), в структурной позиции А не характерны. Средние составы охарактеризованных выше разновидностей фергусонита могут быть представлены в виде следующих эмпирических формул:

фергусонит-Y (I) (среднее из 50) — ^(Y0.66^Yb0.07^Dy0.05^Er0.05^Gd0.02^Ca0.03^Th0.02^U0.01 ) 0.94^{x x[Nb}0.97^Ta0.02^W0.01^]O3.92 ;

фергусонит-Y (II) (среднее из 18) — ^(Y0.66^Yb0.06^Dy0.05^Er0.04^Gd0.02^Ca0.03^U0.02^Th0.02 ) 0.91^x

^x[Nb0.92^Ta0.06^W0.01 ^Ti0.01^]O3.87 ;

фергусонит-Yb (среднее из 22) — ^(Y0.39^Yb0.30^Er0.15^Dy0.05^Lu0.04^Tm0.041^{)x x[Nb}0.99^Ta0.01^O3.96^] ■

Mожно добавить, что физические свойства, особенно повышенная плотность, дают возможность выделять ит- тербиевую разновидность фергусонита в отдельную технологическую фракцию, обогащенную тяжелыми REE.

Hа Лонготъюганском месторождении среди акцессорных минералов обнаружен иттриевый силикат [14], предварительно идентифицированный нами как минерал из группы таленита, а именно иттриалит. В нем присутствуют широкая ассоциация REE — от легких до тяжелых — и довольно много тория (2—33 мас. %). Кроме того, в этом минерале установлен фтор, содержание которого колеблется в диапазоне от 1 до 6 мас. %. Последнее, возможно, объясняет пониженное содержание кремнезема (25—32 мас. %) в выявленном иттриевом силикате.

Mинерал из группы гадолинита обнаружен на Тайкеуском месторождении в виде темно-зеленых, довольно крупных (до 100 мкм) и изотропных под микроскопом зерен. По составу мы его идентифицируем как хинганит-Y — (Y, Ln)₂Be₂[SiO₄]₂(OH)₂. От близких по стехиометрии (Y + Ln)/Si = 1) таленита — Y₃[Si₃O₁₀](F,OH) и иттри-алита — (Y,Th)₂[Si₂O₇] этот минерал отличается присутствием железа, а от гадолинита — Y₂ Fe²⁺Be₂ [Si₂O₁₀], напротив, низким содержанием железа, не превышающим 2 мас. %. Hельзя не отметить, что обнаружение хинганита в метасоматитах месторождения Тай-кеу контрастирует с широким развитием в них минералов с высоким содержанием железа, например вышеупомянутых слюд, самарскита (FeО 8— 10 мас. %), алланита (FeО 12— 20 мас. %) и др.

Таким образом, за последние годы накоплен новый фактический материал, позволяющий расширить наши знания о минералогии редкометалльных метасоматитов Тайкеуского рудного узла. При этом на современном уровне знаний решен вопрос о номенклатуре слюд — наиболее важных здесь породообразующих минералов. Совокупность данных ИК-спектроскопии, рентгенографии и рентгеноспектрального микрозондового анализа показывает, что слюды редкометалльных щелочных метасоматитов близки к редкому в природе ферроалюминоселадони-ту. Установлено, что минерал из группы гадолинита, выявленный ранее на Тайкеуском месторождении как гадолинит, в действительности является хинганитом-(Y) — довольно редким и генетически специфичным маложелезистым членом упомянутой группы.

Важное значение имеет также расширение знаний о полях составов хлоритов, самарскита, алланита, плюмбопи-рохлора и самарскита.

Автор благодарит за многолетнее сотрудничество в работе над материалом сотрудников ИЭМ РАН Г. П. Зарайского, В. Н. Васильева, В. Ю. Чевычелова, Г. П. Бородулина и признателен В. И. Силаеву за критические замечания, полученные при работе над статьей.

Работа выполнялась при при поддержке Научной школы № НШ-7650.2006.5 и НШ-3763.2008.5.