Примесный состав берилла из сподуменовых пегматитов месторождения Пашки (провинция Нуристан, Афганистан)

Автор: Скублов С.Г., Хамдард Н., Иванов М.А., Гаврильчик А.К., Стативко В.С.

Журнал: Вестник геонаук @vestnik-geo

Рубрика: Научные статьи

Статья в выпуске: 2 (350), 2024 года.

Бесплатный доступ

Методом SIMS (масс-спектрометрии вторичных ионов) определен примесный состав кристаллов берилла (аквамарина) из пегматитов литиевого месторождения Пашки (провинция Нуристан, Афганистан). Выполнено 12 локальных определений содержания 20 химических элементов (включая галогены и воду). В сравнении с аквамарином из редкометалльных, в том числе и сподуменовых пегматитов других регионов мира, изученный берилл существенно обогащен крупноионными литофильными элементами: Li (порядка 1100 ppm), Na (4500 ppm) и K (300 ppm). Высокие концентрации щелочных элементов в составе берилла из литиевых пегматитов рассматриваются в качестве генетического признака высокого потенциала щелочей, создающегося в процессе кристаллизации ассоциирующего с бериллом сподумена и других литиевых минералов. Эта известная генетически обусловленная особенность берилла, характерная для продуктивных литиевых пегматитов, перспективна для использования при разработке поисковых и оценочных критериев литиевых пегматитов Нуристана и других пегматитовых провинций.

Еще

Месторождение пашки, берилл, аквамарин, сподуменовые пегматиты, метод sims, редкие элементы, поисковые и оценочные критерии

Короткий адрес: https://sciup.org/149144896

IDR: 149144896   |   DOI: 10.19110/geov.2024.2.5

Текст краткого сообщения Примесный состав берилла из сподуменовых пегматитов месторождения Пашки (провинция Нуристан, Афганистан)

Тема востребованности и дефицитности литиевого сырья в настоящее время настолько актуальна, что безоговорочно ее можно отнести к числу наиболее глубоко исследованных сторон экономического, промышленно-технологического и ресурсного состояния минерально-сырьевых баз России и других стран. Хорошо известно, что на фоне грядущего истощения запасов активно разрабатываемых вулканогенных месторождений литиевого сырья интерес к таким рудным объектам, как литиевые (сподуменовые) пегматиты, возрастает.

Афганистан обладает крупными пегматитовыми месторождениями лития, пространственно и генети- чески связанными с гранитами третьей фазы комплекса Лагман мел-палеогенового возраста. Редкометалльные пегматиты LCT-типа (специализированные на Li, Cs и Ta), к которым относятся сподуменовые пегматиты, широко представлены в восточной части страны, в основном в провинции Нуристан (Benham, Coats, 2007). Существенный вклад в их открытие и последующее исследование внесли советские геологи в 70-е годы ХХ века (Rossovskiy, Chmyrev, 1977). Однако комплексное минералого-геохимическое исследование этих рудных объектов не проводилось. В данной статье представлены некоторые результаты полевых работ, выполненных в 2023 г. Н. Хамдардом в провинции Нуристан на практически неизученном месторождении Пашки, где

Рис. 1. Фотографии пегматитовой жилы месторождения Пашки и кристаллов аквамарина в пегматите (длина маркера примерно 15 см). Обозначения минералов: Brl — берилл (аквамарин), Tur — турмалин (шерл), Qz — кварц. На врезке показано положение месторождения

Fig. 1. Images of the pegmatite vein of the Pashki deposit and aquamarine crystals in pegmatite (marker length is approximately 15 cm). Mineral designations: Brl — beryl (aquamarine), Tur — tourmaline (sherl), Qz — quartz. The inset shows the position of the deposit в одной из жил сподуменовых пегматитов впервые были обнаружены крупные кристаллы голубого берилла — аквамарина (рис. 1).

Берилл — типичный минерал редкометалльных, в том числе и литиевых пегматитов. В трудах отечественных и зарубежных геологов середины и конца ХХ века (А. И. Гинзбург, Н. А. Солодов, Б. М. Шмакин, E. N. Cameron, R. N. Jahns и другие) особенности примесного состава берилла рассмотрены в качестве генетически обусловленного типоморфного признака для пегматитов разной минералогической специализации — мусковитовой, бериллиевой и литиевой. В настоящее время в связи с развитием новых методов высокоточного определения химического состава минерального вещества, пришедших на смену прежним, менее точным методам, наметился переход на более достоверные и статистически обоснованные геохимические показатели проявлений типоморфизма минералов. Поэтому то, что раньше в закономерности изменения примесного состава берилла в пегматитах отмечалось лишь как тенденция, в настоящее время может быть выражено более достоверно и с высокой точностью.

Примером реализации нового подхода может служить изучение состава берилла из Шонгуйского месторождения редкометалльных пегматитов (Кольская провинция) с развитой, как считалось ранее, Li-Ta-Nb-минерализацией. Высокоточным методом SIMS в берилле из этого месторождения было установлено повышенное содержание щелочных металлов, что позволило пересмотреть прежние представления и обоснованно отнести данные пегматиты к Li-Cs-Na-типу (Morozova et al., 2023).

Главной задачей настоящей статьи является представление результатов высокоточного определения содержания элементов-примесей в берилле, обнаруженном в пегматитах литиевого месторождения Пашки, для их использования в качестве количественно выраженного типохимического признака проявления в пегматитах сподуменовой минерализации.

Геологическая характеристика месторождения

Месторождение Пашки находится в пределах Парунского пегматитового поля, в горах, на высоте от 3000 до 4300 м. Здесь на площади 2×3.5 км среди ме- таморфических пород кашмундской серии верхнего триаса — кристаллических сланцев, кварцитопесчани-ков и мраморизованных известняков — обнажена серия протяженных (до 1 км и более при мощности до нескольких десятков метров) крутопадающих пегматитовых тел северо-восточного простирания с богатой сподуменовой минерализацией.

Состав рудоносных пегматитов указанного месторождения — кварц-сподумен-микроклин-альбитовый. В его пределах пегматиты представлены двумя сравнительно крупными телами: жилами № 1, 3 и жильной зоной № 2, имеющей вид «сетчатого» сочленения множества разноориентированных жильных форм. Предварительно оцененные запасы месторождения до глубины 100 м составляют 127 тыс. т Li 2 O (Benham, Coats, 2007).

Жила № 3, в которой были обнаружены кристаллы аквамарина, имеет штокообразную форму и залегает преимущественно согласно вмещающим породам (тонкослоистым гранатовым и ставролитовым кварц-биотитовым сланцам). Она простирается на 600 м, мощность от 2 до 8 м. Характерно широкое распространение сахаровидных агрегатов мелкокристаллического альбита. На участках блоковой и пегматоидной структуры часто встречается турмалин (шерл и эльбаит), кристаллы которого достигают в длину 5×10 см.

В верхней (головной) части жилы № 3 обычно можно наблюдать мелкие кристаллы берилла длиной до 1—2 см. Крупные кристаллы прозрачного берилла (аквамарина нежно-голубого оттенка), исследованию состава которых посвящена данная статья, были обнаружены в этой жиле (абсолютная отметка 3800 метров) в ассоциации со сподуменом, микроклином, альбитом (клевеландитом), танталитом и полихромным турмалином (рис. 1).

Методы исследования

Три фрагмента кристаллов аквамарина из разных зерен размером около 1 см каждый были помещены в стандартный препарат (шайбу) вместе с зерном оливина, необходимого для оценки фона при анализе содержания летучих компонентов. Анализ состава берилла выполнялся на ионном зонде Cameca IMS-4f в Ярославском филиале ФТИАН им. К. А. Валиева РАН (аналитики Е. В. Потапов и С. Г. Симакин). На каждом 47

фрагменте равномерно по площади отполированной поверхности было выполнено по 4 анализа на 20 компонентов (табл. 1).

Методика измерения содержания малых и редких элементов, включая летучие компоненты (воду и галогены), подробно изложена в работе С. Г. Скублова с соавторами (2022). Точность определения составляет 10—15 % для элементов с концентрацией > 1 ppm и 10– 20 % для элементов с концентрацией 0.1—1 ppm. Предел обнаружения определен как 5–10 ppb. Диаметр аналитического кратера порядка 20 мкм.

Обсуждение результатов

Данные по примесному составу изученного аквамарина (табл. 1) были сопоставлены с составом аквамарина из редкометалльных пегматитов различных регионов мира: Ильменского комплекса, Вьетнама, Ойгаинского месторождения (Киргизия), Алтая (Китай), Мозамбика и Мадагаскара (16 анализов, неопубликованные данные С. Г. Скублова и А. К. Гаврильчик); Ямранга (Восточный Непал) (50 анализов, Bhandari et al., 2023); месторождения Калифорния Блю Майн (США) (169 анализов, Pauly et al., 2021); Центральных Альп (Италия) (6 анализов, Bocchio et al., 2009); Коктогая (Китай), Минас-Жерайс (Бразилия) и Ноумас (Южная Африка) — всего 51 анализ (Cui et al., 2023); района Хунянь, Китай (2 анализа, Jiang et al., 2023).

На диаграмме соотношения содержания Li и Cs (рис. 2, a) аквамарин из месторождения Пашки отличается от аквамарина из других редкометалльных пег- матитовых объектов повышенным содержанием Li (среднее (медианное) содержание 1097 ppm) и умеренным содержанием Cs (в среднем 260 ppm). В целом содержание Li в аквамарине из редкометалльных пегматитов может варьировать в очень широком диапазоне (по опубликованным работам и данным авторов) — от 60 до 2000 ppm. Ранее было установлено (Скублов и др., 2022), что среднее (медианное) содержание Li в аквамарине различного генезиса составляет около 200 ppm. Содержание Li в аквамарине из месторождения Пашки превышает это значение более чем в пять раз. Более высокое содержание Li, в среднем на уровне 4000— 5000 ppm, установлено только для воробьевита из сподуменовых пегматитов Кольского п-ова (Скублов и др., 2022; Morozova et al., 2023). По содержанию Cs аквамарин из месторождения Пашки соответствует аквамарину из редкометалльных пегматитов комплекса Эронго (Намибия) (в среднем 331 ppm, Lum et al., 2016).

По соотношению щелочей (Na и К) аквамарин из месторождения Пашки демонстрирует повышенное содержание этих элементов (рис. 2, b) — содержание Na в среднем 4548 ppm, K — 309 ppm. Заметно более высокое содержание Na (на уровне 8500—9000 ppm) и К (600—650 ppm) было установлено для аквамарина из пегматитов Ноумас, Южная Африка, Cui et al., 2023). Если сравнивать с воробьевитом из сподуменовых пегматитов Кольского п-ова, то последний отличается более высоким содержанием Na (более 19 000 ppm) и схожим уровнем содержания K (Morozova et al., 2023).

Аквамарин из месторождения Пашки также выделяется повышенным содержанием Са и Ti (рис. 2, c).

Таблица 1. Редкоэлементный состав (ppm) аквамарина из месторождения Пашки Table 1. Trace element composition (ppm) of aquamarine from the Pashki deposit

Компонент Component

Фрагмент 1 / Fragment 1

Фрагмент 2 / Fragment 2

Фрагмент 3 / Fragment 3

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Li

1129

1102

1091

952

1046

911

963

949

1243

1270

1342

1996

Cs

347

173

293

278

162

225

267

146

309

252

226

396

Na

5101

4224

4411

4355

4274

4833

4830

3940

4474

4622

5506

6025

K

344

280

338

309

275

336

301

244

397

309

365

193

Rb

48.8

37.1

39.4

39.8

34.9

40.9

37.4

27.7

37.0

40.5

44.9

41.0

Sr

0.64

0.58

1.45

1.45

1.21

1.43

1.08

1.23

3.60

1.14

0.97

0.99

Ca

111

116

166

148

156

202

128

143

245

148

164

129

Mg

444

471

500

479

502

547

538

301

481

344

332

249

Fe

2968

2714

2691

2614

2315

2648

2752

1718

2827

2339

2559

2147

Mn

79.3

84.5

94.5

90.6

87.4

102

94.7

86.8

115

91.1

106

86.7

Ti

73.5

140

189

179

153

170

108

112

581*

119

248

85.2

V

1.15

1.41

1.47

1.25

1.16

1.38

1.17

0.90

2.62

1.11

1.35

1.16

Cr

16.4

22.9

66.3

61.4

51.2

75.4

44.0

52.3

44.3

47.4

47.3

39.9

Co

1.88

1.58

2.62

1.96

1.46

2.17

1.60

1.54

1.56

1.52

1.61

1.39

Sc

21.2

8.26

5.88

4.51

3.98

4.81

4.28

3.90

9.14

3.07

3.76

3.06

Ga

11.0

6.20

6.94

6.69

5.68

6.87

6.23

5.70

8.22

6.01

6.95

5.67

B

0.49

0.48

0.53

0.49

0.53

0.49

0.54

0.68

0.90

0.58

0.57

0.63

F

9.39

9.25

14.4

15.7

23.5

19.3

6.70

15.6

20.3

17.8

31.0

18.3

Cl

2210

2292

2402

1992

2359

2057

1947

1921

2897

2595

2804

3973

H 2 O

36608

34710

33364

29926

32731

29563

32530

31735

29378

31011

30845

30677

Примечание: звездочкой отмечено содержание Ti, связанное с захватом микровключения. Note: an asterisk marks Ti content associated with micro-inclusion capture.

100        , .       1000

Li

Ca

2000    ..      4000    6000 8000 10000

Na

К ioo

100 I— q» oo

10 I—

Рис. 2. Соотношение содержания редких элементов (ppm) в аквамарине из месторождения Пашки: a — Li-Cs; b — Na-K; c — Ca-Ti; d — Fe-Mg. Показан состав аквамарина: 1 — месторождения Пашки; 2—7 — редкометалльных пегматитов мира: 2 — Мозамбика и Мадагаскара; 3 — Ямранга (Восточный Непал) (Bhandari et al., 2023); 4 — месторождения Калифорния Блю Майн (США) (Pauly et al., 2021); 5 — Центральных Альп (Италия) (Bocchio et al., 2009); 6 — Коктогая (Китай), Минас-Жерайс (Бразилия) и Ноумас (Южная Африка) по (Cui et al., 2023); 7 — района Хунянь (Китай) (Jiang et al., 2023)

Fig. 2. Ratio of content of trace elements (ppm) in aquamarine from the Pashki deposit: a — Li-Cs; b — Na-K; c — Ca-Ti; d — Fe-Mg. The composition of aquamarine is shown from: 1 — Pashki deposit; 2—7 — trace metal pegmatites of the world: 2 — Mozambique and Madagascar; 3 — Yamrang pegmatites (Eastern Nepal) (Bhandari et al., 2023); 4 — California Blue Mine deposits (USA) (Pauly et al., 2021); 5 — pegmatites of the Central Alps (Italy) (Bocchio et al., 2009); 6 — pegmatites of Coctogai (China), Minas Gerais (Brazil) and Noumas (South Africa) by (Cui et al., 2023); 7 — pegmatites of Hunyan district (China) (Jiang et al., 2023)

Среднее содержание Са составляет в нем 148 ppm, Ti — 140 ppm (за исключением точки 9, табл. 1). По содержанию Са ему соответствует аквамарин из пегматитов Центральных Альп (Италия) со средним содержанием 198 ppm, но в нем содержание Ti в разы ниже — 44 ppm (Bocchio et al., 2009). Содержание этих элементов в аквамарине из редкометалльных пегматитов комплекса Эронго (Намибия) заметно ниже — на уровне 60—80 ppm (Lum et al., 2016). При этом изучаемый аквамарин отличается пониженным содержанием Fe (в среднем 2631 ppm) по сравнению с аквамарином из других редкометалльных пегматитов (рис. 2, d). Содержание Mg (в среднем 475 ppm), напротив, соответствует средним значениям для аквамарина из ред-кометалльных пегматитов.

Аквамарин из месторождения Пашки в сравнении с аквамарином из редкометалльных пегматитов ком- плекса Эронго отличается повышенным содержанием Cr (в среднем 47 и 5 ppm соответственно) и Mn (91 и 31 ppm) и пониженным — Sc (4 и 51 ppm). Среднее содержание Rb в аквамарине из месторождения Пашки примерно соответствует содержанию, установленному для редкометалльных пегматитов (40—60 ppm). Более высоким содержанием Rb отличается аквамарин месторождения Калифорния Блю Майн (в среднем 113 ppm, Pauly et al., 2021) и пегматитов Мозамбика (в среднем 143 ppm, данные авторов).

Количество Mn (в среднем 91 ppm) в аквамарине из месторождения Пашки соответствует аквамарину из различных типов пегматитов и грейзенов (Скублов и др., 2022).

По содержанию воды (в среднем 31 373 ppm) аквамарин из месторождения Пашки ближе к воробьевиту (в среднем 33 981 ppm), чем к среднему составу 49

аквамарина (19 978 ppm, Скублов и др., 2022). Аналогично, у аквамарина из месторождения Пашки гораздо выше содержание Cl (в среднем 2326 ppm, по сравнению с 493 ppm). Содержание F находится на сходном уровне (17 и 11 ppm соответственно).

Выводы

Характерной особенностью химического состава изученного берилла (аквамарина) из сподуменовых пегматитов месторождения Пашки является существенное обогащение такими крупноионными литофильными элементами, как Li (в среднем 1100 ppm), Na (4500 ppm) и K (300 ppm), а также водой (порядка 30 000 ppm). Это позволяет отнести его к бериллам щелочного (натриево-литиевого) типа с предполагаемым гетеровалентным изоморфизмом: Li+ + (Na+, K+, Rb+, Cs+) + H 2 O Be2+ + вакансии в каналах.

Бериллы такого типа относятся к числу типоморфных для литиевых пегматитов и в ассоциации со сподуменом, полихромным турмалином (эльбаитом), альбитом и другими минералами свидетельствуют о достижении высокого потенциала Li, Na, K в водонасыщенной системе образования этих пород. В данном случае аквамарин характеризуется аномально высокой щелочностью (содержанием Li и Na), что позволяет использовать его в качестве важных поисково-оценочных признаков высокой продуктивности пегматитовых тел на литиевое сырье.

Авторы благодарны С. Г. Симакину и Е. В. Потапову (ЯФ ФТИАН РАН) за проведение аналитических исследований.

Работа выполнена в рамках темы государственного задания ИГГД РАН FMUW-2022-0005.

Список литературы Примесный состав берилла из сподуменовых пегматитов месторождения Пашки (провинция Нуристан, Афганистан)

  • Скублов С. Г., Гаврильчик А. К., Березин А. В. Геохимия разновидностей берилла: сравнительный анализ и визуализация аналитических данных методами главных компонент (PCA) и стохастического вложения соседей с t-распределением (t-SNE) // Записки Горного института. 2022. Т. 255. С. 455-469. DOI: 10.31897/PMI.2022.40 EDN: OLGRYB
  • Benham A. J., Coats S. Minerals in Afghanistan: rare-metal deposits. Afghanistan Geological Survey website. 2007. (https://nora.nerc.ac.uk/id/eprint/10924).
  • Bhandari S., Qin K., Zhou Q., Evans N. J., Gyawali B. R., He C., Sun Z. Magmatic-hydrothermal evolution of the aquamarine-bearing Yamrang Pegmatite, Eastern Nepal: Insights from beryl, garnet, and tourmaline mineral chemistry. Ore Geol. Rev., 2023, V. 162, 105713. DOI: 10.1016/j.oregeorev.2023.105713
  • Bocchio R., Adamo, I., Caucia F. Aquamarine from the Masino-Bregaglia Massif, Central Alps, Italy // Gems & Gemology. 2009. Vol. 45. No. 3. P. 204-207. EDN: YAZMXP
  • Cui S., Xu B., Shen J., Miao Z., Wang Z. Gemology, spectroscopy, and mineralogy study of aquamarines of three different origins // Crystals. 2023. Vol. 13. 1478. DOI: 10.3390/cryst13101478 EDN: RLXMSE
  • Jiang Y., Li J., Li P., Cai Y., Zhang L. Geochemical and spectroscopic features of beryl (aquamarine) from Renli No. 5 pegmatite in Hunan, Central China // Minerals. 2023. Vol. 13. 336. DOI: 10.3390/min13030336 EDN: ZRKMFW
  • Lum J.E., Viljoen F., Cairncross B., Frei D. Mineralogical and geochemical characteristics of BERYL (AQUAMARINE) from the Erongo Volcanic Complex, Namibia // J. African Earth Sci. 2016. Vol. 124. P. 104-125. DOI: 10.1016/j.jafrearsci.2016.09.006 EDN: XZGKAZ
  • Morozova L. N., Skublov S. G., Zozulya D. R., Serov P. A., Borisenko E. S., Solovjova A. N., Gavrilchik A. K. Li-Cs-Na-Rich beryl from beryl-bearing pegmatite dike No. 7 of the Shongui deposit, Kola Province, Russia // Geosciences. 2023. Vol. 13. 309. DOI: 10.3390/geosciences13100309 EDN: SITBCY
  • Pauly C., Gysi A. P., Pfaff K., Merkel I. Beryl as indicator of metasomatic processes in the California Blue Mine topaz-beryl pegmatite and associated miarolitic pockets. Lithos, 2021. 404, 106485. DOI: 10.1016/j.lithos.2021.106485
  • Rossovskiy L. N., Chmyrev V. M. Distribution patterns of rare-metal pegmatites in the Hindu Kush (Afghanistan) // Int. Geol. Rev. 1977. Vol. 19. Iss. 5. P. 511-520. DOI: 10.1080/00206817709471047 EDN: ZZQGGV
Еще
Краткое сообщение