CC BY
78
Минералогия
УДК 549.514:549.752.141
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ПРИРОДА ГЕТЕРОГЕННОСТИ АКЦЕССОРНОГО ВОЛЬФРАМИСТОГО КОЛУМБИТА-ТАНТАЛИТА ИЗ ШЛИРОВЫХ ПЕГМАТИТОВ КОЛЫВАНСКОГО ГРАНИТОИДНОГО МАССИВА (КОЛЫВАНЬ-ТОМСКАЯ СКЛАДЧАТАЯ ЗОНА)
К.Л. Новоселов, Т.С. Небера*
Томский политехнический университет
E-mail: nkonstantin1@rambler.ru *Томский государственный университет
Впервые на электронномикроскопическом уровне проведены исследования фазовой и внутрифазовой неоднородности акцессорного вольфрамистого колумбита-танталита из шлировых пегматитов, развитых в пределах материнскихлейкогранитов Ко-лыванского гранитоидного массива (T2-3). На основании аналитического материала выявлены разнотипные неоднородности вольфрамистого колумбита-танталита и последовательности их проявления - протогенетическая, сингенетическая и эпигенетическая. Актуальность выполненных исследований определяется полученными новыми данными о формах нахождения и времени появления W, Nb, Ta, Pb, редкоземельных и радиоактивных элементов в гранитоидах Колыванского массива, известного в Колывань-Томской складчатой зоне как потенциально рудоносный на редкие металлы.
Ключевые слова:
Колывань-Томская складчатая зона, гранитоиды, вольфрамистый колумбит-танталит, гетерогенность, псевдоморфизация, группа пирохлора.
Key words:
Kolyvan-Tomsk folded zone, granitoids, tungstenferous columbite-tantalite, heterogeneity, pseudomorphisation, pyrochlore group.
Введение
Колыванский гранитоидный массив расположен в пределах Колывань-Томской складчатой зоны, рассматривается в составе барлакского лейко-гранитного комплекса (/Г2_3), с которым пространственно и генетически связывается редкометал-льная рудная минерализация [1]. В эндо- и экзо-контактовых фациях Колыванского массива известны грейзеновые и кварцево-жильные сульфидно-вольфрам-оловянные рудопроявления, а также мелкие россыпные месторождения касситерита, объединенные в Колывань-Барлакскую редкоме-талльную минерагеническую зону [2]. Формирование гранитоидов комплекса относится к малоглубинной низкотемпературной фации [1, 3], и на современном эрозионном срезе представляет собой вскрытую апикальную часть массива.
Цель работы заключается в выявлении генетических причин гетерогенности строения кристаллов колумбита-танталита, особенностей поведения Та, ^^ и ассоциирующих с ними других редких металлов в меняющихся физико-химических об-становках.
Геолого-минералогические особенности пегматитов
Породы Колыванского массива представлены биотитсодержащими и двуслюдяными лей-когранитами с неравномернозернистой структурой. Минералого-петрографические особенности пород рассмотрены в ранее опубликованной работе [4].
По петрохимическим показателям лейкограни-ты относятся к весьма высокоглиноземистым (коэффициент глиноземистости 5,22), что находит отражение в составе биотита, который относится к высокоглиноземистой сидерофиллитовой группе с повышенным содержанием Б [5], а также в широко распространенном акцессорном топазе. По соотношению №20/№20+К20 лейкограниты относятся к калиево-нитриевым. Магматический расплав носил существенно щелочной уклон (коэффициент общей щелочности 7,20). Высокий коэффициент железистости (0,86) и низкий показатель окисленности железа (0,38) указывают на доминирующую роль в минералообразовании Бе2+ и существенно восстановительную обстановку в формировании массива.
Минералогия
Избыточные концентрации, кратно превышающие кларковые числа по А.П. Виноградову, влей-когранитах образуют Бп, Мо, Ве, РЬ, тяжелые лантаноиды и элементы У-группы, а также и, ТИ. Содержание N и Та находится в пределах кларка.
Геохимические и петрохимические особенности гранитоидов проявились на широком разнообразии видового состава акцессорных минералов, которые распределены в лейкогранитах крайне неравномерно. Весовые количества (первые десятки г/т) образуют топаз, флюорит, монацит, ильменит и др.; в единичных зернах встречаются колумбит-танталит, касситерит, рутил, пирротин, самородные металлиды и др. Отсутствие в составе акцессо-риев магнетита, сфена, распространенность ильменита, появление магматогенного пирротина, самородных металлидов указывают на образование Ко-лыванских гранитоидов в условиях низкой фуги-тивности кислорода на фоне высокой глиноземи-стости и фтористости расплава. По минералого-геохимическим и петрохимическим особенностям массив отвечает коллизионным гранитам с ярко выраженной плюмазитовой тенденцией и представляет собой конечный дифференциат глубинного магматического очага. Исследованиями В.И. Сот-никова, Г.С. Федосеева и др. [1] гранитоиды массива отнесены к Ы-Б геохимическому типу.
Среди материнских лейкогранитов распространены шлировые пегматитовые образования, по механизму формирования близкие к пегматитам камерного типа, генезис которых обычно связывается с завершением магматической стадии [6-9]. Формы выделений шлировых пегматитов - округлые или линзовидно выклинивающиеся, размером до 25x30 см. Контакт с лейкогранитами четкий, по линии контакта иногда отмечаются тонкие оторочки биотита. Структура лейкогранита в зоне контакта с пегматитами варьирует от средне-до мелкозернистой аплитовидной и порфировид-ной. Порфировидные аплитовидные граниты в виде маломощной прерывистой зонки, шириной до 10 мм, слагают внешнюю кайму пегматитовых обособлений.
Макроскопически графическая структура наблюдается фрагментарно и неясно выражена, однако в шлифах она проявляется достаточно четко. Сложены пегматиты плотным агрегатом крупных зерен розового калиевого полевого шпата, темно-серого кварца, часто с кристаллогранными очертаниями, мелкозернистым альбитом, единичными пластинками биотита. По составу калиевый полевой шпат, по данным рентгенофазовых исследований [10], отвечает микроклину с высокой степенью моноклинной упорядоченности, что является типо-морфным признаком низкотемпературных образований (500...550 °С), характерных для гипабиссаль-ных интрузивных тел и свидетельствует о проявленном автометасоматозе. Редко встречаются пегматитовые шлиры, пустотки которых выполнены крупными, размером до 3. 5 см, кристаллами
морионовидного, дымчатого или темно-серого кварца часто зонального строения, призматическими кристаллами микроклина, альбита, бледно-голубого топаза размером до 15...20 мм, флюорита, а также шестоватыми агрегатами желтоватого берилла. Выполнение пустот кристаллами, согласно представлениям А.А. Маракушева, обязано постмагматическому процессу выщелачивания и собирательной перекристаллизации «.на основе остаточных флюидных камер (занорышей)...» [7. С. 58].
Состав акцессорных минералов пегматитов в целом аналогичен материнским породам. Специфичной и, видимо, типоморфной особенностью для пегматитов является присутствие, наряду с колумбитом-танталитом, вольфрамита, ксенотима, монацита, а также большого разнообразия сульфидов, включающих молибденит, халькопирит, арсе-нопирит, галенит, пирротин, пирит. Следует заметить, вольфрамит в ассоциации акцессорий материнских пород не установлен, однако в пегматитах этот минерал образует весовые концентрации, встречен в виде призматических полисинтетически сдвойникованных кристаллов, размером 0,5. 2 мм, по составу отвечает фербериту с высокими содержаниями примесей Nb и Ta, соответственно 4,5 и 0,5.1,0 мас. %.
Методика исследований
Аналитические исследования проводились в ИГиГ СО РАН (г. Новосибирск). Предварительная диагностика и определение химического состава выполнены на микрозонде CAMEBAX-MIC-RO к.х.н. Л.Н. Поспеловой. Детальное исследование неоднородности строения зерен колумбита-танталита и химического состава слагающих его минеральных фаз выполнено зав. лабораторией рентгеноспектральных методов анализа к.г.-м.н. Н.С. Кармановым при участии автора статьи на электронном сканирующем микроскопе JSM-6510LV (Jeol Ltd) с энерго-дисперсионным спектрометром INCAEnergy350+. Микронные размеры и единичные зерна исследованных минералов не позволили провести их рентгено-структурные исследования, поэтому диагностика основана на данных химического состава. Данные по химическому составу снимались неоднократно и в различных точках микрозерен. Методика полевых исследований, сбора материала с последующей его обработкой освещена в работе [4].
Результаты и их обсуждение
Акцессорный вольфрамистый колумбит-танталит, как и в материнских лейкогранитах, присутствует в единичных кристаллах удлиненно-призматического габитуса размером 0,1.0,3 мм. Окраска минерала буровато- или железочерная, поверхность граней микропористая, что придает зернам полуметаллический блеск. На поверхности граней обычно наблюдаются тонкие пленки, пятна желтовато-красноватого цвета.
А1203 20,75; Бе0 21,10; МпО 1,30; MgO 1,00; К20 3,24; Б 3,20 (+4,5 Н20). По составу соответствует высокожелезистым и высокоглиноземистым слюдам с повышенным содержанием Б, и весьма близок к биотиту материнских лейкогранитов [5]. Обращает внимание стерильность биотита в отношении примесных элементов, в том числе Та, W и РЗЭ, что связано с его высокой глиноземисто-стью [15]. Кристаллохимическая формула биотита:
К0,92(Ре1)39А10,87М&,12Мп0,09ТЧ06)2,53 [А11,04^2,98°10](°Н1,21Б0,79)2'
Эпигенетическая неоднородность вольфрами-стого колумбита-танталита проявилась в постмагматический этап на стадии кремнещелочного автометасоматоза. Поступление метасоматизирующих растворов в шлировые пегматиты обусловило процесс псевдоморфизации акцессорного вольфрами-стого колумбита-танталита. Развитие псевдоморфоз новообразований наблюдается по всей площади зерна вольфрамистого колумбита-танталита, обычно приурочено к его внутрифазовым границам (рис. 1), микропорам и микротрещинкам, которые служили путями проникновения метасома-тизирующих растворов. Структура замещения в целом наследует структурный рисунок матрицы зерна исходного минерала и проявляется в форме параллельно ориентированных удлинению кристалла прерывистых, цепочковидно вытянутых линзовидных полосок новообразований (рис. 4), а также в виде мелких точечных выделений, сливающихся в пятна с отходящими от них многочисленными «языками», внедряющихся в вольфра-мистый колумбит-танталит (рис. 5).
Рис. 4. Структура замещения вольфрамистого колумбита-танталита (серое) веществом псевдоморфоз (темные, субпараллельно ориентированные выделения)
Кроме отмеченных агрегатных форм новообразований в локальных участках замещаемого минерала наблюдаются овоидоподобные изометрические минеральные индивиды размером 10...15 мкм с зональным строением, которое в обратно рассеянных электронах представляется в виде чередующихся светло- и темно-серых участков или непрерывных зон вещества псевдоморфоз (рис. 6). Светло-серые новообразования во внутренней части овоида слагают микрокристаллиты и формируют узкую, участками прерывистую оконтуривающую зонку. Вещество псевдоморфоз темно-серого цвета внутри овоида выполняет разнообразной конфигурации пятна, нитевидные полоски по границам светлых микрокристаллитов, слагает внешнюю кайму овоида. Многочисленные темные точечные выделения, сливаясь, образуют цепочки, вытянутые пятна новообразований, радиально ориентированные относительно овоида (рис. 6), и в соответствии с представлениями о механизме замещения Д.П. Григорьева [16] формируют «фронт замещения» вольфрамистого колумбита-танталита.
Рис. 5. Формы выделений вещества псевдоморфоз (темно-серое), замещающих вольфрамистый колумбит-танталит (светло-серое)
10 мкм
Рис. 6. Овоидовидная форма выделения вещества псевдоморфоз с зональным строением; цифрами обозначены номера химических анализов, приведенных в табл. 3
Химический состав минеральных индивидов псевдоморфоз различной интенсивности окраски представлен в табл. 3. Общей особенностью химизма как светлых, так и темных новообразований являются низкие суммы концентраций компонентов (76,50.85,30 мас. %), что отмечается в работах ряда исследователей тантало-ниобатов и объясняется высоким содержанием воды в составе минералов [13, 17, 18].
По химическому составу минеральное вещество светло-серых выделений весьма близко к минералам группы пирохлора, однако, в отличие от типичного пирохлора имеет свои специфические особенности, которые проявляются в следующем: а) повышенные концентрации РЬО на фоне незначительного содержания СаО и практически отсутствия №20; б) отсутствие в составе минерала редкоземельных элементов и анионов Б; в) наличие примесей БЮ2 и А1203.
Кристаллохимическая формула светло-серых выделений, пересчитанная по типу пирохлора А2_тБ206Х1_п-пН20 [14, 17] имеет следующий вид:
(РЬ0,50и0,16Са0,08^а0,06)0,80
(^Ь0,80^^),62Т^0,31Бе0,17А10,08Та0,07^0,06^С0,04)2,15°6'пН20
структурной постройки кристаллизующегося вольфрамистого колумбита-танталита приводили к перегруппировке катионов, главным образом, группы B - Nb, Ta, Ti, W и, как следствие, к формированию сингенетической вну-трифазовой его неоднородности.
4. Эпигенетическая неоднородность вольфрами-стого колумбита-танталита обязана его псевдо-морфизации в стадию кремнещелочного автометасоматоза. В результате метасоматического преобразования появились новые гидратиро-ванные ниобий-танталовые вольфрамсодержа-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сотников В.И., Федосеев Г.С., Кунгурцев Л.В. и др. Геодинамика, магматизм и металлогения Колывань-Томской складчатой зоны. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, НИЦ ОИГГМ, 1999. - 227 с.
2. Росляков Н.А., Щербаков Ю.Г., Алабин Л.В. и др. Минераге-ния области сочленения Салаира и Колывань-Томской складчатой зоны. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, филиал «Гео», 2001. - 243 с.
3. Небера Т.С. Типоморфизм породообразующих минералов как показатель эволюции расплава и физико-химических условий образования гранитоидов Колывань-Томской складчатой зоны: автореф. дис. ... канд. геол.-минерал. наук. - Томск, 2010. - 24 с.
4. Новоселов К.Л. Неоднородность внутреннего строения и химического состава акцессорного вольфрамоносного колумбита-танталита гранитоидов Колыванского массива (Новосибирское Приобье) // Известия Томского политехнического университета. - 2011. - Т. 318. - № 1. - С. 49-53.
5. Небера Т.С. Петрогенетическое значение состава биотита из гранитоидов Новосибирского Приобья // Петрология магматических и метаморфических комплексов: Матер. Всеросс. научной конф. - Томск, 2007. - Вып. 6. - С. 113-117.
6. Осипов М.А. Механизм образования камерных пегматитов в интрузивах гранитоидов формации малых глубин // Редко-метальные граниты и проблемы магматической дифференциации / под. ред. В.С. Коптева-Дворникова. - М.: Недра, 1972. - С. 242-253.
7. Маракушев А.А. Петрогенезис. - М.: Недра, 1988. - 293 с.
8. Гинзбург А.И., Тимофеев И.Н., Фельдман Л.Г. Основы геологии гранитных пегматитов. - М.: Недра, 1979. - 296 с.
9. Никаноров А.С. Гранитные пегматиты (проблемы генезиса и эволюции). - М.: Недра, 1979. - 168 с.
щие минеральные фазы группы пирохлора с унаследованным химизмом внутрифазовой неоднородности замещаемого минерала - воль-фрамистый плюмбопирохлор и минеральная фаза, близкая по составу к ряду плюмбопирох-лора с весьма высоким содержанием кремнезема. В формировании новообразований наибольшую геохимическую активность проявляют катионы группы В - Та и^ в меньшей степени - №. В группе А доминирующая геохимическая роль в минералообразовании принадлежит РЬ и и.
10. Небера Т.С., Борозновская Н.Н. Типоморфное значение структурно-химических особенностей калиевого полевого шпата из гранитоидов Новосибирского Приобья (КТСЗ) // Вестник Томского государственного университета. - 2009. - № 325. -С. 206-211.
11. Коноваленко С.И., Волошин А.В. и др. Вольфрамсодержащие разновидности танталониобатов из миароловых гранитных пегматитов Юго-Западного Памира // Минералогический журнал. - 1982. - Т. 4. - № 1. - С. 65-74.
12. Петровская Н.В. Признаки неоднородности минералов и их генетическое значение // Записки Всесоюзного минералогического общества. - 1977. - Ч. 106. - Вып. 1. - С. 34-44.
13. Волошин А.В., Пахомовский Я.А. Минералогия тантала и ниобия в редкометалльных пегматитах. - Л.: Наука, 1988. - 242 с.
14. Волошин А.В. Тантало-ниобаты. Систематика, кристаллохимия и эволюция минералообразования в гранитных пегматитах. - СПб.: Наука, 1993. - 298 с.
15. Ляхович В.В. Редкие элементы в породообразующих минералах гранитоидов. - М.: Недра, 1972. - 200 с.
16. Григорьев Д.П. Онтогения минералов. - Львов: Изд-во Львовского ун-та, 1961. - 284 с.
17. Калита А.П. Процесс пирохлоризации разновидностей самар-скита // Геохимия. - 1964. - № 10. - С. 1028-1036.
18. Горжевская С.А., Сидоренко Г.А., Гинзбург А.И. Титано-танта-ло-ниобаты (свойства, особенности состава и условия образования). - М.: Недра, 1974. - 344 с.
19. Тугаринов А.И. Общая геохимия. - М.: Атомиздат, 1973. -288 с.
20. Минералы. Справочник. Т. II. Вып. 3. - М.: Наука, 1967. -676 с.
Поступила 29.03.2011 г.
