CC BY
35
УДК 550.423
А.Г.ПИЛЮГИН, студент, [email protected]
И.В.ТАЛОВИНА, канд. геол.-минерал. наук, доцент, [email protected]
H.И.ВОРОНЦОВА, канд. геол.-минерал. наук, ассистент, [email protected] С.О.РЫЖКОВА, канд. геол.-минерал. наук, ученый секретарь, [email protected] О.П.МЕЗЕНЦЕВА, аспирантка, [email protected] Санкт-Петербургский государственный горный университет
A.G.PILUGIN, student, [email protected]
I.V.TALOVINA, PhD in geol. & min. sc., associate professor, [email protected] N.I.VORONTSOVA, PhD in geol. & min. sc., assistant lecturer, [email protected] S.O.RYZKOVA, PhD in geol. & min. sc., scientific secretary, [email protected] O.P.MEZENTSEVA, post-graduate student, [email protected]
Saint Petersburg State Mining University
ХАРАКТЕР РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В РУДАХ ЕЛОВСКОГО И БУРУКТАЛЬСКОГО ГИПЕРГЕННЫХ НИКЕЛЕВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Процессы выветривания и инфильтрационно-метасоматические процессы в корах выветривания гипербазитовых массивов оказывают положительное влияние на накопление редкоземельных элементов (РЗЭ). Содержание редких земель стабильно увеличивается снизу вверх по профилю выветривания. Метасоматиты верхней части профиля характеризуются повышенным содержанием редкоземельных элементов, что приводит к появлению минеральных фаз редкоземельного фосфата ксенотима, обнаруженного в этих латеритах впервые. Состав редкоземельных элементов во включающих их метасоматитах и минералах демонстрирует субхондритовый характер распределения.
Ключевые слова: редкоземельные элементы, кора выветривания, никелевые месторождения: Еловское, Буруктальское.
DISTRIBUTION OF RARE EARTH ELEMENTS IN ORES ELOV AND BURUCTAL SUPERGENE NICKEL DEPOSITS
Weathering processes and infiltration metasomatic processes in the weathering crusts hy-perbasite arrays have a positive effect on the accumulation of rare earth elements. The content of rare earth elements is steadily increasing bottom-up on the profile of weathering. Metasomatic upper profile characterized by a high content of rare earth elements, which leads to the appearance of rare earth elements phosphate mineral phase - xenotime found in this laterite for the first time. The composition of the rare earth elements in incorporating their metasomatic and minerals demonstrates chondritic distribution.
Key words: rare earth elements, the crust of weathering, nickel deposits: Elov, Buructal.
Еловское месторождение Серовской группы. Еловское месторождение является наиболее крупным никелевым объектом Се-ровского рудного района и всего Северного Урала [2], соответствуя критерию крупного по запасам месторождения [3]. Оно является
основной сырьевой базой Уфалейского никелевого комбината и Режского никелевого завода.
На Еловском месторождении нами выделено четыре главных типа рудоносных метасоматитов:
_ 31
Санкт-Петербург. 2012
Содержание редкоземельных элементов в метасоматитах Еловского месторождения, г/т
Элемент Шамозитовые метасоматиты Гетитовые метасоматиты Непуит-хризотил-лизардитовые серпентиниты Хризотил-лизардитовые серпентиниты
Шамозитовые Клинохлор-бриндлейит-шамозитовые Клинохлор- тальк-шамозитовые Среднее
La 7,24 16,98 5,21 12,09 5,95 1,83 3,40
Ce 3,34 16,51 9,70 12,17 5,02 1,63 5,70
Pr 2,71 5,92 1,65 4,21 1,96 0,42 0,71
Nd 13,14 28,51 7,76 20,25 9,33 1,87 2,95
Sm 3,45 6,92 1,88 4,96 2,52 0,36 0,63
Eu 0,98 2,01 0,59 1,45 0,81 0,11 0,20
Gd 2,52 6,04 1,80 4,28 2,73 0,39 0,57
Tb 0,48 0,98 0,32 0,71 0,51 0,07 0,09
Dy 2,84 6,00 2,08 4,39 3,47 0,42 0,54
Ho 0,61 1,32 0,46 0,96 0,82 0,10 0,12
Er 1,76 3,84 1,44 2,82 2,51 0,31 0,38
Tm 0,26 0,56 0,21 0,41 0,36 0,05 0,06
Yb 1,85 3,66 1,25 2,70 2,40 0,34 0,39
Lu 0,28 0,59 0,23 0,44 0,37 0,07 0,07
100
и &
Та «
о о
с
10
--1 1
__ _t 2
. - А - ■ *■ ■ -А 3
. — -н - о 4
Рис. 1. График нормированных к мантийному гарцбургиту содержаний РЗЭ по всем типам метасоматитов и руд (по В.Мак Донугу [4])
1 - клинохлор-бриндлейит-шамозитовые метасоматиты; 2 - гетитовые метасоматиты; 3 - шамозитовые метасоматиты; 4 - клинохлор-тальк-шамозитовые метасоматиты; 5 - хризотил-лизардитовые серпентиниты; 6 - непуит-хризотил-лизардитовые серпентиниты
1
1) шамозитовые метасоматиты, в которых выделяются три минеральные разновидности - шамозитовые, клинохлор-бринд-лейит-шамозитовые и клинохлор-тальк-шамозитовые;
2) гетитовые метасоматиты;
3) непуит-хризотил-лизардитовые;
4) хризотил-лизардитовые метасоматиты. По всем важнейшим типам рудоносных
метасоматитов в центральной лаборатории
32 _
ВСЕГЕИ методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой на приборе «Элан-6100 DRC» определены содержания редкоземельных элементов (табл.1).
Для полученных значений содержаний редкоземельных элементов были подсчитаны коэффициенты накопления и построены графики по всем типам метасоматитов (рис.1).
Из графика следует, что метасоматиты Еловского месторождения характеризуются
Содержание редкоземельных элементов в метасоматитах Буруктальского месторождения, г/т
Элемент Карбонатизи- рованные серпентиниты Выщелоченные серпентиниты Нонтрониты Охры «черного горизонта» (кварц-магнетитовые метасоматиты) Охры (кварц- гетитовые метасоматиты) Хлорититы Оксидно-марганцевые метасоматиты
La 0,92 2,63 9,97 37,2 28,1 17,8 121,0
Се 0,52 0,64 1,23 34,1 63,7 17,3 29,0
Рг 0,15 0,53 3,26 10,4 8,96 3,47 29,8
Ш 0,56 2,15 12,3 38,4 33,8 13,9 120,0
Sm 0,081 0,35 3,29 8,01 9,06 2,77 21,30
Ей 0,013 0,067 0,85 1,72 1,99 0,51 4,78
Gd 0,14 0,44 3,11 7,67 7,57 2,31 20,60
ТЬ 0,012 0,065 0,54 1,12 1,08 0,43 2,67
Dy 0,074 0,3 3,4 6,03 5,78 2,26 13,1
Но 0,025 0,081 0,7 1,13 1,09 0,49 2,7
Ег 0,088 0,16 1,75 2,96 2,92 1,34 6,61
Тт 0,014 0,028 0,22 0,42 0,45 0,23 0,85
УЪ 0,077 0,12 1,41 2,34 2,73 1,4 4,64
Lu 0,0089 0,023 0,22 0,34 0,44 0,21 0,69
и &
Та «
о Л о
с
100
10
0,1
1
Рис.2. График нормированных к мантийному гарцбургиту содержаний РЗЭ в метасоматитах Буруктальского месторождения (по В.Мак Донугу [4])
1 - оксидно-марганцевые метасоматиты; 2 - кварц-гетитовые метасоматиты оксидно-железной зоны; 3 - кварц-магнетитовые метасоматиты оксидно-железной зоны; 4 - нонтрониты; 5 - хлорититы; 6 - выщелоченные серпентиниты; 7 - карбонатизированные серпентиниты
накоплением РЗЭ снизу вверх по профилю выветривания. Максимальных значений содержания РЗЭ достигают в жильных клино-хлор-бриндлейит-шамозитовых метасоматитах верхней части профиля в преобразованной инфильтрационными процессами коре выветривания. Для объемных метасомати-тов верхней части профиля, наибольшие
концентрации наблюдаются в гетитовых метасоматитах оксидно-железной зоны остаточной коры и в шамозитовых метасома-титах инфильтрационно-остаточной коры, причем последние богаче охр легкими лантаноидами, но беднее тяжелыми. Из особенностей следует отметить также положительную европиевую аномалию в клинохлор-
_ 33
бриндлейит-шамозитовом метасоматите. Резкая положительная аномалия связана судя по всему с глиноземистым никелевым серпентином бриндлейитом, развивающимся по плагиоклазу, от которого он и наследует повышенные концентрации Ей, это влияет в свою очередь на повышенный фон европия в самом метасоматите. Во всех породах наблюдается отрицательная цериевая аномалия, что свидетельствует об избирательном выносе элемента вследствие его повышенной по сравнению с другими лантаноидами растворимостью в гипергенных растворах [1]. В целом же из-за схожести своих химических свойств редкоземельные элементы демонстрируют субмантийный (и субхондритовый) характер распределения. В верхних зонах профиля выветривания происходит накопление всех без исключения редких земель, без сильного избирательного накопления или наоборот выноса легких, средних или тяжелых РЗЭ. Повышенный фон редкоземельных элементов в клинохлор-бриндлейит-шамозитовых метасоматитах приводит к образованию минеральной фазы редкоземельного иттриевого фосфата - ксе-нотима.
Буруктальское месторождение. Крупное по запасам месторождение окисленных никелевых руд на Южном Урале [2] является основной ресурсной базой Южно-Уральского никелевого комбината.
Авторами выделено семь основных типов метасоматитов и руд: карбонатизиро-ванные серпентиниты, выщелоченные серпентиниты, нонтрониты, кварц-магнетитовые и кварц-гетитовые метасоматиты, оксидно-марганцевые метасоматиты зоны охр и жильные хлорититы.
В Центральной лаборатории ВСЕГЕИ методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой определены содержания редкоземельных элементов по всем значимым природным типам руд и метасоматитам Буруктальского месторождения (табл.2).
По этим результатам были подсчитаны коэффициенты накопления РЗЭ в метасома-титах и построены графики нормализованных к ультрамафитам верхней мантии содержаний РЗЭ (рис.2).
34 _
На графике видно, что все редкоземельные элементы демонстрируют сходный характер распределения. По профилю коры выветривания содержание редких земель стабильно увеличивается снизу вверх, что говорит о положительном влиянии процессов гипергенеза на накопление этих элементов. Максимальные значения достигаются в оксидно-марганцевых метасомати-тах оксидно-железной зоны профиля выветривания. Это значит, что высокие сорб-ционные свойства марганцевых минералов, сорбирующих на себе М, Со и многие микроэлементы, включая ЭПГ, распространяются и на РЗЭ.
В целом редкоземельные элементы профиля выветривания Буруктальского месторождения, как и на Еловском, демонстрируют субмантийный характер распределения. При этом на графике ярко выражена отрицательная цериевая аномалия и отмечается небольшая европиевая. Микрорентге-носпектральным анализом (Ю.Л. Крейцер) в оксидно-марганцевых метасоматитах оксидно-железной зоны Буруктальского месторождения в ассоциации с клинохлором ПБ, баумитом, асболаном и монтмориллонитом была обнаружена микрофаза ксено-тима YPO4, состав которого характеризуется преобладанием легких РЗЭ над тяжелыми.
Выводы
1. Процессы выветривания и инфильт-рационно-метасоматические процессы в корах выветривания гипербазитовых массивов оказывают положительное влияние на накопление редкоземельных элементов.
2. Содержание редких земель в рудах гипергенных никелевых месторождений стабильно увеличивается снизу вверх по профилю выветривания.
3. Повышенный фон содержаний РЗЭ в метасоматитах верхней части профиля приводит к появлению минеральной фазы ит-триевого фосфата - ксенотима, обнаруженного в этих латеритах впервые. Его состав характеризуется преобладанием легких РЗЭ над тяжелыми.
4. Состав редкоземельных элементов во включающих их метасоматитах и минералах демонстрирует субмантийный характер распределения.
5. Отрицательная цериевая аномалия связана с его повышенной по сравнению с другими редкоземельными элементами растворимостью в гипергенных растворах.
Работа выполнена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. № П-737 и при поддержке грантов Германской службы академических обменов DAAD по программе «Михаил Ломоносов» 2010 г. № А/10/72922 совместно с грантом Министерства образования и науки РФ «Развитие потенциала высшей школы (2009-2011)» на 2011 г. № РНП 2.2.2.3.15075.
ЛИТЕРАТУРА
1. Балашов Ю.А. Геохимия редкоземельных элементов. М., 1976.
2. Вершинин А.С. Геология, поиски и разведка гипергенных месторождений никеля. М., 1993.
3. Никитин К.К. Никеленосные коры выветривания ультрабазитов и методы их изучения. М., 1970.
4. McDonough W.F. Constrains of the composition of continental litospheric mantle // EPSL. 1990. Vol.101. № 1. P.1-18.
REFERENCES
1. Balashov Y.A. Geochemistry of rare earth elements. Moscow, 1976.
2. Vershinin A.S. Geology, prospecting and exploration of supergene nickel deposits. Moscow, 1993.
3. Nikitin. K.K. Nickel crust of ultrabasites and methods for their study. Moscow, 1970.
4. McDonough W.F. Constrains of the composition of continental litospheric mantle // EPSL. 1990. Vol.101. N 1. P.1-18.
