CC BY
0
УДК 553.212:553.3.072(470.21) Научная статья
НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И УСЛОВИЙ ОБРАЗОВАНИЯ ПОРОД ПРОДУКТИВНЫХ ПЛАСТОВ ЛОВОЗЕРСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ (МУРМАНСКАЯ ОБЛАСТЬ)
М.А. Богуславский, С.И. Адамов
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Ленинские горы 1, Москва, 119991, Россия
Аннотация. В статье рассматриваются особенности химического состава и условий формирования пород двух продуктивных горизонтов (I-4 и II-4) Ловозерского лопа-ритового месторождения. Приводится общегеологическая характеристика Ловозерского щелочного массива, включающая описание его внутреннего строения, состава пород и рудоносных толщ. С помощью прецизионных методов показано наличие зональности в кристаллах лопарита, указывающее на постепенную кристаллизацию минерала в условиях понижающейся температуры расплава. Анализ химического состава нефелина, эгирина ранних фаз кристаллизации и более поздних минералов заполнения выявил присутствие в них двухвалентного и трехвалентного железа соответственно, что также свидетельствует об остывании всей системы в процессе формирования пород.
Ключевые слова: Ловозерское месторождение, лопарит, нефелин, эгирин, зональность, химический состав
Original article
SOME FEATURES OF CHEMICAL COMPOSITION AND CONDITIONS OF FORMATION OF PRODUCTIVE STRATA ROCKS OF LOVOZERO DEPOSIT (MURMANSK REGION)
Mikhail A. Boguslavskiy, Sergey I. Adamov
Lomonosov Moscow State University, Leninskie Gory 1, Moscow, 119991, Russia
Abstract. The article examines the features of the chemical composition and conditions of formation of rocks of two productive horizons (I-4 and II-4) of the Lovozero loparite deposit. The general geological characteristics of the Lovozero alkaline massif are given, including a description of its internal structure, rock composition and ore strata. Using precision methods, zoning in loparite crystals was shown, indicating the gradual crystallization of the mineral under conditions of decreasing melt temperature. An analysis of the chemical composition of nepheline, early crystallization egirine phases and later infilling minerals revealed the presence of divalent and trivalent iron, respectively, which also indicates cooling of the entire system during rock formation.
Key words: Lovozero Deposit, loparite, nepheline, aegirine, zoning, chemical composition
Ловозерское редкометальное месторождение расположено в центральной части Кольского полуострова в северо-западной части Ловозерского
© 2023, М.А. Богуславский, С.И. Адамов
массива щелочных сиенитов. Лопарит — главный рудный минерал, который включают в себя породы массива. Первым, кто описал минерал лопарит, был В. Рамзай (Ramsay, 1890), однако в качестве отдельного минерального вида он был выделен намного позднее (Кузнецов [Kuznetsov], 1925).
В 1934 г. было открыто месторождение лопарита в Ловозерских тундрах (Воробьева, Герасимовский [УогоЬуоуа, Gerasimovsky], 1935). В 1935 г. под руководством Н.А. Елисеева были начаты поисковые работы по выявлению месторождений лопарита в Ловозерском массиве. Исследования, включавшие геологическое картирование и опробование пород, позволили обнаружить крупные залежи этого ценного минерала. Открытие богатых запасов лопа-
сырье для производства тантала, ниобия и редкоземельных элементов.
Эксплуатационные работы ведутся на двух участках. На участке Карнасурт отрабатываются рудные горизонты 1-4 и 11-4, а на участке Кедык-вырпахк — рудный горизонт 11-4 (более детально о цифровых обозначениях рудных горизонтов см. ниже) (рис. 1).
Наибольший объем научных публикаций, от-
рита положило начало промышленному освоению носящихся к лопариту, связан с интенсивной
уникальных ловозерских месторождений (Елисе- разработкой месторождения в период с 1950 по
ев, Нефедов [Eliseev, Nefedov], 1940). Разработка 1970 г. (Елисеев, Федоров [Eliseev, Fedorov], 1953;
месторождения начата рудником «Карнасурт» в Власов и др. [Vlasov et al.], 1959; Герасимовский
1951 г. Рудник «Карнасурт» включает в себя два и др. [Gerasimovsky et al.], 1966; Буссен, Сахаров
участка: Кедыквырпахк и Карнасурт (Казанов и [Bussen, Sakharov], 1967, 1972; Семенов [Semenov],
др. [Kazanov et al.], 2016 г.). 1972 и др.). В этих исследованиях детально проана-
Разработку этого месторождения в настоящее лизированы фундаментальные вопросы геологии
время ведет компания ООО «Ловозерский ГОК», стратифицированного Ловозерского комплекса,
которая является единственным отечественным включая изучение его внутреннего строения, исто-
предприятием, выпускающим в промышленных рии формирования, литологических и петрографи-
масштабах лопаритовый концентрат - исходное ческих особенностей слагающих пород. Отдельное
Рис. 1. Схемы геологического строения Ловозерского массива (Пахомовский и др. [Pakhmovsky et al.], 2014) и расположения горных выработок Ловозерского месторождения: 1 — пойкилитовые (содалито)-нефелиновые сиениты; 2 — апатит-титанитовые ийолиты; 3 — породы эвдиалитового комплекса; 4 — породы расслоенного комплекса; 5 — вулканогенно-осадочные породы ло-
возерской свиты
Fig. 1. Schemes of the geological structure of the Lovozero Massif (Pakhomovsky et al., 2014) and the locations of the mine workings of the Lovozero deposit: 1 - poikilitic (sodalite)-nepheline syenites; 2 - apatite-titanite eudialyte; 3 - rocks of the eudialyte complex; 4 - rocks of the layered complex; 5 - volcano-sedimentary rocks of the Lovozero Formation
внимание уделено петрографии и геохимическим характеристикам пород, содержащих лопарит, выявлению закономерностей их пространственного распределения и условий образования. Подробно рассмотрены вопросы минералогии и кристаллохимии лопарита, микроструктуры и морфологических особенностей его кристаллов. Значительное внимание уделено также технологии обогащения руд и методам извлечения лопарита, позволяющим комплексно перерабатывать минеральное сырье. Внедрение в исследования новых методических подходов, таких как электронно-зондовая микроскопия, стимулировало получение важных данных о кристаллохимии лопарита, а также выявление закономерностей изменчивости его химического и гранулометрического состава в пределах изучаемого массива (Веселовский и др. [Veselovsky et al.], 1990; Mitchell, Chakhmouradian, 1996; Mitchell et al., 2000 и др.).
Необходимость вновь вернуться к изучению ло-паритовых месторождений обусловлена развитием технологий с использованием редкоземельных и конструкционных металлов, а также ужесточением норм качества лопаритового концентрата и экологичности его производства. Это стимулировало детальные минералогические исследования на действующих месторождениях (Федоров и др. [Fedorov et al.], 2003).
Геология массива
Ловозерский массив представляет собой один из крупнейших в мире щелочных вулкано-плутонических комплексов, прорвавших в конце позднего девона около 362 млн лет назад древние осадочные породы архейского возраста (Когарко и др. [Kogarko et al.], 1983).
Весь Ловозерский массив подразделяется на два основных комплекса, относящихся к разным стадиям его формирования (Герасимовский и др. [Gerasimovsky et al.], 1966; Буссен, Сахаров [Bussen, Sakharov], 1972). Нижний - дифференцированный, сложенный регулярно чередующимися субгоризонтальными (падающими под углами 5—10°, иногда до 25° к центру массива) слоями нефелиновых сиенитов фойяит-малиньитового ряда и фойдолитов (ритмичное чередование уртитов-фойяитов-луявритов). Верхний — комплекс эв-диалитовых луявритов (Власов и др. [Vlasov et al.], 1959; Семенов [Semenov], 1972). Оба комплекса имеют расслоенный характер, однако в нижнем комплексе расслоенность значительно более выражена, чем в верхнем.
В обоих комплексах присутствуют многочисленные согласные линзовидные и пластообразные тела ксенолитов — включений оливиновых базальтов, туфов и туффитов ловозерской свиты (Пахо-
мовский и др. [Ра^ошоуБку et а1.], 2014). Кроме того, здесь встречаются иные интрузивные образования — пойкилитовые нефелиновые и содалит-нефелиновые сиениты, щелочные пегматиты и гидротермалиты. Основной промышленный интерес представляют породы дифференцированного (нижнего) комплекса уртитов-фойяитов-луявритов.
Дифференцированный комплекс обнажается по периферии и в центральных частях массива, занимая около 40% площади. Главной отличительной особенностью комплекса является его выраженная ритмичная расслоенность, представленная многократным чередованием субгоризонтально залегающих слоев уртитов-фойяитов-луявритов, причем внутри этой трехчленной пачки происходит плавный переход состава породы от более лейкокра-товой разности (уртиты) к более меланократовой (луявриты) (Arzamastsev, 1994).
Луявриты — наиболее меланократовая разновидность — состоят из эгирина (20—50%), полевого шпата (30—50%) и нефелина (20—30%). При уменьшении количества эгирина до 10—15% луявриты сменяются фойяитами массивной текстуры, которые, в свою очередь, при увеличении к подошве нефелина, через ювиты переходят в полевошпатовые уртиты (Казанов и др. [Каапоу et а1.], 2016 г.).
Связанные такими постепенными переходами луявриты-фойяиты-уртиты образуют в разрезе неоднократно чередующиеся трехчленные пачки. При этом горизонт уртита, находящийся внизу такой пачки, резко контактирует с подстилающим его луявритом — верхним горизонтом следующей ниже пачки. Именно в этих зонах резкого изменения состава концентрация лопарита достигает максимума (Пахомовский и др. [Ра^ошоуБку et а1.], 2014). Число слоев различного петрографического состава на 2200 м изученной глубины комплекса превышает 2000 (Казанов и др. [Kazanov et а1.], 2016 г.).
Дифференцированный комплекс массива представлен семью выдержанными по простиранию сериями, обозначаемыми римскими цифрами I—VII сверху вниз.
Слои, в свою очередь, в пределах серий пронумерованы арабскими цифрами, причем в некоторых из них (1-4, 11-4) локализовано лопаритовое оруденение. Лопарит образует залежи на контактах пород, а также внутри определенных слоев. Лопа-ритоносные породы слагают тонкие (0,1—0,5 м) пласты в пяти верхних сериях комплекса (Веселовский и др. [Vese1ovsky et а1.], 1990).
В пределах месторождения только два рудных горизонта содержат лопарит в промышленных концентрациях: «лопаритовые уртиты» горизонта 1-4 и «лопаритовые малиньиты» горизонта 11-4. Мощность отдельных горизонтов составляет от нескольких сантиметров до десятков метров.
Характеристика рудных горизонтов
Внутреннее строение рудных горизонтов схематически изображено на рис. 2.
Рудный горизонт 1-4 (лопаритовые уртиты). Максимум оруденения приурочен к контакту массивных уртитов и трахитоидных луявритов, наиболее обогащен лежачий бок уртитов. Мощность наиболее обогащенной лопаритом части рудного горизонта 9—12 см (Казанов и др. [Kazanov et а1.], 2016 г.).
Лопаритовый уртит — светло-серая полнокристаллическая порода с гипидиоморфнозернистой структурой и массивной текстурой. Ее главными породообразующими минералами являются нефелин (65—70%), К-№ полевой шпат (5—10%), эги-рин (5—10%) и лопарит (5—8%). Вторичные минералы — содалит, эвдиалит, арфведсонит и др.
Рудный горизонт 11-4 (лопаритовые малиньиты). Лопаритовый малиньит представляет собой темно-серую среднезернистую породу с многочисленными блестящими кристаллами лопарита. В средней или нижней части прослоя часто наблюдается так называемая маркирующая трещина с примазкой цеолитов по плоскости. Мощность малиньито-вого слоя составляет 8—15 см, он сложен нефелином (35—55%), эгирином (25—40%), лопаритом
(10—23%) и К-Na полевым шпатом (2—20%), из акцессорных минералов наиболее типичны эвдиалит, мурманит, а также апатит, ильменит, пирротин, лампрофилит, нептунит (Казанов и др. [Ka-zanov et al.], 2016 г.).
Оба рудных горизонта залегают согласно с остальной толщей пород, полого падая к центру массива. В разрезе вертикальная мощность вмещающих пород, разделяющих горизонты, составляет 100—110 м. Четкие литологические границы рудных горизонтов отсутствуют и могут быть определены лишь по бортовому содержанию лопарита.
Ни в одном из горизонтов не происходит закономерного изменения качественных или количественных характеристик оруденения по простиранию или падению (Казанов и др. [Kazanov et al.], 2016 г.).
Материал и методы
Изучение петрографических шлифов и аншли-фов проводилось на поляризационных микроскопах ZEISS Axioskop 40 и Полам Р-312 в лаборатории рудной микроскопии на кафедре геологии, геохимии и экономики полезных ископаемых геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова.
Рис. 2. Схематическое изображение строения рудных пластов и вмещающих пород. Слева — рудный горизонт I-4 (лопаритовые уртиты), справа — рудный горизонт II-4 (лопаритовые малиньиты). Составлено по материалам: (Казанов и др. [Kazanov et al.],
2016 г.)
Fig. 2. Schematic representation of the structure of ore beds and host rocks. On the left — ore horizon I-4 (loparite urtites), on the right — ore horizon II-4 (loparite malinites). Compiled on materials by Kazanov et al., 2016 g.
Изучение химического состава минералов, а также микроструктур проведено в Институте экспериментальной минералогии РАН с помощью сканирующего электронного микроскопа Camscan MV2300 с энергодисперсионным спектрометром INCA Energy 450 с полупроводниковым Si(Li) детектором INCA PentaFET x3 и электронного сканирующего микроскопа TESCAN VEGA II, оператор Д.А. Ханин.
В рамках данного исследования анализировались прозрачно-полированные шлифы, изготовленные из пород рудных горизонтов I-4 участка Карнасурт (рис. 3, а) и II-4 участка Кедыквырпахк (рис. 3, б).
Зерна лопарита исследовались путем анализа каждого зерна в трех точках. При выборе таких точек в расчет брались наблюдаемая визуально зональность кристаллов, их целостный облик и направления, в которых грани кристалла росли наиболее правильно:
1) в точке центра кристалла лопарита (значение «0» на диаграммах);
2) в точке, находящейся на расстоянии примерно И от центра кристалла до его края (значение «0,5» на диаграммах);
3) в точке, находящейся в краевой зоне кристалла (значение «1» на диаграммах).
Было проанализировано шесть кристаллов лопарита рудного горизонта I-4 (лопаритовые урти-
ты) (табл. 1) и пять кристаллов лопарита рудного горизонта 11-4 (лопаритовые малиньиты) (табл. 2), а также 28 кристаллов других минералов из рудного горизонта 1-4 (лопаритовые уртиты) (табл. 3) и 31 кристалл других минералов из рудного горизонта 11-4 (лопаритовые малиньиты) (табл. 4).
Зональное строение лопарита
В результате анализа было установлено наличие зональности в кристаллах лопарита (рис. 4—6) и построены диаграммы содержания химических элементов по указанным зонам кристаллов с нанесенными на них трендовыми линиями для лопари-та из горизонта 11-4 (рис. 7) и для лопарита из горизонта 1-4 (рис. 8). Условно можно считать такую зональность кольцевой.
Предшественники также наблюдали зональные кристаллы лопарита (Сук и др. [8ик е! а1.], 2013), при этом составы зон различались по содержанию редких земель, титана, кальция, ниобия, стронция, иногда значительно. Наблюдалась как прямая кольцевая зональность (с увеличением содержания ниобия, стронция и уменьшением содержания редких земель от центра к краю кристалла), так и обратная. Возникновение прямой кольцевой зональности эти авторы связывали с кристаллизацией в условиях понижения температуры, а обратной — с одновременной кристаллизацией лопарита и таких
Рис. 3. (а) Фотография левого борта 10 рудного штрека, пикет 53+8,2 м. Рудный горизонт II-4 «Малиньиты», участок Кедыквырпахк. Красными линиями выделен рудный пласт, в области которого была отобрана проба. (б) Фотография левого борта скреперного орта 5/14У. Рудный горизонт II-4 «Уртиты», участок Карнасурт. Красной линией отмечена граница контраста состава пород
уртит/луяврит, в области которой была отобрана проба (длина линейки 40 см) Fig. 3. (a) Photograph of the left wall of the 10th ore track, station 53+8.2 m. Ore horizon II-4 "Malinites", Kedykvyrpakhk section. The ore bed is highlighted by red lines where the sample was taken. (b) Photograph of the left wall of the scraper ore pass 5/14U. Ore horizon II-4 "Urtites", Karnasurt section. The red line marks the boundary of the rock composition contrast between urtite/lujavrite in the area where the
sample was taken (length of the ruler is 40 cm)
Т а б л и ц а 1
Химический состав лопарита из рудного горизонта I-4 «лопаритовые уртиты», вес. %
T a b l e 1
Chemical composition of loparite from ore horizon I-4 "loparite urtites", wt. %
№ снимка Положение Точка O Na Ca Ti Nb Ta Sr REE Total
I-4-1 1 5 28,15 5,19 3,75 25,45 4,88 0 3,19 30,14 100,75
I-4-1 0,5 6 28,21 5,87 3,4 24,21 6,97 0 3,22 29,1 100,98
I-4-1 0 7 27,48 5,49 3,1 23,21 6,95 1,4 3,87 29,38 100,88
I-4-2 1 12 28,33 5,75 3,69 25,86 5,03 0 3,15 28,84 100,65
I-4-2 0,5 13 28,86 5,92 4,1 26,27 5,39 0 2,78 27,73 101,05
I-4-2 0 14 28,36 5,56 3,94 26,12 4,94 0 2,73 27,85 99,5
I-4-3 1 15 28,86 5,81 3,19 25 6,23 0 3,7 25,79 98,58
I-4-3 0,5 16 28,69 5,46 3,24 25,49 7,11 0 3,56 28,14 101,69
I-4-3 0 17 28,03 5,69 3,08 23,93 8,23 1,24 3,32 28,29 101,81
I-4-4 1 22 29,24 6,79 4,19 25,51 5,56 1 3,12 26,49 101,9
I-4-4 0,5 23 28,54 5,87 4,08 25,52 4,79 0,51 3,19 29,3 101,8
I-4-4 0 24 28,33 5,24 3,86 25,34 5,28 0,84 3,24 29,01 101,14
I-4-5 1 29 28,33 6,43 3,39 24,67 6,75 0,91 3,46 26,06 100
I-4-5 0,5 30 28,06 5,51 4,12 25,52 5,39 0 3,27 30,08 101,95
I-4-5 0 31 27,02 6,06 3,41 25,62 6,08 0,81 3,47 29,47 101,94
I-4-6 1 37 28,93 5,95 3,86 26,37 4,98 0,81 3,69 27,02 101,61
I-4-6 0,5 38 27,92 5,54 4,02 26,18 4,77 0 3,51 30,04 101,98
I-4-4 доп. 21 28,86 6,1 3,67 26,34 4,88 0 3,14 28,63 101,62
Среднее содержание 28,17 5,81 3,69 25,31 5,75 0,42 3,25 27,70
Т а б л и ц а 2
Химический состав лопарита из рудного горизонта II-4 «лопаритовые малиньиты», вес. %
T a b l e 2
Chemical composition of loparite from ore horizon II-4 "loparite malinites", wt. %
№ снимка Положение Точка O Na Ca Ti N Ta Sr REE Total
II-4-1 0 11 29,32 6,47 3,26 25,28 7 0,5 3,34 30,51 105,69
II-4-1 0,5 12 28,17 6,48 3,42 24,43 6,19 0,91 3,42 27,58 100,67
II-4-1 1 доп. 13 28,68 6,23 4,29 26,23 5,02 0 3,13 26,75 100,32
II-4-1 1 14 27,72 6,13 3,12 24,69 5,87 1,61 3,33 25,32 98,28
II-4-2 0 32 29,28 6,44 3,38 24,86 7,01 0,55 3,76 28,73 104,46
II-4-2 0,5 33 28,4 6,35 3,49 24,87 5,97 0,5 3,79 25,97 100,08
II-4-2 1 34 28,44 5,78 3,76 25,22 4,95 0 3,32 29,1 100,97
II-4-2 1 доп. 35 27,54 6,35 3,37 24,44 6,61 0 3,3 24,32 98,11
II-4-3 0 36 27,91 6,41 3,33 23,83 6,33 1,11 3,58 28,05 100,55
II-4-3 0,5 37 27,47 6,4 3,28 24,23 6,05 0,67 3,34 25,45 98,98
II-4-3 1 38 28,38 7,04 3,52 24,79 5,93 0 3,14 28,25 101,32
II-4-4 0 39 27,93 6,71 3,18 24,21 6,26 0 3,51 27,98 99,99
II-4-4 0,5 40 28,21 7,61 3,21 24,72 6,31 0 2,98 26,27 99,32
II-4-4 1 41 28,26 5,88 3,96 25,1 5,23 0,91 3,27 28,05 100,85
II-4-5 0 42 28,16 6,18 3,33 24,47 6,53 1,39 3,55 26,44 100,04
II-4-5 0,5 43 28,54 6,45 3,34 24,37 6,83 0,34 3,44 29,4 102,83
II-4-5 1 44 28,03 6,16 3,78 25,45 5,09 0 2,97 27 98,55
Среднее содержание 28,26 6,42 3,47 24,78 6,07 0,50 3,36 27,36
Т а б л и ц а 3
Химический состав нефелина и эгирина из рудного горизонта I-4 «лопаритовые уртиты», вес. %
T a b l e 3
Chemical composition of nepheline and aegirine from the ore horizon I-4 "loparite urtites", wt. %
№ снимка Точка Na Mg Al Si Cl K Ca Ti Mn Fe O Total
I-4-1 1 12,13 17,53 19,42 5,81 0 0,23 43,19 98,31
I-4-1 2 10,11 0,62 0,55 24,81 0,06 0,85 1,21 0,41 19,92 39,66 98,18
I-4-2 9 8,64 9,82 31,56 0 0,15 0,2 47,82 98,19
I-4-2 10 9,75 0,54 0,61 24,34 0,06 0,6 1,81 0,5 20,77 39,58 98,56
I-4-2 11 0,13 9,47 29,5 14,23 0,12 45,04 98,49
I-4-3 18 12,17 17,75 19,97 5,4 0 0 42,97 98,26
I-4-3 19 12,9 15 25,17 0,18 46,58 99.83
I-4-4 25 10,13 0,56 0,94 25,36 0 0,31 1,61 20,34 39,23 98,48
I-4-5 28 12,47 17,95 19,97 5,74 0,1 42,5 98,73
Т а б л и ц а 4
Химический состав нефелина и эгирина из рудного горизонта II-4 «лопаритовые малиньиты», вес. %
T a b l e 4
Chemical composition of nepheline and aegirine from the ore horizon II-4 "loparite malinites", wt. %
№ снимка Точка Na Mg Al Si Cl K Ca Ti Mn Fe O Total
I-4-1 1 12,13 17,53 19,42 5,81 0 0,23 43,19 98,31
I-4-1 2 10,11 0,62 0,55 24,81 0,06 0,85 1,21 0,41 19,92 39,66 98,18
I-4-2 9 8,64 9,82 31,56 0 0,15 0,2 47,82 98,19
I-4-2 10 9,75 0,54 0,61 24,34 0,06 0,6 1,81 0,5 20,77 39,58 98,56
I-4-2 11 0,13 9,47 29,5 14,23 0,12 45,04 98,49
I-4-3 18 12,17 17,75 19,97 5,4 0 0 42,97 98,26
I-4-3 19 12,9 15 25,17 0,18 46,58 99.83
I-4-4 25 10,13 0,56 0,94 25,36 0 0,31 1,61 20,34 39,23 98,48
I-4-5 28 12,47 17,95 19,97 5,74 0,1 42,5 98,73
минералов, как лампрофиллит, 8г-апатит, пирох-лор и других, имеющих коэффициенты разделения 8г и N5 между кристаллами и расплавом большие, чем лопарит.
Субгоризонтальный, а значит, допускающий более или менее вольную трактовку (с учетом остальных данных) тренд по ниобию, отчетливое уменьшение содержания редкоземельных элементов и увеличение доли стронция от центра к краю кристаллов лопарита в рудном пласте 1-4 позволяют сделать вывод о том, что лопарит кристаллизовался в условиях понижения температуры, поскольку кристаллы имеют признаки описанной выше прямой зональности.
Химический состав минералов
Выполнена диагностика слагающих породу, помимо лопарита, кристаллических сегментов в этих же прозрачно-полированных шлифах (табл. 4, 5), по этим данным рассчитаны эмпирические молекулярные формулы минералов.
Эмпирическая формула минерала в точке 1 (рис. 9 и табл. 4) горизонта 11-4 выглядит следующим образом:
(Na0.8-K0.18)Fe0.04A10.89Sil.07O4
В рассматриваемом примере общий делитель был найден исходя из предположения, что данный минерал — это нефелин. Нефелин содержит в сво-
Рис. 4. Лопарит из горизонта II-4. Кристалл с точками 36—38 Fig. 4. Loparite from horizon II-4. Crystal with acquisition points
36—38
Рис. 5. Лопарит из горизонта II-4. Кристалл с точками 39—41 Fig. 5. Loparite from horizon II-4. Crystal with acquisition points
39—41
Рис. 6. Лопарит из горизонта I-4. Кристалл с точками 5—7 Fig. 6. Loparite from horizon I-4. Crystal with acquisition points 5—7
ей элементарной молекулярной структуре четыре атома кислорода: (№, К)А18Ю4. Общий делитель был получен путем деления весовых процентов на сумму атомных весов четырех атомов кислорода, входящих в формулу нефелина. Для всех остальных элементов атомное количество каждого элемента делили на найденный общий делитель, получая стехиометрические коэффициенты в формулах.
Было установлено, что примесное железо представлено его двухвалентной формой, поскольку только при двухвалентном железе получается составить молекулярную формулу полностью нейтральной молекулы. Примесь железа очень мала и при пересчете формулы на трехвалентное железо отклонение заряда от нуля составляет 0,04. Из всех элементов, входящих в формулу, только железу
Рис. 7. Диаграммы химического состава кристаллов лопарита, горизонт II-4. По вертикальной шкале — процентное содержание.
По горизонтальной шкале: 0 — центр кристалла, 0,5 — И расстояния от центра до края, 1 — крайняя часть кристалла Fig. 7. Diagrams of the chemical composition of loparite crystals, horizon II-4. The vertical scale represents the percentage content. On the horizontal scale: 0 - represents the center of the crystal, 0.5 - halfway from the center to the edge, 1 - the outermost part of the crystal
Рис. 8. Диаграммы химического состава кристаллов лопарита, горизонт I-4. По вертикальной шкале — процентное содержание.
По горизонтальной шкале: 0 — центр кристалла, 0,5 — И расстояния от центра до края, 1 — крайняя часть кристалла Fig. 8. Diagrams of the chemical composition of loparite crystals, horizon I-4. On the vertical scale — percentage content. On the horizontal scale: 0 — the center of the crystal, 0.5 — И distance from the center to the edge, 1 — the outer part of the crystal
свойственна поливалентность. Помимо этого, изменение валентности любого другого элемента, в попытке коррекции суммарного заряда молекулы до нуля, даст еще большее отклонение, поэтому нет сомнений в том, что для получения электронейтральной молекулы нужно изменять валентность именно железа.
Аналогичным способом были рассчитаны формулы нефелина еще в пяти точках из рудного горизонта 11-4 и в одной точке из рудного горизонта 1-4, и в каждой из них было установлено присутствие примесного двухвалентного железа. Отсюда можно заключить, что в нефелине фойяитов Лово-зерского массива в качестве примеси встречается
именно закисное железо, а не окисное.
В публикации предшественников (Гойчук и др. ^оусИик et а1.], 2022) утверждается, что вхождение в состав нефелина железа в породах Хибинского массива, который имеет тот же генезис, что и Ловозерский массив (Ребецкий и др. [Rebetsky et а1.], 2017), описывается следующей формулой: 814+ + Fe3+ « К+ + 2А13+, где фигурирует трехвалентное железо. Но, как нами выяснено, в нефелине Ловозерского массива присутствует двухвалентное железо. Если допустить трансформирование этой формулы в вид 814+ + Fe2+ « 2А13+ или 814+ + Fe3+ « 3К+ + А13+, то, возможно, какая-то из них (или их комбинация) могла бы описать реальное положение дел. Размеры трехвалентного или двухвалент-
SEM HV: 20.00 kV Datefm/d/vl: 01/17/23 I.....ГП VEGAW TESCAN
SEM MAG: 98 x View field: 2.60 mm 500 pm
ВзнК.В Det: 8SE Detector RSMA Group IEM RAS (fl
Рис. 9. Точки сканирования 1—5 в полевом шпате из горизонта
II-4
Fig. 9. Scanning points 1—5, feldspar from horizon II-4
ного ионов железа отличаются незначительно, поэтому кристаллическая структура, с точки зрения размера занимаемых атомами позиций, не будет нарушена.
Часто кристаллы нефелина имеют полизональное строение, обусловленное периодическим распределением в них мельчайших включений эги-рина (Гойчук и др. ^оусИик et а1.], 2022). Поэтому аргументом в пользу закисного железа служит также то, что оно присутствует и во включениях эги-рина (см. ниже).
Во второй точке из рудного горизонта 11-4 (рис. 9) при установленном химическом составе и по петрографическим данным (на снимке хорошо видно, что этот кристалл представляет собой внутреннее включение в более крупном кристалле, который является нефелином; такая ассоциация свойственна включениям эгирина в нефелине) было определено, что это эгирин с эмпирической молекулярной формулой и при-
месями А10.09, Mn0.03, Т10. 02, М§0.04. По данным предшественников (Шубин и др. [ВИиЫп et а1.], 2021), такие примеси — явление весьма частое в пироксене Ловозерского массива, так же как и присутствие в нем закисного железа.
Аналогичная ситуация выявлена в точке 15 (рис. 10) на полевом шпате из рудного горизонта 11-4 и в точке 2 (рис. 11) на полевом шпате из рудного горизонта 1-4. Это точки анализа, которые расположены на зернах эгирина, с присутствием в нем закисного железа. Каждое такое зерно находится внутри кристалла нефелина, наличие за-кисного железа в котором нами подтверждено. В общем случае двухвалентное железо в эгирине встречается редко, так как этот минерал обычно содержит только трехвалентное железо.
В минералах, заполняющих интерстиции, например в точке 19, полевом шпате из рудного пласта 1-4 (рис. 12), установлено наличие трехвалентного железа.
Присутствие двухвалентного железа в нефелине и эгирине может быть обусловлено термодина-
Т а б л и ц а 5
Расчет эмпирической молекулярной формулы нефелина. Точка 1, горизонт II-4
T a b l e 5
Calculation of nepheline molecular formula. Point 1, II-4 horizon
11-4-6. Точка 1 Na Al Si K Fe O Total Общий делитель
Вес. % 12,56 16,38 20,48 4,69 1,48 43,66 99,25
Атомный вес 22,990 26,982 28,086 39,098 55,847 15,999
Атомное количество 0,546 0,607 0,729 0,120 0,027 2,729
Коэф. в формуле 0,80 0,89 1,07 0,18 0,04 4 0,682
Заряд 0,80 2,67 4,28 0,18 0,08 -8 0
мическими характеристиками магмы, а также ее химическим составом. При высоких температурах и низких давлениях магма имеет более высокую подвижность, что способствует уменьшению ее окислительной силы, а значит, образованию двух-
Рис. 10. Точки сканирования 15—20 в полевом шпате из горизонта II-4
Fig. 10. Scanning points 15—20, feldspar from horizon II-4
валентного железа в минералах. При понижении температуры окислительная способность магмы возрастает — отсюда появляется трехвалентное железо в минералах, заполняющих интерстиции, которые кристаллизовались на более поздней стадии. Таким образом, если на ранней стадии кристаллизации в минералах отлагалось двухвалентное железо, а на поздней стадии — трехвалентное, это значит, что образование породы в целом происходило в условиях ее остывания.
Заключение
По данным анализа в 36 точках кристаллов лопарита в прозрачно-полированных шлифах удалось установить наличие в них зональности, которая указывает на образование лопарита в условиях понижения температуры. Следует отметить, что лопарит продуктивных пластов имеет наиболее идиоморфный облик по сравнению с другими минералами, то есть он кристаллизовался одним из первых и температура при этом понижалась.
В результате петрографического описания и анализа в 59 точках по соотношению минералов был сделан вывод, что кристаллизация следовавших за лопаритом минералов, слагающих породу, происходила также при понижении температуры. Присутствие в магматическом расплаве сначала двухвалентного, а потом трехвалентного железа объясняется повышением окислительной способности магмы со временем за счет уменьшения ее
Рис. 11. Точки анализа 1—4 в полевом шпате из горизонта I-4 Fig. 11. Scanning points 1—4, feldspar from horizon I-4
SEM MAG: 50 х View field: 3.82 mm 2 mm
Рис. 12. Точки анализа 18 и 19 в полевом шпате из горизонта I-4 Fig. 12. Scanning points 18 and 19, feldspar from horizon I-4
подвижности, которая обусловлена понижением ее температуры. Это прямо коррелируется с выводами, полученными в ходе анализа зональности кристаллов лопарита в этих же породах. В результате выявляется непрерывный тренд понижения
температуры во времени: сначала кристаллизация лопарита, далее кристаллизация нефелина и эги-рина с двухвалентным железом и, в последнюю очередь, заполнение интерстиций минералами с трехвалентным железом.
ЛИТЕРАТУРА
Буссен И.В., Сахаров А. С. Геология Ловозерских тундр. Л.: Наука, 1967. 125 с.
Буссен И.В., Сахаров А.С. Петрология Ловозерского щелочного массива. Л.: Наука, 1972. 296 с.
Веселовский Н.Н., Сахаров А.С., Савченко Е.Э., Вой-теховский Ю.Л. Зональность в распределении лопарита Ловозерского щелочного массива // Щелочной магматизм северо-восточной части Балтийского щита. Апатиты: Изд-во КНЦ АН СССР, 1990. С. 79—84.
Власов К.А., Кузьменко М.В., Еськова Е.М. Ловозер-ский щелочной массив. М.: Изд-во АН CCCP, 1959. 618 с.
Воробьева О.А., Герасимовский В.И. Ловозерский лопарит // Хибинские апатиты. VIII. Л.: ОНТИ-ХИМТЕОРЕТ, 1935. С. 47—62.
Герасимовский В.И., Волков В.П., Когарко Л.Н., Поляков А.И., Сапрыгина Т.В., Балашов Ю.А. Геохимия Ловозерского щелочного массива. М.: Наука, 1966. 393 с.
Гойчук О.Ф., Коноплева Н.Г., Паникоровский Т.Л. Нефелин — типоморфный минерал пород Хибинского щелочного массива: обзор литературных данных и перспективы изучения // Труды Ферсмановской науч-
ной сессии Геологического института КНЦ РАН / Ред. А.С. Карпов. 2022. № 19. С. 47-52.
Елисеев Н.А., Нефедов Н.К. Лопаритовые месторождения Луяврурта // Производительные силы Кольского полуострова. Том 1 / Ред. А.Е. Ферсман. М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1940. С. 77-118.
Елисеев Н.А., Федоров Э.Е. Ловозерский плутон и его месторождения // Труды Лаборатории докембрия АН СССР. 1953. Вып. 1. Л.; М.: Изд-во АН СССР, 1953. 308 с.
Когарко Л.Н., Крамм У., Грауэрт Б. Новые данные о возрасте и генезисе щелочных пород Ловозерского массива (изотопия рубидия и стронция) // Доклады АН СССР. 1983. Т. 268, № 4. С. 970-972.
Кузнецов И.Г. Лопарит, новый редкоземельный минерал Хибинских тундр // Известия Геологического комитета. 1925. Т. 44, № 6. С. 663—682.
Пахомовский Я.А., Иванюк Г.Ю., Яковенчук В.Н. Лопарит-(Се) в породах Ловозерского расслоенного комплекса гор Карнасурт и Кедыквырпахк // Записки Русского минералогического общества. 2014. № 1. С. 68-87.
Ребецкий Ю.Л., Сим Л.А., Козырев А.А. О возможном
механизме генерации избыточного горизонтального сжатия рудных узлов Кольского полуострова (Хибины, Ловозеро, Ковдор) // Геология рудных месторождений. 2017. Т. 59, № 4. С. 263-280.
Семенов Е.И. Минералогия Ловозерского щелочного массива. М.: Наука, 1972. 307 с.
Сук Н.И., Котельников А.Р., Вирюс А.А. Кристаллизация лопарита в щелочных флюидно-магматических системах (по экспериментальным и минералогическим данным) // Геология и геофизика. 2013. Т. 54, № 4. С. 569-588.
Федоров С.Г., Николаев А.И., Брыляков Ю.Е., Герасимова Л.Г., Васильева Н.Я. Химическая переработка минеральных концентратов Кольского полуострова. Апатиты: КаэМ, 2003. 198 с.
Шубин И.И., Филина М.И., Когарко Л.Н. Эволюция пироксенов Ловозерского редкометального месторождения (нижняя зона) // Геохимия. 2021. Т. 66, № 1. С. 73—80.
Arzamastsev A.A. Unique Paleozoic intrusions of the Kola Peninsula. Apatity: Geologicheskiy Institut Kolskogo Nauch-nogo Tsentra RAS, 1994. 79 р.
Mitchell R.H., Chakhmouradian A.R. Compositional variation of loparite from the Lovozero alkaline complex, Russia // Canadian Mineralogist. 1996. Vol. 34. Р. 977—990.
Mitchell R.H., Burns P.C., Chakhmouradian A.R. The crystal structures of loparite-(Ce) // Canadian Mineralogist. 2000. Vol. 38. Р. 145—152.
Ramsay W. Petrographische Beschreibung der Gesteine des Lujavr-urt // Fennia III. 1890. Bd 7. S. 1—52.
REFERENCES
Arzamastsev A.A. Unique Paleozoic intrusions of the Kola Peninsula. Apatity: Geologicheskiy Institut Kolskogo Nauchnogo Tsentra RAS, 1994:1-79.
Bussen I.V., Sakharov A.S. Geology of Lovozero Tundra. Leningrad: Publishing House "Nauka", 1967:1-125. (In Russian).
Bussen I.V., Sakharov A.S. Petrology of the Lovozero alkaline massif. Leningrad: Publishing House "Nauka", 1972:1-296. (In Russian).
Eliseev N.A., Fedorov E.E. Lovozero pluton and its deposits. In: Trudy Laboratorii Dokembriya Academii Nauk SSSR. Issue 1. Leningrad; Moscow: Publishing House of the Academy of Sciences SSSR, 1953:1-308. (In Russian).
Eliseev N.A., Nefedov N.K. Loparite deposits of Luyavrurt. In: A.E. Fersman (ed.). Proizvoditelnye sily Kolskogo poluo-strova. Vol. 1. Moscow; Leningrad: Publishing House of the USSR Academy of Sciences SSSR, 1940:77-118. (In Russian).
Fedorov S.G., Nikolaev A.I., Brylyakov Yu.E., Gerasi-mova L.G., Vasilyeva N.Ya. Chemical processing of mineral concentrates of the Kola Peninsula. Apatity: Publishing House "KaeM", 2003:1-198. (In Russian).
Gerasimovsky V.I., Volkov V.P., Kogarko L.N., Polyakov A.I., Saprygina T.V., Balashov Yu.A. Geochemistry of the Lovozero alkaline massif. Moscow: Publishing House "Nauka", 1966:1-393. (In Russian).
Goychuk O.F., Konopleva N.G., Panikorovsky T.L. Nepheline as a typomorphic mineral of rocks of the Khibiny alkaline massif: a review of the literature data and the prospects of study. In: Karpov A.S. (ed.). Trudy Fresmanovskoy nauchnoy sessii Geologicheskogo Instituta KNTS RAN. 2022. 19:47-52. (In Russian).
Kogarko L.N., Kramm U., Grauert B. New data on the age and genesis of alkaline rocks of the Lovozero massif (iso-topy of rubidium and strontium). Doklady Akademii Nauk SSSR. 1983. 268(4):970-972. (In Russian).
Kuznetsov I.G. Loparite, new rare Earth mineral from the Khibiny tundra. Izvestiya Geologicheskogo Komiteta. 1925. 44(6):663-682. (In Russian).
Mitchell R.H., Chakhmouradian A.R. Compositional variation of loparite from the Lovozero alkaline complex, Russia. Canadian Mineralogist. 1996. 34:977-990.
Mitchell R.H., Burns P.C., Chakhmouradian A.R. The crystal structures of loparite-(Ce). Canadian Mineralogist. 2000. 38:145-152.
Pakhomovsky Ya.A., Ivanyuk G.Yu., Yakovenchuk V.N. Loparite-(Ce) in rocks of the Lovozero stratified complex of the Karnasurt and Kedykvyrpahk mountains. Zapiski Russkogo mineralogicheskogo obshchestva. 2014. 1:68—87. (In Russian).
Ramsay W. Petrographische Beschreibung der Gesteine des Lujavr-urt. Fennia III. 1890. 7:1-52.
Rebetsky Yu.L., Sim L.A., Kozyrev A.A. On a possible mechanism for generating excessive horizontal compression of ore nodes of the Kola Peninsula (Khibiny, Lovozero, Kovdor). Geologiya rudnykh mestorozhdeniy. 2017. 59(4):263—280. (In Russian).
Semenov E.I. Mineralogy of the Lovozero alkaline massif. Moscow: Publishing House "Nauka", 1972:1—307. (In Russian).
Shubin I.I., Filina M.I., Kogarko L.N. Evolution of pyroxenes of the Lovozero rare metal deposit (lower zone). Geokhimiya. 2021. 66(1):73—80. (In Russian).
Suk N.I., Kotelnikov A.R., Viryus A.A. Crystallization of loparite in alkaline fluid-magmatic systems (according to experimental and mineralogical data). Geologiya i Geofizika. 2013. 54(4):569—588. (In Russian).
Veselovsky N.N., Sakharov A.S., Savchenko E.E., Voi-tekhovsky Yu.L. Zonation in the distribution of loparite of the Lovozero alkaline massif. Alkaline magmatism of the northeastern part of the Baltic Shield. Apatity: Publishing House of the Kola Science Center of the USSR Academy of Sciences, 1990:79—84. (In Russian).
Vlasov K.A., Kuzmenko M.V., Eskova E.M. Lovozero alkaline massif. Moscow: Publishing House of the Academy of Sciences SSSR, 1959:1—618. (In Russian).
Vorobyova O.A., Gerasimovsky V.I. Lovozero loparite. Khibinskie apatity. VIII. Leningrad: Khimteoret, 1935:47—62. (In Russian).
Сведения об авторах: Богуславский Михаил Александрович — канд. геол.-минерал. наук, доцент каф. геологии, геохимии и экономики полезных ископаемых геологического ф-та МГУ имени М.В. Ломоносова, e-mail: mikhail@geol.msu.ru; Адамов Сергей Игоревич — аспирант каф. геологии, геохимии и экономики полезных ископаемых геологического ф-та МГУ имени М.В. Ломоносова, e-mail: sergejadamov@gmail.com
Information about the authors: Mikhail A. Boguslavskiy — Candidate of Science (Geol.-Mineral.), Docent of the Department of Geology, Geochemistry and Economics of ore deposit, Geological Faculty, Lomonosov Moscow State University, e-mail: mikhail@geol.msu.ru; Sergey I. Adamov — graduate student of the Department of Geology, Geochemistry and Economics of ore deposit, Geological Faculty, Lomonosov Moscow State University, e-mail: sergejada-mov@gmail.com
Поступила в редакцию 01.11.2023 Received 01.11.2023
