CC BY
11
ВестНик гсонаук. июнь, 2021, № 6 УДК 546.82:549:552.22(234.83) DOI: 10.19110/geov.2021.6.4
Новые данные o титановой минерализации в фенитизированных докембрийских карбонатных породах быстринской серии Среднего Тимана
И. И. Голубева1, А. С. Шуйский1, В. Н. Филиппов1, Е. М. Тропников1, С. И. Исаенко1,
И. Н. Бурцев1, В. Н. Леденцов2
Институт геологии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар, IIGolybeva2@yandex.ru; 2АО «Боксит Тимана»
Фенитизированные докембрийские карбонатные породы на Среднем Тимане являются материнскими породами для боксито-фосфатных кор выветривания. В этой связи вызывает большой интерес вещественный состав фенитов, характеризующихся обильной разнородной минерализацией. Особое внимание привлекает титановая минерализация, так как в боксито-фосфатных корах выветривания отмечаются высокие концентрации титановых минералов. Например, в бокситах Верхнещугорского месторождения количество рутила может достигать 6-7 кг/т. Титановая минерализация в фенитизированных карбонатных породах представлена титанитом, рутилом, рутиловым лейкоксеном, анатазом и редким минералом - касситом.
Ключевые слова: Средний Тиман, рифей, фенитизация, карбонатные отложения, титановая минерализация.
New data on titanium mineralization in fenitized precambrian carbonate rocks of Middle Timan
bystrinskaya series
I. I. Golubeva1, A. S. Shuisky1, V. N. Filippov1, E. M. Tropnikov1, S. I. Isaenko1,
I. N. Burtsev1, V. N. Ledentsov2
institute of Geology FRC Komi SC UB RAS, Syktyvkar; 2JSC «Timan's Bauxite»
Fenitized Precambrian carbonate rocks (Middle Timan) are parent rocks for bauxite - phosphate weathering crusts. Therefore, the mineral composition of fenites, characterized by rich and varied mineralization, is of great interest. Titanium minerals especially attract attention, since their high concentrations are noted in bauxite-phosphate weathering crusts. For example, in the bauxites of the Verkhne-Shchugorsk area, the amount of rutile may reach 6000-7000 g/t. Titanium mineralization is represented by titanite, rutile, anatase, and cassite.
Keywords: Middle Timan, Riphean, fenitization, carbonate deposits, titanium mineralization.
На Среднем Тимане в Четласском блоке выделена флюидоэксплозивная структура (ФЭС) карбонатито-щелочного типа [3], в которую входят карбонатиты, дайковый комплекс эксплозивных карбонатизирован-ных ультрамафитовых пород и фенитизированные терригенные и карбонатные докембрийские толщи. Во всех породах выявлены редкоземельные карбонаты, доказывающие парагенетическую общность всех составных частей ФЭС и единый мантийный источник [1; 2; 12; 16; 17]. Карбонатиты Тиманского региона кальцит-анкерит-сидеритового состава с редкоземельно-сульфидной минерализацией являются типичными низкотемпературными карбонатитами последней стадии процесса карбонатитообразования [11; 16]. Поздние карбонатиты такого типа могут залегать вдали от материнских щелочных комплексов в виде самостоятельных приповерхностных субвулканических тел. Карбонатиты региона пространственно не ассоциируют с какими-либо щелочными комплексами, поэтому их формационная принадлежность пока не уста-
новлена. Карбонатитовое тело в районе р. Косью представлено штоком с установленными размерами в поперечнике 250 х 400 м, а на глубине 500 м по геофизическим данным — до 2000 м [16]. Поздние низкотемпературные карбонатиты обычно характеризуются мощным проявлением флюидного ореола с ме-тасоматическим проявлением (фенитизацией). Площадь ореола фенитизации в данном случае может превышать мощность карбонатитовых тел в десятки раз [11]. Карбонатитовый магматизм на Среднем Тимане сопровождается не только эксплозивными прорывами флюидных потоков с образованием карбонатизиро-ванных ультрамафических даек, но и проявлением К-№-метасоматоза, затронувшим обширные территории [9; 10; 15]. Фенитизации подверглись силикатные и карбонатные докембрийские толщи с редкозе-мельно-редкометалльной, титановой и сульфидной минерализацией. В работе рассмотрена титановая минерализация в фенитизированных карбонатных породах быстринской серии. Большой вклад в изучение
Для цитирования: Голубева И. И., Шуйский А. С., Филиппов В. Н., Тропников Е. М., Исаенко С. И., Бурцев И. Н., Леденцов В. Н. Новые данные o титановой минерализации в фенитизированных докембрийских карбонатных породах быстринской серии Среднего Тимана // Вестник геонаук. 2021. 6(318). C. 38-47. DOI: 10.19110/geov.2021.6.4.
For citation: Golubeva I. I., Shuisky A. S., Filippov V. N., Tropnikov E. M., Isaenko S. I., Burtsev I. N., Ledentsov V. N. New data on titanium mineralization in fenitized precambrian carbonate rocks of Middle Timan bystrinskaya series. Vestnik of Geosciences, 2021, 6(318), pp. 38-47, doi: 10.19110/ geov.2021.6.4.
Veitoik of GeoScUoceS, June, 2021, No. 6
m
титановых минералов в фенитизированных докем-брийских карбонатных породах и их корах выветривания в свое время внесли В. В. Лихачев и И. В. Швецова [9; 18]. Наши исследования увеличили список титановых минералов в фенитизированных карбонатных породах быстринской серии и расширили представление о генезисе данных минералов.
Методика исследования
Состав титановых минералов исследовался на сканирующем микроскопе JSM-6400 JEOL и VEGA3 TESCAN (ИГ Коми НЦ УрО РАН), а также на высокоразрешающем рамановском спектрометре HR800 (ИГ Коми НЦ УрО РАН) с использованием внешнего Ar+ лазера (к = 514.5 нм, мощность при регистрации спектров составляла 12 мВт). В процессе регистрации спектров была задействована решетка спектрометра 600 ш/мм, размер конфокального отверстия — 300 мкм, щели — 100 мкм, объектив с увеличением *50, время накопления сигнала — 1 секунда, количество измерений на одном участке спектрального диапазона — 10. Регистрация спектров осуществлялась при комнатной температуре. Содержание Ti, V и Nb (ppm) в фенитизированных карбонатных породах определялось методом ICP MS на квадрупольном масс-спектрометре ELAN 9000 (Perkin Elmer Instruments) (ИГиГ УрО РАН, г. Екатеринбург).
Объект исследования и обсуждения
Фактическим материалом исследования титановых минералов послужил керн фенитизированных карбонатных отложений быстринской серии поздневерх-нерифейского возраста, полученный при разведке Верхнещугорского бокситового месторождения (рис. 1, а) и поисковых работах на фосфориты. Апокарбонатные фениты этой же серии были отобраны из коренного обнажения, расположенного в левом борту реки Светлой (рис. 1, а).
Отложения быстринской серии (RF3) на Среднем Тимане расположены в виде узкой полосы (2—3 км) северо-западного простирания вдоль восточного склона Цилемско-Четласского мегавала и тектонически ограничены по западному и восточному краям. В бы-стринскую серию входит ворыквинская свита, сложенная в основном доломитами и доломитизированны-ми известняками с примесью терригенного и глинистого материалов. Выше залегает павьюгская свита существенно известкового состава, отличающаяся от подстилающей ворыквинской более широким распространением строматолитов. Завершают разрез данной серии отложения паунской свиты, представленные филлитами и черными сланцами [8]. Породы быстринской серии в разной степени подверглись фени-тизации.
Рис. 1. Расположение пунктов отбора фенитизированных карбонатных пород быстринской серии: а — схематическая географическая карта с обозначенными пунктами отбора фактического материала. Условные обозначения: красный кружок № 1 — коренное обнажение фенитизированных пород на реке Светлой; красный кружок № 2 — старый геологический лагерь с керном фенитов; b — коренное обнажение фенитизированных карбонатных пород на реке Светлой (точка на карте 1); c — керн фенитизированных карбонатных пород, отобранный при разведке фосфатоносных кор выветривания
(точка на карте 2)
Fig. 1. Location of sampling points for fenitized carbonate rocks of the Bystrinskaya Group: a — schematic geographic map with designated points of selection of factual material. Legend: red circle No 1 — radical outcrop of fenitized rocks on the Svetlaya River; red circle No 2 — old geological camp with fenite core; b — bedrock outcrop of fenitized carbonate rocks on the Svetlaya River (point on map 1); c — core of fenitized carbonate rocks taken during the exploration of phosphate-bearing weathering
crusts (point on map 2)
Титановые минералы в фенитизированных
карбонатных породах Верхнещугорского района
Фенитизированные породы быстринской серии в районе Северного участка Верхнещугорского месторождения бокситов довольно хорошо изучены, так как они являются материнским субстратом для бокситового корообразования [9; 15]. Фенитизацией затронуты в большей степени терригенно-карбонатные породы павьюгской свиты и нижняя часть ворыквинской свиты. В карбонатной части пород наблюдаются широкие вариации содержаний доломита и кальцита. Минералы щелочной минерализации представлены альбитом, микроклином, эгирином, реже рибекитом. В исследованной фенитизированной толще карбонатных пород отмечаются две разнородные по минеральному составу зоны: полевошпат-эгириновая (рибеки-товая) и полевошпатовая [15]. Метасоматиты Северного участка Верхнещугорского месторождения имеют специфическую полосчатую текстуру, иногда брекчи-рованную, серой, розовой, кремовой окраски (рис. 2, а). Полосчатые текстуры пород обусловлены чередованием слоев с разным минеральным составом и размерностью зерен (рис. 2, b). Подобные полосчатые текстуры характерны для парасланцев динамотермаль-ного (регионального) метаморфизма, унаследованные от материнского субстрата осадочных пород, характеризующихся слоистым строением. В данном случае первичную осадочную слоистость выявляет ме-тасоматическое минералообразование, обусловленное просачиванием вдоль многочисленных поверхностей тонкого напластования карбонатных пород разнотемпературных щелочных растворов.
Полевые шпаты образуют мелкозернистые агрегаты в виде слойков мощностью менее одного миллиметра или кристаллизуются в виде рассеянных крупных гипидиоморфных кристаллов с размерностью 1.0— 3.0 мм. Альбит представлен гипидиоморфными таблитчатыми кристаллами с полисинтетическими двойниками, в отличие от калиевого шпата с неясными морфологическими очертаниями и плохо выраженными специфическими оптическими свойствами. В перекристаллизованных крупнозернистых карбонатных (в основном доломитовых) слоях развиваются отдельные крупные гипидиоморфные кристаллы калиевого полевого шпата с размерностью 0.6—1.0 мм. В слабо-фенитизированных породах полевые шпаты представлены единичными зернами, в случае увеличения их количества до 60—70 % появляется эгирин. Эгирин кристаллизуется в виде игольчатых кристаллов, собранных в виде звездчатых агрегатов. Появление эги-рина свидетельствует о повышенном температурном режиме щелочного флюида. Особенности фенитизации проявляются в разнообразии титановой минерализации. В мелкозернистых полевошпатовых слоях отмечаются обильные выделения титановых агрегатов в форме изометричных пластинок или уплощенных лепешек наподобие лейкоксена (рис. 2, с, d).
Лейкоксен имеет довольно крупные размеры — диаметр до 0.2 мм и толщина около 0.05 мм (рис. 2, е). На электронно-микроскопических снимках в титановом агрегате хорошо прослеживается рутиловый сагенит с пойкилитовыми включениями полевых шпатов и кальцита (рис. 2, f). Подобные агрегаты в виде рутиловых
сагенитов но с обильными включениями кварца характерны для лейкоксена Ярегской и Пижемской па-леороссыпей Тимана, характеризуемого как аутиген-но-метаморфогенный лейкоксен или вторичные продукты замещения ильменита. Следует отметить, что лейкоксен на сегодняшний день не имеет внятного определения и традиционно рассматривается как продукт изменения ильменита или титанита в виде агрегата оксидов титана с кварцем. В данном случае описываемый лейкоксен в виде рутилового (анатазового?) агрегата имеет первичное происхождение, развивается в виде пойкилобласт с многочисленными пойкилитовыми включениями кальцита и полевых шпатов. Кристаллизация лейкоксена в описываемых щелочных метасоматитах также первичная, как и в докембрийских зеленых сланцах, что дополняет понимание генезиса титанового агрегата. Известно, что в условиях динамотермального метаморфизма серицит-хлоритовой субфации фации зеленых сланцев кристаллизуется тонкоигольчатый аутигенный рутил в виде са-генитового агрегата с включениями породообразующих минералов (в основном кварца) [4—6]. Первичную природу сагенитового рутила в фенитизированных карбонатных породах ранее отмечали И. В. Швецова и В. А. Лебедев, противопоставляя принятому гипергенному генезису [10, 18].
В крупнокристаллических перекристаллизованных карбонатных прослоях с эгирином и калиевым полевым шпатом развивается другая модификация титанового минерала в виде отдельных кристаллов рутила с размерностью от 0.05 мм до 0.15 мм (рис. 1, g, j). Рутил был установлен методоми рамановской спектроскопии (рис. 2, h, i, k). Крупнокристаллический рутил, в отличие от сагенитового, как правило, содержит примесь ниобия (табл. 1). Ранее в метасоматизированных карбонатных породах В. А. Лебедев отмечал длительный многофазный процесс их формирования, сочетающий несколько фаз щелочного метасоматоза и перекристаллизации [10], что привело к развитию разной модификации титанового минерала и изменению его химического состава. Рутил, образованный в разных температурных режимах, различается разными количественными показателями элементов примесей — Nb2O, Cr2Ö5 и V2O5. В сагенитовом рутиле содержание Nb2Ö5 не превышает 1.5 мас. %, тогда как в крупных индивидах его количество резко возрастает до 6.28 мас. %. Высокой концентрации в титановых минералах Nb2O5, скорее всего, способствует метасоматическая переработка карбонатных пород высокотемпературными щелочными флюидами и привнос данного элемента. Например, в наиболее метасоматизированной породе (образец № 59-146) с высоким содержанием эгирина, свидетельствующего о максимальном температурном ингредиенте просачивающихся флюидов, отмечены самые высокие количественные показатели ниобия — 150 г/т — и титана — 2800 г/т (табл. 2). Максимальные концентрации Cr2O5 (2.02 мас.%) и V2O5 (1.95 мас. %) в ниобиевом рутиле (Nb2O3 — 6.28 мас. %) повлияли на высокие количественные показатели ванадия (190 г/т) и хрома (280 г/т) в породе в целом (табл. 2). Ранее В. В. Лихачев при обнаружении в ниобиевом рутиле в описываемых породах постоянной примеси V2O5 отмечал, что такая особенность минерала проявляется при его кристаллизации в карбонати-
Vestaik of GeoScienceA, June, 2021, No. 6
Рис. 2. Титановые минералы в фенитизированных карбонатных породах Верхнещугорского района: a — полосчатая текстура фенитизированных карбонатных пород; b — разнозернистые фенитизированные слои с резкими контактами (фотография с анализатором); с — пластинки лейкоксена в прослое мелкозернистого агрегата полевых шпатов (фотография без анализатора); d — электронно-микроскопический снимок лейкоксена в мелкозернистом полевошпатовом прослое фенита; e — поперечное сечение пластинки лейкоксена; f — сагенитовая структура рутила; g — ниобиевый рутил с пой-килитовыми включениями кальцита; h — область картирования рутила на рамановском спектрометре; i — КР-спектры минералов (рутила, калиевого полевого шпата, кальцита); j — длиннопризматические кристаллы ниобиевого рутила в крупнокристаллическом полевошпатовом прослое; k — рутил (обозначен светло-зеленым цветом) в области картирования 60 х 60 мкм
по сетке 30 х 30 точек с шагом 2 мкм
Fig. 2. Titanium minerals in fenitized carbonate rocks of the Verkhne-Shchugorsk region: a — banded texture of fenitized carbonate rocks; b — uneven-grained fenitized layers with sharp contacts (photograph with an analyzer); c — leucoxene plates in an interlayer of a fine-grained feldspar aggregate (photograph without an analyzer); d — electron microscopic image of leucoxene in a fine-grained feldspar interlayer of fenite; e — cross-section of a leucoxene plate; f — sagenite rutile; g — niobium rutile with poikilite inclusions of calcite; i — raman scattering spectra of minerals (rutile, potassium feldspar, calcite); j — long-prismatic niobium rutile crystals in a coarse-crystalline feldspar interlayer; k — rutile (marked with light green colour) in the
mapping area 60 x 60 ¡m on a grid of30 x 30 points with a step of 2 ¡m
Таблица 1. Химический состав (мас. %) рутила в фенитизированных карбонатных породах Table 1. Chemical composition (wt. %) of rutile in fenitized carbonate rocks
Фенитизированные карбонатные породы Верхнещугорского бокситового месторождения _Fenitized carbonate^ rocks of the Verkhne-Shchugorsk bauxite deposit_
Номер образца Sample number Анализируемое зерно Analyzed grain TiO2 FeO Cr2O5 Nb2O5 V2O5 Сумма Total
SRK 59 - 141 1 - 5 2 - 1 97.42 96.5 не обн. / N. F. 0.47 0.26 не обн. / N. F. не обн. / N. F. 1.5 не обн. / N. F. 1.2 97.68 99.67
SRK 3 - 1 5 - 1 87.75 0.78 2.0 6.28 1.95 98.76
SRK 58 3 - 1 97.9 не обн. / N. F. не обн. / N. F. не обн. / N. F. 1.12 99.02
1 - 4 98.7 не обн. / N. F. 0.59 0.83 0.94 101.06
2 - 1 97.03 0.56 0.48 1.4 0.75 100.22
SRK 56a-1 2 - 2 4 - 1 95.67 98.48 0.77 0.17 0.49 0.19 0.77 0.23 1.08 0.89 98.78 99.96
5 - 1 93.46 0.95 1.13 3.5 1.04 100.08
5 - 2 94.3 0.38 2.02 2.52 1.0 99.4
SRK 56a 1 - 3 4 - 6 98.44 99.59 0.22 0.48 не обн. / N. F. не обн. / N. F. не обн. / N. F. не обн. / N. F. 0.82 0.96 99.48 101.2
1 - 6 96.72 0.76 не обн. / N. F. 1.47 0.98 98.95
1 - 7 92.27 1.58 не обн. / N. F. 2.72 1.2 97.77
SRK 3-2 2 - 2 98.14 не обн. / N. F. не обн. / N. F. 0.46 0.8 100.36
8 - 3 94.1 1.48 не обн. / N. F. 3.52 1.16 100.26
1 - 3 96.17 1.06 не обн. / N. F. 0.35 1.04 98.62
1 - 4 93.09 1.44 0.45 2.77 0.88 98.63
SRK 59-146 3 - 3 90.16 2.63 0.66 5.03 0.99 99.47
5 - 3 94.1 1.48 0.51 3.23 0.93 100.26
6 - 1 94.1 2.42 0.38 5.88 1.1 103.88
Фенитизированные карбонатные породы обнажения р. Светлая Fenitized carbonate rocks of the Svetlaya river
3-1 95.85 0.81 не обн. / N. F. не обн. / N. F. 0.81 97.47
20 -19 4-1 99.15 1.2 не обн. / N. F. не обн. / N. F. 1.2 101.55
5-1 98.24 0.86 не обн. / N. F. не обн. / N. F. 0.86 99.96
1-1 92.91 0.34 не обн. / N. F. не обн. / N. F. 0.53 93.78
1-2 91.87 0.57 не обн. / N. F. не обн. / N. F. 0.84 93.28
20-14 2-1 97.74 0.33 не обн. / N. F. не обн. / N. F. 0.74 98.81
2-2 98.04 не обн. / N. F. не обн. / N. F. не обн. / N. F. 1.11 99.15
3-1 97.71 0.46 не обн. / N. F. не обн. / N. F. 0.76 98.93
Примечания: 1. Жирным шрифтом обозначены крупные перекристаллизованные ниобиевые рутилы. 2. Анализируемое зерно SRK 3-1 (5-1) ниобиевого рутила изображено на рис. 2, g. 3. Анализируемое зерно SRK 59-146 (6-1) ниоби-евого рутила изображено на рис.2, j.
Notas: 1. Large recrystallized niobium rutiles are shown in bold. 2. Analyzed grain SRK 3-1 (5-1) of niobium rutile is shown in Fig. 2 g. 3. Analyzed grain SRK 59-146 6-1 niobium rutile is shown in Fig. 2 j.
Таблица 2. Содержание (г/т ) Ti, V, Cr, Nb в фенитизированных карбонатных породах быстринской серии
Table 2. The content (ppm) of Ti, V, Cr, Nb in the fenitized carbonate rocks of the Bystrinskaya series
-2 т—1 7 2 to 56а - 2 00 un 59 - 146 59-141-9 1 0 6 64 - 77 65-40 67 -66 20 -14 20-13б 22б-13-1 Кларки карбонатных пород Carbonate rocks clarkes
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Ti 150 300 500 90 2800 110 110 500 400 600 400 600 2400 600
V 8.0 50.0 4.0 7.0 190 10.0 9.0 10.0 8.0 8.0 12.0 13.0 40.0 19.0
Nb 3.9 9.0 23.0 23.0 150 6.0 4.0 2.5 1.9 31.0 1.3 2.5 8.0 0.5
Cr 29.0 28.0 29.0 18.0 280.0 16.0 21.0 10.0 8.0 21.0 9.0 10.0 27.0 11.0
Примечание: Щугорский участок бокситового месторождения — столбцы 1—10; обнажение на реке Светлой — столбцы 11, 12; разведочный керн на фосфатные коры выветривания — столбец 13.
Note: Shchugorsky site of the bauxite deposit-columns 1—10; outcrop on the Svetlyaya River-columns 11, 12; exploration core for phosphate crusts of weathering — column 13.
Vestnik of GeoSciencceS, June, 2021, No. 6
тах последней, низкотемпературной стадии процесса карбонатитообразования [9]. Ниобиевые рутилы образуются в породах даже с низкими кларковыми значениями титана, но с достаточно высоким содержанием ниобия. Например, в образце № 3-2 количество ТЮ2 составляет 300 г/т, что в два раза меньше кларка (600 г/т) для карбонатных пород, при этом концентрация ниобия (9.0 г/т) превышает кларк (0.6 г/т) в 15 раз (табл. 2). Это объясняется тем, что единственным концентратором ниобия в данном случае является рутил.
Титановые минералы в коренных выходах фенитизированных карбонатных пород на реке Светлой
Фенитизированные карбонатные породы на реке Светлой обнаружены в виде небольшого коренного выхода, представленного пачкой мощностью около 50 см
и протяженностью около метра (рис. 1, Ь). Порода каль-цитового состава имеет темно-серый цвет с хорошо выраженной полосчатой текстурой, обусловленной развитием фенитизированных прослоев (рис. 3, а). Фенитизация характеризуется послойным развитием метасоматических минералов (слюды и альбита) с резкими контактами с карбонатными участками. В породе проявлен будинаж за счет разрыва карбонатных, более жестких слоев, заключенных в пластичных слюдистых метасоматизированных участках, с последующим смещением их вдоль кливажа сланцеватости (рис. 3, а, Ь). Метасоматическая слюда, классифицируемая пограничным составом сидерофиллита и анни-та (рис. 3, с), образует мелкие чешуйки со слабовыра-женным плеохроизмом в светло-коричневых тонах с размерностью 0.1—0.15 мм. Альбит кристаллизуется в виде мелкозернистого мозаичного агрегата с размерами около 0.06 мм. В фенитизированных участках
Рис. 3. Титановые минералы в коренных выходах фенитизированных карбонатных породах на реке Светлой: a — фенитизированная карбонатная порода со структурой будинаж; b — кливаж сланцеватости; c — классификационная диаграмма* (Fe-Mn + Ti + AlIV) — (Mg-Li) с фигуративными точками химических составов слюд; d — коленчатый двойник рутила; e — кристаллизация кассита на краю регенерационной каемки доломита; f — электронно-микроскопический увеличенный снимок кассита, изображенного на рис. e; g — энергодисперсионный спектр кассита; h — кассит в виде отдельных мелких зерен
Fig. 3. Titanium minerals in bedrock outcrops of fenitized carbonate rocks on the Svetlaya River: a — fenitized carbonate rock with a boudinage structure; b — cleavage cleavage; c — classification diagram* with figurative points of chemical compositions of micas; d — cranked twin of rutile; e — crystallization of cassite at the edge of the regeneration rim of dolomite; f— electron microscopic enlarged image of the cassite shown in Fig. 3, e; j — energy dispersion spectrum of cassite; h — cassite in the form of
individual small grains
Таблица 3. Химический состав кассита (мас.%)
Table 3. Chemical composition of cassite (wt. %)
Номер образца / Sample number 20 - 19
Номера точек исследования Number of study points 1-5 1-4 1 2
CaO 19.45 15.81 17.62 21.87
TiO 66.56 71.05 53.71 56.45
FeO не обн. 0.39 0.77 0.76
Сумма / Total 86.01 87.25 72.1 79.08
карбонатной породы рутил наблюдается в виде отдельных мелких игольчатых кристалликов с размерностью около 0.01—0.015 мм (рис. 3, d), ассоциирует с фтористым апатитом, монацитом и торитом. В рутиле, в отличие от такового в вышеописанных фенитизирован-ных карбонатных породах, ниобий не обнаружен (табл. 1), хотя содержание данного элемента в породе превышает кларковые значения в 2—4 раза (табл. 2). В рутиле есть примеси железа (0.0—1.2 мас. %) и ванадия (0.63—1.2 мас. %). Отсутствие ниобия в рутиле объясняется, скорее всего, недостаточной прогретостью толщи. В породе обнаружен минерал, по составу соответствующий касситу [СаТ1204(0Н2)]. В таблице 3 приведен химический анализ данного минерала. Сумма компонентов низкая, так как предполагается наличие групп ОН. Кассит впервые был описан в 1965 г. в миа-ролах рудных пегматитов щелочно-ультраосновного массива Африканда [7]. Развивается по титановым минералам — ильмениту, перовскиту и титаниту — или образует собственные пластинчатые и листоватые кристаллы. Он также был встречен в нефелиновых сиенитах на Среднем Урале [14]. Во всех описываемых случаях минерал кристаллизуется в магматических щелочных формациях в условиях низкотемпературного гидротермального режима. Кассит в фенитизирован-ной карбонатной породе представлен гипидиоморф-ными и ксеноморфными пластинчатыми зернами с размерностью 0.003 мм, ассоциирует с метасоматиче-скими апатитом и рутилом (рис. 3, е—^. Минерал, скорее всего, кристаллизовался на завершающей стадии формирования породы в условиях дислокационных подвижек, сопровождающихся низкотемпературными гидротермальными процессами перекристаллизации.
Титановые минералы в фенитизированных
породах, отобранных при разведочных работах
на фосфатоносные коры выветривания.
Керн фенитизированных пород, оставленный в заброшенном геологическом лагере (рис. 1, с) в верховьях р. Гнилой, по устному сообщению В. А. Лебедева, был получен при разведочных работах на фосфатное и фосфат-бокситовое сырье (1976—1984 гг.). Породы привлекли внимание полосчатой текстурой, типичной для фенитизированных карбонатных пород быстрин-ской серии (рис. 4, а). Полосчатость обусловлена переслаиванием слойков, сложенных разнозернистым агрегатом серицит-альбит-кальцитового и хлорит-каль-цитового состава. В слоях с серицит-альбитовой минерализацией обнаружены фтористый апатит, бастнезит, алланит, титаномагнетит [1]. Цериевый баст-незит выявлен во всех объектах флюидоэксплозивной структуры — в карбонатитах, флюидоэксплозивных
дайках и вмещающих фенитизированных осадочных толщах силикатно-карбонатного состава [1; 2; 12; 15; 17]. Крупнокристаллические карбонатные слои отличаются более темной зеленой окраской за счет многочисленных чешуек хлорита с размерностью до 0.1 — 0.3 мм. В этих же слоях обнаружены обильные пойки-лобласты титанита с многочисленными включениями кальцита, реже кварца с размерами около 0.1—0.2 мм (рис. 4, b—d, к). Пойкилитовых включений в титаните порой бывает так много, что титанит приобретает ситовидную структуру (рис. 4, g). В данном случае минерал, по существу, развивается в интерстициях породообразующих минералов. Форма срезов зерен титанита в петрографических шлифах нередко характеризуется идиоморфными ромбовидными очертаниями, типичными для данного минерала (рис. 4, ф. При кристаллизации титанита были заимствованы элементы Са и Si из карбонатного субстрата. Законсервированные пойкилитовые включения кальцита в титаните отличаются от вмещающего изометричной формой и меньшими размерами, что свидетельствует о кристаллизации титанита до перекристаллизации кальцита с укрупнением размеров и приобретением новой, удлиненной формы в условиях дислокационной деформации. В титанитовых прослоях кальцит в условиях динамического напряжения, возникшего за счет сдвиговых деформаций, образует плоскопараллельные агрегаты с размерностью по удлинению до 0.1—0.3 мм. Удлиненные зерна формируются вдоль плоскости кливажа кристаллизационной сланцеватости и ориентируются относительно первичной слоистости породы под углом 40° (рис. 4, Ь).
Динамическая дислокация породы сопровождается не только перекристаллизацией кальцита, но и низкотемпературной минерализацией, представленной анатазом. Анатаз развивается в краевых частях пойкилобласт титанита, иногда с замещением до полных псевдоморфоз. Титанит в серицит-альбитовых метасоматизированных прослоях с редкоземельной минерализацией полностью исчезает, представлен только псевдоморфозами анатаз-кальцитового состава (рис. 4, к). При этом размеры анатаза значительно увеличиваются, а первичная форма замещаемого титанита утрачивается. Анатаз во всех случаях диагностирован методами дифракции обратноотраженных электронов (рис. 4, ^ j, 1, т) и рамановской спектроскопией (рис. 4, п). Надо отметить, что перекристаллизованный анатаз намного крупнее, чем в метаморфо-генном первичном лейкоксеновом агрегате в зеленых сланцах или лейкоксеновых псевдоморфозах, развивающихся по ильмениту в палеороссыпях Тимана. Обнаружение титанита, замещаемого анатазом, так же как и метаморфогенного лейкоксена в фенитизи-рованных карбонатных породах Щугорского участка,
Vestaik of GeoScienceA, June, 2021, No. 6
Рис. 4. Титановые минералы в фенитизированных породах, отобранных при разведочных работах на фосфатные коры
выветривания:
а — фенитизированная карбонатная порода; b — граница контакта слоев серицит-альбитового состава с кальцит-хлоритовым, содержащим титанит (микрофотография с анализатором). Стрелкой указано направление кливажа сланцеватости; c — хлоритизированный кальцитовый прослой с пойкилобластами титанита (снимок сделан в отраженных электронах); d — хорошо ограненный кристалл титанита, замещаемый анатазом; e—f — титанит-анатазовый агрегат в режиме характеристического рентгеновского излучения; g — ситовидное зерно титанита, замещаемого анатазом; h — пойкилобласт титанита замещается анатазом; i — линии Кикуча анатаза, замещающего титанит (метод дифракции обратноотраженных электронов); j — кристаллографические индексы Миллера анатаза, замещающего титанит (метод дифракции обратноотраженных электронов); k — перекристаллизованный анатаз; l — линии перекристализованного анатаза (метод дифракции обратноотраженных электронов); m — кристаллографические индексы Миллера перекристаллизованного анатаза (метод дифракции обратноотраженных электронов); n — рамановские спектры анатаза
Fig. 4. Titanium minerals in fenitized rocks sampled during exploration for phosphate weathering crusts: a — fenitized carbonate rocks; b — border of contact of sericite-albite layers with calcite-chlorite ones, containing titanite (micro image with an analyzer). The arrow indicates the schistosity cleavage direction; c — chloritized calcite layer with titanite poikiloblasts (picture was taken in reflected electrons); d — well-faceted titanite crystal replaced by anatase; e—f — titanite - anatase aggregate in the mode of characteristic X-ray radiation; g — sieve-like grain of titanite replaced by anatase; h — titanite poikiloblast replaced by anatase; i — Kikucha lines of anatase replacing titanite (backscattered electron diffraction method); j — Miller crystallographic indices of anatase replacing titanite (backscattered electron diffraction method); k — recrystallized anatase; l — lines of recrystallized anatase (method of diffraction of back reflected electrons); m — Miller crystallographic indices of recrystallized anatase (backscattered electron diffraction method); n —
Raman spectra of anatase.
Таблица 4. Химический состав (мас. %) титанита из фосфатных кор выветривания
Table 4. Chemical composition (wt. %) of titanite from phosphate weathering crusts
Номер образца / Sample number 22в- 13-1
Номера точек исследования Number of study points 1-1 2-1 4-1 6-1
SiO2 31.11 30.68 30.88 30.77
TiO2 37.8 37.1 37.43 38.12
CaO 29.12 28.69 28.84 29.26
FeO 0.65 0.71 0.77 0.7
Al2O3 1.75 2.04 1.99 1.62
V2O5 0.54 не обн. 0.46 0.29
F 0.76 0.79 0.75 0.65
Сумма / Total 100.97 99.22 99.6 100.76
Таблица 5. Химический состав анатаза (мас. %) в фенитизированных породах, отобранных при разведке фосфатных кор выветривания
Таблица 5. Chemical composition of anatase (wt. %) in fenitized rocks sampled during exploration for phosphate weathering crusts
Анализируемое зерно Analyzed grain TiO2 FeO Nb2Ü5 V2O5 Сумма / Total
Анатаз, развивающийся по титаниту / Anatase evolving from titanite
2-1 98.53 0.5 не обн. 0.83 99.86
1-1 97.8 0.82 0.31 0.52 98.93
3-1 99.21 0.47 0.41 не обн. 100.09
226-13-1 4-1 96.01 0.64 не обн. 0.65 97.3
Перекристаллизованный анатаз / Recrystallized anatase
10-1 99.21 0.83 0.35 не обн. 100.39
10-2 97.41 0.16 не обн. 0.56 98.13
5-1 97.89 0.71 не обн. 0.88 99.48
6-1 93.76 1.13 0.28 0.62 95.79
7-1 96.48 0.43 - 0.7 97.61
дополнило область сноса для титановых палеороссы-пей Тимана. Развитие титанита связано с фенитиза-цией карбонатной толщи с привносом титана, содержание которого имеют значительные показатели 2400 г/т (табл. 2). В титаните обнаружена примесь У205 до 0.54 мас. % (табл. 4), что отразилось на его высоких значениях в породе в целом — 40 г/т (табл. 2). В данном минерале был обнаружен также F в количестве 0.75 мас. %. В анатазе, замещающем титанит, выявлены примеси №203 (до 0.41 мас. %) и У205 (до 0.88 мас. %) (табл. 5).
Заключение
Минералогия фенитизированных карбонатных пород в научной литературе практически не освещена, так как все известные карбонатито-щелочные магматические комплексы расположены в блоках докем-брийского фундамента и находятся в контакте с гнейсами. Поэтому на Среднем Тимане апокарбонатные фениты являются уникальным объектом для изучения метасоматической минерализации в таких породах, в частности титановой. Апокарбонатные фениты примечательны не только своей уникальностью, но и возможностью визуального наблюдения, даже в небольшом образце, кристаллизации титановых минералов в разных температурных режимах щелочных флюидов, просачивающихся вдоль многочисленных плоскостей напластования карбонатных пород. Разнотемпературный режим прогретого или остывающего флюида объясняется многофазностью процесса фенитизации, возникшей в результате импульсив-
но-неравномерного истечения флюида из охлаждающегося и кристаллизующегося карбонатитового расплава [19]. Рутиловый лейкоксен кристаллизуется в относительно низкотемпературных полевошпатовых прослоях, тогда как в случае появления в них высокотемпературного эгирина развивается содержащий рутил. В фенитах, подвергшихся геодинамическим дислокациям, за счет наложенных гидротермальных процессов отмечается развитие низкотемпературных (уже вторичных) титановых минералов — анатаза и кассита. В апокарбонатных фенитах образуются два типа метаморфогенных лей-коксеновых агрегатов — рутиловый и анатазовый. Рутиловый лейкоксен имеет первичную метасома-тичкскую природу, а анатазовый лейкоксен представлен как вторичный агрегат, развивающийся по титаниту в эндогенных условиях.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Республики Коми в рамках научного проекта № 20-45-110010.
Авторы благодарят Игоря Филипповича Любинского и Виктора Алексеевича Лебедева за ценные консультации и содействие в получении кернового материала Верхнещугорского месторождения бокситов.
Литература
1. Голубева И. И., Шуйский А. С., Филиппов В. Н., Исаенко С. И., Макеев Б. А., Смолева И. В., Бурцев И. Н. Редкоземельная и титановая минерализации в метасоматизированных карбонатных породах быстринской серии (Средний Тиман) // Современные проблемы теоретической, эксперименталь-
Vestaik of Geosciewces, June, 2021, No. 6
ной и прикладной минералогии (Юшкинские чтения — 2020). Сыктывкар: ИГ Коми НЦ УрО РАН, 2020. С. 34—35.
2. Голубева И. И., Филиппов В. Н., Бурцев И. Н. Метасоматические редкоземельная и редкометалльная минерализации в ультрамафитах дайкового комплекса на Среднем Тимане (Поднятие Четласс) // Современные проблемы теоретической экспериментальной и прикладной минералогии (Юшкинские чтения — 2018). Сыктывкар: ИГ Коми НЦ УрО РАН, 2018. 278 с.
3. Голубева И. И., Ремизов Д. Н., Бурцев И. Н., Филиппов
B. Н., Шуйский А. С. Флюидоэксплозивные ультрамафиты дайкового комплекса Среднего Тимана и их парагенети-ческая связь с карбонатитами // Региональная геология и металлогения. 2019. № 8. С. 30—44.
4. Игнатьев В. Д., Бурцев И. Н. Лейкоксен Тимана. СПб.: Наука, 1997. 213 с.
5. Кочетков О. С. Акцессорные минералы в древних толщах Тимана и Канина. Л.: Наука, 1968. 121 с.
6. Коробова Н. И. Ильменитсодержащие метаморфические сланцы Таймыра // ДАН СССР. 1965. Т. 162. № 1.
C. 15—20.
7. Кухаренко А. А., Орлова М. П.. Булах А. Г. и др. Каледонский комплекс ультраосновных щелочных пород и карбонатитов Кольского полуострова и Северной Карелии. М: Недра, 1965. 772 с.
8. Лебедев В. А., Землянский В. Н. Рифейско-вендский складчатый фундамент Среднего Тимана. Ухта: УГТУ, 2016. 273 с.
9. Лихачев В. В. Редкометалльность бокситоносной коры выветривания Среднего Тимана. Сыктывкар, 1993. 224 с.
10. Макеев А. Б., Лебедев В. А., Брянчанинова Н. И. Магматиты Среднего Тимана. Екатеринбург: УрО РАН, 2008. 348 с.
11. Месторождения литофильных редких металлов. М.: Недра, 1980. 559 с.
12. Недосекова И. Л., Замятин Д. А., Удоратина О. В. Рудная специализация карбонатитовых комплексов Урала и Тимана // Литосфера. 2017. Том 17. № 2. С. 60—77.
13. Овчинников А. Н. Прикладная геохимия М. : Недра, 1990. 248 с.
14. Попова В. И., Попов В. А., Канонеров А. А. Хром-содержащий кассит CaTi2O4(OH)2 из сарановского месторождения — первая находка на Урале // Минералогия Урала. Миасс: ИМин УрО РАНС, 1998. Том II. С. 75—77.
15. Степаненко В. И., Лихачев В. В., Швецова И. В. Щелочной метасоматоз и ниобиевая минерализация в ри-фейских терригенно-карбонатных образованиях Тимана // Эндогенные комплексы Европейского Северо-Востока СССР. Сыктывкар, 1988. Вып. 65. С. 33—46.
16. Степаненко В. И. Особенности геологического строения и состава карбонатитового комплекса Среднего Тимана // Магматические формации Европейского Северо-Востока СССР. Сыктывкар, 1979. С. 52—61 (Тр. Ин-та геологии Коми филиала АН СССР, вып. 29).
17. Удоратина О. В., Варламов Д. А., Капитанова В. А. Рудная минерализация кварцевых жил Новобобровского месторождения, Средний Тиман: новые данные // Современные проблемы теоретической, экспериментальной и прикладной минералогии (Юшкинские чтения — 2016). Сыктывкар: ИГ Коми НЦ УрО РАН, 2016. С. 257—258.
18. Швецова И. В., Степаненко В. И., Лихачев В. В. Ильменорутиловый лейкоксен // Минераловедение и ми-нералогенезис. Сыктывкар, 1988. С. 85—69. (Тр. Ин-та геологии Коми НЦ УрО РАН СССР, вып. 66).
19. Elliott H. A. L., Wall F., Chkhmouradiau P. R. and other. Fenites associated with carbonjtite complexes: A review // Ore Geology Reviews. 2018. Vol. 93. P. 38-59
References
1. Golubeva I. I., Shuyskiy A. S., Filippov V. N., Isayenko S. I., Makeyev B. A., Smoleva I. V., Burtsev I. N. Redkozemelnaya i titanovaya mineralizatsii v metasomatizirovannykh karbonat-nykh porodakh bystrinskoy serii (Sredniy Timan) Sovremennyye problemy teoreticheskoy, eksperimental'noy i prikladnoy miner-alogii (Rare earth and titanium mineralization in metasoma-tized carbonate rocks of the Bystrinskaya series (Middle Timan). Modern problems of theoretical, experimental and applied mineralogy) (Yushkin Readings 2020) Syktyvkar: Institute of geology Komi SC UB RAS, 2020, pp. 34-35.
2. Golubeva I. I., Filippov V. N., Burtsev I. N. Metasoma-ticheskiye redkozemelnaya i redkometall'naya mineralizatsii v ul-tramafitakh daykovogo kompleksa na Srednem Timane (Podnyatiye Chetlass). Sovremennyye problemy teoreticheskoy, eksperimental'noy i prikladnoy mineralogii (Metasomatic rare-earth and rare-metal mineralization in ultramafic rocks of the dike complex on the Middle Timan (Chetlass uplift). Modern theoretical problems. experimental and applied mineralogy. Yushkin Readings 2018). Syktyvkar: Institute of geology Komi SC UB RAS, 2018, 278 p.
3. Golubeva I. I., Remizov D. N., Burtsev I. N., Filippov V. N., Shuyskiy A. S. Flyuidoeksplozivnyye ultramafity daykovogo kompleksa Srednego Timana i ikh parageneticheskaya svyaz s karbonatitami. Regionalnaya geologiya i metallogeniya (Fluid-explosive ultramafic rocks of the Middle Timan dike complex and their paragenetic connection with carbonatites. Regional geology and metallogeny). No. 80, 2019, pp. 30—44.
4. Ignatyev V. D., Burtsev I. N. Leykoksen Timana (Timan leucoxene). St. Petersburg: Nauka, 1997, 213 p.
5. Kochetkov O. S. Aktsessornyye mineraly v drevnikh tol-shchakh Timana i Kanina (Accessory minerals in the ancient strata of Timan and Kanin). Leningrad: Nauka, 1968, 121 p.
6. Korobova N. I. Ilmenitsoderzhashchiye metamorficheski-ye slantsy Taymyra (Ilmenite-bearing metamorphic shales of Taimyr). Doklady Earth Sciences, 1965, V. 162, No.1, pp.15—20.
7. Kukharenko A. A., Orlova M. P.. Bulakh A. G. et al. Kaledonskiy kompleks ul'raosnovnykh shchelochnykh porod i kar-bonatitov Kolskogo poluostrova i Severnoy Karelii (Caledonian complex of ultrabasic alkaline rocks and carbonatites of the Kola Peninsula and North Karelia). Moscow: Nedra, 1965, 772 pp.
8. Lebedev V. A., Zemlyanskiy V. N. Rifeysko-vendsky sklad-chatyy fundament Srednego Timana (Riphean-Vendian folded basement of the Middle Timan). Ukhta, USTU, 2016, 273 p.
9. Likhachev V. V. Redkometalnost boksitonosnoy kory vyve-trivaniya Srednego Timana (The rare metal content in the bauxite-bearing weathering crust of the Middle Timan). Syktyvkar, 1993, 224 p.
10. Makeyev A. B., Lebedev V. A., Bryanchaninova N. I. Magmatity Srednego Timana (Magmatites of the Middle Timan). Yekaterinburg, UB RAS, 2008, 348 p.
11. Mestorozhdeniya litofil'nykh redkikh metallov (Deposits of lithophilic rare metals). Moscow: Nedra, 1980, 559 p.
12. Nedosekova I. L., Zamyatin D. A., Udoratina O. V. Rudnaya spetsializatsiya karbonatitovykh kompleksov Urala i Timana (Ore specialization of carbonatite complexes of the Urals and Timan). Litosfera, 2017, V. 17, No. 2, pp. 60-77.
13. Ovchinnikov A. N. Prikladnaya geohimiya (Applied Geochemistry). Moscow: Nedra, 1990, 248 p.
14. Popova V. I., Popov V. A., Kanonerov A. A. Khromsoderzhashchiy kassit CaTi2O4(OH)2 iz saranovskogo mes-torozhdeniya — pervaya nakhodka na Urale (Chromium cassite CaTi2O4(OH)2 from Saranovs\koe deposit — first find in the Urals). Mineralogiya Urala, V. II, Miass: IMin UB RAS, 1998, pp. 75—77
15. Stepanenko V. I., Likhachev V. V., Shvetsova I. V. Shchelochnoy metasomatoz i niobiyevaya mineralizatsiya v rifeyskikh terrigenno-karbonatnykh obrazovaniyakh Timana. Endogennyye kompleksy Yevropesykogo S-V SSSR (Alkaline metasomatism and niobium mineralization in the Riphean terrigenous-carbonate formations of Timan. Endogenous complexes of the Europesikogo North-East of the USSR). 65, Syktyvkar. 1988, pp. 33—46.
16. Stepanenko V. I. Osobennosti geologicheskogo stroy-eniya i sostava kor'anotitovogo kompleksa Srednego Timana. Magmaticheskiye formatsii Yevropeyskogo Severo-Vostoka SSSR (Features of the geological structure and composition of the korbonotite complex of the Middle Timan. Magmatic forma-
tions of the European North — East of the USSR). Syktyvkar, 1979, pp. 52—61
17.Udoratina O. V., Varlamov D. A., Kapitanova V. A. Rudnaya mineralizatsiya kvartsevykh zhil Novobobrovskogo mestorozh-deniya, Sredniy Timan: novyye dannyye. Sovremennyyeproblemy teoreticheskoy, eksperimental'noy i prikladnoy mineralogii (Ore mineralization of quartz veins of the Novobobrovskoye deposit, Middle Timan: new data. Modern problems of theoretical, experimental and applied mineralogy) (Yushkin Readings 2016). Syktyvkar. Institute of geology Komi SC UB RAS, 2016, pp. 257— 258
18. Shvetsova I. V., Stepanenko V. I., Likhachev V. V. Ilmenorutyl leucoxene. Mineralogy and mineralogy (Ilmenorutile leucoxene. Mineralogy and mineralogenesis). Syktyvkar. 1988, pp. 85—69.
19. Elliott H. A. L., Wall F., Chkhmouradiau P. R. and other. Fenites associated with carbonjtite complexes: A review. Ore Geology Reviews, 2018, V. 93, pp. 38—59.
Поступила в редакцию / Received 05.04.2021
