2014

Особенности распределения редких и радиоактивных элементов в породах и рудах массива Томтор

Толстов А.В.

Институт геологии и минералогии, Сибирское отделение Российской академии наук (ИГМ СО РАН),

 г. Новосибирск, пр-т Академика Коптюга, 3, tolstov@igm.nsc.ru

Минерагению Севера Сибири во многом определяет ультраосновной щелочной карбонатитовый магматизм (УЩК) с Fe-P-Th-REE минерализацией. Ярким представителем УЩК является массив Томтор, расположенный в СЗ Якутии, характеризующийся развитием щелочных пород (сиенитов), нефелин-пироксеновых пород (фоидолитов) и пород карбонатитового комплекса [1,3,4]. На карбонатитах развита мощная кора выветривания (более 200 м), имеющая двухчленное строение снизу вверх: окисленная (фосфатная и железистая) и восстановленная (сидеритовая и алюмофосфатная) зоны. Гипергенный комплекс сложен Fe-P-Nb-REE рудой, состав которой обусловлен составом субстрата. В коре выветривания автором установлена отчетливая зональность, являющаяся универсальной для массивов УЩК. В соответствии с этой зональностью на рудоносных Fe-P-REE карбонатитах снизу вверх залегают последовательно железисто-фосфатный (лимонит-франколитовый) и железистый (лимонитовый и сидеритовый) горизонты. Венчает рудную колонну зона эпигенетических преобразований – алюмофосфатный горизонт.

Редкие элементы образуют в пределах массива промышленные концентрации. Отчетливо наблюдается последовательное накопление Nb  и REE от коренных руд (карбонатитов) к гипергенным (Fe-P) и эпигенетически-измененным алюмофосфатным пирохлор-монацит-крандаллитовым рудам. На фоне типичных для массивов УЩК концентраций Nb₂O₅ в силикатных породах (0.05%) повышенные значения наблюдаются в субстрате кор выветривания – рудных карбонатитах до 0,2% (табл.1). Дальнейший рост их значений наблюдаются в породах зоны гипергенеза (0,5-1%), а абсолютные максимумы – в эпигенетически-преобразованных алюмофосфатных разновидностях (до 4%). Концентрации TR₂O₃ при этом последовательно возрастают от 1-2% до 3-5% и 10%, соответственно) и являются уникальными.

Таблица 1. Химические составы пород массива Томтор

Перекрывающие отложения не содержат значительных концентраций рудных (редких и радиоактивных) элементов. Минеральные формы REE представлены преимущественно монацитом (в коренных породах), гидромонацитом и рабдофанитом (в зонах гипергенеза и эпигенеза). Это обусловило преимущественный La-Ce характер редкоземельных элементов, которые составляют в совокупности свыше 75%, а с учетом Nd и Pr – более 90%. Средние концентрации иттрия и скандия составляют, соответственно, 0,5 и 0,05%, на долю остальных REE (тяжелых лантаноидов иттровой группы) приходится менее 10%. Однако стабильное в целом соотношение REE в пользу La и Ce на ряде участков существенно нарушается, как на западном фланге участка Буранный, где концентрации оксида Y превышают 2%, а Sc – 0,2%, что может свидетельствовать о сдвиге спектра REE в сторону тяжелых лантаноидов иттровой группы [7].

Породы и руды массива Томтор характеризует различная степень радиоактивности, обусловленная наличием в ощутимых количествах Th-содержащих TR минералов (естественных радионуклидов U, Th, K-40). Содержание U в породах низкое, но оно изменчиво в петрографических разновидностях [2]. Еще большими вариациями отличаются соотношения Th/U в них. Уран присутствует в количествах от 0.0002 до 0.0892%. Содержания U в самых  богатых эпигенетически-измененных рудах колеблются от 0,0018 до 0,0892% (среднее 0,0092%), Th – от 0,019 до 0,304%.

Для пород субстрата (карбонатитов, сиенитов и фоидолитов) средние содержания U являются фоновыми. Повышенные концентрации U (до 0.0072%) наблюдаются в подошве зоны гипергенеза (0.0002- 0.025%), поскольку U выносился из верхней ее части при выветривании рудных карбонатитов, отлагаясь в нижней части вместе с фосфором. U присутствует в сорбированной и минеральной формах. В эпигенетически-измененных рудах при содержании U=0.0065% есть участки с заметной концентрацией U до 0.009-0.01%. Это не исключает возможность наличия и промышленных концентраций [6].

Таблица 2. Содержание Th и U в породах массива Томтор

Торий присутствует повсеместно в более высоких концентрациях, чем U. Средние содержания Th в рудах составляют 0.1438% (0.01-0.84%). В подстилающих корах выветривания Th образует высокие концентрации (0.04%-0.08%), сопоставимые с содержанием в рудных карбонатитах (0.074%), что связано с низкой миграционной способностью Th при гипергенезе. В перекрывающих отложениях Th присутствует в концентрациях (Th=0.0221% при вариациях от 0.0019 до 0.13%), его наличие связано с поступлением материала кор выветривания  в депрессии с терригенными отложениями.

Th/U отношение отражает геохимические особенности поведения этих элементов в эндогенном породообразовании и зоне гипергенеза [5,6]. Особенности урана, как высоко-подвижного элемента в окислительной и инертного – в восстановительной обстановках, предопределяют его вынос из зоны окисления и накопление в зоне эпигенеза (на восстановительном геохимическом барьере). В связи с этим отношение Th\U в коренных карбонатитах на уровне 124.3 изменяется выше по разрезу зоны гипергенеза сообразно геохимическим особенностям поведения Th и U. В фосфатном горизонте, залегающем непосредственно на карбонатитах, Th/U=38.7 (от 1.5 до 394), а выше по разрезу, в лимонитовом горизонте, Th/U=116 (при вариациях от 4.1 до 621). В пределах зоны эпигенеза отношение Th/U уменьшается до 52.3-59.2, при этом наличие участков, обогащенных ураном (0.03-0.09%), пространственная разобщенность их с участками, обогащенными Th (до 0.84%), обуславливает резкую изменчивость Th/U отношения от 0.7 до 1153.8, то есть более чем в 1500 раз [7]. В перекрывающих угленосных отложениях, средние значения Th/U уменьшаются до 14.3 при меньших вариациях (от 0.7 до 100).

Таким образом, особенности распределения Nb, REE, U, Th в породах и рудах массива Томтор позволяют констатировать о поступательной концентрации их от коренных карбонатитов к гипергенным и эпигенетически измененным продуктам. Th/U отношения подтверждают такой характер концентрации REE элементов до уникальных значений. Вариации спектра REE позволяют предполагать наличие в пределах массива Томтор локальных участков с высокими и аномальными концентрациями тяжелых REE, представляющими промышленный интерес.

Литература

1. Лапин А.В., Толстов А.В. Новые уникальные месторождения редких металлов в корах выветривания карбонатитов // Разведка и охрана недр, 1993. № 3, с.7-11.

2. Молчанов А.В., Толстов А.В. Особенности уранового рудогенеза на щитах Сибирской платформы (в связи с прогнозированием высокорентабельных месторождений). Южно-Якутская комплексная экспедиция: 50 лет поисков и открытий. Якутск, Изд-во ЯГУ, 2001, с. 130-137.

3. Толстов А. В., Энтин А. Р., Тян О. А., Орлов А.Н. Промышленные типы месторождений в карбонатитовых комплексах Якутии, Якутск, ЯНЦ СО РАН, 1996, 168с.

4. Толстов А.В., Тян О.А. Геология и рудоносность массива Томтор, Якутск, ЯНЦ СО РАН, 1999, 164 с.

5. Толстов А.В. Эволюция и металлогения рудоносных формаций (на примере Севера Сибирской платформы). Материалы XI сессии Северо-Восточного отделения ВМО «Региональной научно-практической конференции «Проблемы геологии и металлогении Северо-востока Азии на рубеже тысячелетий», Магадан, 2001, Т.2, с. 83-85.

6. Толстов А.В., Коноплев А.Д. Перспективы ураноносности Севера Сибирской платформы. - Материалы Международного симпозиума по геологии урана. М., ВИМС, 2000 г., с. 65-68.

7. Толстов А.В., Коноплев А.Д. Литолого-фациальные особенности локализации комплексных ниобий-редкоземельных руд массива Томтор. - Материалы литологического совещания «Литология и полезные ископаемые Центральной России». Воронеж, 2000, Изд-во ВГУ, с. 84.