Главнейшие формационные типы месторождений апатита

В зависимости от минеральных парагенезисов руд, состава рудовмещающих комплексов и их геолого-структурной позиции все месторождения апатита могут быть подразделены на семь формационных типов. Некоторые из них подразделяются в свою очередь па подтипы. Названия формационных типов апатитовых месторождений даны по преобладающим полезным ископаемым и их принадлежности к тому или иному рудовмещающему комплексу или магматической формации.

Месторождения, связанные с корами выветривания, в качестве самостоятельных формаций не выделяются, а рассматриваются совместно с теми формационными типами месторождений, которые для них являются материнскими.

В настоящее время реальную промышленную ценность представляют лишь первые три типа. Перспективы остальных типов определяются возможностью комплексной разработки. Однако до настоящего времени большинство из них еще весьма слабо изучено и является объектом дальнейших исследований.

Первый тип — нефелин-апатитовые месторождения — связан с формацией агпаитовых нефелиновых сиенитов. Типичными представителями месторождении этого типа является Хибинская группа, приуроченная к одноименному массиву, а также проявления Ловозерского массива (Кольский полуостров). За рубежом комплексы формации агпаитовых нефелиновых сиенитов известны в Гренландии (Илимауссак и Италико), Африке (Дос, Тама-зерт), Бразилии (Покос-де-Калдас), Канаде (Сент-Илер, Силл-Лейк, Кинава и др.).

Массивы агпаитовых нефелиновых сиенитов представляют собой гипабиссальные дифференцированные интрузии центрального типа, развитие в пределах щитов и краевых зон платформ. Их размер варьирует от первых десятков до сотен и первых тысяч квадратных километров. В сложении массивов участвуют нефелиновые (агпаитовые) сиениты (хибпниты, рисчорриты, луявриты) и бесполевошпатовые щелочные габброиды якупирангит-уртитовой серии (преимущественно ийолит-уртиты). В некоторых комплексах наряду с нефелиновыми сиенитами существенную роль играют щелочные габброиды — эссекситы (Илимауссак и Италико в Гренландии). Для всех породных серий характерны обедненность магнием и кальцием и резко повышенная щелочность при Na2O + К2O/Аl2O3 > 1 и Na2O > K2O.

Геохимическая специализация проявляется в высоких содержаниях F, Cl, Ti, Zr, Nb, TB (лантаноиды), Sr, P и некоторых других элементов.

К категории промышленных в настоящее время относится только группа месторождений Хибинского массива, заключающих около 3/4 балансовых запасов бывш СССР P2O5 по апатиту при среднем содержании 14—18%.

Апатитовые руды Хибинской группы месторождений пространственно и генетически тесно связаны с ийолит-уртитами. При этом линзовидно-полосчатые (бедные) руды образуют либо обособленный горизонт в висячем боку конической интрузии массивных уртитов, либо несколько горизонтов среди тех же пород. Во всех случаях эти руды характеризуются постепенными переходами к уртитам. Богатые апатитовые руды (крупноблоковые и пятнистые) слагают инъекционные тела в висячем боку линзовидно-полосчатых руд. Общая протяженность дугообразного в плане конического тела апатитовой залежи достигает первых десятков километров, а мощность первых сотен метров. Существенную роль в изменении мощности рудной залежи (видимом выклинивании ее) по простиранию и падению сыграли пострудные интрузии ийолит-ювитовой серии пород и тектонические смещения блоков вдоль конических и радиальных расколов.

Содержание апатита в апатит-нефелиновых рудах варьирует от 15 до 75%. Руды легко обогащаются с выделением двух типов концентратов: апатитового и нефелинового. Нефелин является источником для получения алюминия и содопродуктов, может использоваться для производства цемента и керамики.

Второй тип включает в себя апатит-магнетитовый, апатит-карбонатный и апатит-силикатный подтипы месторождений в связи с комплексами ультраосновных, щелочных пород и карбонатитов. В бывш. СССР на долю этих месторождений приходится 11,8% балансовых запасов P2O5 (по апатитовым рудам). Содержание P2O5 в среднем составляет около 7%, достигая в ряде случаев 20% и более. Наиболее изученными (разведанными и эксплуатируемыми) месторождениями этого типа являются Ковдорское на Кольском полуострове, Большое Саянское в Восточном Саяне, Сокли в Финляндии, Якупиранга и Серроте в Бразилии, Немегос в Канаде, Палабора и Гленовер в ЮАР. По предварительной оценке весьма крупными запасами обладает Маймеча-Котуйская провинция (массивы Ессей, Ыраас, Маган и др.) на севере Сибирской платформы.

Провинции ультраосновных, щелочных пород и карбонатитов располагаются в тектонически стабильных областях, преимущественно в пределах краевых зон платформ, реже срединных массивах в областях завершенной складчатости. Размещение массивов контролируется зонами длительно живущих глубинных разломов. Количество массивов в отдельных провинциях резко варьирует от одного до нескольких десятков. Площадь подавляющего большинства находится в диапазоне от 3 до 40 км2.

Абсолютный возраст комплексов имеет широкий диапазон — от среднего протерозоя до кайнозоя (современные излияния карбонатитовых лав). В бывш. СССР почти все комплексы щелочно-ультраосновной формации сформировались в палеозое и раннем мезозое.

В сложении апатитоносных массивов участвует до девяти главных серий последовательно образующихся горных пород: 1) оливинитовая, 2) мелилитолитовая, 3) мельтейгит-пироксенитовая, 4) мельтейгит-уртитовая, 5) щелочносиенитовая, 6) фосфоритовая, 7) кальцит-карбонатитовая, 8) доломит (анкерит)-карбонатитовая, 9) апатит-магнетитовая (нельсонитовая). Соотношения, число и сочетания сосуществующих главных дифференциатов в разных провинциях и отдельных массивах одной провинции резко варьируют. Обычно те или иные из них (чаще всего наиболее ранние — оливиниты, мелилитолиты) отсутствуют или встречаются только в форме мелких включений в поздних породах.

Размещение в плане разновозрастных серий может быть закономерным (прямая зональность — ультраосновные породы, более древние в центре, щелочные, более молодые на периферии, обратная — щелочные в центре, ультраосновные на периферии) и бессистемным. Для ряда массивов характерна вертикальная зональность, обусловленная преимущественным тяготением поздних породных серий к апикальным частям массивов. Однако имеются примеры слабо эродированных щелочно-ультраосновных комплексов, в которых доминируют ультрамафические члены ассоциации, а щелочные породы и карбонатиты обнаруживаются при бурении на некоторой глубине (Маймеча-Котуйская провинция). Важную роль в разнообразии вещественного состава массивов играют метасоматические процессы. Наиболее интенсивные из них сопутствуют образованию пород щелочного состава и карбонатитов.

В целом для пород щелочно-ультраосновной формации характерна резкая недосыщенность SiO2, высокое содержание Mg, Ca и щелочей (с преобладанием Na над К), обогащенность Fe, Ti и повышенное содержание Nb, Ta, Zr, TR, Sr, Ba и летучих компонентов (CO2, F).

С комплексами ультраосновных щелочных пород и карбонатитов связан целый ряд эндогенных рудных формаций, содержащих промышленные концентрации таких важных полезных ископаемых, как апатит, флогопит, железные руды, редкие металлы, флюорит, медь и т. д.

В процессе формирования комплексов щелочно-ультраосновных пород апатит образовывался неоднократно. Однако его промышленные концентрации возникали лишь в поздние стадии формирования массивов. Выделяется несколько типов эндогенных апатитовых руд. Особенности их размещения и характеристика приведены в табл. 69.

Наряду с эндогенными рудами самостоятельный промышленный интерес представляют вторичные (экзогенные) концентрации апатита в корах выветривания. Содержание P2O5 в продуктах выветривания различных пород щелочно-ультраосновных массивов достигает 10—15%, прогнозные запасы P2O5 измеряются десятками миллионов тонн (массивы Большой Саянский, Якупиранга и т. д.).

Третий тип, включающий в себя апатит-силикатный, апатит-карбонатный и апатит-магнетитовый подтипы месторождений в связи с комплексами докембрийских метаморфических пород, имеет достаточно широкое развитие в земной коре. Месторождения этого типа известны в Канаде, Корее, Китае, Восточной Африке, а в пределах бывш. СССР — в Прибайкалье, на Украинском и Алданском щитах.

Чаще всего эти месторождения содержат довольно бедные руды (5—7% P2O5) и характеризуются небольшими запасами пятиокиси фосфора (сотни тысяч тонн), однако в отдельных случаях известны достаточно крупные месторождения с запасами P2O5 до нескольких сотен миллионов тонн при его содержании 1% и более.

Геолого-структурная позиция месторождений определяется их связью с выходами докембрийских (архейских, протерозойских) метаморфических пород — щитами, срединными массивами и внутригеосинклинальными поднятиями. Широкое развитие в пределах апатитоносных провинций имеют процессы гранитизации, анатексиса и палингенеза. Породы, вмещающие апатитоносные зоны, претерпели прогрессивный метаморфизм гранулитовой и высокотемпературной амфиболитовой фаций метаморфизма. Для них характерно также развитие зон диафтореза эпидот-амфиболитовой фации. Пo составу метаморфические комплексы характеризуются большим разнообразием. Они представлены гранат-биотитовыми, биотитовыми гнейсами, а также амфиболовыми, пироксеновыми и другими гнейсами и сланцами, мраморами, кальцифирами и кварц-карбонатными породами. Постоянным является присутствие гранитоидов щелочного (калиевого) ряда. Возраст апатитовой минерализации на месторождениях этого типа по геологическим и радиологическим данным является докембрийским.

Апатитоносные тела на месторождениях рассматриваемого типа весьма разнообразны по условиям залегания, составу и строению рудных залежей. Это обстоятельство, очевидно, и послужило причиной имеющихся разногласив в отношении генезиса ряда месторождений. Так, открытые в последние годы в бывш. СССР месторождения апатита Украинского щита (Новополтавское, проявления Казанковской зоны разломов) рассматриваются в литературе то как метаморфогенные месторождения, то как карбонатиты щелочно-ультраосновной формации. Однако состав рудных тел (кальцит, пироксен, амфибол, гематит, магнетит, кварц), отсутствие в ряде случаев характерной для карбонатитов редкоземельной и редкометальной минерализации и, наконец, отличия по изотопному составу углерода и кислорода от карбонатитов при сходстве по этим особенностям с кальцифирами метаморфических серий говорят в пользу образования месторождений этого типа в результате перераспределения и концентрации пятиокиси фосфора вмещающих пород в процессе их глубокого метаморфизма.

Среди апатитоносных тел по характеру залегания выделяются две основные разновидности.

1) пластообразные залежи большой протяженности (сотни метров) и мощности (десятки метров), приуроченные к горизонтам карбонатных пород, реже гнейсов и сланцев (Прибайкалье, Становой хребет);

2) линзообразные, эллипсоидальные, штокверкообразные тела, связанные с зонами тектонических нарушений (Черниговская, Казанская зоны на Украине, сеть ортогональных разломов на Алданском щите).

В целом следует отметить, что изучение и оценка этого типа месторождений апатита в бывш. СССР только начаты, однако, по предварительным данным, они имеют значительные перспективы.

Четвертый тип включает в себя апатитовый, апатит-силикатный и апатит-титаномагнетитовый подтипы месторождений в связи с габбро-сиенитовой, щелочно-габброидной формациями и сложными массивами ультрабазитов, щелочных габброидов, нефелиновых и щелочных сиенитов. Месторождения этого типа представлены бедными рудами с содержанием P2O5 2—4%, а запасы, как правило, не превышают первых десятков миллионов тонн.

Апатитовый и апатит-титаномагнетитовый подтипы месторождений в связи с габбро-сиенитовой формацией имеют широкое распространение в юго-западном Прибайкалье (Ошурковский, Телегинский массивы и др.).

Интрузии габбро-сиенитовой формации развиты в пределах выступов фундамента, на участках пересечения и сочленения глубинных разломов. Алатитоносные интрузии обычно имеют палеозойский возраст. Они представляют собой сложные многофазные образования, сложенные диоритами, габбро, габбро-сиенитами.

На примере Ошурковского месторождения можно говорить о связи апатитовой минерализации с формированием диоритов. Апатит является породообразующим минералом и обычно равномерно распределен в пределах интрузивных тел.

Апатит-силикатный и апатит-титаномагнетитовый подтипы месторождений в связи со щелочногабброидной формацией и сложными массивами щелочно-ультраосновных пород представлены комплексными рудами с запасами, не превышающими сотни тысяч тонн P2O5 при его содержании 2—4%. Примерами таких апатитоносных массивов являются Патынский (Кузнецкий Алатау), Сайжинский (Витимское нагорье), Елетьозерский, Гремяха-Вырмес (Кольский полуостров), Инагли, Кондер (Алданский район).

Все перечисленные интрузивные комплексы характерны для щитов, срединных массивов и внутригеосинклинальных поднятий. Они представлены мелкими гипабиссальными массивами конфокально-кольцевого строения или интрузиями средних глубин. Размер тел не превышает обычно 20 км3. Наблюдается приуроченность массивов к региональным разрывным нарушениям. Устанавливается пространственная и генетическая связь с ними эффузивов щелочнобазальтоидного состава.

С учетом петрохимического состава комплексов установлены естественные эволюционные ряды пород, отдельные члены которых в ряде случаев отсутствуют:

1) Габбро-эссексит-ийолит-нефелиновый сиенит; 2) перидотит — габбро-нефелиновый сиенит. Образование сиенитов в отдельных случаях завершается внедрением щелочных гранитоидов.

По составу салических минералов и их соотношению щелочно-габброидные серии пород подразделяются на фельдшпатоидные (тералиты, шонкиниты) и бесфельдшпатоидные (олигоклазовые, ортоклазовые габброиды). В пределах обеих групп по химизму обособляются калиевые, натриевые и калиево-натриевые ветви. Апатитовая минерализация тяготеет к породам натриевой группы.

Возраст пород щелочногабброидной формации протерозойский, раннепалеозойский и мезозойский.

Апатитовая минерализация в пределах массивов представлена вкрапленными, прожилковыми рудами. Нередки линзообразные обособления среди титаномагнетитовых перидотитов и пироксенитов.

Пятый тип — апатит-ильменит-титаномагнетитовый в связи с габбро-анортозитовой формацией. В пределах территории бывш. СССР в различной степени апатитоносными являются Коростеньский, Корсунь-Новомиргородский (Украина), Коларский, Джугджурский (хребты Становой, Джугджур) массивы, а также анортозиты Анабарского щита; за рубежом — Роузленд и Андирондак (США), Лак-Тио (Канада) и др.

В отношении перспектив апатитоносности все эти массивы изучены еще недостаточно. Согласно данным геологоразведочных работ, проведенных в Стремигородском месторождении (Коростеньский плутон), оно имеет ограниченные перспективы (запасы единицы миллионов тонн P2O5 при его содержании 4—5%). Однако это не дает основания распространять такой вывод на анортозитовые массивы вообще. Значительные площади развития апатитоносных пород, совместное нахождение целого комплекса полезных ископаемых (фосфор, железо, титан, высокоглиноземистое сырье), благоприятное в ряде случаев географо-экономическое положение позволяют предполагать в дальнейшем расширение перспектив промышленного освоения анортозитовых комплексов.

Анортозитовые массивы развиты в связи с зонами глубинных разломов на щитах и в цоколе докембрийских платформ. Они представлены крупными пластовыми телами, имеющими площадь выхода на дневную поверхность тысячи квадратных километров. По составу комплексов, форме и строению интрузивов они подразделяются на две субформации:

1) анортозитовую раннеинверсионной стадии развития докембрийских подвижных областей (Алданский, Анабарский щиты);

2) габбро-анортозитовую эоплатформенной стадии развития докембрийских областей (Украинский щит).

Среди пород, слагающих комплексы, помимо анортозитов выделяются пироксен- и амфиболсодержащие лабрадориты, габбро-лабродориты, габбро, габбро-нориты. Краевые части массивов характеризуются присутствием габбро-диабазов, монцонитов, пироксенитов, редко — эклогитоподобных пород. Лабрадориты отличаются повышенной железистостью и перенасыщенностью глиноземом, рудные габбро и пироксениты — высоким содержанием титано-магнетита (до 10—40%).

Апатитовая минерализация в пределах массивов образует вкрапленность, реже шлирообразные скопления и тонкие пропластки среди габбро, габбро-анортозитов и габбро-пироксенитов. Характерна постоянная ассоциация с ильменитом и титаномагнетитом. Протяженность зон апатитоносных пород достигает 1 км, мощность сотен метров, содержание пятиокиси фосфора составляет 3—5, иногда 8%. Максимальные концентрации пятиокиси фосфора устанавливаются в пределах остаточных кор выветривания, развитых на массивах.

Шестой тип включает в себя апатит-карбонатный и апатит-силикатный подтипы месторождений в связи с формациями нефелиновых (миаскитовых) и псевдолейцит-нефелиновых сиенитов калиевого и натриевого рядов. Относительно небольшие запасы таких месторождений — единицы миллионов тонн пятиокиси фосфора и невысокое содержание ее (3—4%), с одной стороны, и комплексный состав руд (нефелин редкие металлы) — с другой, позволяют относить месторождения этого типа к числу потенциально промышленных с еще недостаточно установленной оценкой перспектив апатитового оруденения.

Типичными представителями апатитоносных комплексов натриевого ряда являются ильмено-вишневогорский (Урал), малокуналейский и верх-небурульзайский (Забайкалье), буртекинский (Средняя Азия), сангиленский (Тува), калиевого ряда — сыннырский (Северное Прибайкалье), тежеранский (Кавказ), орто-токойский (Средняя Азия).

Появление апатитоносных массивов указанных формаций предопределяется тектоническими факторами. Щелочные комплексы приурочены к допалеозойским складчатым сооружениям (байкалидам) и к блокам фундамента в более молодых разновозрастных складчатых областях. Размещение массивов в пределах провинций контролируется зонами глубинных разломов (например, трансбайкальских в Сыннырской провинции).

Время формирования массивов совпадает с тектоно-магматической активизацией древних структур в палеозое, мезозое и кайнозое, при максимуме — в среднем палеозое.

Массивы, сложенные породами натриевого ряда, представлены мезо-и гипабиссальными интрузиями, штоками, линзами, иногда расслоенными лакколитами. Их размер составляет первые десятки, реже первые сотни квадратных километров. Массивы, характеризующиеся развитием пород калиевого ряда, представлены мезо- и гипабиссальными расслоенными интрузиями центрального типа и штоками, а также вулкано-интрузивными постройками. Размеры их варьируют от первых десятков до сотен квадратных километров.

В петрохимическом отношении породы характеризуются недонасыщенностью кремпеземом, высоким содержанием алюминия, щелочей при Na > К (в натриевом ряду) и К > Na (в калиевом ряду).

Апатитоносными, как правило, оказываются наиболее крупные (> 100 км2) и интенсивно дифференцированные щелочные массивы, в которых наряду с нефелиновыми и щелочными сиенитами представлены щелочные габброиды и уртиты. Наиболее перспективными являются щелочные массивы натриевого ряда с интенсивно проявленными процессами метасоматизма (альбитизация, содалитизация, карбонатизация).

В пределах массивов апатитовая минерализация интенсивнее проявлена среди меланократовых разновидностей пород — ослюденелых шонкинитов, фергуситов и в зонах метасоматического изменения нефелиновых сиенитов, обогащенных содалитом, анальцимом (Сыннырский массив).

Седьмой тип включает в себя апатитовый и апатит-магнетитовый подтипы месторождений в связи с андезит-дацитовой, трахиандезитовой формациями и формацией кварцевых кератофиров. В бывш. СССР на долю этих месторождений приходится менее 1% прогнозных запасов P2O5 при содержании 3—4%. Месторождения этого типа могут представлять промышленный интерес в отношении апатитовой минерализации лишь в случае извлечения P2O5 попутно, при переработке магнетитовых и титановых руд.

Месторождения, связанные с породами андезит-дацитовой формации (Абовянское в Закавказье), образуются в результате вулканической деятельности (как наземной, так и подводной) в инверсионную стадию развития складчатых областей. Состав формации многообразен и характеризуется присутствием петрохимического ряда — от базальтов до андезитов и липаритов. Возраст формирования интрузий — силур — мел.

Месторождения, связанные с породами трахиандезитовой формации (Овручское на Украине) образовались в результате наземных извержений вулканов центрального типа, происходивших вдоль разломов в активизированных структурах древних поднятий и консолидированных складчатых областей. По составу эффузивы подразделяются на две группы: щелочные и известково-щелочные (трахиандезиты, андезитовые порфириты, трахитовые порфиры, туфы). Возрастной диапазон формирования весьма широк — от протерозоя до олигоцена.

Месторождения апатит-магнетитовых руд, принадлежащие к формации кварцевых кератофиров (например, Кирунавара в Швеции, Холзунское на Алтае), образованы в связи с подводными излияниями эффузивов. Они характерны для зон погружения геоантиклинальных поднятий или краевых частей платформ и консолидированных складчатых областей. Состав эффузивов эволюционировал во времени от кислого до среднего: кварцевые кератофиры — кварцевые плагиопорфиры — липариты — дациты. Возраст известных эффузивов этого типа — девон — мел.

Апатитовые и апатит-магнетитовые руды обычно развиты среди эффузивов известково-щелочного состава. Мощность рудных тел достигает первых десятков метров при протяженности сотни метров.

В целом следует отметить, что месторождения апатита рассматриваемого тина слабо изучены. Представляется, что наибольшие перспективы имеют развитые на них коры выветривания.

Помимо рассмотренных известен еще целый ряд формационных типов месторождений апатита. Среди них наибольшие перспективы имеют два: 1) апатитовый (апатит-карбонатный) в связи с зонами контакта фосфоритоносных пластов и гранитоидов и 2) анатит-силикатный (апатитовый) в связи с зонами контакта гранитоидов и гипербазитов. В бывш. СССР месторождения первого из них известны в пределах Каратауского фосфоритоносного бассейна. Примером месторождений другого типа является Маркопиджское на Кавказе. Согласно Ю.А. Кузнецову, 1964 г., к нему близки месторождения Забайкалья (Ошурковское, Телегинское и др.).

Следует отметить, что месторождения обоих типов характеризуются присутствием низкосортных апатитовых руд (5—7% P2O5) и имеют запасы первые десятки миллионов тонн P2O5.