03.03.2021

Минеральные формы и генезис редкометального вещества в докембрийских углеродистых сланцах


Углеродистые сланцы широко распространены среди докембрийских, а также нижнепалеозойских образований, определяя в отдельных регионах облик целых формаций. Присутствие в них или закономерное сочетание с ними различных рудных концентраций привело к развитию представлений о черносланцевых рудных формациях.

Нахождение в таких формациях различных металлов связывается главным образом с явлениями первично-седиментационного характера, на которые накладываются диагенетические и эпигенетические процессы перераспределения и концентрации элементов.

Возникновение черносланцевых рудных формаций было связано с длительным существованием своеобразных обстановок осадконакопления, главной особенностью которых была аккумуляция таких биогенных компонентов, как органическое вещество (OB), фосфор, сера и нередко кремнезем. Высокие их концентрации привели к появлению геохимических условий, в которых осаждались редкие металлы.

Черные сланцы являются полифациальными образованиями, что выявляется как при сравнении формаций из разных районов, так и при исследовании конкретных разрезов. Соответственно этому в них может заметным образом меняться набор элементов, что выражается в неравномерности их распределения по разрезам и в формировании различных металлогенических провинций.

Одной из интересных разновидностей описываемых формаций является сочетание черных сланцев с лагунными отложениями. В пределах Криворожья к ним можно отнести мощные толщи углисто-сланцевых пиритизированных пород и доломитов, которые ассоциированы с первично-сидеритовыми рудами. Все это обусловило в них своеобразный состав редких земель, связанных с этими образованиями. Нa Алдане и Малом Хингане, по данным Д.П. Сердюченко, рудное осадконакопление соответственно в раннем архее и протерозое происходило в лагунных и прибрежно-морских условиях, что подтверждено изучением изотопов серы в апатитах, ангидритах и скаполитах.

Металлоносность формаций черных сланцев в первую очередь определяется наличием источника металлов. Главным источником на этапе седиментации являлись коры выветривания. Коры на основных породах и связанных с ними комплексах поставляли в бассейны седиментации главным образом железо и некоторое количество редких металлов (обычно в рассеянном виде). Коры на гранитоидах и гнейсах были способны создавать более концентрированные скопления редких металлов, сочетающие в себе признаки терригенного и хемогенного происхождения. Большое значение нередко имели процессы вулканизма, с которыми было связано образование преимущественно полиметаллических, вольфрамовых и других руд. Продукты вулканизма часто играли роль переносчика и концентратора рудного вещества, содержащегося в боковых (осадочных и метаосадочных) породах.

Возникшие таким образом первичные скопления и повышенные фоновые содержания элементов в дальнейшем подвергались трансформации и перераспределению. Следы этих процессов весьма разнообразны и заключаются в формировании диагенетических, конкреционных, пластовых, линзовидных и других рудных тел (вплоть до жильных). На всех этапах преобразования происходило изменение минеральных форм нахождения редких металлов и изменение состава самих минералов. Изучение этих изменений представляет важную проблему в связи с установлением источников рудного вещества в глубоко метаморфизованных образованиях. При этом следует учитывать, что трансформации во многом определялись первичным распределением и связями элементов, наличием в сланцах и сопровождающих породах элементов-минерализаторов, направленностью и интенсивностью процессов метаморфизма.

Метаморфизм ведет к перекристаллизации пород, разрушению первично-осадочных связей редких металлов с органическим углеродом и сульфидами. По мере усиления метаморфизма в результате собирательной перекристаллизации происходит обогащение отдельных зон и горизонтов компонентами, которые вначале были рассеяны и образовывали повышенный фон в породе. Здесь отчетливо прослеживается аналогия со связью для магматических месторождений и кларков соответствующих металлов во вмещающих комплексах. В рассматриваемых же формациях нередко отчетливо вырисовывается приуроченность месторождений и рудопроявлений редких металлов к породам определенных фаций и субфаций метаморфизма. Интересная зависимость состава мобилизованных пегматитов от субфаций метаморфизма пелитов изучена в Южном Прибайкалье В.А. Макрыгиной. Подобного рода геологические наблюдения находятся в соответствии с некоторыми экспериментальными данными. Так, из черных сланцев в область контакта с магматическими породами стягивается ряд элементов, здесь наблюдается обогащение молибденом, цинком, кобальтом, никелем, медью и свинцом в 2—8 раз.

Приведем некоторые примеры изменения минерального состава, связанного с образованием концентраций редких металлов в формациях черных сланцев.

Одной из типичных, обогащенных углеродистым веществом терригеиных формаций, генезис которых непосредственно был связан с корами выветривания на гнейсовом основании, является кейвская серия Кольского полуострова, накапливавшаяся в мелководном бассейне со значительной концентрацией OB и спокойными условиями седиментации. Этот глубоко метаморфизованный комплекс отложений, на большом протяжении лишенный признаков метаморфической зональности, в отдельных участках испытал воздействие интрузий кислого и основного состава. Черные кианитовые сланцы кейвской серии располагаются на образованиях, весьма напоминающих метаморфизованную кору выветривания биотитовых, биотит-гранатовых, амфиболовых гнейсов и лертитов лебяжинской серии. Отложения этой серии к моменту корообразования претерпели по крайней мере амфиболитовый метаморфизм, и формирование по ним коры выветривания может свидетельствовать о стабилизации тектонического режима к моменту отложения кейвской серии.

Наибольший интерес представляют отложения пачек А и Б (соответственно двуслюдяно-гранатовые и кианитовые со ставролитом сланцы).

В составе пачки Б нами наблюдались горизонты, в которых заметно повышается содержание ильменита. Особенно отчетлива приуроченность ильменита к прослоям, обогащенным ставролитом, который в соседних слоях отсутствует, в чем, вероятнее всего, отражается неоднородность первичного литологического состава пачки. По простиранию количество ильменита в прослоях существенно не меняется.

Внедрение согласных основных интрузий привело к значительной перекристаллизации вмещающих сланцев, а также к ряду метасоматических замещений. Последовательные, все более глубокие преобразования сланцев выразились в заметной перекристаллизации пород и укрупнении зерен ильменита, ослюдении и окварцевании пород вплоть до образования крупных кварцевых жил, сопровождаемых зонами слюдитов. По мере укрупнения зерен ильменита, вызванного непосредственным воздействием интрузии либо растворов, образовавших кварцевые жилы и слюдиты, содержание ниобия и тантала в этих зернах значительно увеличивается. Количественным спектральным анализом в ильмените, помимо титана, определено: ванадия — 8, галлия — 3, молибдена — 5 г/т.

Таким образом, следствием контактно-метасоматических и гидротермальных воздействий внедрений габброидов и образования кварцевых жил на метаосадочные сланцы кейвской серии были перекристаллизация и укрупнение ильменита, а также кианита, ставролита, графита и их полная или частичная очистка (автолизия) от изоморфных и механических примесей. При этом титан, генетически связанный с углеродистым веществом материнских осадков, минерализовался в виде ильменита, зерна которого укрупнялись при переходе от регионально-метаморфической к контактно-метасоматической и далее к гидротермальной стадии, а состав все более приближался к идеальному ильмениту. Аналогичное явление отмечалось и в других районах.

Сланцы пачки А по сравнению со сланцами пачки Б обогащены редкими землями и цирконием, что, очевидно, связано с изменениями литологического состава. В пределах Малых Кейв, по данным Л.Л. Гарифулина, эта пачка представлена гранат-ставролит-эпидотовыми кварцитами, гранат-ставролитовыми и ставролит-гранатовыми слюдистыми сланцами с кианитом. Присутствуют также черные графитистые гранат-слюдистые сланцы. Содержание циркония и редких земель в пачке А колеблется в широких пределах и превышает таковое в соответствующих породах в Больших Кейвах. Другое отличие — присутствие значительного количества эпидота. Последний является главным концентратором редких земель, в составе которых преобладает цериевая группа. Для граната, по нашим данным, характерна подобная же дифференциация. Эти различия между районами, очевидно, связаны с большей ролью химического седиментогенеза в районе Малых Кейв, где соответствующие породы содержат больше кальция. Можно предположить усиленное со-осаждение с кальцием редких земель и различные минеральные связи их при метаморфизме.

Цериевый состав редких земель сближает рассматриваемые отложения с фанерозойскими, эта особенность которых была обусловлена, по данным Н.А. Созинова, первично-биохимическим происхождением. Отсутствие связи редких земель с остаточным органическим веществом в глубоко метаморфизованных отложениях показывает, насколько пути элементов, образующих ассоциации в осадочном цикле, могут разойтись при последующем метаморфизме.

Вообще ильменитоносная осадочная формация оформляется как рудоносная именно на зеленосланцевой и эпидот-амфиболитовой стадиях метаморфизма, так что рассмотренные выше процессы преобразования ильменитов имеют модельное значение. Интересными в практическом отношении могут оказаться сланцы Тимана, Патомского нагорья, Таймыра; известны они в США, Мексике и других регионах. Общеизвестна приуроченность ильменита к так называемой ильменит-хлоритовой субфации метаморфизма, однако условия возникновения этого минерала в ряде районов заметно отличаются, он наблюдается не только в образованиях, отвечающих этой фации.

На Патомском нагорье ильменит широко распространен во всех породах, кроме известково-силикатных сланцев и мраморов. В отдельных прослоях его содержание достигает 5% объема породы. Появление ильменита обусловлено различными метаморфическими реакциями и происходит на разных температурных уровнях. Большая часть его связана с зеленосланцевой фацией. В метапелитах «нормального» состава ильменит кристаллизуется вначале на уровне порфиробластического хлорита. В углистых железистых метапелитах массовое развитие ильменита начинается у изограды альмандинового граната, в бурошпатовых метапелитах — при появлении метаморфического биотита. Таким образом, главной причиной появления ильменита оказывается изменение же-лезистости силикатов, отражающее повышение степени метаморфизма. При этом избыток железа уходит во вновь образованный ильменит.

Характерной особенностью темно-серых и почти черных графитистых хлорит-серицит-кварцевых, плагиоклаз-мусковит-кварцевых и других сланцев Тимана является нередкое присутствие ильменита в количестве до 2,5%.

Собирательная кристаллизация приводила к конкреционному стягиванию железа, титана и других компонентов. В прослоях, обогащенных органическим углеродом и сульфидами, этот процесс протекал наиболее интенсивно. Образование порфиробластов ильменита сопровождалось появлением ситовидных структур и фестончатых форм мелкоагрегатных зерен минералов основной ткани. Дальнейшие преобразования ильменитоносных метаморфических пород протекали в окислительных условиях, при которых происходило окисление и обособление железа и замещение порфиробластов ильменита псевдоморфным призматическим анатазом или брукитом. Эти замещения наблюдаются в зонах повышенной трещиноватости.

Рассеянные в графитистых сланцах редкие земли и фосфор минерализовались на отдельных участках только при воздействии гранитных интрузий. В рассеянном состоянии редкие земли наблюдаются во всех разностях титановых минералов. Наименьшие содержания характерны для неизмененных первичных ильменитов. Повышение содержания редких земель в продуктах изменения ильменита происходило, вероятно, за счет их окисления и захвата из подвижных форм, рассеянных в породах и связанных с OB. Об этом свидетельствует резкое изменение состава редких земель: в первичном ильмените они цериевые, а в перекристаллизованных — иттриевые. Совсем другая картина наблюдается в тех случаях, когда, например, сорбированные органикой и глинистым веществом редкие земли в условиях эпидот-амфиболитовой фации связываются в гранате, что делает их инертными при последующем метаморфизме.

Собственно редкоземельные минералы в углеродистых протерозойских сланцах Криворожья, по данным А.И. Тугаринова с соавторами, не присутствуют в заметном количестве. Генезис этих отложений представляется биохемогенным: в процессе их формирования вместе с OB осаждались и редкие земли. Еще более активное накопление последних в этом районе происходило в момент отложения первично-сидеритовых скоплений, по которым затем образовались железорудные сланцы, в них среди РЗЭ преобладали цериевые. В зонах воздействия гранитоидов эти содержания и соотношения РЗЭ в рассматриваемых породах сохранились, а сами интрузивные РЗЭ оказываются близкими вмещающим сланцам.

В пределах KMA в сланцах верхней курской серии уровень содержаний большинства редких земель примерно одинаков со сланцами Криворожья, но в них весьма часто наблюдаются повышенные относительно кларка осадочных пород количества ниобия, свинца и некоторых других элементов. Заметен антагонизм этих элементов с РЗЭ в их распределении по разрезу. Минералогическое изучение сланцев показало, что в них отсутствуют минералы — концентраторы указанных элементов. Это же подтвердилось и спектральным анализом различных фракций. При появлении кварцевых и кварцево-микроклиновых прожилков в сланцах понижается концентрация лантана, ниобия, а также циркония и молибдена. В то же время в прожилках нередко обнаруживается галенит, но отсутствуют минералы — концентраторы ниобия и редких земель.

На участках, подвергшихся более интенсивному прогреву интрузиями, первичная неравномерность в распределении редких элементов в разрезе получает более отчетливое выражение в результате метаморфической дифференциации. Количество ниобия увеличивается в породах, содержащих ильменит, а в распределении редких земель заметна прямая корреляция с апатитом. Количество ниобия нередко возрастает в верхней части разреза. По данным спектрального анализа, для лантана характерны отрицательные корреляционные связи с ниобием и бором.

Таким образом, первичное накопление редких элементов в черных сланцах двух весьма близких в тектоническом отношении и по условиям метаморфизма районов — KMA и Криворожья происходило неравномерно, что свидетельствует о различии протекавших здесь седиментационных процессов. В аккумуляции РЗЭ, вероятно, основную роль играли сорбция органическим веществом или прямое химическое соосаждение. Определенное значение имел также терригенный снос переизмельченного ортита. Перекристаллизация пород сопровождалась укрупнением и новообразованием ортита и апатита, а освобождение железа при перекристаллизации хлорита и биотита приводило к образованию ильменита — концентратора ниобия.

Большой интерес представляет пространственная и генетическая связь гидротермальных жил с углеродистыми метаосадочными породами. Об этом свидетельствуют имеющиеся в литературе фактические данные, приведенные в работах А.Е. Ферсмана, К.А. Власова, Е.И. Кутуковой, Т.Н. Большаковой и многих других. Знаменитые жильные изумруды месторождения Мюзо в Колумбии генетически, скорее всего, связаны с выносом бериллия и других компонентов из черных сланцев и углистых известняков, подвергающихся калиевому и натровому метасоматозу и гидротермальному воздействию со стороны изверженных «андийских» пород. Фенакит- и бертрандитсодержащие кварцевые жилы на месторождении Маунт Виилэ в Неваде (США) располагаются во вмещающих породах, представленных кварцитами, слюдяными сланцами и известняками. Последние имеют мощность до 16 м, а цвет их меняется от белого (в окварцованных участках) до черного вследствие повышенного содержания OB. Здесь тоже следует предполагать гидротермальное промывание под влиянием залегающей глубже гранитной интрузии.

Следы процессов накопления редких земель и других элементов посредством сорбции на глинистом и органическом веществе присутствуют и в более древних отложениях. В данном случае мы часто имеем дело не с черносланцевой формацией как таковой, а с составной частью железорудных толщ. По данным Д.П. Сердюченко, боро-редкоземельные месторождения и проявления в архейских метаморфических толщах Швеции и Канадского щита унаследовали железо, бор, редкие земли, фосфор, фтор и серу от мелководно-морских и лагунных отложений. Мобилизации большинства компонентов, появление которых в этих отложениях было следствием осадочной дифференциации, способствовало участие в процессах постдиагенетических трансформаций фтор- и хлорсодержащих седиментных вод, которые облегчили относительно дальнюю миграцию элементов, а также далеко зашедший метасоматоз.

Следует отметить, что в составе древнейших толщ большее значение, очевидно, имеют отложения, образованные в условиях не столь сильной осадочной дифференциации. Метаморфизм и другие наложенные процессы в таких отложениях могут проявляться несколько иным образом. В этом отношении интересны данные о появлении лазулита в магнетит-мусковит-дистен-хлоритовых сланцах, богатых фосфором, на Патомском нагорье. Лазулит встречается в прослоях и линзах, характеризовавшихся изначально неравномерным распределением фосфора. Предполагается, что лазулиту предшествовал аугелит. Такая направленность минералогенеза, вероятно, препятствовала образованию монацита, так как фосфор связывался в виде фосфатов алюминия и железа. Пластообразные формы лазулитсодержащих пород известны и в некоторых других районах: на Мадагаскаре, например, они отмечались на участках распространения так называемой графитовой системы.

Различия в первичном составе и неодинаковая степень метаморфизации отложений обусловили многообразие форм выделения и сочетаний ряда редких элементов. Этот вопрос должен быть предметом специального изучения. В настоящее время можно наметить лишь ряд последовательных превращений, которые претерпевают определенные редкометальные формы в метаморфизованных черных сланцах.

1. Первичное накопление редких и рассеянных элементов в породах осадочно-метаморфических толщ отражает седиментологические и палеогеографические условия в древних бассейнах седиментации

2. Концентрирование редких земель, ниобия, титана и других элементов связано преимущественно с размывом кор выветривания на гранитных и гнейсовых породах и с отложением осадочного материала вместе с органическим веществом.

3. Поведение редких земель при метаморфизме черных сланцев зависит от состава вмещающих пород и циркулирующих растворов. Наличие кальция и железа в сланцах ведет к образованию ортита, наличие фосфора — к образованию монацита; в отсутствие их происходит образование редкоземельных гранатов. Обилие фосфора и железа благоприятно для образования лазулита. Важными факторами минералообразования являются давление и температура. Дальнейшая трансформация минералов-концентраторов редких элементов происходит под воздействием гидротермальных растворов в результате палингенеза. Эти растворы часто генетически связаны с прежде существовавшими лагунными отложениями, обогащенными фтором и хлором.





Яндекс.Метрика