Редкоземельная минерализация в терригенных отложениях Шатакского комплекса (Южный Урал): видовое разнообразие и особенности химического состава

Полный текст

Генетическая природа, источники вещества и механизмы его перераспределения при формировании редкоземельной минерализации являются предметом острых дискуссий. В частности, активно обсуждаются вопросы метаморфогенного генезиса минералов редкоземельных элементов (РЗЭ) [Wing et al., 2003; Gibson et al., 2004; Kohn, Malloy, 2004; Finger, Krenn, 2006; Tomkins et al., 2007; Janots et al., 2009; Савко и др., 2010 и др.]. Большое количество публикаций посвящено редкоземельному минералообразованию в породах, выступающих в качестве рудных либо рудоносных формаций на этот вид минерального сырья [Кулешевич, Дмитриева, 2012; Anenburg et al., 2015 и др.].

Шатакский комплекс является частью машакской свиты (RF₂), распространенной на хребте Большой Шатак. Несмотря на значительное количество публикаций, посвященных различным аспектам геологического строения комплекса, литологии и петрографии, слагающих его пород, а также отдельным вопросам стратиграфии, геохимии и минералогии [Парначев и др., 1986; Пучков, 2000, 2010; Маслов и др., 2004, 2018; Ковалев, Высоцкий, 2006, 2008, 2018а и др.], многие проблемы остаются либо дискуссионными, либо практически полностью не освещенными в современной литературе. В частности, слабо изучена детальная минералогия практически всех петротипов пород, входящих в состав комплекса. Концентрация внимания в данной работе на редкоземельной минерализации в терригенных породах шатакского комплекса обусловлена тем, что в последнее время минералы редких земель были обнаружены в различных структурно-вещественных комплексах западного склона Южного Урала. Вероятно, одним из первых привлек внимание к этому вопросу А. А. Алексеев [Алексеев и др., 2003; Алексеев, Тимофеева, 2007], который описал редкоземельные фосфаты в породах суранской, юшинской, машакской и зигазино-комаровской свит нижнего и среднего рифея, а также в аллювиальных отложениях водотоков бассейна реки Белой на западном склоне Южного Урала. В последнее время информация о площади распространение редкоземельной минерализации в регионе, ее приуроченность к различным структурно-вещественным комплексам и видовое разнообразие существенно увеличилась [Ковалев и др., 2017а, 2017б; Ковалев, Ковалев, 2023 и др.].

Целью данной работы является детальная характеристика редкоземельной минерализации, обнаруженной в терригенных образованиях шатакского комплекса, который представляет собой часть машакской свиты (RF₂), распространенную на хребте Большой Шатак. В данной работе в его составе рассматриваются отложения кузъелгинской и каранской подсвит. Первая представлена так: в нижней части терригенными породами (85–100 м), в средней преобладают базальты с пластами конгломератов (130–140 м), в верхней – риолиты мощностью до 180 м. Вторая сложена эффузивами основного состава, песчаниками, туфопесчаниками, конгломератами и алевролитами общей мощностью отложений до 570 м (рис. 1). Среднерифейский возраст пород основан на инструментальном определении возраста циркона из базальтоидов различными методами: методом СА-TIMS (СА-ID-TIMS) по ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb и ²⁰⁶Pb/²³⁸U отношениям – 1380.6±1.1 млн лет и 1380.1±0.5 млн лет [Пучков, 2010].

Рис. 1. Геологическая схема Башкирского мегантиклинория, шатакского комплекса и разрезы кузъелгинской (а) и каранской (б) подсвит

1 – архей-протерозойские отложения нерасчлененные, 2 – нижнерифейские отложения нерасчлененные, 3 – среднерифейские отложения нерасчлененные, 4 – юшинская свита, 5 – нерасчлененные отложения зигазино-комаровской и авзянской свит, 6 – зигальгинская свита, 7 – машакская свита, 8 – верхнерифейские отложения нерасчлененные, 9 – риодациты, 10 – базальты, 11 – конгломераты, 12 – песчаники, 13 – сланцы, алевросланцы, 14 – точки отбора проб.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Минералы были обнаружены и изучены на сканирующем электронном микроскопе Tescan Vega Compact c энерго-дисперсионным анализатором Xplorer Oxford Instruments (ИГ УФИЦ РАН, г. Уфа). Обработка спектров производилась автоматически с помощью программного пакета AzTec One по методике TrueQ. Параметры съемки соответствовали: ускоряющее напряжение 20 кВ, ток зонда 4 нА, время накопления спектра в точке 60 с в режиме Point&ID, диаметр пучка ∼3 мкм. При анализе использовался встроенный комплект эталонов Oxford Instruments Standards, представленный природными и синтетическими соединениями. Формулы минералов рассчитывались по методике [Булах, 1967; Кривовичев, Гульбин, 2022].

Концентрации редкоземельных элементов определены методом ICP-MS в ЦИИ ВСЕГЕИ (г. Санкт-Петербург). Точность измерения составила (в г/т): La – 0.01; Ce – 0.01; Pr – 0.01; Nd – 0.01; Sm – 0.005; Eu – 0.005; Gd – 0.01; Tb – 0.005; Dy – 0.01; Ho – 0.005; Er – 0.01; Tm – 0.005; Yb – 0.01; Lu – 0.005. Анализ подготовленных растворов проводился на приборах ELAN-6100 DRC и Agilent 7700 с использованием компьютерной программы обработки данных TOTALQUANT.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Осадочные породы слагают около 75% объема шатакского комплекса и представлены преимущественно конгломератами и песчаниками. Алевролиты, алевросланцы и глинистые сланцы встречаются относительно редко. Конгломераты развиты на нескольких стратиграфических уровнях. Они на 70–80% сложены хорошо окатанными обломками кварцитопесчаников и кварцитов, реже – железистых кварцито-песчаников и микрокварцитов. Цемент – кварцевый песчанистый материал и мелкочешуйчатая серицит-хлоритовая масса. Песчаники представлены кварцевыми разностями, на 80–90% состоящими из обломков кварца с хлорит-серицитовым цементом. Алевролиты, алевросланцы и глинистые сланцы встречаются в тонком переслаивании друг с другом, реже слагают самостоятельные маломощные горизонты и пачки.

Распределение РЗЭ в конгломератах шатакского комплекса характеризуется широким разбросом значений (на два порядка) всей группы РЗЭ при практически полной идентичности спектров (рис. 2в), что, на наш взгляд, обусловлено переменным количеством кварцевого материала галек в пробах. При этом степень фракционирования РЗЭ колеблется в очень широких пределах: La_n/ Lu_n – от 0.12 до 2.87, Ce_n/Yb_n – от 0.55 до 10.89, как и дифференцированность легкой (La_n/Sm_n – 0.17–1.13) и тяжелой (Gd_n/Yb_n – 0.4–4.51) групп. Конфигурация нормализованного на континентальную кору по [Rudnick, Gao, 2003] тренда распределения РЗЭ в песчаниках близка к таковой, характеризующей конгломераты (см. рис. 2в), но при значительно меньшем разбросе значений. Так, степень фракционирования колеблется в узких пределах (La_n/Lu_n – от 1.82 до 2.9, Ce_n/Yb_n – от 1.89 до 2.71), как и дифференцированность легкой (La_n/Sm_n – 0.89–0.93) и тяжелой (Gd_n/Yb_n – 1.57–1.77) групп.

В результате детального изучения минералогии терригенных пород шатакского комплекса обнаружены многочисленные редкоземельные минералы: алланит-(Ce), монацит-(Се), монацит-(Nd), ксенотим-(Y), неидентифицированные соединения, а также РЗЭ-содержащий эпидот, характеристика которых приводится ниже.

Рис. 2. Нормализованное распределение РЗЭ в терригенных породах шатакского комплекса

Континентальная кора ‒ по работе [Rudnick, Gao, 2003]. Содержания РЗЭ в песчаниках ‒ по работе [Маслов и др., 2020].

Алланит-(Ce) самый распространенный минерал во всех разновидностях пород шатакского комплекса. Он встречается в виде ксеноморфных выделений и удлиненно-таблитчатых кристаллов размером до 50 мкм (рис. 3а–3г). Кроме того, часто фиксируются его агрегаты размером 200 × 400 мкм, сложенные спутанно-удлиненными индивидами (см. рис. 3б). По химическому составу все обнаруженные алланиты относятся к цериевой разновидности Ce₂O₃ ≥ ≥ La₂O_3±(Pr₂O₃) + Nd₂O₃ (табл. 1). Кроме того, в составе минерала установлен иттрий в количестве 0.19–0.77 мас. %.

Таблица 1. Репрезентативная выборка химического состава алланита-(Се) и РЗЭ-содержащего эпидота из терригенных пород шатакского компплекса (мас. %)

Примечание. 1–5 – алланит-(Се), 6–10 – эпидот. Номера образцов соответствуют номерам на рис. 1в, 1г. Здесь и далее прочерк – количество элемента меньше точности метода определения.

В горизонте переслаивания песчаников и сланцев каранской подсвиты (см. рис. 1г, обр. С41/213) встречены относительно крупные (до 1 мм по удлинению) ксеноморфные выделения алланита нестехиометричного состава ((Ca_0.71 Ce_0.22 La_0.07 Pr_0.05 Nd_0.11)_1.16 (Al_0.31 Fe_0.50 Mg_0.03)_0.84 (Si_1.98 Al_1.02) _Σ3 O₈; (Ca_0.67 Ce_0.26 La_0.07 Pr_0.04 Nd_0.11) _Σ1.15 (Al_0.33 Fe_0.50 Mg_0.02) _Σ0.85 (Si_1.98 Al_1.02) _Σ3 O₈; (Ca_1.76 Ce_0.17 La_0.07 Nd_0.07 Pr_0.04) _Σ2.11 (Al_2.07 Fe_0.78 Mg_0.04) _Σ2.89 (Si_3.54 Al_0.46) _Σ4 O₁₄), в которых суммарное количество РЗЭ (при Ce > > Nd > La > Pr) колеблется от 20.48 мас. % до 33.37 мас. %. Близкие по составу соединения ((Ca_1.31 La_0.18 Ce_0.42 Nd_0.08 Pr_0.06) _Σ2.05 (Al_2.03 Fe_0.81 Mg_0.10 Mn_0.01) _Σ2.95 (Si_3.70 Al_0.30) _Σ4 O₁₄ и (Ca_0.55 Ce_0.21 La_0.10 Pr_0.03 Nd_0.06) _Σ0.95 (Al_0.63 Fe_0.33 Mg_0.03 Mn_0.01 Ti_0.05) _Σ1.05 (Si_2.65 Al_0.35) _Σ3 O₈) с суммарным содержанием РЗЭ – 20.01 мас. % и 18.51 мас. % соответственно были обнаружены и в конгломератах кузъелгинской подсвиты, что свидетельствует об их широком распространении по всему разрезу изученных подсвит.

Кроме алланита-(Се), входящего в группу эпидота, в терригенных породах шатакского комплекса обнаружен РЗЭ-содержащий эпидот ¹. Минерал встречается в виде отдельных выделений неправильной формы, зернистых масс в цементе либо целиком замещает первичное неидентифицированное вещество обломков в конгломератах (см. рис. 3д). В его химическом составе установлены La (0.4–7.64 мас. %), Ce (0.89–14.84 мас. %), Nd (0.3–4.5 мас. %), Pr (0.75–1.33 мас. %), Sm (0.65–0.92 мас. %) и редко Th (1.1–1.87 мас. %) (см. табл. 1).

Рис. 3. Микрофотографии алланита (а–г) и РЗЭ-содержащего эпидота из терригенных пород шатакского комплекса с результатами съемки объекта (д) в характеристических лучах La, Ce, Nd

Индексы микрофотографий соответствуют номерам проб на рис. 1в, 1г: а – С1/287.5; б, в, д – С1/146; г – С41/273.

Сокращения: all – алланит, hl – хлорит, q – кварц.

Ксенотим-(Y) в терригенных породах встречается в виде цепочечно-прожилковидных обособлений, сложенных сростками ограненных кристаллов либо ксеноморфных выделений. Микропрожилки располагаются в цементе конгломератов и имеют сложноветвящуюся и прерывистую форму (рис. 4а). Данный тип минерализации ранее не был описан в мировой литературе [Ковалев и др., 2017]. Здесь же присутствуют нарастания ксенотима на циркон совместно с торитом (см. рис. 4б). В химическом составе ксенотима-(Y), кроме типичных примесных Gd, Dy, Tb, Ho и Yb, установлены Се, Nd и Sm. Кроме того, встречаются U–Th-содержащие разновидности минерала (табл. 2).

Таблица 2. Репрезентативная выборка химического состава монацита-(Се) и ксенотима-(Y) из терригенных пород шатакского комплекса (мас. %)

Примечание. 1–4 – монацит-(Се), 5–9 – ксенотим-(Y). Номера образцов соответствуют номерам на рис. 1в, 1г.

Особый интерес, с нашей точки зрения, представляют выявленные взаимоотношения между ксенотимом-(Y) и цирконом. Как видно по рис. 4, изучение серии препаратов позволяет наблюдать практически все стадии замещения циркония иттрием (см. рис. 4б – формирование эпитаксиальной каймы; рис. 4в – изоструктурное(?) замещение; рис. 4г – полное замещение с реликтовыми ядрами циркона).

Взаимоотношения между ксенотимом и цирконом анализируются в большом количестве публикаций [Hoskin, Schaltegger, 2003; Hay, Dempster, 2009; Скублов и др., 2011; Макеев, Скуб- лов, 2016 и др.] в связи с исследованиями циркона как одного из важнейших минералов для геохронологии. В целом механизм взаимодействия между цирконом и ксенотимом известен. Гетеровалентное изоморфное замещение Zr⁴⁺ близким по ионному радиусу Y³⁺ (0.102 нм) проходит с компенсацией заряда, заменой атома Si⁴⁺ в тетраэдре пятивалентным ионом, в качестве которого, например, может выступать P⁵⁺: REE³ +P⁵⁺ → Zr⁴⁺ + Si⁴⁺ [Hoskin, Schaltegger, 2003]. Подобный механизм, обеспечивающий возможность присутствия значительного количества ионов Y и геохимически близких к нему тяжелых РЗЭ в кристаллической решетке циркона, является механизмом изоморфного замещения циркония иттрием [Hoskin, Schaltegger, 2003; Harley et al., 2007; Федотова и др., 2008 и др.], что иллюстрируется примером, описанным ранее. Таким образом, можно констатировать, что в нашем случае при метаморфизме терригенных пород детритовый циркон выступает в качестве селективного концентратора иттрия и тяжелой группы редкоземельных элементов.

Монацит-(Ce) установлен в виде единичных неограненных выделений со сглаженными и округлыми поверхностями (см. рис. 4д, 4е), а также представлен ограненными обломками(?) кристаллов (см. рис. 4з) и ксеноморфными срастаниями (см. рис. 4ж). Содержание РЗЭ в его составе подвержено значительным колебаниям. В частности, установлен монацит-(Nd) с 20.42 мас. % Nd₂O₃ и 12.32 мас. % Sm₂O₃. Большая часть изученных монацитов относятся к Th-содержащим разновидностям при варьирующих в широких пределах содержаниях церия (см. табл. 2).

Рис. 4. Микрофотографии ксенотима (а–г) и монацита (д, и) из терригенных пород шатакского комплекса

Индексы микрофотографий соответствуют номерам проб на рис. 1в, 1г: а, б, е – С1/171; в, д – С1/146; г – С41/273; ж, з – С1/146.5; и – С1/168.

Сокращения: xnt – ксенотим, zrn – циркон, msk – мусковит, ap – апатит, hl – хлорит, mgt – магнетит, q – кварц, mnz – монацит.

Ранее в терригенных породах шатакского комплекса были описаны разнообразные неидентифицированные Th–REE-соединения переменного состава [Ковалев и др., 2017]. В частности, на рис. 5б изображен обломок(?) кристалла призматической формы, состоящий из торита (Th_0.96 Ca_0.04) _Σ1.0 (Si_0.95 Ca_0.05) _Σ1.0 O₄ и двух неидентифицированных соединений – (Ce_0.86 La_0.34 Ca_0.15 Pr_0.13 Nd_0.25 Sm_0.01 Si_0.21 Fe_0.05) _Σ2.0 O₃ и (Ca_1.27 Ce_0.85 La_0.31 Nd_0.32 Pr_0.18 Th_0.01) _Σ2.94 (Al_1.35 Fe_0.67 Mg_0.04) _Σ2.06 (Si_3.18 Al_0.82)₄ O₁₄. На рис. 5в также изображен кристалл призматического габитуса, выполненный светлым и темным веществом, первое из которых – (Ce_0.52 La_0.20 Ca_0.13 Pr_0.10 Nd_0.17 Si_0.16 Fe_0.05) _Σ1.33 O₂ – представлено церианитом (SiO₂–5.41, CaO–4.05, FeO–2.1, La₂O₃–17.43, Ce₂O₃–46.64, Pr₂O₃–8.73, Nd₂O₃–15.55, мас. %). В темной фазе (Ca_1.02 Ce_0.94 La_0.32 Nd_0.33 Pr_0.15) _Σ2.76 (Al_1.68 Fe_0.56) _Σ2.24 (Si_2.76 Al_0.24) _Σ3 O₁₂ (OH) количество РЗЭ снижается до 43.73 мас. %, при содержании Ce₂O₃ = 23.36 мас. %. В этом же образце присутствует практически идентичный по составу сросток(?) кристаллов, в котором в светлой фазе ((Ce_0.85 La_0.33 Ca_0.17 Pr_0.15 Nd_0.25 Th_0.02 Si_0.10 Al_0.05 Fe_0.08) _Σ2 O₄) концентрируются РЗЭ и Th (суммарно РЗЭ – 65.59 мас. %; Th – 1.6 мас. %), а в темной – ((Ca_1.67 Ce_0.19 La_0.05 Nd_0.09 Pr_0.04) _Σ2.04 (Al_2.17 Fe_0.70 Mg_0.09) _Σ2.96 (Si_3.57 Al_0.43) _Σ4 O₁₄) количество редкоземельных элементов понижается до 10.94 мас. % при возрастании SiO₂ до 37.67 мас. % и Al₂O₃ до 23.07 мас. %.

Таким образом, получены новые доказательства широкого распространения в терригенных породах шатакского комплекса неидентифицированных метастабильных(?) РЗЭ-соединений. В частности, к ним относятся тонкие микропрожилки, изображенные на рис. 5а, характерными особенностями химического состава которых являются высокие содержания Ce, La, Nd и Sr (табл. 3). Кроме неидентифицированных РЗЭ-соединений в терригенных породах установлены относительно крупные (до 30 мкм и более) обособления, представляющие собой практически неразделяемые РЗЭ–Y–Th-“смеси”, которые, возможно являются наноразмерными минеральными агрегатами (см. рис. 5г). Причем, как видно на рис. 5г, циркон и в данной ситуации выступает в качестве “концентратора” РЗЭ–Y–Th-элементов.

Рис. 5. Микрофотографии неидентифицированных соединений РЗЭ (а–в), ассоциации циркона с РЗЭ–Y–Th- элементами (г) и результаты съемки объекта (г) в характеристических лучах La, Ce, Nd, Y и Th

Индексы микрофотографий соответствуют номерам проб на рис. 1в, 1г: а – С1/146; б, в – С41/119.5; г – С1/168.

Сокращения: REE – неидентифицированные соединения, zrn – циркон, mgt – магнетит.

Таблица 3. Химический состав неидентифицированных РЗЭ-соединений из конгломератов шатакского комплекса (мас. %)

Примечание. Химические составы пересчитаны на 100%.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Вопросы об источниках вещества при формировании редкоземельной минерализации и физико-химических параметрах процесса минералообразования активно обсуждаются в литературе. Генетические особенности формирования наиболее распространенной минеральной ассоциации алланит–монацит при прогрессивном метаморфизме метапелитов описывается следующим образом: детритовый монацит → метаморфический алланит → метаморфический монацит → апатит [Smith, Barero, 1990; Wing et al., 2003; Finger, Krenn, 2007; Janots et al., 2009; Савко и др., 2010 и др.]. При этом оценки термобарических параметров реакций, а также механизмы их реализации варьируют в широких пределах. Термические условия реакции алланит → монацит до настоящего времени точно не установлены. Большинство авторов полагают, что алланит замещает монацит в интервале 400– 450°C и остается стабильным до амфиболитовой фации. Монацит снова появляется в температурном интервале 450–530°C [Smith, Barero, 1990; Wing et al., 2003; Janots et al., 2006 и др.]. Кроме того, установлено, что температура разложения алланита с образованием монацита может варьировать в зависимости от содержаний в породах CaO и Al₂O₃ [Wing et al., 2003].

Генетические условия формирования ксенотим-(Y) + монацит-(Ce) минерализации также рассматриваются в значительном количестве публикаций [Overstreet, 1967; Franz et al., 1996; Heinrich et al., 1997; Cabella et al., 2001; Santana et al., 2015]. При этом важно подчеркнуть, в результате исследований установлено, что при повышении температуры метаморфизма повышается растворимость компонентов монацита и ксенотима [Franz et al., 1996]; при гидротермальном метаморфизме в интервале температур 400–700°C и давлении от 3 до 5 кбар концентрации основных элементов в монаците и ксенотиме не зависят от степени метаморфизма, а связаны только с валовом составов горных пород [Heinrich et al., 1997; Budzyń et al., 2017].

Ранее было установлено, что по эпигенетическим минеральным парагенезисам, петро- и гео- химическим особенностям среди терригенных пород шатакского комплекса выделяются производные субщелочного (пропилитизация), кислотно-щелочного (березитизация), щелочного и кремнещелочного (серицитизация, калишпатизация, альбитизация) метасоматоза и кислотного выщелачивания (окварцевание) [Ковалев, Ковалев, 2020].

Пропилитовый парагенезис установлен в конгломератах. Минеральные новообразования представлены эпидот-хлоритовой ассоциацией с магнетитом, который развит в виде идиоморфных кристаллов, как в цементе, так и в гальках конгломератов.

Метасоматические изменения, близкие по химизму к березитоидным, характерны для терригенных отложений в целом. Отличительной чертой их минерального состава является кварц-серицит-хлоритовый парагенезис, причем хлорит наблюдается в виде прожилковых, струйчатых, шнуровидных выделений, наложенных на более раннюю кварц-мусковитовую ассоциацию.

Сложная история формирования и преобразования пород комплекса во многом определяяет условия генезиса редкоземельной минерализации. Самый распространенный минерал – алланит-(Се) присутствует во всех разновидностях пород. Особенности его химического состава выявляются при анализе диаграммы REE + Th + Y – Al_общ, предложенной И. Пет- риком с соавторами [Petrik et al., 1995] (рис. 6а). Для сравнительного анализа приводятся материалы по редкоземельной минерализации в метаморфизованных терригенных комплексах западного склона Южного Урала (Суранско-Интуратовской и Улу-Елгинско-Кудашмановской зонам), детальная характеристика которых дана в ранее опубликованных работах [Ковалев и др., 2017; Ковалев, Ковалев, 2022]. Как видно из диаграммы, алланиты всех рассматриваемых комплексов не различаются между собой. Для них характерно наличие практически полного изоморфного ряда между алланитом и эпидотом (за исключнгием минерализации Улу-Елгинской зоны, что объясняется малым количеством анализов) и значительный разброс точек составов по окисленности железа, что подтверждается прямыми геологическими наблюдениями (наличие магнетитовой и гематитовой минерализации).

Анализ графиков, нормализованных на хондрит (по работе [Sun, McDonough, 1989]) содержаний редкоземельных элементов в алланитах (см. рис. 6б–6г), подчеркивает вывод о близости химических составов минералов из всех рассматриваемых зон как по количеству элементов, так и по их содержаниям. В то же время, нормализованные количества редкоземельных элементов в монаците и ксенотиме подвержены значительным колебаниям, и минералы из пород шатакского комплекса существенно отличаются от аналогов из других комплексов присутствием в монаците гадолиния, а в ксенотиме – легких РЗЭ: Ce, Nd и Sm (рис. 7).

Рис. 6. Диаграммы Al_общ – REE+Th+Y (по работе [Petrik et al., 1995]) и графики нормализованных содержаний редкоземельных элементов в алланитах из метаморфизованных терригенных пород шатакского комплекса (б), Суранско-Интуратовской зоны (в) и Улу-Елгинско-Кудашмановской зоны (г)

Диаграмма “а”: 1 – шатакский комплекс, 2 – Суранско-Интуратовская зона, 3 – Улу-Елгинско-Кудашмановская зона. Хондрит ‒ по работе [Sun, McDonough, 1989].

Рис. 7. Графики нормализованных содержаний РЗЭ в монаците и ксенотиме из метаморфизованных терригенных пород шатакского комплекса (а, б), Суранско-Интуратовской зоны (в, г) и Улу-Елгинско-Кудашмановской зоны (д, е). Хондрит ‒ по работе [Sun, McDonough, 1989]

Ранее было показано, что термобарические параметры метаморфизма пород шатакского комплекса соответствовали условиям: Т = ~380– 470°C, Р = ~3–8 кбар, Суранско-Интуратовского комплекса – ~360–450°С, Р = ~3–7 кбар, Улу-Елгинско-Кудашмановской зоны – Т = ~390– 490°C, Р = ~2.5–9.9 кбар [Ковалев и др., 2018б]. То есть степень метаморфизма пород всех структурно-вещественных комплексов близка по значениям. Этот факт свидетельствует о том, что в процессе формирования редкоземельных минералов важное значение имеет химический состав среды минералообразования [Heinrich et al., 1997; Budzyń et al., 2017]. Ее влияние на образование определенных минеральных ассоциаций было показано Б. Будзинем с соавторами при экспериментальном исследовании стабильности фаз в системах монацит-(Ce)–фторапатит–алланит-(Ce) и ксенотим-(Y)–(Y, HREE)-богатый фторапатит–(Y, HREE)-богатый эпидот. В результате установлено, что большая роль при расширении полей существования отдельных минералов из исследованных парагенезисов имеет CaO/Na₂O [Budzyń et al., 2017]. То есть высокая активность Ca (оценочное объемное отношение CaO/Na₂O 13.3) способствовала образованию богатого РЗЭ эпидота и алланита-(Ce) за счет монацита-(Ce). Напротив, низкое значение CaO/Na₂O (~1.0) предотвратило образование богатого РЗЭ эпидота и алланита-(Ce). В сланцах шатакского комплекса CaO/Na₂O составляет: среднее 3.79 при разбросе значений от 0.2 до 17.0, в конгломератах – 4.74, 2.81–6.02 соответственно. В породах Суранско-Интуратовской зоны CaO/Na₂O соответствует: среднее – 2.79, разброс – от 0.29 до 8.92, в Улуелгинско-Кудашмановской зоне: среднее – 1.35, разброс – от 0.26 до 4.92. Таким образом, максимальный разброс кальций-натрового отношения, характерный для пород шатакского комплекса, является одним из важных факторов многообразия и своеобразия формирующихся редкоземельных минеральных ассоциаций.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Подводя итог проведенным исследованиям, необходимо акцентировать внимание на следующем:

• в результате детального изучения в метаморфизованных терригенных породах шатакского комплекса обнаружены многочисленные редкоземельные минералы: алланит-(Ce), монацит-(Се), монацит-(Nd), ксенотим-(Y), РЗЭ-содержащий эпидот и неидентифицированные соединения;
• установлено, что при метаморфизме терригенных пород детритовый циркон выступает в качестве селективного концентратора иттрия, тяжелой группы редкоземельных элементов и тория;
• по химическому составу редкоземельные минералы (монацит-(Се) и ксенотим-(Y)) из пород шатакского комплекса существенно отличаются от аналогов из других комплексов, расположенных на западном склоне Южного Урала присутствием в монаците гадолиния, а в ксенотиме – легкой группы РЗЭ, представленной Ce, Nd и Sm;
• при близости термобарических параметров метаморфизма, характеризующих степень изменения пород структурно-вещественных комплексов западного склона Южного Урала, одним из основных факторов, определяющих особенности состава редкоземельных минералов, является химизм среды минералообразования.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы данной работы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ

Исследования выполнены при финансовой поддержке гранта РНФ 23-27-00023.

¹ Термин “РЗЭ-содержащий эпидот” применяется к минералам, в которых РЗЭ присутствуют в весовых процентах [Gieré, Sorensen, 2004].

Об авторах

С. Г. Ковалев

Автор, ответственный за переписку.
Email: kovalev@ufaras.ru
Россия, 450077, г. Уфа, ул. Карла Маркса, 16/2

С. С. Ковалев

Email: kovalev@ufaras.ru
Россия, 450077, г. Уфа, ул. Карла Маркса, 16/2

А. А. Шарипова

Email: kovalev@ufaras.ru
Россия, 450077, г. Уфа, ул. Карла Маркса, 16/2

Список литературы

Дополнительные файлы

Доп. файлы

Действие

1. JATS XML

Скачать

2. Рис. 1. Геологическая схема Башкирского мегантиклинория, шатакского комплекса и разрезы кузъелгинской (а) и каранской (б) подсвит 1 – архей-протерозойские отложения нерасчлененные, 2 – нижнерифейские отложения нерасчлененные, 3 – среднерифейские отложения нерасчлененные, 4 – юшинская свита, 5 – нерасчлененные отложения зигазино-комаровской и авзянской свит, 6 – зигальгинская свита, 7 – машакская свита, 8 – верхнерифейские отложения нерасчлененные, 9 – риодациты, 10 – базальты, 11 – конгломераты, 12 – песчаники, 13 – сланцы, алевросланцы, 14 – точки отбора проб.

Скачать (1MB)

Метаданные

3. Рис. 2. Нормализованное распределение РЗЭ в терригенных породах шатакского комплекса Континентальная кора ‒ по работе [Rudnick, Gao, 2003]. Содержания РЗЭ в песчаниках ‒ по работе [Маслов и др., 2020].

Скачать (217KB)

Метаданные

4. Рис. 3. Микрофотографии алланита (а–г) и РЗЭ-содержащего эпидота из терригенных пород шатакского комплекса с результатами съемки объекта (д) в характеристических лучах La, Ce, Nd Индексы микрофотографий соответствуют номерам проб на рис. 1в, 1г: а – С1/287.5; б, в, д – С1/146; г – С41/273. Сокращения: all – алланит, hl – хлорит, q – кварц.

Скачать (1MB)

Метаданные

5. Рис. 4. Микрофотографии ксенотима (а–г) и монацита (д, и) из терригенных пород шатакского комплекса Индексы микрофотографий соответствуют номерам проб на рис. 1в, 1г: а, б, е – С1/171; в, д – С1/146; г – С41/273; ж, з – С1/146.5; и – С1/168. Сокращения: xnt – ксенотим, zrn – циркон, msk – мусковит, ap – апатит, hl – хлорит, mgt – магнетит, q – кварц, mnz – монацит.

Скачать (1MB)

Метаданные

6. Рис. 5. Микрофотографии неидентифицированных соединений РЗЭ (а–в), ассоциации циркона с РЗЭ–Y–Th- элементами (г) и результаты съемки объекта (г) в характеристических лучах La, Ce, Nd, Y и Th Индексы микрофотографий соответствуют номерам проб на рис. 1в, 1г: а – С1/146; б, в – С41/119.5; г – С1/168. Сокращения: REE – неидентифицированные соединения, zrn – циркон, mgt – магнетит.

Скачать (1MB)

Метаданные

7. Рис. 6. Диаграммы Alобщ – REE+Th+Y (по работе [Petrik et al., 1995]) и графики нормализованных содержаний редкоземельных элементов в алланитах из метаморфизованных терригенных пород шатакского комплекса (б), Суранско-Интуратовской зоны (в) и Улу-Елгинско-Кудашмановской зоны (г) Диаграмма “а”: 1 – шатакский комплекс, 2 – Суранско-Интуратовская зона, 3 – Улу-Елгинско-Кудашмановская зона. Хондрит ‒ по работе [Sun, McDonough, 1989].

Скачать (434KB)

Метаданные

8. Рис. 7. Графики нормализованных содержаний РЗЭ в монаците и ксенотиме из метаморфизованных терригенных пород шатакского комплекса (а, б), Суранско-Интуратовской зоны (в, г) и Улу-Елгинско-Кудашмановской зоны (д, е). Хондрит ‒ по работе [Sun, McDonough, 1989]

Скачать (397KB)

Метаданные