Institute of Precambrian Geology and Geochronology
St. Petersburg, Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
Institute of Precambrian Geology and Geochronology
Russian Federation
UDK 549.646.3 Аквамарин
The SIMS method (secondary ions mass-spectrometry) determined the impurity composition of a beryl crystals (aquamarine) from the pegmatites of the Pashki lithium deposit (Nuristan province, Afghanistan). 12 local determinations of the content of 20 chemical elements (including halogens and water) were performed. In comparison with aquamarine from rare metals, including spodumene pegmatites from other regions of the world, the studied beryl is significantly enriched with large ion lithophile elements: Li (about 1100 ppm), Na (4500 ppm) and K (300 ppm). High concentrations of alkaline elements in the beryl of lithium pegmatites are considered as a genetic sign of the high potential of alkalis created during the crystallization of spodumene associated with beryl and other lithium minerals. This well-known genetically determined feature of beryl, characteristic of productive lithium pegmatites, therefore is promising in the development of search and evaluation criteria for lithium pegmatites of Nuristan and other pegmatite provinces.
Pashki deposit, beryl, aquamarine, spodumene pegmatites, SIMS method, trace elements, search and evaluation criteria
Введение
Тема востребованности и дефицитности литиевого сырья в настоящее время настолько актуальна, что безоговорочно ее можно отнести к числу наиболее глубоко исследованных сторон экономического, промышленно-технологического и ресурсного состояния минерально-сырьевых баз России и других стран. Хорошо известно, что на фоне грядущего истощения запасов активно разрабатываемых вулканогенных месторождений литиевого сырья интерес к таким рудным объектам, как литиевые (сподуменовые) пегматиты, возрастает.
Афганистан обладает крупными пегматитовыми месторождениями лития, пространственно и генетически связанными с гранитами третьей фазы комплекса Лагман мел-палеогенового возраста. Редкометалльные пегматиты LCT-типа (специализированные на Li, Cs и Ta), к которым относятся сподуменовые пегматиты, широко представлены в восточной части страны, в основном в провинции Нуристан (Benham, Coats, 2007). Существенный вклад в их открытие и последующее исследование внесли советские геологи в 70-е годы ХХ века (Rossovskiy, Chmyrev, 1977). Однако комплексное минералого-геохимическое исследование этих рудных объектов не проводилось. В данной статье представлены некоторые результаты полевых работ, выполненных в 2023 г. Н. Хамдардом в провинции Нуристан на практически неизученном месторождении Пашки, где в одной из жил сподуменовых пегматитов впервые были обнаружены крупные кристаллы голубого берилла — аквамарина (рис. 1).
Берилл — типичный минерал редкометалльных, в том числе и литиевых пегматитов. В трудах отечественных и зарубежных геологов середины и конца ХХ века (А. И. Гинзбург, Н. А. Солодов, Б. М. Шмакин, E. N. Cameron, R. N. Jahns и другие) особенности примесного состава берилла рассмотрены в качестве генетически обусловленного типоморфного признака для пегматитов разной минералогической специализации — мусковитовой, бериллиевой и литиевой. В настоящее время в связи с развитием новых методов высокоточного определения химического состава минерального вещества, пришедших на смену прежним, менее точным методам, наметился переход на более достоверные и статистически обоснованные геохимические показатели проявлений типоморфизма минералов. Поэтому то, что раньше в закономерности изменения примесного состава берилла в пегматитах отмечалось лишь как тенденция, в настоящее время может быть выражено более достоверно и с высокой точностью.
Примером реализации нового подхода может служить изучение состава берилла из Шонгуйского месторождения редкометалльных пегматитов (Кольская провинция) с развитой, как считалось ранее, Li-Ta-Nb-минерализацией. Высокоточным методом SIMS в берилле из этого месторождения было установлено повышенное содержание щелочных металлов, что позволило пересмотреть прежние представления и обоснованно отнести данные пегматиты к Li-Cs-Na-типу (Morozova et al., 2023).
Главной задачей настоящей статьи является представление результатов высокоточного определения содержания элементов-примесей в берилле, обнаруженном в пегматитах литиевого месторождения Пашки, для их использования в качестве количественно выраженного типохимического признака проявления в пегматитах сподуменовой минерализации.
Геологическая характеристика месторождения
Месторождение Пашки находится в пределах Парунского пегматитового поля, в горах, на высоте от 3000 до 4300 м. Здесь на площади 2×3.5 км среди метаморфических пород кашмундской серии верхнего триаса — кристаллических сланцев, кварцитопесчаников и мраморизованных известняков — обнажена серия протяженных (до 1 км и более при мощности до нескольких десятков метров) крутопадающих пегматитовых тел северо-восточного простирания с богатой сподуменовой минерализацией.
Состав рудоносных пегматитов указанного месторождения — кварц-сподумен-микроклин-альбитовый. В его пределах пегматиты представлены двумя сравнительно крупными телами: жилами № 1, 3 и жильной зоной № 2, имеющей вид «сетчатого» сочленения множества разноориентированных жильных форм. Предварительно оцененные запасы месторождения до глубины 100 м составляют 127 тыс. т Li2O (Benham, Coats, 2007).
Жила № 3, в которой были обнаружены кристаллы аквамарина, имеет штокообразную форму и залегает преимущественно согласно вмещающим породам (тонкослоистым гранатовым и ставролитовым кварц-биотитовым сланцам). Она простирается на 600 м, мощность от 2 до 8 м. Характерно широкое распространение сахаровидных агрегатов мелкокристаллического альбита. На участках блоковой и пегматоидной структуры часто встречается турмалин (шерл и эльбаит), кристаллы которого достигают в длину 5×10 см.
В верхней (головной) части жилы № 3 обычно можно наблюдать мелкие кристаллы берилла длиной до 1—2 см. Крупные кристаллы прозрачного берилла (аквамарина нежно-голубого оттенка), исследованию состава которых посвящена данная статья, были обнаружены в этой жиле (абсолютная отметка 3800 метров) в ассоциации со сподуменом, микроклином, альбитом (клевеландитом), танталитом и полихромным турмалином (рис. 1).
Методы исследования
Три фрагмента кристаллов аквамарина из разных зерен размером около 1 см каждый были помещены в стандартный препарат (шайбу) вместе с зерном оливина, необходимого для оценки фона при анализе содержания летучих компонентов. Анализ состава берилла выполнялся на ионном зонде Cameca IMS-4f в Ярославском филиале ФТИАН им. К. А. Валиева РАН (аналитики Е. В. Потапов и С. Г. Симакин). На каждом фрагменте равномерно по площади отполированной поверхности было выполнено по 4 анализа на 20 компонентов (табл. 1).
Методика измерения содержания малых и редких элементов, включая летучие компоненты (воду и галогены), подробно изложена в работе С. Г. Скублова с соавторами (2022). Точность определения составляет 10—15 % для элементов с концентрацией > 1 ppm и 10–20 % для элементов с концентрацией 0.1—1 ppm. Предел обнаружения определен как 5–10 ppb. Диаметр аналитического кратера порядка 20 мкм.
Обсуждение результатов
Данные по примесному составу изученного аквамарина (табл. 1) были сопоставлены с составом аквамарина из редкометалльных пегматитов различных регионов мира: Ильменского комплекса, Вьетнама, Ойгаинского месторождения (Киргизия), Алтая (Китай), Мозамбика и Мадагаскара (16 анализов, неопубликованные данные С. Г. Скублова и А. К. Гаврильчик); Ямранга (Восточный Непал) (50 анализов, Bhandari et al., 2023); месторождения Калифорния Блю Майн (США) (169 анализов, Pauly et al., 2021); Центральных Альп (Италия) (6 анализов, Bocchio et al., 2009); Коктогая (Китай), Минас-Жерайс (Бразилия) и Ноумас (Южная Африка) — всего 51 анализ (Cui et al., 2023); района Хунянь, Китай (2 анализа, Jiang et al., 2023).
На диаграмме соотношения содержания Li и Cs (рис. 2, a) аквамарин из месторождения Пашки отличается от аквамарина из других редкометалльных пегматитовых объектов повышенным содержанием Li (среднее (медианное) содержание 1097 ppm) и умеренным содержанием Cs (в среднем 260 ppm). В целом содержание Li в аквамарине из редкометалльных пегматитов может варьировать в очень широком диапазоне (по опубликованным работам и данным авторов) — от 60 до 2000 ppm. Ранее было установлено (Скублов и др., 2022), что среднее (медианное) содержание Li в аквамарине различного генезиса составляет около 200 ppm. Содержание Li в аквамарине из месторождения Пашки превышает это значение более чем в пять раз. Более высокое содержание Li, в среднем на уровне 4000—5000 ppm, установлено только для воробьевита из сподуменовых пегматитов Кольского п-ова (Скублов и др., 2022; Morozova et al., 2023). По содержанию Cs аквамарин из месторождения Пашки соответствует аквамарину из редкометалльных пегматитов комплекса Эронго (Намибия) (в среднем 331 ppm, Lum et al., 2016).
По соотношению щелочей (Na и К) аквамарин из месторождения Пашки демонстрирует повышенное содержание этих элементов (рис. 2, b) — содержание Na в среднем 4548 ppm, K — 309 ppm. Заметно более высокое содержание Na (на уровне 8500—9000 ppm) и К (600—650 ppm) было установлено для аквамарина из пегматитов Ноумас, Южная Африка, Cui et al., 2023). Если сравнивать с воробьевитом из сподуменовых пегматитов Кольского п-ова, то последний отличается более высоким содержанием Na (более 19 000 ppm) и схожим уровнем содержания K (Morozova et al., 2023).
Аквамарин из месторождения Пашки также выделяется повышенным содержанием Са и Ti (рис. 2, c). Среднее содержание Са составляет в нем 148 ppm, Ti — 140 ppm (за исключением точки 9, табл. 1). По содержанию Са ему соответствует аквамарин из пегматитов Центральных Альп (Италия) со средним содержанием 198 ppm, но в нем содержание Ti в разы ниже — 44 ppm (Bocchio et al., 2009). Содержание этих элементов в аквамарине из редкометалльных пегматитов комплекса Эронго (Намибия) заметно ниже — на уровне 60—80 ppm (Lum et al., 2016). При этом изучаемый аквамарин отличается пониженным содержанием Fe (в среднем 2631 ppm) по сравнению с аквамарином из других редкометалльных пегматитов (рис. 2, d). Содержание Mg (в среднем 475 ppm), напротив, соответствует средним значениям для аквамарина из редкометалльных пегматитов.
Аквамарин из месторождения Пашки в сравнении с аквамарином из редкометалльных пегматитов комплекса Эронго отличается повышенным содержанием Cr (в среднем 47 и 5 ppm соответственно) и Mn (91 и 31 ppm) и пониженным — Sc (4 и 51 ppm). Среднее содержание Rb в аквамарине из месторождения Пашки примерно соответствует содержанию, установленному для редкометалльных пегматитов (40—60 ppm). Более высоким содержанием Rb отличается аквамарин месторождения Калифорния Блю Майн (в среднем 113 ppm, Pauly et al., 2021) и пегматитов Мозамбика (в среднем 143 ppm, данные авторов).
Количество Mn (в среднем 91 ppm) в аквамарине из месторождения Пашки соответствует аквамарину из различных типов пегматитов и грейзенов (Скублов и др., 2022).
По содержанию воды (в среднем 31 373 ppm) аквамарин из месторождения Пашки ближе к воробьевиту (в среднем 33 981 ppm), чем к среднему составу аквамарина (19 978 ppm, Скублов и др., 2022). Аналогично, у аквамарина из месторождения Пашки гораздо выше содержание Cl (в среднем 2326 ppm, по сравнению с 493 ppm). Содержание F находится на сходном уровне (17 и 11 ppm соответственно).
Выводы
Характерной особенностью химического состава изученного берилла (аквамарина) из сподуменовых пегматитов месторождения Пашки является существенное обогащение такими крупноионными литофильными элементами, как Li (в среднем 1100 ppm), Na (4500 ppm) и K (300 ppm), а также водой (порядка 30 000 ppm). Это позволяет отнести его к бериллам щелочного (натриево-литиевого) типа с предполагаемым гетеровалентным изоморфизмом: Li+ + (Na+, K+, Rb+, Cs+) + H2O ® Be2+ + вакансии в каналах.
Бериллы такого типа относятся к числу типоморфных для литиевых пегматитов и в ассоциации со сподуменом, полихромным турмалином (эльбаитом), альбитом и другими минералами свидетельствуют о достижении высокого потенциала Li, Na, K в водонасыщенной системе образования этих пород. В данном случае аквамарин характеризуется аномально высокой щелочностью (содержанием Li и Na), что позволяет использовать его в качестве важных поисково-оценочных признаков высокой продуктивности пегматитовых тел на литиевое сырье.
1. Skublov S. G., Gavrilchik A. K., Berezin A. V. Geochemistry of beryl varieties: comparative analysis and visualization of analytical data by principal component analysis (PCA) and t-distributed stochastic neighbor embedding (t-SNE). Journal of Mining Institute, 2022, V. 255, pp. 455—469.
2. Benham A. J., Coats S. Minerals in Afghanistan: rare-metal deposits. Afghanistan Geological Survey website. 2007. (https://nora.nerc.ac.uk/id/eprint/10924)
3. Bhandari S., Qin K., Zhou Q., Evans N. J., Gyawali B. R., He C., Sun Z. Magmatic-hydrothermal evolution of the aquamarine-bearing Yamrang Pegmatite, Eastern Nepal: Insights from beryl, garnet, and tourmaline mineral chemistry. Ore Geol. Rev., 2023, V. 162, 105713. DOI:https://doi.org/10.1016/j.oregeorev.2023.105713
4. Bocchio R., Adamo, I., Caucia F. Aquamarine from the Masino-Bregaglia Massif, Central Alps, Italy // Gems & Gemology. 2009. Vol. 45. No. 3. P. 204—207.
5. Cui S., Xu B., Shen J., Miao Z., Wang Z. Gemology, spectroscopy, and mineralogy study of aquamarines of three different origins // Crystals. 2023. Vol. 13. 1478. DOI:https://doi.org/10.3390/cryst13101478
6. Jiang Y., Li J., Li P., Cai Y., Zhang L. Geochemical and spectroscopic features of beryl (aquamarine) from Renli No. 5 pegmatite in Hunan, Central China // Minerals. 2023. Vol. 13. 336. DOI:https://doi.org/10.3390/min13030336
7. Lum J.E., Viljoen F., Cairncross B., Frei D. Mineralogical and geochemical characteristics of BERYL (AQUAMARINE) from the Erongo Volcanic Complex, Namibia // J. African Earth Sci. 2016. Vol. 124. P. 104—125. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jafrearsci.2016.09.006
8. Morozova L. N., Skublov S. G., Zozulya D. R., Serov P. A., Borisenko E. S., Solovjova A. N., Gavrilchik A. K. Li-Cs-Na-Rich beryl from beryl-bearing pegmatite dike No. 7 of the Shongui deposit, Kola Province, Russia // Geosciences. 2023. Vol. 13. 309. DOI:https://doi.org/10.3390/geosciences13100309
9. Pauly C., Gysi A. P., Pfaff K., Merkel I. Beryl as indicator of metasomatic processes in the California Blue Mine topaz-beryl pegmatite and associated miarolitic pockets. Lithos, 2021. 404, 106485. DOI:https://doi.org/10.1016/j.lithos.2021.106485
10. Rossovskiy L. N., Chmyrev V. M. Distribution patterns of rare-metal pegmatites in the Hindu Kush (Afghanistan) // Int. Geol. Rev. 1977. Vol. 19. Iss. 5. P. 511—520. DOI:https://doi.org/10.1080/00206817709471047
