Сыктывкар, Республика Коми, Россия
Республика Коми, Россия
Монацит из редкометалльно-редкоземельных щелочных метасоматитов Нижнемезенского проявления Среднего Тимана имеет преимущественно цериевый состав (Ce2O3 > La2O3). Средневзвешенная величина точечного (Th-U-Pb, CHIME) возраста монацитов составила (564 ± 27) млн лет, возраст монацитов, полученный по изохроне ThO2*–PbO, равен (566 ± 127) млн лет. Монациты близки по времени формирования к монацитам Новобобровского рудного поля и вендским магматическим образованиям (ультраосновным породам и карбонатитам четласского комплекса), сформированным в результате плюмового импульса.
монацит, Th-U-Pb-метод, Средний Тиман
Введение
Монацит является одним из ведущих минералов комплексных редкометалльно-торий-редкоземельных руд Нижнемезенского рудного поля (Косьюский рудный узел, Четласский Камень, Средний Тиман).
По данным предшественников и нашим данным, монацит в различных проявлениях Косьюского рудного узла наблюдается как в карбонатитах и породах жильного комплекса (кварц-карбонатных, кварц-полевошпатовых жилах с гетитом и гематитом), так и в фенитах, развитых по метатерригенным породам, вмещающим оруденение (четласская серия: светлинская, новобобровская, визингская свиты), а также в магматических ультраосновных породах (лампрофирах, щелочных пикритах) четласского комплекса (Ивенсен, 1964; Ковальчук и др., 2013; Nedosekova et al., 2021).
Возраст пород субстрата (метатерригенные породы визингской свиты) — позднерифейский (Удоратина и др., 2017), возраст магматических пород соответствует уровню 600 млн лет: (600 ± 15(30)) — K-Ar-метод по флогопитам (Андреичев, Степаненко, 1983; (598.1 ± 6.2) млн лет — Ar-Ar-метод по флогопиту (Удоратина и др., 2023). Возраст монацита из щелочных метасоматитов Новобобровского рудного поля, полученный ранее методом Th-U-Pb (CHIME), составляет (552 ± 31) млн лет (Удоратина и др., 2015). Также ранее получен 40Ar/39Ar-возраст (млн лет) по микроклину щелочных метасоматитов Новобобровского (564.0 ± 7.8) и Октябрьского (две стадии — 541 ± 6 и 513 ± 4) рудных полей (Удоратина и др., 2020, 2021).
Целью исследований является установление времени формирования комплексной редкометалльно-редкоземельной минерализации Нижнемезенского проявления по рудному минералу — монациту.
Методы исследования
Исследовались аншлифы из рудных зон: фенитизированных (микроклинизированых) кварцитопесчаников (MEZ-1-1, 2015 г.) и брекчированных микроклинитов (KM4-2, 2016 г.). Аншлифы (диаметр 2.5 × 0.5 см) представляют собой фрагменты сколков штуфных образцов (размер 10 × 5 × 2 см), запрессованных в эпоксидную смолу и отполированных со стороны образца. Штуфные образцы отобраны по полотну расчистки стык в стык на протяжении 2 м зачищенного участка канавы. Для исследования отобраны участки с видимым ожелезнением (обохренностью), отличающиеся от неизмененных, вмещающих «рудную зону» серых кварцитопесчаников розовато-бежевым цветом, наличием отчетливой брекчированной структуры. Предварительно для выявления скрытой зональности состав минералов, слагающих рудную зону, исследован на сканирующем электронном микроскопе TESCAN VEGA 3 LMH с энергодисперсионной приставкой X-MAX 50 mm2 Oxford instruments. На СЭМ Thermo Fischer Scientific Axia ChemiSEM с выдвижным детектором катодолюминесценции RGB с диапазоном обнаружения длин волн 350—850 нм получены катодолюминесцентные изображения монацита (ЦКП «Геонаука», Сыктывкар, А. С. Шуйский). Здесь же определены породообразующие компоненты (классическим химическим анализом, О. В. Кокшарова) и содержание редких, рассеянных и редкоземельных элементов (ICP MS, Г. В. Игнатьев).
Определение элементного состава монацитов выполняли методом электронно-зондового рентгеноспектрального анализа (ЭЗРСА) на растровом электронном микроскопе (РЭМ) Tescan Vega II XMU с энергодисперсионным (ЭДС) INCAx-sight и волновым (ВДС) INCA wave 700 рентгеновскими спектрометрами (ИЭМ РАН, Черноголовка). Поскольку для установления возраста монацитов методом CHIME необходимо определить содержания Th, U, Pb, для повышения чувствительности ЭЗРСА был выбран режим работы РЭМ INCA Energy, который позволяет одновременно работать с ЭДС и ВДС. Таким образом, содержания Th, U, Pb определяли с помощью ВДС, используя кристалл-анализатор PET. В качестве аналитических линий были выбраны: для Th — ThMa1,2, для U — UMa1,2, Pb — PbMa1,2. Фон измеряли симметрично с двух сторон от аналитических линий. Время набора интенсивности на аналитической линии ThMa1,2 составляло 30 с, фон по 15 с, на линии UMa1,2 — 80 с, фон по 40 с., на линии PbMa1,2. — 50 с, фон по 25 с. В качестве стандартов для определения содержаний Th использовали ThO2, U — UO2, Pb — PbTe. Остальные элементы, входящие в состав монацитов, определяли с помощью ЭДС. Время набора энергодисперсионного спектра составляло 100 с. Измерения на ВДС и ЭДС выполняли одновременно при ускоряющем напряжении 20 кВ, токе поглощенных электронов 50 нА, размере зонда 2 мкм и рабочем расстоянии 25 мм. Результаты ЭЗРСА монацитов представлены в табл. 1, где также приведены используемые при количественном анализе эталоны. Пределы обнаружения по 2 s-критерию составляли: для Th — 0.09, U — 0.02, Pb — 0.03 (мас. %). Возраст монацита рассчитывали методом CHIME (chemical Th-U-total Pb isochron method, Suzuki, Adachi, 1991). Для расчета средневзвешенной величины точечного возраста использовали программу Isoplot 3.66 (Ludwig, 1999).
Результаты
Опробованное Нижнемезенское проявление (рудное поле) в верховьях р. Мезень (рис. 1, a, b) наряду с другими рудными полями (Октябрьское, Новобобровское, Верхнебобровское, Косьюское) на Четласском Камне Среднего Тимана составляют Косьюский рудный узел.
Особенностями развития комплексной редкометалльно-редкоземельной минерализации в пределах рудного узла являются: 1) приуроченность к тектоническим нарушениям северо-восточного направления (к этой же системе относятся и дайковые тела щелочных пикритов, связанных с карбонатитами, а также породы одноименного жильного комплекса (альбититов, кварц-полевошпатовых, кварц-полевошпат-карбонатных с гетитом, гематитом и связанных с ними фенитов); 2) развитие этих нарушений и зон минерализации в кварцитопесчаниках четласской серии: светлинской (Октябрьское), светлинской и новобобровской (Новобобровское), визингской (Косьюское, Нижнемезенское) свит.
На Нижнемезенском проявлении, на вскрытых расчистками, канавами и шурфами участках рудная минерализация приурочена к зонам неоднократного катаклаза как вмещающих метапесчаников позднерифейской визингской свиты, так и собственно кварц-полевошпатовых жил четласского жильного комплекса (рис. 1, c). Жильные образования прослежены на первые десятки метров по простиранию и первые метры по мощности. Монациты отобраны из пород «Большой жилы», вскрытых поверхностной горной выработкой (расчисткой по ранней канаве). Тело «Большой жилы» сложено катаклазированным материалом, четко контактирующим с вмещающими кварцитопесчаниками, при этом фиксируется, что неизмененные серые кварцитопесчаники сменяются фенитизированными (микроклинизированными кварцитопесчаниками), которые, в свою очередь, заключают в себе тело жильной формы, сложенное интенсивно катаклазированными фенитизированными породами бежевого, бежево-красного цвета — калишпатизированными и ожелезненными кварцитопесчаниками, а также обломками собственно калиевого полевого шпата (рис. 2, a—c). И обломки, и межкатаклазовое пространство насыщены рудными минералами, что указывает на неоднократность проявления процессов рудообразования, а также газонасыщенность, т. е. гетерогенность рудного флюида-раствора. Калиевый полевой шпат, наблюдающийся в обломках, слагающих жилу, по рентгеноструктурным данным является промежуточным микроклином с рассчитанной температурой кристаллизации 450–510 °С (Куликова и др., 2022).
Рудные минералы представлены монацитом, колумбитом. Порода сложена кварц-полевошпат-слюдистой (присутствует мусковит, флогопит, янжумингит) матрицей, в которой рассеяны многочисленные оксиды/гидроксиды железа, апатит и многочисленные фосфаты, окончательная диагностика которых не закончена, а также рудные минералы (монацит и колумбит). Содержание породообразующих редких, рассеянных и редкоземельных элементов в обпробованных породах приведено в табл. 2.
Следует отметить, что в породе наблюдается очень большое количество различных фосфатов и гидрофосфатов: от Sr-фторапатита и монацита до серий гидрофосфатов железа (иногда в смеси с Al, Sr), а также смешанных Fe-Th- и Th-Ca-гидрофосфатов переменного состава. Отмечается сульфатная минерализация — ярозит, а также комплексные Fe-A-сульфофосфаты, зачастую также с торием. Встречены фазы Nb-Th-состава, мелкий циркон (детритовый). Наблюдается калиевая безалюминиевая и безводная высокофтористая слюда янжумингит KMg2.5(Si4O10)F2, формирующая лейсты до 50 мкм (Удоратина и др., 2018). Поскольку подобная слюда была встречена ранее на Новобобровском проявлении, возможно, именно она является типоморфным минералом рудных щелочных метасоматитов.
Редкометалльные минералы представлены зональным колумбитом (Fe-колумбитом и Mn-колумбитом) 1 мкм ÷ 1 м Nbм и высокониобиевым рутилом, вплоть до ильменорутила (до 17 мас. % Nb2O5) размерностью от микронных выделений до 50—60 мкм.
Редкоземельные минералы представлены монацитом. Монацит (рис. 3) образует мелкие (размером первые десятки мкм) агрегаты различной формы, удлиненные (изометричные на срезе) кристаллы, ассоциирующие с Fe-колумбитом, Nb-рутилом, F-апатитом, гидрофосфатами Fe, Al, Sr, Th, Ca. Как видно на снимках (рис. 3), все измеренные монациты развиваются в межкатаклазовом пространстве между обломками калиевого полевого шпата (микроклина) и являются наиболее поздними по формированию относительно, например, колумбита. В целом мы считаем, что процессы крайне близки во времени и вряд ли будут отличаться в рамках погрешности.
По своему химическому составу монацит цериевый (Ce2O3>La2O3) содержит (мас. %): La2O3 — 7.6–17.4, Ce2O3 — 17.3–28, Nd2O3 — 7.5–12.5, ThO2 — 5–14 (табл. 1, рис. 4). Неоднородность наблюдаемого химического состава монацитов в колебаниях содержаний La, Ce, Nd, Th никак не проявлена на снимках в обратноотраженных электронах и на катодолюминесцентных изображениях (рис. 3).
Наблюдаемые минералогические особенности отражены в химическом и геохимическом составе пород, фрагменты которых отобраны для Th-U-Pb-датирования (табл. 2). Согласно этим данным, химический состав породы близок к составу калиевого полевого шпата, так как в основном сложен им, и в этих породах содержания рудных элементов SREE и Nb достигают высоких значений: тысячи (268.6—1182.2), десятков тысяч (5300—19000) г/т.
Значения измеренных точечных Th-U-Pb-возрастов монацитов лежат в интервале 697–406 млн лет, погрешность определения (2s) порядка ± 100 млн лет (табл, 3, рис. 5). Средневзвешенная величина точечного Th-U-Pb-возраста монацитов составила (564 ± 27) млн лет. Возраст монацитов, полученный по изохроне ThO2* — PbO, равен (566 ± 127) млн лет.
Выводы
Исследуемые монациты по своему составу отличаются от монацитов других рудных полей Октябрьского, Новобобровского, Верхнещугорского. Относительно других в монацитах Нижнемезенского проявления более лантановый и менее ториевый состав. Полученные в результате электронно-зондового рентгеноспектрального Th-U-Pb-датирования данные имеют большую погрешность, чем при датировании обычными геохронологическими методами. Это связано с достаточно высокими ошибками определения низких содержаний урана и свинца в монацитах. Как видно из табл. 3, содержания урана близки к пределам обнаружения, соответственно, относительная ошибка определения урана составляла в среднем 20 %. Относительные ошибки определения свинца — 10 %, тория — 1.8 %. В совокупности все эти погрешности повлияли на ошибку определения возраста, которая составила 22 % относительных. Изохронный возраст монацита (566 ± 127) млн лет, установленный при Th-U-Pb-датировании, близок ко времени формирования четласского комплекса щелочных пикритов и карбонатитов (это уровень ~600 млн лет), с которыми, как предполагают исследователи, связан генетически (в рудных полях отсутствуют иные магматические тела). Формирование пород четласского магматического комплекса рассматривается как результат проявления плюмового импульса в позднем протерозое — раннем кембрии на окраине Восточно-Европейской платформы (Степаненко, 2022).
1. Андреичев В. Л., Степаненко В. И. Возраст карбонатитового комплекса Среднего Тимана // Рудообразование и магматизм севера Урала и Тимана. Сыктывкар, 1983. С. 83-87. (Тр. Ин-та геологии Коми филиала АН СССР. Вып. 41).
2. Государственная геологическая карта Российской Федерации м-ба 1 : 200 000. Лист Q-39-XXXIII-XXXIV (Бараки - Бобровая) / В. М. Пачуковский, Х. О. Траат, Р. Я. Мищенко, Н. А. Довжиков. Л.: ВСЕГЕИ, 1993.
3. Ивенсен Ю. П. Магматизм Тимана и полуострова Канин. М.-Л.: Наука, 1964. 126 с.
4. Ковальчук Н. С., Шумилова Т. Г., Степаненко В. И. Редкоземельная минерализация в карбонатитах Косьюского массива (Средний Тиман) // ЗРМО. №. 3. 2013. С. 109-132.
5. Куликова К. В., Удоратина О. В., Макеев Б. А., Шуйский А. С. Калиевый полевой шпат рудных щелочных метасоматитов (Средний Тиман) // Известия Коми НЦ УрО РАН. 2022. № 2 (54). С. 41-46 (Науки о Земле). DOIhttps://doi.org/10.19110/1994-5655-2022-2-41-46
6. Степаненко В. И. Пространственные закономерности позднепротерозойско-кембрийских эндогенных процессов Канино-Тимано-Печорского региона // Вестник геонаук. 2022. № 3. С. 16-24. DOI:https://doi.org/10.19110/geov. 2022.3.2
7. Удоратина О. В., Бурцев И. Н., Никулова Н. Ю., Хубанов В. Б. Возраст метапесчаников верхнедокембрийской четласской серии Среднего Тимана на основании U-Pb-датирования детритных цирконов // Бюл. МОИП. Отд. геол. 2017. Вып. 5. С. 15-32.
8. Удоратина О. В., Варламов Д. А., Куликова К. В., Бурцев И. Н., Макеев Б. А. Рудные минералы Мезенского месторождения (Средний Тиман): новые данные // Современные проблемы теоретической, экспериментальной и прикладной минералогии (Юшкинские чтения - 2018): Материалы минер. семинара с межд. участием. Сыктывкар, 2018. С. 213-214.
9. Удоратина О. В., Вирюс А. А., Козырева И. В, Швецова И. В., Капитанова В. А. Возраст монацитов жильной серии четласского комплекса (Средний Тиман): Th-U-Pb-данные // Вестник Института геологии Коми НЦ УрО РАН. 2015. №. 3. С. 23-29.
10. Удоратина О. В., Шмакова А. М., Травин А. В., Шуйский А. С. Ультраосновные породы рудных полей Среднего Тимана: петрогеохимические и геохронологические данные // Известия Коми НЦ УрО РАН. 2023. № 2(60). C. 26-42. (Науки о Земле). https://doi.org/10.19110/1994-5655-2023-2-26-42
11. Удоратина О. В., Травин А. В., Бурцев И. Н., Куликова К. В. Новобобровское рудное поле (Четласский Камень, Средний Тиман): Ar-Ar-данные // Геосферные исследования. 2021. №. 2. С. 21-28. DOI 10.17223-25421379-19-2
12. Удоратина О. В., Травин А. В., Бурцев И. Н., Куликова К. В., Губарев И. А. Октябрьское рудное поле (Средний Тиман): Ar-Ar-данные / Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН. 2020. 17. С. 534-538. DOIhttps://doi.org/10.31241/FNS.2020.17.103
13. Ludwig K. R. User’s manual for ISOPLOT/EX, version 2. A geochronological toolkit for Microsoft Excel. Berkeley Geochronology Center: Spec. Publ. No. 1a. 1999. 120 p.
14. Nedosekova I., Vladykin N., Udoratina O., Belyatsky B. Ore and geochemical specialization and substance sources of the Ural and Timan carbonatite complexes (Russia): insights from trace element, Rb-Sr and Sm-Ndisotope data // Minerals 2021. 11. 711. P. 1-41. DOIhttps://doi.org/10.3390/min11070711
15. Suzuki K., Adachi M. The chemical Th-U-total Pb isochron ages of zircon and monazite from the gray granite of the Hida Terrane, Japan. // The Journal of Earth and Planetary Sciences. 1991. vol. 38. Nagoya University, P. 11-38.
