книги из ГПНТБ / Капустин Ю.Л. Минералогия коры выветривания карбонатитов

10. Л. КАПУСТИН

МИНЕРАЛОГИЯ

КОРЫ

ВЫВЕТРИВАНИЯ

КАРБОНАТИТОВ

УДК 549

научна*-. ->чииия«к*ц

ЧИТАЛЬНОГО ЗАЛА

Капустин 10. Л. Минералогия коры выветри­

вания карбонатытов. М., «Недра», 1973, с. 200. (Ии-т шшералопш, геохимии п кристаллохимии редких элементов).

Рассмотрены закономерности размещения карбонатптовых провинций мира, их климатические и палеоклпматпческие особенности. Оппсаио раз­ витие процессов выветривания на карбонатптовых массивах. Основное внимание уделено описанию зональности пор выветривания карбонатптов, их минерального состава н характерных ассоциации.

Показаны стадийность и особенности выветри­ вания каждого из типов карбонатптов. Рассмотрено поведение в этом процессе минералов и элементов. Дано систематическое описание 98 минеральных видов, многие пз которых обнаружены в корах на карбонатптах впервые. Приведено 49 полных хими­ ческих анализов минералов и пород; использованы данные многочисленных химических, рентгеногра­ фических, спектральных, термических п других видов анализа.

Таблиц 33, иллюстраций 16, список литера­ туры — 191 назв.

Под редакцией Р. П. Тихоненковой.

ВВЕДЕНИЕ

Карбоиатиты — крупнейшая формация редкометальных ме­ сторождений. Многочисленные карбонатитовые массивы содержат

сырья. Массивы этого типа распространены во многих частях земного шара и как правило обладают сходными чертами стро­ ения, рудной минерализации, последовательности формирования пород и их минералого-геохимической специфики. Оруденение в карбонатитах обычно заключено в мощных телах и имеет вкрап­ ленный, штокверково-прожилковый и жильный характер. Руд­ ные компоненты часто распределены в карбонатитах относи­ тельно равномерно, но содержание их невелико. При общих значительных масштабах запасов сырья многие карбонатитовые месторождения относятся к числу бедных, разработка которых экономически невыгодна не только ввиду малых содержаний полезных компонентов в руде, но и из-за необходимости перера­

Характер таких месторождений резко меняется при интенсив­ ном развитии на них гипергенных процессов. Карбонатиты на 60—90% сложены карбонатами, и в гипергенной обстановке они интенсивно выщелачиваются. Растворение метеорными во­ дами значительных объемов СаС03 приводит к выносу основной массы породообразующих компонентов и резкому обогащению остаточных продуктов устойчивыми минералами: магнетитом, апатитом, слюдой, пирохлором, колумбитом, бадделеитом, бари­ том, концентрация которых в процессе выветривания возрастает в сотни раз. При химическом выветривании пород многие ком­ поненты ведут себя инертно и накапливаются в рыхлых отло­ жениях над карбонатитами, высвобождаясь из первичных мине­ ралов. Такое накопление характерно для Р, Fe, Nb, Ba, Sr, Zr, U, содержание которых в первичных породах невелико, а в выветрелых возрастает в сотни (Sr, Ba, Mn, Ti) или в десятки раз

(P, Nb, Та, U). Коры выветривания карбонатитов представляют собой богатейшие месторождения Nb, Р, Zr, TR, Fe. При общих

и Араша (Бразилия) в корах выветривания этих массивов со­

Араша). Для редкометальных месторождений, обычно содержа­ щих • < ! % полезных компонентов, развитие гипергенных про­ цессов играет важную роль и наличие мощных кор выветривания часто предопределяет положительную экономическую оценку месторождений. Относительно бедные колумбитоноспые щелочные граниты Нигерии (плато Джое) содержали крупные и богатые концентрации Nb преимущественно в рыхлых отложениях. По отработке кор выветривания объем добычи на этих месторожде­ ниях сократился. Разработка рыхлых кор выветривания имеет целый ряд преимуществ. Кроме постоянного значительного обо­ гащения (по сравнению с коренными породами) рудными компо­ нентами, рыхлые отложения не требуют дополнительного много­ стадийного дробления, необходимого при разработке массивных коренных руд, а вследствие этого значительно лучше сохраняются хрупкие редкометальные минералы; высвобождение их более полное, извлечение более высокое и потери в шламах низкие. Сокращаются также объем отходов (хвостов) обогащения и за­ траты на транспортировку руд. Таким образом, коры выветри­ вания карбонатитов являются одним из наиболее выгодных комплексных источников целого ряда видов сырья и в первую очередь Nb, Zr, Р, TR, вермикулита.

Однако, несмотря на очевидную важность изучения кор вы­ ветривания, до сих пор им уделялось недостаточно внимания. Минеральный состав крупнейших месторождений этого типа в Бразилии охарактеризован кратко, без анализа строения и рас­ пределения минералов по профилям выветривания и без описания взаимоотношений коры и субстрата. Месторождение Бингу (Конго) до сих пор практически не описано, а для месторождений Су­ кулу, Букусу и Палабора, в которых обнаружены крупные кон­ центрации апатита, магнетита, вермикулита или пирохлора, полностью отсутствует описание особенностей развития про­ цессов выветривания.

В СССР коры выветривания карбонатитов и сопутствующих им ультраосновных и щелочных пород специально изучались в Ковдорском массиве А. П. Афанасьевым (1966, 1969) и на двух сибирских массивах — Е. А. Зверевой и Г. В. Писемским (1969).

Нами с 1958 г. проводилось изучение карбонатитов Кольского полуострова и Сибири, и на всех изученных объектах обнару­ жено широкое развитие процессов выветривания. При этом установлено, что в зависимости от географического положения, климатических условий, строения массивов и состава его пород

4

Г л a it а I

ОСНОВНЫЕ КАРБОНАТИТОВЫЕ ПРОВИНЦИИ МИРА, ИХ КЛИМАТИЧЕСКИЕ И ПАЛЕОКЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ И ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ ПРОЦЕССОВ ВЫВЕТРИВАНИЯ

Характеризуя особенности развития процессов выветривания на отдельных массивах, необходимо кратко рассмотреть геоло­ гическое положение и строение основных карбонатитовых про­ винции, возраст ультраосновного—щелочного магматизма и за­ кономерности его развития на их территории.

Карбонатиты повсеместно генетически связаны с ультраос­ новным—щелочным магматизмом. Магматизм весьма специфичен и проявлен исключительно на платформах и щитах, в меньшей степени (Дэли, 1936; Кузнецов, 1964) — в пределах древних зон завершенной складчатости (Шейнманп и др., 1961; Кухаренко, 1962, 1967). Карбонатитовые массивы известны на Бал­ тийском, Алданском, Канадском, Бразильском, Африканском и Индийском щитах и на территории зон завершенной складча­ тости палеозойского и рифейского возраста в Западной Европе, Сибири (Восточный Саян и Сангилен) и Северной Америке. При анализе положения карбонатитовых массивов в пределах от­ дельных регионов хорошо заметно исключительное тяготение массивов к периферическим частям платформ, прилежащим к геосинклинальным зонам или к зонам реактивизации. В централь­ ных частях платформ карбонатиты обычно отсутствуют, но и в ти­ пичных зонах реактивизации (орогенеза) они не развиты. Распо­ ложение отдельных массивов на территории основных регионов контролируется зонами крупных региональных нарушений. Такие зоны обычно параллельны внешним контурам щитов или плат­ форм и пересекают внутренние тектонические элементы их («сквозьструктурные» разломы — Шейнманн и др., 1960, 1961, 1969). Наиболее четко такая «сквозьструктурность» иллюстри­ руется примером рифтов Восточной Африки.

На ее территории многочисленные карбонатитовые и щелочные массивы приурочены к субмеридиоиальной рифтовой системе, протянувшейся от южной оконечности континента до Красного

6

моря (Дикси, 1959) и пересекающей древние структуры региона. Близкая по типу, но несколько отличающаяся по характеру магматизма молодая рифтовая зона известна и в Западной Ев­ ропе (грабены Роны, Верхнего Рейна и района Осло). Эти ис­ ключительно протяженные и хорошо выраженные в современном рельефе тектонические зоны пересекают внутренние структуры складчатых областей от докембрийского до верхнепалеозойского возраста, и вероятно, являются зонами глобальных липеамептов, заложение и развитие которых связано с движением конти­ нентов.

Возможно, что карбоиатиты развиты значительно шире, чем это представляется сейчас. Большинство известных карбоиатитовых массивов располагаются в пределах хорошо обнаженных эродированных щитов или древних горных областей. Малые раз­ меры массивов и широкое развитие осадочных образований на платформах не позволяет обнаружить древние массивы из-за перекрытия их более молодыми осадками. Наличие таких мас­ сивов вполне вероятно в пределах Русской платформы (особенно ее северной окраины, юго-восточного, западного и северо-за­ падного окончания Украинского щита, на Тиманском кряже. Находки карбонатитов возможны на Сибирской платформе и ее обрамлении — на Енисейском кряже, в Северной Монголии и других местах, где известны щелочные породы.

Специфика тектонического и географического положения карбоиатитовых массивов непосредственно сказывается и на осо­ бенностях процесса их выветривания. Поскольку большинство таких массивов расположено на древних щитах, где геосинклинальпый цикл развития закончился задолго до внедрения карбоиатитовых массивов, после этого обычно не происходило зна­ чительных погружений территории и формировались преиму­ щественно континентальные и субкоитинентальные толщи. В ре­ зультате преобладания континентального режима процессы вы­ ветривания пород происходили длительно и достаточно интен­ сивно. В то же время на щитах и в пределах большинства зон завершенной складчатости не развивалось последующего интен­ сивного горообразования и преобладали слабые эпейрогенические движения или перемещения блокового характера. В результате процессы выветривания приобретали площадный характер, интен­ сивного сноса, характерного для горных областей, не происхо­ дило, и продукты выветривания сохранялись и накапливались. Их образование и сохранность определялись прежде всего кли­ матическими условиями, различными для разных регионов и пе­ риодов времени.

Различия в тектоническом положении и возрасте карбона­ титов, а также в географических и климатических условиях каждого конкретного региона в значительной мере определяют развитие, сохранность и специфику всей совокупности гипер­ генных образований на карбонатитах.

7

СИБИРСКАЯ ПЛАТФОРМА II ПРИЛЕЖАЩИЕ РАЙОНЫ

Закономерности размещения массивов

Сибирская платформа имеет сложное строение и на значи­ тельной площади покрыта континентальными толщами и трапповыми образованиями палеозойского возраста (до триасового). Типичные ультраосновные-щелочиые массивы известны на Си­ бирской платформе в двух участках, выделяемых в качестве самостоятельных провинций: к северо-западу от Аиабарского поднятия (Маймеча-Котуйская провинция) и на Алданском щите (Сетта-Дабанская провинция). Оба щита представляют собой древние структуры, сложенные глубоко метаморфизованными архейскими и протерозойскими породами и осложненные в кра­ евых частях разрывными нарушениями. На западе и юго-западе к Сибирской платформе причлеияются протерозойские аитиклинорные структуры Енисейского кряжа и Восточного Саяна, представляющие собой единое целое в возрастном и тектони­ ческом отношении. На их территории также известны щелочные и карбонатитовые массивы. На севере и востоке платформа об­ рамлена молодыми прогибами, формирование которых связано с развитием палеозойских и мезозойских геосинклиналей.

Маймеча-Котуйская провинция расположена на севере Си­ бирской платформы — на внешнем, северо-западном углу Анабарской антеклизы, прилежащем к Таймырской депрессии. Де­ прессия выполнена мощной толщен палеозойско-мезозойских отложений и является краевым прогибом Таймырской герциископ геосинклинали. Ультраосновные-щелочные массивы пре­ имущественно расположены в пределах развития платформенной кембро-синийской толщи на северо-западном фланге Аиабар­ ского поднятия. Тулинский массив расположен далее к северу, среди верхнепалеозойско-мезозонских отложений. Нижний стру­ ктурный этаж Маймеча-Котуйской провинции сложен кристал­ лическими толщами архейских и протерозойских гнейсов, сложно дислоцированных и образующих системы крутых скла­ док выдержанного субмеридионального (северо-западного) про­ стирания (рис. 1). К северо-западу древние кристаллические породы погружаются и перекрываются полого залегающими песчанисто-карбонатными отложениями синийского и кембрий­ ского возрастов, не затронутыми складчатостью. Угол погружения кристаллических пород, вероятно, не превышает 15°. По поло­ гому неизмененному залеганию кембрийских известняков и столь же плавному перекрыванию их на северо-западе средне-верх­ непалеозойскими осадками можно предположить плавное погру­ жение кристаллических пород нижнего структурного этажа под палеозойские вплоть до Тулинского массива. К северу от этого массива синийско-палеозойские толщи быстро погружаются. Ве­ роятно, поблизости от Тулинского массива к северу и следует

8

проводить границу между Сибирской платформой и краевым Таймырским прогибом.

В Маймеча-Котуйской провинции известно несколько де­ сятков ультраосиовных-щелочных интрузий различного размера (Бутакова, Егоров, 1962). Все они относятся к пермо-триасовому

Рпс. 1. Схема геологического строешш Анабарского поднятия (по Яншину, и др., 1966; Краснову п др., 1966)

гнейсо-граипты; ю — разломы.

возрасту (Моор, 1958). Массивы располагаются в виде цепочки вдоль северо-западного края Анабарского поднятия. Кроме уль- траосновых-щелочных интрузий здесь развиты многочисленные дайки долеритов и штоки основных пород. К западу от поднятия развито мощное поле палеозойских осадочных пород, перекрытых пермо-триасовыми трапповыми образованиями (Атласов, I960; Егоров и др., 1968; Шейнманн, 1957).

Размещение ультраосновных-щелочных массивов должно кон­ тролироваться тремя основными системами тектонических на­ рушений: 1) системой субмеридиональных (северо-западных) на-

9