1. Критерии и признаки месторождений скандия

С формацией ультрамафитов, ийолитов и карбонатитов связано образование уникально богатого редкометального месторождения Томтор на северной периферии Сибирской платформы в Саха-Якутии. Это новый в мировой практике геолого-промышленный тип – ксенотим-монацит-пирохлоровой элювиальной эпигенетически преобразованной коры выветривания карбонатитов. Месторождение образовано в коре выветривания карбонатитов Томторского массива среднепалеозойского возраста. Массив имеет вид крутопадающего тела эллипсовидной формы в плане диаметром около 20 км и площадью 250 км² (рис. 1).

Массив карбонатитов имеет зональное строение. От периферии к центру выделяются следующие зоны: щелочных и нефелиновых сиенитов горизонтальной мощностью от 2 до 10 км; уртитов, ийолитов, мельтейгитов, якупирангитов – 1-2 км; ранних кальцитовых и доломитовых карбонатитов с калишпатом и поздних карбонатитов, находящихся в центральной части массива и имеющих площадь 5 км².

Ранние доломит-кальцитовые карбонатиты содержат 0,056% Nb₂O₅ и 0,55% - TR₂O₃. Поздние кальцитовые карбонатиты содержат Nb₂O₅ в среднем 0,27% и 0,7-1,8% TR₂O₃ за счет пирохлора. В некоторых породах содержание ниобия достигает 0,3%, легких лантаноидов – 0,5%, иттрия – 0,05%, скандия – 0,001%.

В карбон-раннепермское время, в условиях жаркого влажного климата в районе сформировалась линейно-площадная кора выветривания латеритного профиля мощностью до 300 м сложного строения за счет размыва коры выветривания, развитой по карбонатитам. В результате механического сноса и хемогенного эпигенетического преобразования в осадках накапливались минералы группы крандаллита (20-80%), пирохлор (1-40%), рутил, анатаз, ильменорутил (1-20%), монацит (1-40%), гетит (5-30%), ксенотим (1-50%), каолинит (1-15%), кварц (1-5%) и другие минералы.

Рисунок 1. Обзорная геологическая карта массива Томтор

Геохимически специализированные породы области сноса и питания грунтовых вод служили источниками элементов, обогащавших отложения перемытых кор выветривания в 2-20 раз. Содержания ценных компонентов в депрессионных осадках достигли следующих величин (в %):

Nb₂O₅ – 4,5; V₂O₅ – 0,9; U – 0,01; Th – 0,11; TiO₂ – 8; P₂O₅ – 13; Sc₂O₃ – 0,06; Y₂O₃ – 0,8; La-Nd – 12; Sm-Dy – 1; Ho-Lu – 0,1.

Минеральный состав основных выделенных типов руд изменяется в пространстве. Происходит последовательное смещение элементного состава карбонатитов по разрезу с образованием вертикальной рудной зональности (рис. 2).

Рисунок 2. Схема вертикальной зональности состава, троения и распределения оруденения в массивах ультраосновных-щелочных пород и карбонатитов. По А.А. Фролову, 1975. 1 – карбонатиты; 2 – ультраосновные-щелочные породы; 3 – ульрабазиты.

Комплексный характер руд карбонатитовых месторождений и их особенность группироваться на сближенных площадях позволяют выделять крупные рудные узлы и районы важного промышленно-экономического значения. Дальнейший прогноз и поиски рудоносных карбонатитов должен осуществляться с учетом следующих критериев:

• По своей геотектонической позиции они находятся исключительно в пределах жестких блоков земной коры – древних платформ по А.А. Фролову приурочены к материковым структурам растяжения типа рифтов и авлакогенов. Большинство массивов группируется в местах стыка, расщепления рифтов или пересечения их поперечными или диагональными разломами [1].

Все самые крупные месторождения редкоземельных карбонатитов, связанных с щелочными сиенитами, выявлены олько на докембрийских срединных массивах, тогда как все ниобиеносные карбонатиты, связанные с щелочно-ультраосновными массивами, размещаются лишь на древних платформах [4].

Карбонатитовые массивы известны на всех континентах и группируются в 30 провинциях поясового (Бразильская, Сетте-Дабанская) или площадного (Маймеча-Котуйская, Канадская) типов [1].

• Мегазональность. В пространственном размещении щелочных редкометальных месторождений на древних платформах и сопряженных с ними докембрийских срединных массивах усматривается определенная центробежная смена типов. Внутренние весьма обширные области древних платформ практически свободны от щелочных редкометальных месторождений. Из щелочных образований здесь развиты в основном кимберлиты, лишь во внутренних областях Северо-Американской платформы известны единичные щелочно-ультраосновные массивы.

Вокруг полей кимберлитов ближе к краям платформ располагаются пояса щелочно-ультраосновных массивов с карбонатитами. По самому краю платформ размещаются нефелин-калишпатовые массивы, далее, общей частью уже за пределами собственно древних платформ в докембрийских срединных массивах среди складчатого или орогенного обрамления находятся карбонатитовые месторождения в связи с нефелин-калишпат-альбитовыми массивами (ниобий) или щелочными сиенитами (цериевые лантаноиды, стронций), а также массивы редкометальных щелочных гранитов [4].

• Геологический возраст. Начало формирования массивов относится к протерозою и проявилось максимально в рифее и мезокайнозое, в периоды наибольшей деструкции земной коры, совпадая со вспышками рифтогенеза в ходе распада Протопангеи и Гондваны. Длительность образования массивов сотавляла десятки миллионов лет, а в наиболее крупных и сложно-дифференцированных – достигала 100 млн. лет. При этом формирование провинций, насчитывающих несколько десятков массивов, охватывало периоды в 200-250 млн. лет.

• В качестве первого, главного фактора локализации оруденения в переотложенных корах выветривания массива Томтор выступает его приуроченность к карбонатитам, которые из всех пород массива характеризуются наиболее высокими концентрациями редких металлов и служат исходным материалом для накопления их в продуктах выветривания.

Мощный гипергенез является вторым определяющим фактором, обусловившим наличие уникального оруденения. При этом резкое различие состава субстрата (карбонатного и карбонатно-силикатного) сыграло решающую роль в концентрации оруденения (гипергенные процессы в карбонатном субстрате протекают гораздо интенсивнее). Следствием этого является наличие мощных, зональных кор выветривания на рудных карбонатитах.

Третьим важным фактором является механическое переотложение рудных минералов (пирохлор и монацит) с бортов впадин в депрессии, заполненные водами, насыщенными органикой.

Четвёртым решающим фактором рудоконцентрации выступает эпигенез, в результате которого из-за выноса железа и марганца произошло дополнительное многократное обогащение переотложенного материала рудными компонентами.

Последним условием является захоронение рудного пласта, предотвращающее его от размыва до настоящего времени. Эти последовательно проявленные процессы могли обусловить образование месторождений редких элементов в аналогичных ситуациях в других карбонатитовых массивах [5].