Петрохимические характеристики древних кор выветривания с концентрациями скандия Накынского кимберлитового поля

Введение

В последние годы в Мало-Ботуобинском, Средне-Мархинском и Ыгыаттинском алмазоносных районах Якутии установлены высокие, вплоть до промышленных, концентрации скандия и ряда попутных компонентов: ванадия, никеля, кобальта, лантана, церия и неодима [4][5]. Они выявлены по данным анализов рядового литогеохимического опробования керна поисковых скважин. Опробование было нацелено на обнаружение геохимических признаков кимберлитов и скоплений минералов — их индикаторов и минералов — спутников алмаза в осадочных породах нижнего палеозоя, потенциально вмещающих кимберлиты, и в базальных горизонтах перекрывающих их отложений. Ведущими признаками таких образований считаются аномальные концентрации хрома, никеля и кобальта [7]. Пробы отбирались, в том числе, из горизонтов древних кор выветривания, захороненных под чехлом каменноугольно-пермских и юрских отложений, достаточно распространенных в Якутской алмазоносной провинции [2].

Бóльшая часть концентраций скандия локализована именно в древних корах выветривания [4]. В частности, в Накынском кимберлитовом поле Средне-Мархинского района самые многочисленные и высокие скопления скандия локализованы в отложениях дяхтарской свиты триас-раннеюрского возраста, содержащей материал переотложенных кор выветривания [1][9]. Петрохимические характеристики этой свиты в контексте условий и форм концентраций скандия ранее не рассматривались и изложены ниже.

Фактический материал и методы исследований

Накынское поле Средне-Мархинского района расположено на юге Якутской алмазоносной провинции. В нем осваиваются месторождения алмазов в кимберлитах трубок Нюрбинская и Ботуобинская, известны алмазоносные дайки Майская, Мархинская, Озерное. Все тела перекрыты терригенными отложениями дяхтарской свиты и вышележащими юрскими прибрежно-морскими отложениями. Накынское поле хорошо изучено поисковым бурением по различным сетям от 20×40 до 500×500 м. В каждой скважине с интервалом порядка 5 м производилось штуфное опробование. Содержания элементов корректно определены методом рентген-флюоресцентного анализа (РФА), который используются в практике работ Вилюйской ГРЭ. Анализы выполнены в ее центральной аналитической лаборатории с использованием рентгенофлуоресцентного спектрометра S8 TIGER «BRUKER» (Германия). Это позволило собрать единую базу данных из более чем 45 000 анализов. Все они имеют геологическую привязку и проанализированы в открытой геоинформационной среде QGIS. Расчеты выполнены по стандартной методике в программе Excel.

Перед началом интерпретации геохимических данных дяхтарской свиты проведен отбор результатов анализов. Удалены анализы проб, в которых скандий не определен. Также удалены значения с сомнительной достоверностью (420 значений с одним результатом 0,5001 — значение, которое, скорее всего, является браком, так как множество значений выше и ниже данного имеют максимум 1—2 повторения). Также были убраны пробы из скважин, непосредственно вскрывших кимберлиты. В результате получен массив из 9021 пробы глинистых пород дяхтарской свиты.

Выбраны генетические петрохимические модули: гидролизатный модуль, алюмокремневый модуль и общая нормативная щелочность, а также элементные фациальные индикаторы, такие как Fe/Mn и Ti/Zr, которые фиксируют глубину осадконакопления и дальность переноса вещества соответственно.

Анализ геохимических данных дополняет рассмотренные ранее перспективы обнаружения собственно скандиевых месторождений в Накынском поле [4]. Здесь выделены наиболее перспективные на скандий участки, расположенные вдоль Ботуобинского, Лиственичного и Дюостахского разломов (рис. 1).

Результаты исследований

Древние коры выветривания Якутии, в том числе и в Накынском поле, сложены главным образом монтмориллонитом с примесью других глинистых минералов и сидерита [2][3][10]. Глинистый состав кор выветривания, очевидно, делает их хорошим сорбентом.

В Накынском поле широко распространены переотложенные коры выветривания триас-раннеюрского возраста, относящиеся к дяхтарской свите. Они представлены карбонатно-алеврито-глинистым материалом карстовых, делювиальных, аллювиально-пролювиальных и озерных отложений, выполняющих пологие впадины древнего тектоно-эрозионно-карстового рельефа [1][9]. Коры выветривания этого возраста затрагивают и позднедевонские кимберлиты [3][6][10]. В рассматриваемом районе, вероятно, и в раннекаменнугольное время проявлялось интенсивное выветривание, широко распространенное в Западной Якутии [2].

Проявлений триасового магматизма, характерного для большей части Западно-Якутской алмазоносной провинции, в Накынском поле нет [14]. Здесь широко распространены силлы и особенно дайки среднепалеозойских траппов, а также эруптивные брекчии базитов и единичные тела среднепалеозойских монцонит-порфиров [8][12][13].

Наличие основных, ультраосновных и щелочных пород, которые подвергались достаточно глубокому выветриванию, предопределило возможность накопления в среднепалеозойских и мезозойских корах выветривания скандия и попутных компонентов. Разная степень выветривания различных по составу и генезису пород предопределила неравномерность распределения концентраций скандия, что находит отражение в петрохимических данных.

Гидролизатный модуль вычисляется по формуле Al₂O₃+Fe₂O₃+FeO/SiO₂, Показатель дает возможность разделять терригенные и глинистые отложения по содержанию либо продукты гидролиза (каолинит, оксиды алюминия, железа, марганца), либо кремнезем. Чем выше значения этого модуля, тем более глубокое выветривание претерпели исходные породы источников сноса [11]. При значении модуля меньше 0,1 речь идет о кварцевых песчаниках и алевролитах, от 0,1 до 0,2 — о слабоглинистых песчаниках и алевролитах, 0,2—0,3 соответствует глинистым песчаникам, 0,3—0,5 — это глинистые породы, а значения выше 0,5 указывают на зрелые коры выветривания. Из 9021 пробы дяхтарской свиты 42.1% относятся к глинистым породам, 30,7% — к глинистым силицитам, 14,8 — к слабоглинистым силицитам, 3,5% — к силицитам и 8,9% — к гидролизатным породам (табл. 1).

В малочисленных гидролизатных породах, которые содержат либо каолинит, либо свободные оксиды алюминия, железа и марганца, содержится 83% от всех проб с содержанием Sc выше 100 г/т; 17% относятся к глинистым породам, и только 1 проба относится к глинистым силицитам (кремнисто-глинистые сланцы), мезомиктовым и полимиктовым кварцевым песчаникам и алевролитам. В то же время силициты и слабоглинистые силициты вообще не содержат повышенных концентраций скандия.

Алюмокремневый модуль, который зачастую дублирует гидролизатный модуль, также подтвердил, что большинство проб с повышенным содержанием скандия относятся к гидролизатным породам, связанным с корами выветривания.

Общая нормативная щелочность, или «полевошпатовый индикатор», рассчитывает стандартную смесь гидрослюд и полевых шпатов и интерпретирует отклонения в ту или иную сторону. Вычисляется по формуле K₂O+Na₂O/Al₂O₃. При значениях модуля выше 1 речь идет о гиперщелочных породах, от 0,7 до 1,0 — высокощелочные, 0,4—0,7 — повышенно щелочные, 0,2—0,4 — нормально щелочные, все значения ниже 0,2 относят породу к гипощелочной (слабощелочной). Среди всех проб дяхтарской свиты единичными являются пробы высоко- и гиперщелочных отложений (табл. 2), в то время как гипощелочные, нормально щелочные и повышенно щелочные представлены примерно поровну и образуют 99,5% всех типов пород. Как и в случае с гидролизатным модулем, большинство проб с повышенным содержанием Sc (79,31%) относятся к определенному типу гипощелочных пород.

Fe/Mn фациальный индикатор показывает глубину осадкообразования и указывает на то, что большинство пород (72,4%) формировались в поверхностных условиях, однако 27,6 % отложений по данному индикатору формировались в морском мелководье. Одна проба показала глубоководные условия формирования, что не сходится с палеогеографической характеристикой дяхтарского времени, а также палеогеологическими картами, но, вероятнее всего, это связано с переработкой нижележащей олдондинской свиты, представленной преимущественно известняками.

Фациальный индикатор Ti/Zr указывает на дальность переноса вещества и основан на том, что при длительной транспортировке обломочной составляющей породы значения этого модуля уменьшаются вследствие лучшей сохранности циркона в сравнении с титансодержащими минералами. 69% проб с высоким содержанием скандия указывают на породы, которые не подвергались дальнему переносу, однако 31% проб, согласно модулю, явно дальнепривносные. Такое большое значение не может быть погрешностью метода и показывает, что среди проб с повышенным содержанием Sc есть породы как ближнего, так и дальнего сноса.

Целесообразно рассмотреть петрохимические индикаторы на конкретном геологическом разрезе, составленном по наиболее перспективному на скандиевое оруденение участку, расположенному вдоль Ботуобинского разлома между Еркютейским и Лиендокитским разломом (рис. 2).

Здесь в скважинах 396-472 и 428-448 встречены интервалы мощностью около 20 м, в которых содержание скандия превышает 100 г/т. В скважине 396-472 между пробами с содержанием скандия 133,6 и 462,5 находится проба с содержанием в 56,95 г/т.

Согласно гидролизатному модулю все пробы с содержаниями больше 100 г/т и проба в 56,95 г/т относятся к зрелым корам выветривания. Показатель общей нормативной щелочности соответствует слабощелочным, кроме проб с 56,95 и 107,7 г/т, которые относятся к нормально щелочным и не сильно отличаются от остальных по значению модуля щелочности. Согласно Fe/Mn фациальному индикатору все пробы являются континентальными отложениями за исключением нижней (141 г/т), которая относится к мелководным отложениям, что, скорее всего, связано с положением в нижней части разреза и эрозией карбонатных пород олдондинской свиты. Ti/Zr фациальный индикатор относит все пробы к практически не перенесенным или к слабо перенесенным. Железистый модуль в данном разрезе относит все пробы к повышенно железистым, кроме пробы в 130,2 г/т в скважине 396-472 и 199,7 г/т в скважине 428-448. Однако разница весьма незначительна, так как к высокожелезистым относят значения в 1—3, а к нормальножелезистым 0,2—0,6 и значения в 1,03 и 0,59 соответственно отличаются от повышенно щелочных на незначительные 0,03 и 0,01.

Из менее показательных и результативных следует отметить упомянутый железистый модуль. При оценке выборки среди показателей с высоким содержанием Sc нет четкой взаимосвязи с породами определенной степени железистости. Однако отмеченные высокие концентрации скандия связаны с повышенно железистыми породами, которые составляют половину от общей выборки (9021 проба) в дяхтарской свите (48,3%). Пятая часть (20,7%) относится к нормально железистым и высоко железистым и только 10,3% к слабожелезистым породам.

Таким образом, по петрохимическим мо- дулям бóльшая часть концентраций скандия выше 100 г/т связана с глинистыми, повышенно железистыми породами зрелой коры выветривания, которые накопились в континентальных, слабощелочных условиях и не испытали значительного перемещения.

Имеющиеся аналитические данные позволяют подойти к решению вопроса о формах концентраций скандия в дяхтарской свите. Рассмотрим распределение макро- и микроэлементов, имеющих наиболее контрастные значения, по трем группам: пробы с повышенным содержанием Sc; пробы, отнесенные по модулям к зрелым корам выветривания; все пробы дяхтарской свиты. Элементы, которые значимо отличаются в выборках, представлены в таблице 3.

Видно, что концентрации скандия в породах дяхтарской свиты сопровождаются концентрациями ванадия, меди и ниобия и деконцентрацией калия и рубидия. В породах переотложенных кор выветривания повышены концентрации скандия и меди как относительно общей выборки, так и относительно кларков. Содержания ванадия повышены только в высокоскандиевых пробах.

По расчету коэффициентов корреляции установлен тренд на увеличение положительной связи скандия с ванадием и титаном (рис. 3).

Коэффициенты корреляции увеличиваются в пробах, содержащих скандий больше 50 г/т. Скорее всего, это указывает на нахождение скандия и ванадия в одном минерале, предположительно, в установленном [9] в дяхтарской свите, титаномагнетите.

Коэффициенты корреляции скандия с рубидием и калием имеют обратный тренд (рис. 4).

Видно, что корреляция скандия с калием практически не меняется, а с рубидием увеличивается обратная зависимость. Возможно, это связано с тем, что рубидий вместе с калием входит в кристаллическую структуру гидрослюд, а скандий, вероятно, сорбировался монтмориллонитом. Надо отметить, что рассматриваемые зрелые коры выветривания имеют монтмориллонит-гидрослюдистый состав [9].

Заключение

Анализ петрохимических модулей показывает, что бóльшая часть концентраций скандия выше 100 г/т связана с неперенесенными глинистыми, повышенно железистыми породами зрелой коры выветривания, которые накопились в континентальных слабощелочных условиях.

По коэффициентам корреляций скандия с калием, рубидием и ванадием можно считать, что форма нахождения рудных концентраций скандия предполагается в виде сорбции в монтмориллоните и тонкозернистом акцессорном ванадий-скандиеносном титаномагнетите.