Производство редких металлов является одним из основных звеньев горно-металлургического комплекса. На протяжении последних десятилетий его развитие опережало развитие производства других металлов в связи с активным расширением областей применения изделий из редких металлов и их соединений. Минерально-сырьевую базу редких металлов выгодно расширять за счет наиболее крупных месторождений с комплексными по составу рудами, что обеспечивает эффективное развитие минерально-сырьевого комплекса. Возникновение месторождений редких элементов обычно связано с длительной и многоэтапной дифференциацией магматических расплавов. К числу крупных редкометальных месторождений Украины отнесено Азовское месторождение, расположенное в пределах Володарского массива Приазовского блока Украинского щита. Закономерности становления этого плутона ряд исследователей объясняет моделью расслоенных интрузий [1,2]. Поскольку расслоеннность действительно характерна для многих магматических образований значительного объема, но не всегда хорошо объясняет закономерности распределения оруденения, столь важные для выбора рациональных схем разведки и отработки месторождений, то имеет смысл проследить их на примере Азовского месторождения.
Володарский массив имеет площадь 170 км2 и приурочен к юго-восточному отрезку Азово-Днепровского пояса глубинных разломов. Слагающие его породы относятся к габбро-сиенит-гранитной формации. Становление массива происходило в мезопротерозое (1800±20 млн. лет) в процессе длительной магматической дифференциации, результатом которой явились разнообразные породы от основного до субщелочного состава (рис.1).
1 – кварцевые сиенит-пегматиты Азовской структуры завершающей фазы; 2,3,4 – породы промежуточных фаз становления плутона: 2– оливин-пироксен-амфиболовые граносиениты; 3 – граниты; 4 – кварцсодержащие щелочные сиениты; 5,6 – породы начальной стадии формирования плутона: 5– габбро-сиениты полевошпатового состава; 6 – габброиды пироксен-оливинового состава; 7 – обрамляющие породы; 8 – разломы, 9 – границы сложенных разными породами геологических тел, слагающих Володарский массив.
Границы массива с вмещающими породными комплексами тектонические: с востока он ограничен разрывами Малоянисольской зоны, с юго-запада – Федоровским разломом, с северо-запада – Володарской зоной разломов. На юге массив граничит с породами центрально-приазовской серии нижнего протерозоя.
Первая фаза становления массива представлена расслоенной габбро-сиенитовой интрузией, занимающей около 60% площади Володарского интрузива в его юго-восточном секторе. Здесь установлены тела габброидов мощностью от нескольких десятков до сотен метров и протяженностью от сотен метров до 4 км и более. Они имеют пластовые, линзообразные, иногда шлировидные формы, крутое падение и нечеткие расплывчатые контакты с вмещающими субщелочными породами. В строении этих тел наблюдается сложное чередование габбро-сиенитов, габбро-пироксенитов, верлитов, андезинитов, габбро-диоритов и диоритов. Все эти породы состоят практически из одних и тех же лейкократовых и меланократовых минералов. Микроскопическими исследованиями установлено чередование линзовидных скоплений полевошпатового и пироксен-оливинового состава [2]. Ритмичная расслоенность характерна для габброидов.
В классических расслоенных интрузиях минеральный состав слоя изменяется в зависимости от его положения в разрезе: вверх по разрезу плагиоклазы становятся более кислыми, а оливины и пироксены – более железистыми. Такие преобразования характеризуют скрытую расслоенность. Экспериментально доказано [3], что кислые плагиоклазы образуются при более низкой температуре по сравнению с основными, а магнезиальные оливины и пироксены по мере уменьшения температуры сменяются их все более железистыми разновидностями. Поэтому такие колебания состава минералов могут быть индикаторами понижения температуры осаждения кристаллов вверх по разрезу расслоенной серии. Состав плагиоклазов в габброидах Володарского массива изменяется в пределах 30-41 % Ан и характеризуется отсутствием основных членов ряда. Это подтверждает относительно невысокую температуру их формирования.
В Володарском массиве к перидотитам и щелочным габброидам приурочена апатитовая, титаномагнетитовая и ильменитовая минерализация. Установлено два рудных типа окисной Fe-Ti-рудной минерализации. Первый тип распространен в рудных верлитах (10-20 %) и характеризуется преобладанием титаномагнетита над ильменитом в сочетании с повышенной (до 4-9 %) концентрацией апатита. Во втором типе преобладает ильменит (7-8%) над титаномагнетитом (2-3%). Часто встречаются сростки титаномагнетита и ильменита, а в контакте этих минералов отмечается мелкая вкрапленность пирротина, реже пирита и халькопирита [4]. С изменением состава породообразующих минералов вверх по разрезу наблюдается обратная связь с появлением рудных минералов: уменьшение количества плагиоклаза в породах сопровождается увеличением рудной составляющей. Её максимальные содержания достигаются в рудных верлитах. В нижней части разреза расслоеннных пород Володарского массива магнетит присутствует в небольших количествах, а на некоторой высоте его содержание резко увеличивается, меняясь от слоя к слою. Вверх по разрезу расслоенной серии общее содержание титана возрастает, а его количество в титаномагнетите – уменьшается с параллельным увеличением содержания ванадия. Сопряженная концентрация апатита с Fe-Ti окисными минералами свидетельствует об участии в рудной части сухого остатка силикатного расплава летучих компонентов (F и P). Содержания фтора (2,75-3,6 %) во фторапатитах отражают его содержания в расплаве рудной фракции. Восстановительный режим в исходном расплаве способствовал задержке появления титаномагнетита на ранних стадиях кристаллизации, что привело к резкому повышению общей железистости габброидов при постоянстве концентрации кремнезема [5].
Таким образом, появление титаномагнетитовой и ильменитовой минерализации хорошо объясняется особенностями кристаллизации базальтовых магм. Выделение на поздней стадии кристаллизации Fe-Ti окисной рудной минерализации определило дальнейшую эволюцию Володарского массива породообразования как переход от габброидов к кварцсодержащим щелочнополевошпатовым гастингситовым сиенитам. Происходит дальнейшее повышение кислотности плагиоклазов в сиенитах - 25-20 % Ан. Из наиболее характерных элементов-примесей в сиенитах Володарского массива в сравнении с габброидами происходит заметное повышение концентрации Zr и Rb, а также снижение содержания Sr и Ba [4]. Акцессорная ассоциация представлена цирконом, ортитом и пирохлором. Среднее содержание циркония в них составляет около 370 г/т. Высокая исходная железистость минералов пород начальной стадии формирования Володарского плутона наследуется кварцсодержащими щелочными сиенитами. Наблюдается дальнейшая эволюция магнезиально-известковисто-железистых силикатов, направленная в сторону накопления Fe2+. Количественные соотношения калишпата, представленного микроклин-пертитом, меняются в зависимости от положения породы в разрезе, повышается доля альбитовой составляющей в плагиоклазе [5].
Дальнейшая фазовая дифференциация в Володарском плутоне шла как в направлении повышения кислотности, так и щелочности. Третья фаза массива представлена оливин-пироксен-амфиболовыми граносиенитами и гранитами, которые незакономерно переходят друг в друга. Последняя, четвертая фаза массива представлена кварцевыми сиенит-пегматитами Азовской кольцевой структуры и жилами пегматитов. Мощность последних меняется от 0,1 до 22 метров. Они обогащены флюоритом, цирконом, бастнезитом, ортитом, реже отмечается чевкинит и пирохлор.
Азовская зонально-кольцевая структура расположена среди гранитов в северной части Володарского массива (см. рис.1), на пересечении разломов субширотного и субмеридионального простирания. В центре выделяется шток сиенит-пегматитов площадью около 4км2, к экзоконтакту которого приурочено Азовское цирконий-редкоземельное месторождение. Вся восточная и юго-восточная область эндо- и экзоконтакта интрузии кварцевых сиенитов с оливин-пироксен-амфиболовыми сиенитами является контрастной геохимической аномалией редкоземельных элементов и циркония. Остальные породы экзоконтакта, а также биотитовые сиениты эндоконтакта, либо вообще не содержат оруденения, либо содержат только бедные циркониевые руды (содержание диоксида циркония 0,4-0,6 % и менее). В строении рудной зоны выделяются участки с концентрациями рудных элементов в десятки и сотни раз превышающих кларковые содержания, разделенные безрудными прослоями. Ширина таких участков весьма непостоянна. С приближением к контакту интрузии кварцевых сиенитов мощность безрудных прослоев уменьшается, а рудных возрастает. Максимальные концентрации отмечаются непосредственно вблизи контакта, где в поле развития щелочнополевошпатовых сиенитов выделены промышленные рудные тела. В них также отмечаются богатые и бедные участки некондиционных руд. Промышленные рудные тела конформны контакту штока кварцевых сиенитов и выходят на поверхность. Здесь мощность рудного тела относительно невелика. В центральной части тела она увеличивается, а на глубине около 300 метров происходит распад единого промышленного рудного тела на несколько менее мощных [6]. В составе редкоземельных элементов в рудах месторождения резко преобладают легкие лантаноиды, в сумме составляющие от 81 до 92 %. Редко в отдельных участках величина суммы уменьшается до 73 %. Также селективно цериевыми являются и главные рудные минералы, в которых сумма легких лантаноидов составляет 82,7-84,8 %. Cодержание иттрия в рудах варьирует от 3,7 до 8,5% [7].
Рудный парагенезис в Азовском месторождении представлен цирконом, бритолитом, ортитом, чевкинитом, иттробритолитом, иттрийсодержащим бастнезитом и флюоритом. Многостадийное фракционирование расплава установлено по отрицательной европиевой аномалии в распределении редких земель в сиенитах Азовской структуры [8]. В кварцевых сиенит-пегматитах ритмическая расслоенность проявлена в чередовании лейкократовых и меланократовых слоев, Первые обогащены плагиоклазом и кварцем, а вторые - оливином и амфиболом. В лейкократовых слоях спорадически отмечаются кристаллы циркона размером до 0,5 см. В меланократовых слоях локализована цирконовая, бастнезитовая и бритолитовая минерализация. Различие в интенсивности оруденения особенно четко проявляется при переслаивании оливинсодержащих и кварцсодержащих сиенитов: маломощные интервалы оливинсодержащих пород представляют собой сравнительно богатые руды, тогда как кварцсодержащие чаще всего безрудные, либо содержат бедное оруденение. При увеличении мощности слоев, оруденение также располагается в оливинсодержащих сиенитах, но тяготеет преимущественно к их контактовым частям. В центральных частях мощных интервалов оруденение, как правило, более бедное [9]. Установлено несколько генераций рудных минералов. Первая высокотемпературная генерация циркона кристаллизовалась из расплава при температуре свыше 1100? совместно с бритолитом. На их сингенетичность указывает их тесное срастание. Основная масса циркона Азовского месторождения представлена этой генерацией. Бритолит этой генерации содержит, в основном цериевые земли. Вторая, более поздняя генерация циркона распространена значительно меньше. Бритолит второй генерации содержит высокие концентрации иттриевых земель, особенно Gd и Dy. Увеличение их содержания относительно среднего содержания в бритолите первой генерации составляет 70-80%. В Азовской структуре также выделена метасоматическая генерация минералов. К ней отнесена поздняя генерация флюорита и циркона с дипирамидальным габитусом. Особенно ярко проявлена карбонатная стадия, в которую формировался бастнезит двух генераций, сидерит и кальцит. Бастнезит поздней генерации вместе с рабдофанитом входит в состав псевдоморфоз по бритолиту [8]. Послемагматические стадии преобразования широко распространены во всех разновидностях пород Володарского массива и выражены процессами микроклинизации, реже прожилковой карбонатизации.
Главные серии скрытой расслоенности в классических примерах интрузий, возникшие при кристаллизационной дифференциации основных магм, выражаются в последовательном обогащении кремнием, натрием, железом по мере охлаждения расплава. В расслоенных породах и слагающих их минералах на ранних стадиях разделения концентрируются Ti и Fe, а на поздних - Zr и Ba [3]. Появление щелочных пироксенов, амфиболов и фельдшпатоидов связано с различием в составе исходной магмы. Из магмы одного и того же состава могут возникнуть различные породы в связи с колебаниями ее окислительного потенциала. В процессе разделения исходной магмы при низком парциальном давлении кислорода эволюция состава силикатов идет в сторону обогащения железом. В самых поздних дифференциатах появляются небольшие количества кварца, полевого шпата, амфиболов, биотита и циркона. Более окисленное состояние магмы приводит к раннему осаждению окисно-железистых минералов, увеличению содержания в поздних дифференциатах кремнезема и обильной кристаллизации в них амфиболов и биотита. Все эти особенности хорошо прослеживаются и в Володарском массиве. Большие объемы гранитов не могли формироваться в большинстве расслоенных массивов. Установлена лишь принципиальная возможность возникновения поздних гранитоидных дифференциатов, причем необходимая для этого степень окисленности магмы проявляется редко [3]. Появление володарских гранитов, вероятнее всего, связано с плавлением включений гнейсов кислого состава. Появление промышленной редкометальной минерализации в породах Азовского месторождения обусловлено чередованием меланократовых и лейкократовых слоев, что обеспечивает их максимальную геохимическую контрастность. Очевидно, оливинсодержащие породы служили геохимическим барьером, на котором из флюидов концентрировались редкие земли [9]. В породах можно установить только лишь скрытую расслоенность, которая проявляется в обогащении эгириновым компонентом геденбергита и повышении щелочности амфибола. Общая эволюция амфиболов и биотита направлена на снижение их глиноземистости и повышении щелочности [1].
Таким образом, модель расслоенной интрузии достаточно хорошо объясняет распределение рудной минерализации в габброидах, частичное ее наследование и появление редкометальной минерализации в последующих породных фазах Володарского плутона. Расслоенность габброидов определяется преимущественно физическим фактором - силой тяжести и химическим фактором - разделением расплава при его кристаллизации. Скрытая расслоенность в минералах начальных фаз проявлена также достаточно хорошо. В Азовской структуре, скрытая расслоенность либо отсутствует, либо проявляется слабо и имеет прерывистый характер. Становление большинства расслоенных плутонов не может происходить в результате одноактного внедрения магмы с образованием полной серии тесно связанных дифференциатов [3]. Состав магмы может изменяться в результате дополнительного поступления расплавов или флюидов. При этом может происходить нарушение скрытой расслоенности. В породах Азовской структуры, образование основной массы редкометальных минералов, предположительно, происходило в режиме термоциклирования, когда на фоне общего падения температуры происходило поступление горячего флюида из глубинного очага [9]. Такая модель объясняет и наблюдающуюся пространственную разобщенность циркониевого и редкоземельного оруденения. Наличие нескольких генераций редкометальных минералов и присутствие в них включений рудных минералов габброидов свидетельствует о длительном и неоднократном перераспределении рудного вещества в пределах всех разновидностей пород Володарского массива. Немаловажная роль принадлежит и последующим процессам метасоматоза, которые всегда играли ведущую роль в формировании редкометального оруденения.
1. Кривдик С.Г., В.М.Загнітко, Стрекозов С.М. Рідкіснометалеві сієніти Українського щита: перспективи пошуків багатих руд цирконію та лантаноїдів // Минералогический журнал. - 2000. - т.22, №1. - С.62-80.
2. Тарасенко В.С., Кривонос В.П., Жиленко Л.А. Петрология и рудоносность Южно-Кальчикского массива (Восточное Приазовье) // Геол.журнал, 1989, №5, с.78-88.
3. Л.Уэйджер, Г.Браун Расслоенные изверженные породы. - М.: Мир, 1970. - 552 с.
4. Царовский И.Д., Кравченко Г.Л. Эволюция минерального состава габброидов и сиенитов Южно-Кальчикского массива // Геологический журнал. - 1992. - №2. – С.16-26.
5. Царовский И.Д., Кравченко Г.Л., Демьяненко В.В. Феррогортонолитовые казанскиты Приазовья – новый для Украины тип интрузивных пород // Докл. АН УССР. Сер.Б. - 1992. - №10. – С.29-34.
6. Стрекозов С.Н., Васильченко В.В., Гурский Д.С., Пожарицкая Л.К., Волкова Т.П. Геологическое строение и характер оруденения Азовского месторождения. // Мінеральні ресурси України. - 1998. - №3. - С.6-9.
7. Волкова Т.П., Гурский Д.С., Стрекозов С.Н., Васильченко В.В. Геохимическая зональность Азовского месторождения // Мінеральні ресурси України. - 2001. - №1. - С.4-6.
8. Волкова Т.П., Стрекозов С.Н., Васильченко В.В. Геохимические особенности Азовского месторождения // Геологічний журнал. - 2001. - №4. - С.102-109.
9. Мельников В.С., Д.К.Возняк, Е.Е.Гречановская и др. Азовское цирконий-редкоземельное месторождение: минералогические и генетические особенности // Минералогический журнал. - 2000. - №1. - С.42-61.