Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2023, T. 510, № 1, стр. 46-51

Поскольку в XXI веке редкоземельные элементы (REE) стали широко использоваться в высокотехнологичной промышленности для производства компьютеров, мобильных телефонов, магнитов, лазеров, плоских телевизоров, ветровых турбин, панелей солнечных электростанций, электромобилей и др., мировой спрос на них значительно увеличился [1]. Наибольшую озабоченность в настоящее время вызывают поставки тяжелых редкоземельных элементов (HREE), которые получают главным образом из южно-китайских месторождений ионно-адсорбционных глин, возможности дальнейшего развития и существенного увеличения добычи которых ограничены [2]. Поэтому в мире проводятся активные поиски альтернативных источников HREE.

В Печальнинском рудном поле, расположенном в Хурчан-Оротуканской металлогенической зоне, в центральной части Магаданской области (рис. 1), в 1999 г. были выявлены проявления редких металлов в щелочных вулканитах [5, 6]. В результате исследования образцов из этих пород в аналитическом центре коллективного пользования ИГЕМ РАН методом ИСП–МС были установлены потенциально-промышленные содержания ΣREE + Y.

Рис. 1.

Геологическая карта северной части Хурчан-Оротуканской металлогенической зоны с элементами рельефа по [3, 4] с изменениями: 1 – четвертичные аллювиальные отложения; 2 – позднемеловые щелочные вулканиты; 3 – ранне-среднеюрские чероносланцевые толщи, 4–6 – терригенные толщи: 4 – позднетриасовые, 5 – среднетриасовые, 6 – раннетриасовые; 7 – позднемеловые граниты, гранит-порфиры; 8 – трахириолиты, комендиты, 9 – трахибазальты; 10 – песчаники; 11– алевролиты; 12 – аргиллиты; 13 – ограничение вулканоструктур; 14–15 – рудопроявления: 13 – Au–Ag-эпитермальные, 14 – редких металлов и REE; 15 – рамка карты, 16 – автодорога федерального значения “Колыма” и ее ответвление “Стрелка-Сеймчан”. ИДС – Инъяли-Дебинский синклинорий; ББП – Буяндино-Балыгычанское антиклинальное поднятие.

В современном тектоническом плане Хурчан-Оротуканская зона – это зона глубинного субмеридионального разлома, пересекающая линейные складчатые структуры Инъяли-Дебинского синклинория и брахиформные структуры Балыгычано-Буяндинского антиклинального поднятия на протяжении более 400 км и шириной 30–50 км [7].

В северной части зоны выходят на поверхность гранитоиды Верхне-Оротуканского массива (см. рис. 1) позднемелового возраста (80 млн лет, по K–Ar-данным [5], а также Rb–Sr-изохронного датирования [3]). Массив представляет собой в плане вытянутое в субмеридиональном направлении (24.8 км) тело овальной формы. В надинтрузивной зоне на периферии массива располагаются дочерние вулкано-купольные структуры (см. рис. 1). Вулканические породы субгоризонтально покрывают смятые в складки и ороговикованные терригенные отложения триаса и юры.

В основании эффузивной толщи залегает пачка полимиктовых конгломератов и конглобрекчий с линзами и прослоями разнозернистых песчаников и гравелитов. Выше располагаются покровы миндалекаменных трахибазальтов, трахиандезибазальтов, местами трахидолеритов. Завершается разрез покровами трахириолитов и комендитов, в которых была выявлена редкометальная минерализация [5]. Синхронно с покровными образованиями сформировались субвулканические дайки трахибазальтов, трахидолеритов, трахиандезитобазальтов, монцодиорит-порфиритов, латитов, а также дайки, силлы, штоки и экструзии трахириолитов, комендитов, щелочных гранит-порфиров и лейкогранит-порфиров, дайкообразные тела эруптивных брекчий. Возраст вулканического комплекса установлен как позднемеловой на основании пересечений позднемеловых лейкогранитов Верхне-Оротуканского массива субвулканическими дайками трахидолеритов, комендитов и щелочных гранит-порфиров [5].

По геохимическим характеристикам – высокой калиевой щелочности, высоким концентрациям Nb, Та, Zr, Hf, REE, при очень низких содержаниях Sr вулканиты Хурчан-Оротуканской зоны отвечают типичным кислым членам бимодального внутриплитного комплекса и близки по составу палеогеновым щелочным эффузивным породам Амгуэмо-Канчаланского вулканического поля Восточной Чукотки [5, 8].

В составе трахириолитов и комендитов Печальнинского рудного поля преобладает SiO₂ (74.61–81.21%), присутствуют заметные концентрации Al₂O₃ (8.89–10.37), K₂O (5.0–5.8), Na₂O (1.63–2.91), Fe₂O₃ (2.15–7.49), а также TiO₂ (0.26); характерны очень низкие значения CaO, MgO, P₂O₅ и MnO (<0.1) (табл. 1). На классификационной диаграмме эти породы попадают в область риолита, а другие вмещающие породы, распространенные на рудном поле, – в области трахибазальта и трахиандезита (рис. 2 а).

Рис. 2.

Геохимические особенности вулканических пород Печальнинского рудного поля. а – классификационная диаграмма вулканитов Печальнинского рудного поля и вмещающих пород эталонных месторождений для сравнительного анализа: 1 – рудовмещающие вулканиты Печальнинского рудного поля [5]; 2 – риолиты редкометального месторождения Раунд Топ Пик (Техас, США) [9]; вулканические породы редкометального месторождения Брокман (Австралия) [10]; поле пород трахитового комплекса Тяньбао (Южный Циньдинь, КНР), обогащенные редкими металлами [11]. б – распределение РЗЭ, нормированное на хондрит [12]: 1–3 – Печальнинское рудное поле (табл. 1): 1, 3 – трахириолиты; 2 – комендит; 4 – руда месторождения Раунд Топ Пик (Техас, США) [9]; руда месторождения Брокман (Австралия) [10]; в – распределение микроэлементов, нормированное на средние значения для верхней коры [13] в трахириолите и комендите Печальнинского рудного поля.

Результаты анализа микроэлементного состава и REE представлены в табл. 1 и на рис. 2 в, где они нормированы по отношению к средним значениям для верхней коры [13]. Спектры РЗЭ, нормированные по отношению к средним значениям для хондритов [12], показаны на рис. 2 в.

Редкометальные трахириолиты и комендиты Печальнинского рудного поля обогащены Be, Y, Zr, Nb, Rb, Zn, Ga и REE (рис. 2 в) по сравнению со средними значениями в верхней коре [11]. Коэффициенты обогащения варьируют от нескольких раз (Zn, Ga, LREE) до десятков (Be, Y, Zr, Nb, Rb и HREE), что свидетельствует об их синхронном участии в рудообразовании.

Все образцы трахириолитов и комендитов содержат чрезвычайно высокие концентрации ряда микроэлементов (см. табл. 1), таких как Zr (от 3732 до 5015 г/т), Nb (от 241 до 356 г/т), Rb (от 630 до 1097 г/т), Y (от 170 до 1084 г/т), а также высокие содержания ΣHREE (289–295 г/т) – в районе потенциально-промышленного качества руды [2].

В образцах трахириолитов и комендитов содержание ΣREE – 602–859 г/т (см. табл. 1). Закономерности распределения REE в этих породах указывают на относительно равномерное обогащение HREE относительно LREE (см. рис. 2 б), с соотношением (La/Yb)N в диапазоне 0.16–1.01 (см. табл. 1). Все образцы демонстрируют сильно отрицательные аномалии Eu, со значениями Eu/Eu* – 0.13 (см. табл. 1).

Особенности геологического строения и вещественный состав позволяют отнести рудопроявления Печальнинского рудного поля к большеобъемному типу месторождений, связанных с щелочными лавами, туфами и экструзиями [2]. Ближайшие аналоги: REE месторождение Раунд Топ Пик в риолитах (Техас, США) [9, 14] и месторождение ниобиевых туфов Брокман (Австралия) [10]. Эти месторождения – близповерхностная разновидность известных редкометальных месторождений, связанных с рудообразующей системой субщелочных и щелочных литий-фтористых гранитов [2]. Подобные объекты имеют сложный химический состав и всегда аномально обогащены многими литофильными редкими металлами (Be (Li), Ga, Rb, Zr (Hf), Nb (Ta), Sn, REE+Y, U, Th). Кроме того, они постоянно сильно обогащены фтором, играющим важнейшую роль в образовании позднемагматической минерализации и в постмагматических гидротермальных процессах, приводящих к ее перераспределению [2]. Обогащенные фтором магматические породы образовались во внутриплитной геодинамической обстановке [2].

По химическому составу трахириолиты и комендиты Печальнинского рудного поля, наиболее близки (см. рис. 2 б) к высококремнистым риолитам месторождения Раунд Топ Пик (Техас, США), наиболее важном из потенциально перспективных REE месторождений в мире [2]. Раунд Топ Пик – один из пяти риолитовых лакколитов Сьерра-Бланка в районе Транс-Пекос Техаса и единственное разведанное месторождение, содержащее REE в риолитах [9]. Значительная часть REE-минерализации, по-видимому, образовалась в результате высокотемпературной активности богатого летучими соединениями пара на наиболее поздней стадии кристаллизации, что вызвало частичное растворение силикатных минералов в пределах лаколита и образование обильной пористости, которую заполнили фториды REE [15].

В связи с глобальным редкоземельным кризисом подобные месторождения в риолитах рассматриваются в мире как перспективный потенциальный источник HREE и иттрия [2]. Это связано с благоприятными факторами: высокой долей дефицитных металлов и достаточно легкообогатимым минеральным (в основном фториды, фторкарбонаты и оксигидроксиды) составом REE. Кроме того, большеобъемный характер риолитов в сочетании с тем, что они выходят на поверхность, делает их идеально подходящими для более экономичной добычи открытым способом, особенно учитывая возможность извлечения редких металлов и REE кучным выщелачиванием. Например, извлечение последних из руд месторождения Раунд Топ Пик достигает 70% [2]. Поэтому, несмотря на невысокие (0.07–0.3%) концентрации REE и тонкодисперсный характер минерализации, подобные объекты могут представлять интерес для промышленного освоения [2]. Риолиты, обогащенные REE, можно рассматривать как потенциальные аналоги крупнотоннажных Cu-порфировых месторождений.

Все это, также, относится и к рудопроявлениям Печальнинского рудного поля. Их руды по среднему содержанию REE занимают промежуточное положение между рудами Раунд Топ Пик и Брокмана (см. рис. 2 б). Близкую форму имеют и REE-спектры руд этих объектов. Для них типичны небольшие Се-максимумы, глубокие Eu-минимумы и обогащение тяжелыми REE относительно легких.

Таким образом, сравнительный анализ с известными в мире аналогичными объектами в щелочных вулканитах показал, что Печальнинское рудное поле может стать нетрадиционным большеобъемным источником HREE. Щелочные вулканиты Печальнинского рудного поля, в частности, и Верхнеортуканского рудного района, в целом, требуют дальнейшего изучения и потенциально интересны для развития геологоразведочных работ. Благоприятный фактор, стимулирующий это развитие, – близость к Колымской трассе и Среднеканской ГЭС.