Записки Российского минералогического общества, 2022, T. 151, № 6, стр. 29-45

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Материалом для исследований послужила коллекция образцов, отобранных автором при проведении полевого геологического изучения Панэяврского массива в 2004 г. Химический состав пород определялся методом классического количественного анализа в химико-аналитической лаборатории ГИ КНЦ РАН (аналитик Л.И. Константинова). Содержания редких и рассеянных элементов определялось ISP-MS методом в лаборатории спектрометрических методов анализа ИХТРЭМС КНЦ РАН (аналитик Елизарова И.В.). Минеральный состав пород изучался с помощью оптического микроскопа Axioplan. Состав минералов – при помощи сканирующего электронного микроскопа LEO-1450 c энергодисперсным спектрометром Röntec и электронно-зондового микроанализатора Cameca MS-46 (аналитик А.В. Базай) в лаборатории физических методов ГИ КНЦ РАН.

ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ МАССИВА

Панэяврский массив, как Низъяврский щелочной массив (Петровский, 2019), располагается в пределах Иоканьгского блока Мурманского неоархейского кратона. Его размещение контролируется узлом пересечения разломов субширотного, северо-западного и северо-восточного простираний. На современном эрозионном срезе массив представляет собой изометричный шток, сложенный двумя интрузивными фазами, контрастными по своему петрографическому составу (рис. 1). Размеры штока в плане составляют 0.85 × 1.5 км. Южная часть массива сложена щелочными альбит-ортоклазовыми сиенитами 2-й интрузивной фазы, основная часть массива – щелочными мезократовыми альбитовыми сиенитами 3-й интрузивной фазы. Альбитовые сиениты на контакте с вмещающими плагиогранитами, в узкой зоне (2–3 м), иногда обогащаются кварцем и приобретают лейкократовый облик. Ранняя (условно 1-я) фаза массива представлена ксенолитами щелочных габбро, обнаруженных в сиенитах 2-й и 3-й фаз.

Рис. 1.

Схемы размещения (а) и геологического строения (б) Панэяврского массива. 1 – четвертичные отложения; 2 – раннепротерозойские долериты; 3–4 – Панэяврский массив: щелочные альбитовые сиениты и альбитовые кварцевые сиениты 3-й фазы (3), субщелочные альбит-ортоклазовые сиениты 2-й фазы (4); 5–6 – Островной массив: щелочные кварцевые сиениты 2-й фазы (5), нерасчлененные субщелочные монцогаббро, монцониты и кварцевые монцониты 1-й фазы (6); 7 – мигматизированные плагиограниты; 8 – гранитоиды ТТГ-формации; 9 – элементы залегания трахитоидности; 10 – разломы. Fig. 1. Scheme of location (а) and geological map (б) of the Panejavr massif. 1 – Quaternary deposits; 2 – Early Proterozoic dolerites; 3–4 – Panejavr massif: alkaline albite syenites and albite quartz syenites of the 3rd phase (3), subalkaline albite-orthoclase syenites of the 2nd phase (4); 5–6 – Ostrovnoy massif: alkaline quartz syenites of the 2nd phase (5), undivided subalkaline monzogabbro, monzonites and quartz monzonites of the 1st phase (6); 7 – migmatized plagiogranites; 8 – TTG-formation granitoids; 9 – elements of trachytoid structure; 10 – faults.

Возраст формирования массива определен U-Pb методом по циркону из альбитовых сиенитов. Он равен 2653 ± 9 млн лет (Петровский и др., 2009) и соответствует возрасту других массивов неоархейской формации щелочных габбро – нефелиновых сиенитов – щелочных сиенитов – щелочных кварцевых сиенитов Кольского полуострова: Чагвеуайвского (2667 ± 4–2601 ± 12 млн лет; Петровский, Петровская, 2018), Низъяврского (2656 ± 3 млн лет; Петровский, 2019), Репъявр-Поркозерского (2668 ± 7 млн лет; Чащин, Баянова, 2013). Расположенный севернее него Островной щелочной массив шошонитовой серии (рис. 1), имеет более древний возраст, равный 2.73–2.72 млрд лет (Петровский, Петровская, 2009, 2017).

Вмещающими породами для Панэяврского массива служат позднеархейские мигматизированные плагиограниты с возрастом 2.75 млрд лет (Козлов и др., 2006). Породы массива обладают автономными внутренними структурами, несогласными со структурой вмещающих пород. В отличие от массивных сиенитов 2-й фазы, альбитовые сиениты 3-й фазы имеют линейно-плоскостную ориентировку крупных таблитчатых кристаллов альбита и игольчатых кристаллов клинопироксена и амфибола, субсогласную с плоскостью контакта. Контакты массива с вмещающими породами резкие, секущие с крутым и субвертикальным положением контактовых поверхностей, срезающих гнейсовидность и мигматитовую полосчатость плагиогранитов. Во вмещающих породах наблюдаются жилы альбитовых сиенитов. Сами породы массива секутся дайкой пойкилофитовых долеритов с возрастом 1908 ± 60 млн лет (Арзамасцев и др., 2009).

ПЕТРОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Щелочные габбро (эссекситы) на современном эрозионном срезе массива наблюдаются только в виде ксенолитов, встречающихся как в альбит-ортоклазовых, так и в альбитовых сиенитах. Они представляют собой темно-зеленые, почти до черных, массивные среднезернистые породы. Минеральный состав (об. %): клинопироксен (омфацит) 33–51, амфибол (магнезиогастингисит) 5–10, биотит 3–6, олигоклаз-андезин 22–27, ортоклаз 11–23, нефелин + натролит 4–9, апатит 0.5–2.5, титаномагнетит 1–2, бадделеит <1.

Щелочные альбит-ортоклазовые сиениты представляют собой равномерно-зернистые, среднезернистые породы с массивной текстурой серого и темно-серого цвета. Структура пород гипидиоморфнозернистая или аллотриоморфнозернистая. Минеральный состав (об. %): клинопироксен изменяющегося состава (от авгита в ядерных частях зерен до эгирин-авгита в краевых частях) 4–6, биотит 9–12, ортоклаз 57–61, альбит 21–25, кварц 0–2. Содержание апатита в этих породах достигает 1%, циркона – 3%, титаномагнетита – 2%, титанита – 3%. Отмечаются единичные зерна алланита.

Щелочные альбитовые сиениты представляют собой мезократовые породы интрузивного облика зеленовато-серого с розоватым оттенком цвета. Имеют крупно-среднезернистую, порфировидную структуру и трахитоидную текстуру. Порфировые вкрапленники представлены амфиболом. Структура основной массы гипидиоморфнозернистая, в зонах развития сахаровидного альбита – гранобластовая. В основной массе наблюдаются идиоморфные, часто ориентированные таблитчатые зерна альбита, между которыми развиты кварц, темноцветные и акцессорные минералы. Минеральный состав (об. %): клинопироксен (в крупных зернах варьирующий от эгирин-авгита в ядерных частях до эгирина в краевых частях, а в мелких игольчатых зернах представленный только эгирином) 2–5, амфибол (катофорит) 10–28, альбит и альбит-антипертит 60–68. Содержание кварца варьирует от единичных зерен до 4%, в приконтактовых разновидностях достигает 7.5–8%. Содержание ильменита поднимается до 2%, циркона – 1%, апатита – 1.5%, пирохлора – 2%, монацита – 1%. Количество торита и чевкинита-Ce не превышает 0.1%.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОРОД

Данные о химическом составе пород Панэяврского массива приведены в табл. 1. Петрохимически щелочные габбро являются низко-железистыми породами (Fe# = = 32–45 ат. %), калий-натровой щелочной серии (n = 54–63 ат. %)¹¹. На высокую щелочность пород указывают: высокое содержание суммы Na₂O и K₂O (6–9 мас. %), коэффициент агпаитности пород равный 0.77–0.98, недонасыщенность кремнеземом (породы содержат нормативный и модальный нефелин). На классификационной диаграмме TAS фигуративные точки составов щелочных габбро располагаются в областях щелочных габбро и монцонитов (рис. 2).

Рис. 2.

Положение точек составов неоархейских щелочных пород Кольской щелочной провинции на классификационной диаграмме TAS. 1–5 – серия щелочных габбро – нефелиновых сиенитов – щелочных сиенитов – щелочных кварцевых сиенитов: 1 – Низъяврский массив (Петровский, 2019); 2–4 – Панэяврский массив: щелочные габбро 1-й фазы (2), щелочные альбит-ортоклазовые сиениты 2-й фазы (3), щелочные альбитовые сиениты 3-й фазы (4); 5 – Чагвеуайвский массив (Петровский, Петровская, 2018); 6–7 – шошонитовая серия: 6 – Иоканьгский массив (Петровский, Петровская, 2017); 7 – Островной массив (Петровский, Петровская, 2009); 8 – серия щелочные граносиенитов – гранитов Кейвского блока (Батиева, 1976); 9–13 – тренды дифференциации: Низъяврский массив (9), Панэяврский массив (10), Чагвеуайвский массив (11), Иоканьгского массива (12), Островной массив (13). Fig. 2. TAS diagram for Neoarchean alkaline rocks of the Kola alkaline province. 1–5 – series of alkaline gabbro – nepheline syenites – alkaline syenites – alkaline quartz syenites: 1 – Nizyavrski massif (Petrovskiy, 2019); 2–4 – Panejavr massif: alkaline gabbro of the 1st phase (2), alkaline albite-orthoclase syenites of the 2nd phase (3), alkaline albite syenites of the 3rd phase (4); 5 – Chagveuaive massif (Petrovskiy, Petrovskaya, 2018); 6–7 – shoshonite series: 6 – Iokangski massif (Petrovskiy, Petrovskaya, 2017); 7 – Ostrovnoy massif (Petrovskiy, Petrovskaya, 2009); 8 – series of alkaline granosyenites – granites of the Keivy block (Batieva, 1976); 9‒13 – differentiation trends: Nizyavrski massif (9), Panejavr massif (10), Chagveuaive massif (11), Iokangski massif (12), Ostrovnoy massif (13).

Для щелочных альбит-ортоклазовых сиенитов характерны: высокий коэффициент агпаитности (К_агп= 0.89–0.99) и умеренная железистость (Fe# = 52–57 ат. %). По соотношению щелочей они относятся к щелочной K-Na серии (n = 37–46 ат. %), по насыщенности кремнеземом – к оливин-нормативной группе. На классификационной диаграмме TAS фигуративные точки составов альбит-ортоклазовых сиенитов, большей частью, располагаются в области щелочных сиенитов (рис. 2).

Щелочные альбитовые сиениты характеризуются высокими: железистостью (Fe# = = 72–80 ат. %) и щелочностью (К_агп= 1.14–1.53). Они относятся к щелочной натровой серии (n = 83–90 ат. %), а по насыщенности кремнеземом отвечают кварц-нормативной группе. На классификационной диаграмме TAS фигуративные точки составов пород располагаются в областях щелочных сиенитов и щелочных кварцевых сиенитов (рис. 2).

Концентрации редких элементов в представительных образцах главных разновидностей пород Панэяврского массива приведены в табл. 1, а их распределение показано на рис. 3. Все породы массива обогащены редкими землями с резким преобладанием легких лантаноидов (LREE). О значительной фрационированности редкоземельных элементов говорит и высокое лантан-иттербиевое отношение: (La/Yb)_N = 19.2–44.8. Содержание LREE на два-три порядка выше хондритового. Особенно обогащены легкими лантаноидами щелочные альбитовые сиениты, что связано с присутствием в их составе минералов-концентраторов редких земель: монацита, пирохлора, торита и чевкинита-(Ce). Содержание LREE в щелочных альбитовых сиенитах достигает 6420 г/т, ΣREE – 6710 г/т, т.е. на легкие редкие земли приходится 96%.

Рис. 3.

Распределение нормализованных к примитивной мантии (Sum, MacDonough, 1989) редких элементов в породах Панэяврского массива. 1 – щелочные габбро, 2 – альбит-ортоклазовые сиениты, 3 – щелочные альбит-кварцевые сиениты. Fig. 3. Distribution of trace elements normalized to primitive mantle (Sum, MacDonough, 1989) in the Panejavr massif rocks. 1 – alkaline gabbro, 2 – albite-orthoclase syenites, 3 – alkaline albite syenites.

Для всех пород массива характерны отчетливо выраженные отрицательные аномалии Sr, Ta и Y (рис. 3). Щелочные габбро и альбитовые сиениты, в отличие от альбит-ортоклазовых сиенитов, имеют отрицательные аномалии Zr и Hf. В щелочных габбро и альбит-ортоклазовых сиенитах, в отличие от альбитовых сиенитов наблюдаются – положительные аномалии Ba и отрицательные аномалии Th. Все породы массива имеют отчетливо выраженные положительные аномалии U. Положительные аномалии Nb, Th и U в щелочных альбитовых сиенитах связаны с их пирохлор-торитовым оруденением; содержание Nb в них достигает 880 г/т, содержание Th – 485 г/т при максимальных содержаниях Ta и U – 5.6 и 87 г/т соответственно. Содержания Zr в щелочных альбит-ортоклазовых сиенитах достигаю 2000 г/т, содержания Hf – 47 г/т.

ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ И СОСТАВА REE–Th–Nb МИНЕРАЛОВ

В результате проведенных исследований в щелочных альбитовых сиенитах Панэяврского массива установлены пирохлор, монацит, торит и чевкинит-(Ce).

Пирохлор является основной ниобиевым минералом в альбитовых сиенитах. Его содержание достигает 2 об. %, он образует неравномерную вкрапленность (рис. 4, а, б). Размер зерен минерала варьирует от 20–30 мкм до 2 мм. Окраска – бледно-желтая, иногда темно-коричневая. Форма кристаллов различна, но наиболее развиты кристаллы октаэдрического облика. Пирохлор слабо изменен и имеет зональное и блочно-секториальное внутреннее строение (рис. 4, в–е).

Рис. 4.

Пирохлор в щелочных альбитовых сиенитах Панэяврского массива. Изображения в обратно-отраженных электронах. Pcl – пирохлор, Mnz – монацит. Fig. 4. Pyrochlore in alkaline albite syenites of the Panejavr massif. BSE-images. Pcl – pyrochlore, Mnz – monazite.

Химический состав изученного пирохлора изменяется слабо (табл. 2). На классификационной диаграмме Nb–Ti–Ta (Antecio et al., 2010) фигуративные точки минерала попадают в поле группы пирохлора (рис. 5, а). Согласно номенклатуре группы пирохлора (Antecio et al., 2010) он относится к гидроксикальциопирохлорам с низкими содержаниями Ta и Ti. На классификационной диаграмме Ca–Na–A-vac (вакансия в позиции Ca) все составы минерала попадают в поле магматических пирохлоров, при этом в его составе виден небольшой, но четкий дефицит Na и Ca (рис. 5, б). В сравнении с пирохлором Низъяврского массива, пирохлор Панэяврского массива отличается меньшим содержанием микролитового минала компоненты (рис. 5, а), большим содержанием Ca и меньшим – Na (рис. 5, б). Можно было бы ожидать, что пирохлор из более натровых сиенитов Панэяврского массива (Na₂O 8.2–10 мас. % по сравнению 4.4–5.5 мас. % в сиенитах Низъяврского массива) будет также более натровым. Но, по-видимому, химический состав пирохлора определяется атомным отношением Na/Ca в расплаве (в сиенитах Панэяврского массива атомное отношение Na/Ca равно 5.1–7.1, в сиенитах Низъяврского массива – 9.1–12.5). Меньшее содержание микролитового минала в пирохлоре Панэяврского массива в сравнении с Низъяврским массивом объясняется более низкой концентрацией Ta в сиенитах Панэявра (4.7–5.6 г/т) относительно сиенитов Низъявра (6.1–11 г/т).

Рис. 5.

Составы пирохлора из неоархейских щелочных пород Кольской щелочной провинции на классификационных диаграммах (а – по: Atencio et al., 2010, б – по: Nasraoui, Bilal, 2000). 1 – Панэяврский массив, 2 – Низъяврский массив (Петровский, 2019). Fig. 5. Compositions of pyrochlore from Neoarchean alkaline rocks of the Kola alkaline province on classification diagrams (а, after Atencio et al., 2010, б, after Nasraoui, Bilal, 2000).

1 – Paneyavr massif; 2 – Nizyavrski massif (Petrovskiy, 2019).

Монацит является наиболее распространенным редкоземельным минералом в щелочных альбитовых сиенитах. Он образует обильную вкрапленность мелких зерен (1–100 мкм), тяготеет к скоплениям темноцветных минералов (рис. 6). По данным химического анализа (табл. 3), его составы отвечают двум минеральным видам. Монацит-(Ce) встречается чаще и ассоциирует с породообразующими минералами. Содержание La₂O₃ в нем варьирует от 15.6 до 17.3 мас. %, Ce₂O₃ – от 24 до 29 мас. %, он характеризуется высокими содержаниями ThO, UO₂ и Nd₂O₃ и низким содержанием CaO (табл. 3). Монацит-(La) наблюдается только в ассоциации с пирохлором (рис. 4, б) и характеризуется низкими концентрациями ThO, UO₂ и Nd₂O₃ и высоким содержанием CaO (табл. 3). Зерна монацита характеризуются однородным внутренним строением.

Рис. 6.

Монацит (белое) в щелочных альбитовых сиенитах Панэяврского массива. Изображения в обратно-отраженных электронах. Fig. 6. Monazite (white) in alkaline albite syenites of the Panejavr massif. BSE-images.

Торит встречается в виде единичных изометричных зерен, как в межзерновом пространстве, так и в виде включений в породообразующих минералах (рис. 7, а–д) щелочных сиенитов. Размеры его зерен варьируют от 5 до 400 мкм. По внутреннему строению торит может быть как однородным (мелкие зерна), так и блочно-секториальным (крупные зерна). Состав торита в отношении Th, U и Si выдержан, значительно варьируют только содержания Fe, Ca, Pb и REE (табл. 4 ). Большой интерес представляет обогащение торита легкими редкими землями, суммарное содержание которых достигает 12.9 мас. % (табл. 4 ). Такое обогащение LREE типично для магматического торита (Forster et al., 2000; Pettke et al., 2005; Forster, 2006) и сопоставимо с содержанием редких земель в торите из гранитных пегматитов Эль-Муэрто Мексики, где их суммарное содержание достигает 14.5–24.7 мас. % REE₂O₃, а в составе лантаноидов преобладают легкие редкоземельные элементы (Prol-Ledesma et al., 2012).

Рис. 7.

Торит (а–д) и чевкинит-(Ce) (д–е, мелкие белые изометричные и удлиненные пластинчатые зерна) в щелочных альбитовых сиенитах Панэяврского массива. Изображения в обратно-отраженных электронах. Th – торит. Fig. 7. Thorite (а–д) and chevkinite-(Ce) (д–е, small white isometric and elongated platy grains) in alkaline albite syenites of the Panejavr massif. BSE-images. Th – thorite.

Чевкинит-(Ce) встречается в виде мелких изометричных и удлиненных, пластинчатых зерен (рис. 7, д, е) размером от 1 до 50 мкм, образующих включения в альбите из щелочных сиенитов. Характеризуется выдержанным составом, содержит примеси Nb, Ta, Th, Ca и др. (рис. 4). Зерна чевкинита обладают однородным внутренним строением. Вероятно, имеет магматогенное происхождение (Macdonald et al., 2009; Bagiński et al., 2015).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты проведенных исследований расширяют рудную специализацию Панэяврского массива, что делает его перспективным объектом для поиска и обнаружения REE–Th–Nb руд. Представленные в статье материалы вносят вклад в понимание закономерностей проявления редкометального оруденения в интрузивных массивах неоархейской серии щелочных габбро – нефелиновых сиенитов – щелочных сиенитов – щелочных кварцевых сиенитов Кольской щелочной провинции.

Работа выполнена в рамках темы НИР ГИ КНЦ РАН № 0226-2019-0053. Автор выражает благодарность А.В. Базай за помощь в проведение электронно-микроскопических исследований минералов.