Кольский редкометалльный пегматитовый пояс: источники, процессы дифференциации и формирование месторождений лития и редкоземельных элементов

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-17-20002

НазваниеКольский редкометалльный пегматитовый пояс: источники, процессы дифференциации и формирование месторождений лития и редкоземельных элементов

Руководитель Зозуля Дмитрий Ростиславович, Кандидат геолого-минералогических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр «Кольский научный центр Российской академии наук» , Мурманская обл

Конкурс №66 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами» (региональный конкурс)

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-113 - Геология и генезис рудных месторождений

Ключевые слова Арктическая зона РФ, Фенноскандинавский щит, стратегическое сырье, литий, ниобий, тантал, бериллий, сподумен, редкоземельные элементы, Мурманская область, минерально-сырьевая база РФ, критерии прогнозной оценки

Код ГРНТИ38.49.19

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Редкие металлы (Li, Cs, Nb, Ta, Be, Sn, Rb и др.) находят широкое применение в различных областях промышленности для создания инновационных технологий, при этом такие редкие металлы, как Li, Cs, Ta, Nb и Be являются стратегическим сырьем. В последние годы после принятия мировым сообществом и Россией Концепции устойчивого развития, предусматривающей бережное отношение к окружающей среде, во всем мире резко возрос спрос на развитие экологически чистых «зеленых» производств, требующих значительных литиевых аккумуляторных мощностей. Месторождения редких металлов, включая литий, связаны с редкометалльными пегматитами. Все это вызвало пристальное внимание Правительства России к развитию отечественной минерально-сырьевой базы на основе собственных редкометалльных месторождений, знания о которых ограничиваются исследованиями 40-60-х годов прошлого века. В Кольском редкометалльном пегматитовом поясе (КРПП) Арктической зоны северо-восточной части Фенноскандинавского щита расположены редкометалльные месторождения Колмозерское, Полмостундровское, Васин-Мыльк, Охмыльк и Олений хребет, имеющие комплексный состав редкометалльного сырья (Li, Cs, Ta, Nb и Be). Основные запасы лития сосредоточены в Полмостундровском и Колмозерском месторождениях, причем последнее является месторождением мирового уровня и крупнейшим в России. В Западных Кейвах также находятся пегматиты с другой редкометалльной специализацией (Zr, Nb, REE, Y), которые благодаря своему уникальному составу и минеральному разнообразию могут рассматриваться природной лабораторией для изучения свойств редкометалльных минералов с целью получения высокотехнологичного сырья. Уникальные пегматитовые месторождения Западных Кейв имеют интерес благодаря высокому содержанию как всех редкоземельных элементов, так и тяжелых элементов этой группы, являющихся наиболее ценными из них. Наш проект органически связан с фундаментальным направлением изучения месторождений полезных ископаемых - особенности состава и эволюция редкометалльных магм при формировании месторождений редкометалльных пегматитов. Объектом наших исследований являются редкометалльные месторождения Колмозерское, Полмостундровское, Васин-Мыльк и Охмыльк КРПП и редкометалльные пегматиты Западных Кейв, которые являются наиболее подходящими и благоприятными для решения поставленных задач. Комплексные исследования редкометалльных пегматитов отвечают мировой практике. Важными направлениями нашего проекта, до настоящего времени не исследованными или недостаточно изученными, являются: (1) геологические критерии и тектонические режимы формирования редкометалльных месторождений КРПП; (2) геохимические, изотопно-геохимические и минералого-геохимические критерии оценки редкометалльной минерализации и региональные геохимические особенности редкометалльных пегматитов КРПП; (3) основные этапы формирования редкометалльных месторождений КРПП; (4) геохимические и минералогические критерии глубокой дифференциации вещества на магматическом и постмагматическом этапах, ведущей к накоплению высоких концентраций редких элементов, в особенности Li, Nb, Ta, Cs и REE; (5) оценка физико-химических условий кристаллизации редкометалльных пегматитов; состав и эволюция редкометалльных магм, принимающих участие в формировании месторождений КРПП; (6) создание интегральной геолого-изотопно-геохимической модели формирования КРПП. (7) обоснование новых геохимических и минералогических прогнозных критериев рудоносности и специализации редкометалльных пегматитов. Для решения поставленных задач будет применяться современное высокоточное оборудование отечественных Центров коллективного использования РАН и комплексный подход, включающий геологические, геохимические, изотопно-геохимические и минералого-геохимические подходы, отвечающие мировому уровню. Основные методы исследования включают: методы оптической микроскопии, сканирующей (растровой) электронной микроскопии (РЭМ), методы масс-спектрометрии с индуктивно связной плазмой и лазерной абляцией (ICP-MS и LA-ICP-MS); локальный микрозондовый анализ; локальное U-Pb (SHRIMP-II) датирование циркона и других минералов-геохронометров; локальное изучение Lu-Hf системы в цирконах при помощи лазерно-абляционной методики; анализ зерен минералов по изображениям в отраженных электронах (BSE) и катодной люминесценции (СL); методы спектроскопии комбинационного рассеяния света (рамановская спектроскопия), криометрии и термометрии, энергодисперсионной спектрометрии (ЭДС). Новые результаты наших исследований имеют практическое значение. Изучение сподумена - главного источника лития в месторождениях, позволит оценить качество литиевого сырья. При доразведке для расширения сырьевой базы за счет выявления новых жил редкометалльных пегматитов применяются геохимические и минералого-геохимические критерии редкометалльной минерализации. Результаты изучения состава пегматитов и их минералов являются существенными для дальнейших горнотехнологических исследований, включая: (1) обогащение пегматитовой руды; (2) определение минерального состава рудной и нерудной части пегматитовой руды; (3) определение структурно-минералогических разновидностей пегматитов для выделения бедных, рядовых и богатых руд при бурении; (4) определение качества попутного полевошпатового концентрата. Масштабность нашего проекта определяется: (1) комплексностью исследований, проводимых на различном уровне, - от изучения мегаструктур (редкометалльный пояс, месторождения) до микроструктур (образцы, шлифы, области изучения состава минералов в 20-40 мкм); (2) изучением редкометалльных месторождений регионального и мирового уровня с промышленными содержаниями Li, Cs, Nb, Ta, Be, REE;. (3) значимостью научных результатов для понимания пространственных и временных закономерностей распределения редкометалльных месторождений и их генезиса, как для региональной геологии, так и решения фундаментальных проблем, связанных с месторождениями полезных ископаемых; (4) существенностью применения полученных результатов для практических целей, в части апробации существующих и разработки новых прогнозных и поисковых критериев редкометалльной минерализации для переоценки минерально-сырьевых ресурсов Мурманской области и Российской Федерации. Накопленный в коллективе опыт позволяет решить поставленные задачи в рамках изучения редкометалльных пегматитов КРПП. Важной предпосылкой для успешного выполнения проекта является высокая квалификация участников заявки, что подтверждается их многочисленными публикациями в рецензируемых журналах, индексируемых в Web of Science и Scopus . Изучение расплавных и газово-жидких включений в минералах пегматитов будет проведено совместно с научными сотрудниками ИГМ СО РАН, с которыми мы имеем положительный опыт сотрудничества по данным исследованиям. Актуальность проекта и научная новизна.Изучение состава и источников редкометалльных магм является актуальной задачей фундаментальной научной проблемы – связи оруденения с магматизмом, которая рассматривается на протяжении нескольких десятилетий и является предметом постоянных дискуссий. Актуальность настоящих исследований определяется необходимостью получения новых данных о процессах, механизмах и условиях концентрирования рудного вещества в магматических системах при формировании литиевых и редкоземельных месторождений мирового уровня и новых комплексных прогнозных и поисковых критериев редкометалльного оруденения В рамках настоящего проекта впервые будут определены место и роль редкометалльного магматизма в истории геологического развития северо-восточной части Фенноскандинавского щита; оценены особенности минерагении редкометалльных пегматитов, состава и эволюции редкометалльных магм, разработана модель формирования Кольского редкометалльного пегматитового пояса. Разработанные прогнозные и поисковые критерии рудоносности и специализации редкометалльных пегматитов КРПП могут быть использованы для переоценки редкометалльной минерально-сырьевой базы не только Кольского региона, но и Российской Федерации.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Макдоналд Р., Багински Б.. Стахович М., Зозуля Д.Р., Котовски Я.. Йокубаускас П. Extreme Alteration of Chevkinite-(Ce) by Pb-CO2-Rich Fluids: Evidence from the White Tundra Pegmatite, Keivy Massif, Kola Peninsula Minerals, 12, 8, 989. Copyright: © 2022 by the authors. (год публикации - 2022)
10.3390/min12080989

2. Серов П.А., Морозова Л.Н. Изoтoпнo-гeoxpoнoлoгичecкиe иccлeдoвaния peдкoмeтaлльныx пeгмaтитoв: вoзмoжнocти и oгpaничeния coвpeмeнныx мeтoдoв VIII Poccuŭcкaя кoнфepeнцuя no uзomonнoŭ гeoxpoнonosuu, VIII Poccuŭcкaя кoнфepeнцuя no uзomonнoŭ гeoxpoнonosuu (7-10 uюня 2022 s., Caнкm-Пemepбypг) (год публикации - 2022)

3. Морозова Л.М., Зозуля Д.Р., Селиванова Е., Серов П.А., Базай А.В. Distribution of Trace Elements in K-Feldspar with Implications for Tracing Ore-Forming Processes in Pegmatites: Examples from the World-Class Kolmozero Lithium Deposit, NW Russia Minerals, 12, 11, 1448 (год публикации - 2022)
10.3390/min12111448

4. Зозуля Д.Р. Градиентное распределение редкоземельных элементов в природном монокристалле (Y,HREE)NbO4 Редкие металлы и материалы на их основе: технологии, свойства и применение, АО «Гиредмет», Москва, 2-я Международная научно-практическая конференция «Редкие металлы и материалы на их основе: технологии, свойства и применение». Москва: АО «Гиредмет», 2022. С. 361-362. (год публикации - 2022)

5. Серов П.А., Морозова Л.Н. Нарушение Sm-Nd системы редкометалльных пегматитов Кольского редкометалльного пегматитового пояса: анализ причин XXIII Симпозиум по геохимии изотопов имени академика А.П. Виноградова (14-16 ноября 2023 года). Тезисы докладов, XXIII Симпозиум по геохимии изотопов имени академика А.П. Виноградова (14-16 ноября 2023 года). Тезисы докладов. / М: ГЕОХИ РАН, 2023, С. 163-165. (год публикации - 2023)

6. Морозова Л.Н., Скублов С.Г., Зозуля Д.Р., Серов П.А., Борисенко Е.С., Соловьева А.Н., Гаврильчик А.К. Li-Cs-Na-rich Beryl from Beryl-Bearing Pegmatite Dike No. 7 of the Shongui Deposit, Kola Province, Russia Geosciences, Geosciences. 2023. V. 13. 309. (год публикации - 2023)
10.3390/geosciences13100309

7. Зозуля Д.Р., Захаров Д.О. Многостадийная и долгоживущая (ок. 1000 млн лет) магмато-гидротермальная система Zr-REE-Nb-Th месторождений Кейвского щелочногранитного комплекса, Кольский полуостров: новые данные по U-Pb возрасту цирконов и изотопный состав кислорода Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН №20, Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН. 2023. №20. С. 103-111. (год публикации - 2023)
10.31241/FNS.2023.20.011

8. Соловьёва А.Н., Зозуля Д.Р., Савченко Е.Э., Чикирёв И.В. Особенности формирования гематитовых брекчий мыса Корабль (Кольский регион) по минералогическим данным Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН №20, Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН. 2023. №20. С. 459-467. (год публикации - 2023)
10.31241/FNS.2023.20.059

9. Зозуля Д.Р. Минералы Ti из Кейвских щелочногранитных пегматитов как индикаторы перехода от агпаитовой к миаскитовой минеральным ассоциациям и фракционирования Zr/Hf и Nb/Ta Щелочной и кимберлитовый магматизм Земли и связанные с ним месторождения стратегических металлов и алмазов. – Апатиты: КНЦ РАН, 2023., Щелочной и кимберлитовый магматизм Земли и связанные с ним месторождения стратегических металлов и алмазов, 2023. С. 156–161. (год публикации - 2023)
10.37614/978-5-91137-500-3.030

10. Соловьёва А.Н., Зозуля Д.Р. Гидротермальные гематитовые брекчии и жилы месторождения Мыс Корабль: минералогия и генезис Актуальные проблемы геологии, геофизики и геоэкологии, Актуальные проблемы геологии, геофизики и геоэкологии. — СПб: Свое издательство, 2023. — С. 223-226. (год публикации - 2023)

11. Морозова Л.Н., Зозуля Д.Р., Соколова Е.Н., Смирнов С.З. Кристаллофлюидные включения в сподумене и особенности внутреннего строения и химического состава минералов группы колумбита из редкометалльных пегматитов Колмозерского литиевого месторождения мирового уровня (Кольский полуостров, Россия) Всероссийская конференция «Минералообразующие системы месторождений высокотехнологичных металлов: достижения и перспективы исследований», Материалы конференции «Минералообразующие системы месторождений высокотехнологичных металлов: достижения и перспективы исследований». Москва, ИГЕМ РАН, 29 ноября – 01 декабря 2023 года. М.: ИГЕМ, 2023 - С. 122-124. (год публикации - 2023)

12. Морозова Л.Н., Балаганский В.В., Зозуля Д.Р., Серов П.А., Мудрук С.В. КОЛЬСКИЙ РЕДКОМЕТАЛЛЬНЫЙ ПЕГМАТИТОВЫЙ ПОЯС: ГЕОЛОГИЯ, ГЕОХИМИЯ, МИНЕРАЛОГИЯ (КОЛЬСКИЙ ПОЛУОСТРОВ) Добрецовские чтения: Наука из первых рук: Материалы Первой Всероссийской научной конференции, посвященной памяти Н.Л. Добрецова (1–5 августа 2022 г. Новосибирск, Россия) / Новосибирск: СО РАН, стр. 218-221 (год публикации - 2022)
10.53954/9785604782484

13. Морозова Л.Н., Смирнов С.З., Балаганский В.В., Соколова Е.Н., Базай А.В. СПОДУМЕН ИЗ РЕДКОМЕТАЛЛЬНЫХ ПЕГМАТИТОВ КОЛМОЗЕРСКОГО ЛИТИЕВОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ (КОЛЬСКИЙ ПОЛУОСТРОВ) Петрология и рудоносность магматических формаций (Материалы научной конференции), Петрология и рудоносность магматических формаций. Материалы научной конференции, посвященной памяти член-корреспондента АН СССР и РАН Г.В. Полякова и профессора А.Г. Владимирова. Новосибирск. 2022. С. 145-147. (год публикации - 2022)

14. Серов П.А., Морозова Л.Н. Нарушение Sm-Nd системы редкометалльных пегматитов Шонгуйского месторождения (Кольский полуостров): свидетельства и анализ причин Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН №20, Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН. 2023. № 20. С. 195-202. (год публикации - 2023)
10.31241/FNS.2023.20.024

15. Зозуля Д., Морозова Л.Н., Куллеруд К., Базай А. Nb-Ta-Sn oxides from lithium-beryllium-tantalum pegmatite deposits of the Kolmozero–Voronja belt, NW Russia: implications for tracing ore-forming processes and mineralization signatures Geosciences, 14(1), 9 (год публикации - 2024)
10.3390/geosciences14010009

16. Соколова Е.Н., Котляров А.В., Смирнов С.З., Морозова Л.Н., Носкова Д.Е. Особенности среды минералообразования при формировании редкометалльных пегматитов литиевых месторождений Колмозерского и Полмостундровского (Кольский полуостров, Арктический регион, Россия) Материалы Годичного собрания РМО «Минералогические исследования в интересах развития минерально-сырьевого комплекса России и создания современных технологий». Апатиты, 16 - 21 сентября 2024 г. , Апатиты: Изд-во ФИЦ КНЦ РАН, 2024. С. 158-159. (год публикации - 2024)
10.37614/978.5.91137.521.8.066

17. Соловьева А.Н., Зозуля Д.Р., Борисенко Е.С. Халькофильная (Ag, Sb, Hg, Cu, Pb) минерализация в гематитовых жилах Терского Берега, Кольский регион Актуальные проблемы геологии, геофизики и геоэкологии: материалы XXXV молодежной научной школы-конференции, посвященной памяти члена-корреспондента АН СССР К.О. Кратца и академика РАН Ф.П. Митрофанова, Петрозаводск, 1–4 октября 2024 г., Петрозаводск : КарНЦ РАН, 2024. C. 170-172 (год публикации - 2024)
10.17076/kratz2024-t

18. Соловьева А.Н., Зозуля Д.Р., Морозова Л.Н., Сафонов А.В. Апатит как индикатор минеральных типов и продуктивности редкометальных пегматитов (на примере Li-Be месторождений Кольского региона) Актуальные проблемы геологии, геофизики и геоэкологии: материалы XXXV молодежной научной школы-конференции, посвященной памяти члена-корреспондента АН СССР К.О. Кратца и академика РАН Ф.П. Митрофанова, Петрозаводск, 1–4 октября 2024 г. , Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2024. C. 167-169 (год публикации - 2024)
10.17076/kratz2024-t

19. Морозова Л.Н., Зозуля Д.Р., Скублов С.Г. Кольский редкометалльный пегматитовый пояс — важнейший источник стратегического минерального сырья (Li, Be, Nb, Ta, Cs) в России Разведка и охрана недр, №2. С. 36-40 (год публикации - 2024)
10.53085/0034-026X_2024_2_36

20. Левашова Е.В., Зозуля Д.Р., Морозова Л.Н., Скублов С.Г., Серов П.A. Zircon as an Indicator of Magmatic-Hydrothermal Transition in the Evolution of Rare Metal Pegmatite (using the example of the Kolmozero and Polmostundra lithium deposits, Kola Peninsula, Russia) Russian Geology and Geophysics, V. 65 (11), P. 1316–1333 (год публикации - 2024)
10.2113/RGG20244758

21. Соловьева А. Н., Зозуля Д. Р., Савченко Е. Э., Борисенко Е. С. Халькофильная минерализация в гематитовых жилах аметистового месторождения Мыс Корабль (Кольский полуостров): следствия для формирования Fe(Cu,Ag)-S-O парагенезисов Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Геология (год публикации - 2024)
10.17308/geology/1609-0691/2024/3/48-59

22. Соловьева А.Н., Зозуля Д.Р., Савченко Е.Э. Гидротермальные гематитовые жилы и брекчии с редкоземельной минерализацией аметистового месторождения Мыс Корабль (Кольский регион) Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Геология , № 4. С. 75–90 (год публикации - 2023)
10.17308/geology/1609-0691/2023/4/75-90

23. Кудряшов Н.М., Калинин А.А., Удоратина О.В., Кунаккузин Е.Л. Оценка температуры кристаллизации редкометалльных (Li, Cs) пегматитов месторождения Васин-Мыльк на основе насыщения расплава цирконием и термометрии циркона (Кольский регион) Материалы всероссийской конференции с международным участием «Геотермохронология: методы, фундаментальные и прикладные исследования» (г. Казань, 15-18 мая 2024), Казанский (Приволжский) Федеральный Университет. С.53-56 (год публикации - 2024)

24. Зозуля Д.Р., Скублов С.Г., Левашова Е.В. Уникальный высоко-Yb циркон из амазонитового пегматита г.Плоской, Кольский п-ов: следствия для выявления источников и эволюции месторождения Материалы Годичного собрания РМО «Минералогические исследования в интересах развития минерально-сырьевого комплекса России и создания современных технологий». Апатиты, 16 - 21 сентября 2024 г., Апатиты: Изд-во ФИЦ КНЦ РАН, 2024. С. 267-268 (год публикации - 2024)
10.37614/978.5.91137.521.8.112

25. Морозова Л.Н., Зозуля Д.Р., Скублов С.Г. Стратегические металлы (Be, Nb, Ta, Li) месторождений Кольского редкометалльного пояса (Арктическая зона, Кольский полуостров, Россия) Материалы III Научно-практической конференции "Минерально-сырьевая база металлов высоких технологий: освоение, воспроизводство, использование", Москва, ФГБУ «ВИМС», 21-22 ноября 2023 г., М.: ФГБУ «ВИМС», 2024 – С. 110-113 (год публикации - 2024)

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
1. Установлены минералогические критерии степени рудоносности Li пегматитов Кольского редкометального пояса. Так, увеличение Mn в апатитах и гранатах из Li пегматитов согласуется с их степенью рудоносности («бедные» руды Охмыльк, «рядовые» Полмостундровские и «богатые» Колмозерские) и, скорее всего, связано с ростом степени фракционирования и увеличением содержания Mn и Fe в остаточных расплавах. 2. Открытие высоко-Rb-Cs лепидолита в альбит-сподуменовых пегматитах Полмостундровского поля повышает рудный потенциал месторождения за счет вовлечения в переработку второго по значению, после сподумена, литиевого минерала и повышения комплексности (Li-Rb-Cs) минерального сырья. 3. Циркон является информативным показателем эволюции редкометальных пегматитов (магмато-гидротермального перехода, физико-химических условий кристаллизации, состава и изменения флюидной фазы, степени фракционирования и, как следствие, насыщения рудными компонентами (Li, Ta, REE)) и источников пегматитового расплава для разных минерально-геохимических систем (LCT, NYF, NYF-LCT типы).

Публикации

Возможность практического использования результатов
Разработанные в ходе выполнения минералогические и геохимические критерии типизации редкометальных пегматитов по минеральному типу и степени рудоносности могут быть использованы для повышения эффективности поисково-разведочных работ.