Введение к работе
Актуальность работы. На современном этапе развития геохимии уже недостаточна простая констатация каких-либо особенностей поведения элементов; необходимо их количественное обоснование. Аналогичная задача стоит и в минералогии при изучении поведения минералов. В связи с широким использованием структурного и химического типоморфизма калиевых полевых шпатов (КПШ) для реконструкции геологических процессов представляется своевременным выявление исходного (кристаллизационного) состояния структуры КПШ, диагностика которого позволит более объективно, на количественной основе, выделять его генерации и неизмененные разности.
Алюмосиликатно-флюидные системы с рудными элементами до сих пор изучены недостаточно как в отношении изоморфизма, так и в смысле получения надежных данных по межфазовому распределению компонентов. Все это затрудняет решение таких важных проблем теории рудообразоваиия, как идентификация источников рудного вещества и выявление физико-химических факторов, способствующих фиксации рудных элементов в кристаллических структурах силикатов или, напротив, их высвобождению из определенных минералов горных пород. В настоящей работе эти вопросы рассматриваются на частном примере алюмосиликатно-флгоидных систем с КПШ и рудными элементами переменной валентности - РЬ и Fe.
Основные задачи работы сводились к тому, чтобы:
определить исходное (кристаллизационное) структурное состояние КПШ, доказать его устойчивость (стационарность) и обосновать геохимическое значение этого состояния;
изучить структурные особенности изоморфных смесей КПШ с соответствующими РЬ - и Fe - миналами и определить условия, способствующие образованию РЬ или Fe -содержащих КПШ в различных фазовых ассоциациях;
установить величины коэффициентов распределения РЬ и Fe между водно-солевым флюидом и КПШ в заданном (стандартном) состоянии упорядочения и оценить влияние летучести кислорода на коэффициенты распределения (сокристаллизации) и концентрации элементов во флюиде.
Научная новизна работы состоит в следующем. 1. Впервые осуществлен гидротермальный синтез достаточно
крупных кристаллов КПШ с примесями РЬ и Fe, определены оптимальные условия их роста, поля синтеза, взаимоотношения с другими силикатными фазами в подсистемах системы Si02-Al203-Pb02-Fe203-
кон-н2о.
-
Синтезированы смешанные кристаллы K(Fe,Al)Si,1Oe достаточно высокого качества, что позволило впервые провести прецизионные исследования их кристаллической структуры и состояния железа.
-
Впервые проведены широкие исследования структурного состояния КПШ при его кристаллизации в гидротермальных условиях в зависимости от температуры, скорости роста кристаллов и летучести кислорода в ростовой среде; установлено наличие при кристаллизационном упорядочении КПШ стационарного состояния, характеризующегося параметром упорядочения 2^=0.6.
-
Представлены первые надежные оценки коэффициента распределения РЬ и коэффициентов сокристаллизации Fe и А1 в системе КПШ - надкритический водно-щелочной флюид при различных значениях летучести кислорода.
-
Впервые экспериментально обоснована «в чистом виде» (т.е. в отсутствии каких-либо комплексообразователей кроме компонентов воды) роль летучести кислорода как фактора флюидной мобилизации РЬ и Fe в алюмосиликатно-флгоидных системах.
-
Впервые на экспериментальной основе дано объяснение постоянно низкой железистости природных КПШ.
Практическое значение полученных результатов состоит, во-первых , в том, что экспериментально выявленное кристаллизационное (исходное) состояние структуры КПШ может использоваться для объективного выделения генераций и неизмененных разностей этого минерала, что важно для применения двуполевошпатового геотермометра, определения абсолютного возраста минералов и пород К-Аг методом, диагностики процессов воздействия на калишпатсодержа-щие породы постмагматических флюидов.
При использовании структурного типоморфизма КПШ следует учитывать, во-первых, высокую вероятность образования его неупорядоченной формы в относительно низкотемпературных процессах (< 500С). Во-вторых, практическую ценность представляют данные об условиях и пределах вхождения в КПШ рудных элементов переменной валентности (Pb, Fe), а также количественные оценки коэффициентов их межфазового распределения в алюмосиликатно-2
флюидных системах. Эти сведения конкретизируют факторы, интенсифицирующие флюидную мобилизацию рудного вещества, а также определяют возможные условия формирования калишпатсодержа-щих пород с повышенным рудным потенциалом, что имеет исключительное значение для выявления генетических связей оруденения с определенными типами пород. В третьих, знание упомянутых коэффициентов необходимо при физико-химическом моделировании геохимических процессов, поскольку их надежная теоретическая оценка является пока нерешенной проблемой. Полученные данные могут быть использованы для реконструкции составов высокотемпературных флюидов в отношении концентраций рудных элементов по содержаниям их изоморфных форм в КПШ определенного структурного состояния.
Апробация работы и публикации.
Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 4 статьях и 4 тезисах докладов. Результаты работы обсуждались на XI Всесоюзном совещании по экспериментальной минералогии и V Всесоюзном симпозиуме по кинетики и динамике геохимических процессов (Черноголовка, 1906 и 1989 гг.), на IV Всесоюзном совещании по ядерно-спектроскопическим исследованиям сверхтонких взаимодействий в г.Ужгороде (1991 г.), на 2 Международном симпозиуме по термодинамике природных процессов в г.Новосибирске (1992 г.), на чтениях памяти Л.В.Чернышева в Инстите геохимии СО РАН (1994 г.).
Основой работы послужили результаты исследований, проведенных в лаборатории экспериментальной геохимии Института геохимии им. А.П.Виноградова СО РАН. Исходя из поставленных задач, автором проведено более 200 опытов по гидротермальной кристаллизации силикатов и изучению распределения РЬ и Fe между КПШ и щелочным раствором, результаты которых использованы в работе.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и заключения, изложена ua^iS страницах текста, содержит 13 таблиц, 19 иллюстраций, список литературы насчитывает /3$ наименований.
Автор выражает искреннюю признательность научному руководителю, доктору химических наук, В.Л.Таусону за руководство работой и постоянную помощь.
Автор благодарит профессора Б.М.Шмакина, д.г.-м.н. Э.Э.Сенде-рова, д.г.-м.н. В.С.Антипина, к.г.-м.н. А.М.Бычкова,
д.г.-м.н. А.И.Альмухамедова, к.г.-м.н. Д.С.Глюка,к.г.-м.н. В.М.Макагона, К.Г.-М.Н. Л. Д.Зорину, д.г.-м.н. Д.Ю.Пущаровского, к.г.-м.н. Т.Н.Надежину, к.ф.-м.н. В.П.Кальчева, к.г.-м.н. В.Г.Изотова, профессора А.И.Бахтина, К.ф.-м.н. Л.Ф.Суворову, к.ф.-м.н. Г.Г.Афонину, Л.А.Богданову, Т.М.Пастушкову, О.А.Пройдакову, Г.А.Погудину за оказанную помощь и за совместные обсуждения результатов работ.
