Введение к работе
Актуальность проблемы определяется широким развитием в высокотемпературном ореоле гипабиссальных габбро-гра-нитоидных интрузий метасоматических процессов, обусловленных отделением из базальтовых расплавов флюидов, их реакциями с интрузивными и вулканогенными породами верхних структурных этажей, и важнейшей ролью этих процессов в формировании химического состава скарно- и рудообразующих растворов.
Цель работы — определение физико-химических особенностей развития процессов метасоматоза магматических пород базальтового состава на примере моделей с хлоридными растворами различного состава и кислотности при температурах 600—800 С и давлении 1 кбар и выявление условий, при которых процессы метасоматоза могут привести к генерации расплавов гранитного состава.
Задачи исследований: 1) определение растворимости пет-рогенных элементов, форм их миграции в хлоридных растворах и влияния концентрации хлора на формирование катионного состава растворов; 2) изучение влияния концентрации кислотного хлоридного компонента на изменения минерального состава ме-тасоматитов; 3) изучение особенностей формирования минерального состава метасоматитов в натриевых, калиевых и калий-натриевых хлоридных растворах различной кислотности; 4) определение условий образования в процессах метасоматоза базальта расплавов гранитного состава; 5) определение влияния состава и кислотности хлоридных растворов на изменения состава расплавов; 6) оценка рудоносности магматических и постмагматических растворов.
Научная новизна. Впервые выполнено систематическое экспериментальное изучение процессов метасоматоза и гранитизации пород базальтового состава в хлоридных растворах при температурах 600—800 С и давлении 1 кбар. Получен блок согласованных данных по закономерностям изменения состава хлоридных растворов и метасоматитов. В координатах: ТС — lg mNaCi/mHcb lg Шксі/шцсь lg піка+шсі/тнсі определены области, где процессы метасоматоза базальта приводят к образованию расплавов кварц-альбит-ортоклазового состава. Получены новые данные по механизму образования кислых расплавов и экспериментально доказана возможность образования расплавов путем конденсации их из растворов.
Практическое значение результатов диссертации определяется возможностью использования количественных экспериментальных данных для интерпретации процессов, происходящих в условиях отделения из базальтовых расплавов хлоридных флюидов, их реакций с интрузивными и вулканогенными породами базальтового состава, и для оценки рудоносности магматических и постмагматических флюидов.
Основные защищаемые положения: - V. Основными компонентами водных растворов, находящихся в равновесии с породами базальтового состава, являются кремний и щелочные элементы, что предопределяет их слабощелочную специфику. Влияние хлора на экстракцию из пород других петрогенных элементов начинает проявляться лишь при переходе через точку нейтральности в кислую область. Увеличение концентрации кислотного хлоридного компонента приводит к разделению петрогенных элементов: обогащению растворов натрием, калием, железом, кальцием и накоплению в продуктах реакций магния, кремния, алюминия и титана.
-
В процессах кислотного метасоматоза изменения химического и минерального состава пород определяются различиями в миграционной подвижности петрогенных элементов. Повышение в растворах концентрации НС1 приводит к смене бескварцевых амфибол-плагиоклазовых ассоциаций кварцсодержащимн, увеличению в метасоматитах содержания кварца и плагиоклаза за счет инконгруэнтного растворения темноцветных минералов, уменьшению железистости и глиноземистости амфиболов. В условиях высокой кислотности хлоридных растворов стабильной становится ассоциация кварца с магнезиальными минералами — тальком, антофиллитом или кордиеритом.
-
Интенсивное проявление процессов натриевого метасоматоза характерно лишь для растворов пониженной кислотности. Образование кварц-альбит-амфиболовых метасоматитов возможно лишь в условиях совместного привноса натрия и кремния растворами в зону реакций. Процессы калиевого метасоматоза могут развиваться в более широком диапазоне активности НС1 и для образования биотит-кварц-полевошпатовых метасоматитов дополнительный привнос кремния растворами не является обязательным условием.
При температурах выше 700 С и давлении 1 кбар процессы калиевого и калий-натриевого метасоматоза базальта в кислых хлоридных растворах приводят к образованию расплавов кварц-альбит-ортоклазового состава. В условиях привноса крем-
незема область образования расплавов расширяется в сторону растворов с пониженной кислотностью. Повышение концентрации кислотного хлоридного компонента приводит к снижению температур образования первых выплавок от 730 до 700 С. Образование расплавов кварц-альбитового состава в растворах хлорида натрия происходит при температурах выше 750 С в условиях привноса кремния растворами и их пониженной кислотности.
-
Процессы высокотемпературного метасоматоза пород базальтового состава в растворах хлоридов щелочных элементов и образования кислых расплавов развиваются синхронно и ведущим механизмом генерации расплава являются процессы конденсации его из флюидной фазы, насыщенной кремнием и алюминием до уровней концентраций, равновесных с кварцем и щелочными полевыми шпатами. Состав генерируемых расплавов определяется не только соотношениями калия и натрия в растворах, но и их кислотностью. Увеличение активности кислотного хлоридного компонента приводит к изменениям коэффициентов распределения калия и натрия между флюидом и конденсированными фазами и увеличению в выплавках содержания ортоклазового компонента.
-
Проведенные экспериментальные исследования позволяют обосновать модель формирования контрастных базальт-риолитовых и габбро-гранитных ассоциаций и высокотемпературного метасоматического ореола габбровых интрузий под воздействием потока кремнещелочных хлоридных растворов, отделяющихся из базальтового расплава, и произвести оценку состава и кислотности скарно- и рудообразуюших растворов.
Фактический материал и методы исследований. Диссертация представляет собой итог исследований автора, проведенных в 1974—1986 гг. в Институте геологии и геохимии им. акад. А.Н.Заварнцкого и в 1987—1997гг. в Институте минералогии УрО РАН. Финансирование работ осуществлялось через госбюджет и благодаря поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту № 94-05-16699: «Экспериментальное изучение высокотемпературного кислотного метасоматоза магматических пород основного состава».
Постановке экспериментов предшествовали работы по изучению особенностей строения и состава гипабиссальных габб-ро-гранйтоидных комплексов Урала и, ассоциированных с ними, скарново-магнетитовых месторождений. Исследования этого этапа позволили создать рабочую модель формирования
магматических и метасоматических образований для ее дальнейшей экспериментальной проверки.
Всего проведено около 1000 опытов по изучению: 1) растворимости петрогенных элементов в воде, хлоридных растворах различного состава и кислотности и в растворах с добавками фторидов, 2) минеральных равновесий в системах с оливином, пироксеном, роговой обманкой, базальтом, габбро и растворами НС1, 3) минеральных равновесий и условий образования кислых расплавов в системах: базальт-Н20-КаС1 -НС1+ Si02, базальт-Н20-КС1-НС1 + Si02, базальт-НгО-NaCl-KCl-HCl ± Si02, 4) механизма образования кислых расплавов.
Эксперименты проводились ампульным методом на гидротермальной установке высокого давления, позволяющей производить закалку в изобарических условиях и вести контроль за температурой и давлением.
Публикации и апробация работы. По теме диссертации опубликовано более 40 работ, в том числе монография и препринт. Основные положения работы докладывались: на ежегодных Всесоюзных семинарах экспериментаторов в ГЕОХИ АН СССР в 1975—1990 гг., XI и XII Всесоюзных совещаниях по экспериментальной минералогии (1986, 1991 г.), XIII Всероссийском совещании по экспериментальной минералогии (1995 г.), IV Всесоюзном минералогическом семинаре «Минеральные кларки и природа их устойчивости» (г. Душанбе, 1986 г.), 2-м региональном совещании «Минералогия Урала» (г. Миасс, 1990 г.), 9-м Европейском геологическом конгрессе (г. Страсбург, 1997 г.), VI Уральском петрографическом совещании (г. Екатеринбург, 1997), на международной конференции «Физико-химические и петрофизические исследования в науках о Земле» (г. Москва, 1997).
Структура и объем диссертации. Диссертация общим объемом 220 маш. стр. состоит из введения, 6-ти глав, заключения и списка литературы из 286 наименований. Она содержит 38 таблиц и 67 рисунков и фотографий. В главе 1 на основании литературных данных и результатов исследований автора сформулирована общая концепция развития магматических и метасоматических процессов в областях проявления мантийного базальто-идного магматизма. В главе 2 дана характеристика методики и техники экспериментальных работ. Глава 3 посвящена изучению растворимости петрогенных элементов и закономерностям формирования химического состава хлоридных растворов. В главе 4
