Содержание к диссертации
Введение-3
Методика исследования-7
Глава 1. Проблемы происхождения редкометальных гранитоидов-18
1.1. Вопросы терминологии-18
1.2. Основные)Гипотезы происхождения редкометальных гранитоидов-26
1.3. Генезис редкометальных гранитоидов в свете экспериментальных данных-28
1.4. Количественные модели образования редкометальных гранитоидов-29
Глава 2. Геологическая характеристика региона и объекта исследования-33
2.1. Основные черты геологического строения региона исследования-33
2.2. Состояние изученности Шумиловского интрузива-38
2.3. Геологическое строение Шумиловского интрузива-41
Глава 3. Петрография и минералогия пород интрузива-44
3.1. Петрографическая характеристика пород-44
3.2. Химизм породообразующих минералов-53
Глава 4. Петролого-геохимическая характеристика пород-73
4.1. Макрокомпонентный состав-73
4.2. Микроэлементный состав-82
4.3. Геохимическая типизация гранитоидов интрузива-93
Глава 5. Модель образования редкометальных гранитоидов Шумиловского интрузива-104
5.1. Физико-химическая модель-104
5.2. Балансовая петрологическая модель-118
5.3. Геохимическая модель-129
Заключение-145
Список использованной литературы-146
Введение к работе
Представленная работа посвящена проблеме генезиса литий-фтористых редкометальных гранитов Шумиловского интрузива в Центральном Забайкалье, вмещающего одноименное крупное вольфрамовое грейзеновое месторождение. Шумиловское месторождение, расположенное в пределах Асакан-Шумиловского рудного узла активно изучалось во второй половине прошлого века. Однако основные исследования были посвящены рудоносным греизеновым и жильным телам и в меньшей степени касались изучения ассоциирующих с ними редкометальных гранитов, которые, согласно концепции Беуса с коллегами (1962) рассматривалась как вторичные метасоматические образования. Полученные в то время данные о первичных магматических породах в пределах Шумиловского интрузива и характере их взаимоотношений весьма фрагментарны и неоднозначны.
Появление новой концепции магматического генезиса литий-фтористых редкометальных гранитов (Коваленко, Коваленко, 1976) дополнительно стимулировало экспериментальное и эмпирическое изучение подобных пород в Забайкалье и соседней Монголии, в результате чего была доказана магматическая природа не только самих редкометальных гранитов, но и ряда типоморфных для них минералов (литиевых слюд, топаза, флюорита, касситерита, колумбита), считавшихся сугубо метасоматическими.
Однако, несмотря на длительную историю существования магматической концепции и значительное число ее. сторонников, на сегодняшний день в петрологии редкометальных гранитов остается нерешенным целый ряд вопросов. В первую очередь это причина возникновения таких специфических по составу магм, которые рассматриваются либо как продукты длительной дифференциации обычного гранитного расплава, либо как породы, сформировавшиеся из расплавов, изначально обогащенных летучими и редкими элементами. Практическая сторона этого вопроса связана с выяснением взаимоотношений между биотитовыми и микроклин альбитовыми фанитами, часто слагающими единые многофазные интрузивные тела, а также с оценкой роли магматических процессов в накоплении рудного вещества при формировании конкретных месторождений, ассоциирующих с массивами редкометальных фанитов.
Названные проблемы актуальны и для Шумиловского интрузива, который сложен биотитовыми и лейкократовыми фанитами, а также микроклин-альбитовыми фанитами и онгонитами. Однако широкое развитие в породах наложенных метасоматических процессов часто мешает непосредственно идентифицировать их первичные магматические черты. Поэтому основной целью настоящего исследования являлось создание количественной петролого-геохимической модели образования редкометальных фанитов интрузива, которая позволяет по сохранившимся фрагментам неизмененных пород в полном объеме реконструировать процессы дифференциации магматического расплава и прогнозировать поведение редких, в том числе и рудных элементов на всех стадиях его дифференциации.
Для достижения поставленной цели на начальном этапе была проведена ревизия имеющегося каменного и аналитического материала (240 образцов, 150 шлифов и 217 анализов), в результате чего была сформирована коллекция неизмененных магматических пород интрузива и дальнейшая работа проводилась только в пределах этой выборки. Выполненные детальные петрофафические, минералогические и петролого-геохимические исследования материала позволили получить комплексную характеристику химизма первичных магматических пород и минералов и направленности их дифференциации. Затем, на основе этих данных были оценены интенсивные параметры формирования пород и построена количественная модель образования редкометальных фанитов интрузива. Полученные результаты могут быть использованы для прогноза поведения редких и рудных элементов при магматической дифференциации других редкометальных гранитных систем.
Структура работы:
В первой главе рассмотрены вопросы терминологии и классификации литий-фтористых редкометальных гранитов, а также дан обзор экспериментальных исследований синтетических и природных кислых глиноземистых расплавов, богатых летучими компонентами. Там же представлены существующие модели происхождения редкометальных гранитоидов.
Вторая глава посвящена геологическому строению Шумиловского интрузива, а также его региональному положению.
В третье главе приводятся результаты петрографических и минералогических исследований основных разновидностей магматических пород интрузива.
Четвертая глава включает в себя петролого-геохимическую характеристику пород интрузива и особенностей вариации их составов. Там же представлена геохимическая типизация пород и приведено сопоставление их с редкометальными гранитоидами различных регионов мира. Пятая глава посвящена построению количественной модели формирования редкометальных гранитов интрузива и прогнозу поведения редких, в том числе и рудных элементов в процессе магматической дифференциации расплава.
Работа была выполнена в лаборатории геохимии редких элементов НИИЗК СПбГУ. Каменный материал для исследования был получен в ходе полевых работ 1982-1986 гг., выполнявшихся коллективом лаборатории в рамках хоздоговорных работ НИИЗК ЛГУ с Читинским производственным геологическим объединением. В работе использованы также литературные данные по редкометальным гранитоидам различных регионов мира. Подробнее эта информация представлена в разделе "Методика исследования".
Основные положения работы были представлены на III международной конференции "Геология в школе и ВУЗе" (С.-Петербург, 2003); на XXI Всероссийском семинаре по геохимии магматических пород (Апатиты, 2003);
на LVII Герценовских чтениях (С.-Петербург, 2004); на ежегодных семинарах по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии ЕСЭМПГ (Москва, 2004, 2006, 2007); на Международной конференции памяти ак. А.Н.Заварицкого "Геология и металлогения ультрамафит-мафитовых и гранитоидных ассоциаций складчатых областей" (Екатеринбург, 2004); на XXI Всероссийской молодежной конференции "Строение литосферы и геодинамика" (Иркутск, 2005); на Всероссийском петрографическом совещании "Петрография в XXI веке" (Апатиты, 2005); на XV и XVI конференциях молодых ученых в области наук о Земле, посвященных памяти К.О.Кратца (Санкт-Петербург, 2004; Апатиты, 2005); на 12-м Международном Симпозиуме IAGOD (Москва, 2006) и изложены в 13 печатных работах, включая статьи и тезисы.
Автор выражает признательность своему научному руководителю д.г.-м.н. Л.Ф.Сырицо, при содействии которой и внимании со стороны коллектива каф. геохимии СПбГУ выполнялась данная работа. Существенную помощь при проведении аналитических исследований оказали Т.Б.Попова (СПбГПУ), к.г.-м.н. Л.П.Коробейникова и В.АЛрмолинская (ОАО "Научные приборы"), а также А.А. Николаев (ООО «Инструменте»). Автор также выражает признательность А.Т.Маслову и В.А.Васильевой (ВСЕГЕИ), способствовавшим проведению отдельных этапов исследования. Автор глубоко признательна за своевременную поддержку и внимание к работе член-корр. РАН, д.г.-м.н. В.А Глебовицкому, а также к.г.-м.н. В.П. Ковачу (ИГГД РАН). Отдельную благодарность хочется выразить С.А.Абушкевичу (ЗабНИИ) за предоставленные фондовые материалы по объекту исследования, а также д.г.-м.н. Г.С. Бискэ, д.х.н. Ю.П.Костикову (СПбГУ) и профессору М. Штемпроку (Карлов Университет, Прага) за консультации и ценные замечания при обсуждении отдельных положений диссертации. Создание этой работы было бы невозможно без постоянного содействия со стороны Эрика Викторовича Табунса, который способствовал становлению автора как самостоятельного исследователя.
Методика исследования
Аналитические исследования пород
В основу работы положены результаты исследований 240 образцов, 150 шлифов и 217 анализов различных типов пород интрузива, из которых была сформирована рабочая выборка первичных магматических пород в количестве ПО образцов и проб. Основу фактографического материала составляют 2300 элементоопределений рудных, петрогенных и индикаторных элементов, выполненных различными методами. Содержания петрогенных элементов в породах (Si, А1, Ті, Fe2+, Fe3+, Mn, Mg, Ca, Na, K, P) определялись методом классической "мокрой" химии (40 проб), F — методом ионселективных электродов (57 проб, аналитик И.Г.Фирсанова). Оценки содержания щелочных и редких щелочных элементов (Na, К, Li, Cs) проводилось методом фотометрии пламени (108 проб) в НИИ Земной коры СПбГУ (аналитик Д.И. Прудников). Концентрации Ті, Fe, Mn, Zn, Rb, Sr, Zr, Nb были определены в 27 пробах на энергодисперсионном рентгенофлуоресцентном анализаторе РЕАН в ОАО "Научные приборы" (аналитик Ярмолинская В.А.). Параметры измерения представлены в табл. 1.
Оценки концентрации Rb и Sr рентгено-флуоресцентным методом проводились также в Химико-аналитической лаборатории ВСЕГЕИ, где были проанализированы 108 проб гранитов на Rb и Sr (аналитик В.Н. Топорский).
Кроме того, в 12 представительных пробах гранитоидов была проведена оценка содержаний широкого круга микроэлементов (Li, Be, Sc, Ті, V, Cr, Mn, Mg, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Sn, Cs, Ba, Hf, Та, W, Tl, Pb, Bi, Th, U и REE) методом ICP-MS. Измерения проводились на приборе PlasmaQuad 3 производства фирмы "VG Elemental" в лаборатории масспектроскопического анализа «Инструменте» (аналитик А.А. Николаев). Для контроля точности и правильности анализа и дрейфа относительной чувствительности прибора для каждой серии проб проводились измерения стандартного образца BCR-1. Калибровка прибора для анализа концентраций редкоземельных элементов проводилась по многоэлементному стандартному раствору редкоземельных элементов производства фирмы Matthew Johnson.
Пределы обнаружения, оцененные с учетом контрольного холостого опыта, составляют в большинстве случаях составляло 0,01 мкг/кг. Относительная ошибка определения концентраций для большинства элементов не превышала 10-15% (рис. 1). Для Br, Se, Sb, As и Ag наблюдались существенные отклонения от рекомендованных величин и в работе эти элементы в дальнейшем не использовались.
Полученные аналитические данные в целом по порядку величин не противоречат результатам предшествующих исследователей, оценивавших концентрации отдельных групп элементов (Козлов и др., 1974; Омельяненко и др., 1974; Гетманская, Чернов, 1976; Шеремет и др., 1977; Сырицо и др., 1998). Однако, в отдельных случаях наблюдается плохая сходимость с результатами, полученными данными исследователями в 70-х годах прошлого века методом спектрального анализа.
