Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ З
ГЛАВА 1. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 13
Общие сведения о флюидных включениях (литературный обзор) 13
Обоснование выбора объектов и методов исследований 27
Термометрическая и аналитическая техника 32
Некоторые особенности интерпретации термобарогеохимических данных 35
Особенности образования первичных включений при гетерогенном (эмульсионном)
состоянии минералообразующей среды 35
Водосодержание в гранитных магматических расплавах 36
Выводы 46
ГЛАВА 2. ТЕРМОБАРОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ФОРМИРОВАНИЯ
ГРАНИТОИДОВ МАГНЕТИТ-СЕРЕБРО-ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО
МЕСТОРОЖДЕНИЯ ФАСОЛЬНОЕ (ЩЕРБАКОВСКОЕ РУДНОЕ ПОЛЕ) И
ПРОБЛЕМА РУДОНОСНОСТИ ГРАНИТОИДНЫХ ИНТРУЗИЙ 50
Основные черты геологического строения месторождения 50
Термобарогеохимическая характеристика гранит-порфиров 63
Термобарогеохимическая характеристика лейкократовых гранитов 69
Термобарогеохимическая характеристика палеогидротерм 75
Включения в кварце кварц-магнетит-гематит-эпидот-гранатовых прожилков....75
Включения в кварце рудных жил сульфидной ассоциации. 80
Выводы 83
ГЛАВА 3. ТЕРМОБАРОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ФОРМИРОВАНИЯ
МЕСТОРОЖДЕНИЯ ОЛОВА ВЕРХНЕЕ (КАРАДУБСКОЕ РУДНОЕ ПОЛЕ,
ХИНГАНО-ОЛОНОЙСКИЙ РАЙОН, ЕАО) И ПРОБЛЕМА МЕТАЛЛОНОСНОСТИ
ПАЛЕОГИДРОТЕРМ 89
Основные черты геологического строения месторождения 90
Кварц-топазовая ассоциация 94
Эволюция параметров минералообразования 98
Касситерит-кварцевая (продуктивная) ассоциация 102
Эволюция параметров рудообразования 105
Редкоземельно-флюоритовая ассоциация 109
Эволюция параметров минералообразования 112
Дискретность минералообразования и главные факторы формирования богатых руд
Выводы 116
ГЛАВА 4. ТЕРМОБАРОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ФОРМИРОВАНИЯ
ГЕЛЬЦИРКОН-БАДДЕЛЕИТОВЫХ РУД МЕСТОРОЖДЕНИЯ АЛГАМА
(АЛДАНСКИЙ ЩИТ) И ПРОБЛЕМА ИССЛЕДОВАНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
РЕДКИХ МИНЕРАЛЬНЫХ ТИПОВ 118
Основные черты геологического строения месторождения 118
Типы руд и их структурно-текстурные особенности 123
Фактический материал и методы исследования 126
Термобарогеохимическая характеристика палеогидротерм 132
Устойчивость ассоциации ZrSi04 - ЭЮг - Zr02 в карбонатных и щелочных растворах141
Выводы 145
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 148
ЛИТЕРАТУРА
Введение к работе
Актуальность исследований. Проблема образования рудных месторождений, обязанных своим происхождением магматическим эманациям, всегда вызывала у геологов большой интерес, являясь предметом острых дискуссий. Решение ряда важных для геологии вопросов, таких как роль магматизма в гидротермальном рудообразовании, условия и причины генерации и транспортировки рудных компонентов, конкретизация источников рудообразующих металлоносных растворов, возможно лишь при наличии объективной информации о физико-химических параметрах магмо- и рудообразования. Одним из наиболее перспективных в этом плане является термобарогеохимический метод, основанный на выявлении и разностороннем изучении первичных включений в минералах магматических пород и ассоциированных с ними рудных образований, с последующим сопоставлением составов магматических флюидов и рудообразующих растворов. Применение метода термобарогеохимии предусматривает установление последовательности захвата флюидных включений в минералах магматических пород рудно-магматических систем и в различных минеральных ассоциациях месторождений, реконструкцию по флюидным включениям таких параметров, как температура, соленость, газосодержание и металлоносность магматических флюидов и палеогидротерм, выяснение уровня металлоносности флюидов, ответственных за рудообразование, установление природы металлоносных растворов.
Богатая информация, полученная в результате изучения включений, используется непосредственно при поисках и разведке рудных месторождений; флюидные включения, содержащие углеводороды и воду, позволяют решать спорные вопросы, касающиеся механизма первичной миграции нефти; для исследований в области химии растворов включения являются прекрасными образцами автоклавов, позволяющих наблюдать поведение фаз при высоких температурах и давлениях. Они позволяют выяснять различные вопросы петрогенезиса и тектоники в сложных сериях магматических и метаморфических пород, а также прогнозировать вулканические извержения. В геммологии включения являются единственным надежным инструментом, при помощи которого специалисты могут отличить природный драгоценный камень от его искусственного аналога.
Вопрос об источниках рудообразующих растворов - один из наиболее важных в теории рудогенеза. Для большинства геологов, занятых поисками и
'Щ исследованием гидротермальных месторождений вольфрама, олова, молибдена,
золота и других металлов, закономерный характер связи этого оруденения с гранитоидными интрузиями представляется несомненным. Имеются факты, позволяющие трактовать указанную связь как генетическую, т.е. считать, что рудоносные растворы являются дериватами рудоматеринской интрузии. Большое значение для формирования этих взглядов имеет почти повсеместная пространственная приуроченность рассматриваемых месторождений к гранитным массивам или их экзо- и эндоконтактам, зональное расположение оруденения относительно гранитных массивов, многократное чередование во времени проявлений гидротермальной и магматической деятельности. Кроме геологических фактов, существуют общие теоретические положения и эмпирические закономерности, подтверждающие правомерность признания генетической связи оруденения с гранитоидным магматизмом. В результате экспериментального исследования водно-силикатных систем получено надежное физико-химическое обоснование представлений о неизбежности отделения
; магматогенных гидротермальных растворов (дистиллята) от кристаллизующейся
магмы. Расчеты, основанные на эмпирическом материале, а также на термодинамических методах оценки рудогенерирующей способности гранитной магмы, свидетельствуют о том, что при благоприятных условиях месторождения могут образовываться при дегазации даже сравнительно небольших гранитных интрузий.
Несмотря на убедительность аргументов в пользу генетической связи
оруденения с интрузиями, во многих случаях они не содержат прямых
доказательств такой связи, а лишь свидетельствуют о ее принципиальной
возможности. Пространственную и временную совмещенность месторождений
многих металлов с гранитными интрузиями можно также объяснить совпадением
путей движения магматических и гидротермальных продуктов общего глубинного
источника. Металлы могут извлекаться как из породы уже затвердевшего
гранитного массива, так и из вмещающих его пород. В этот процесс могут
вовлекаться нагретые в околоинтрузивной зоне метеорные воды. Сам интрузив,
i^ являясь источником тепловой энергии, создает вокруг себя термоградиентное
поле, под влиянием которого происходит закономерное перераспределение металлов. В большинстве случаев такая интерпретация не противоречит
геологическим наблюдениям и указывает на возможность иного способа образования месторождений и рудопроявлений.
Достаточно обоснован еще один из теоретически возможных способов образования рудных месторождений, который предполагает существование вертикально протяженных магматических колонн, играющих роль эффективных проводников мантийных металлоносных флюидов.
Таким образом, в теории существует возможность нескольких вариантов связей между магматическими и гидротермальными процессами, но выяснить, какой из них является ведущим в природных условиях, можно только посредством изучения конкретных объектов. Именно поэтому в настоящее время особый интерес представляют данные о характере связи реальных месторождений с конкретными гранитоидными интрузиями.
Одна из самых серьезных проблем теории гидротермального рудообразования - проблема металлоносное растворов. Существенная роль растворов, расплавов, раствор-расплавов или какой-либо иной субстанции, способной концентрировать рудное вещество, интуитивно предполагалась многими исследователями. Один из ведущих специалистов в области геохимии рудообразующих растворов Х.Л. Варне, обобщив имеющиеся данные, пришел к заключению, что «....они свидетельствуют о высокой концентрации серы и металлов в рудных растворах, намного превышающей 10 мг/л. Тем не менее отсутствие точных данных о концентрации металлов и серы в рудных растворах остается досадным препятствием для процесса рудного переноса» [Варне, Таманский, 1970]. В более поздней его работе [Варне и др., 1982] сообщается, что «...для руд железа, цинка, свинца и меди рудообразующие растворы несут n х 10 - п х 10"3 мг/л общего металла», и это определение интервала концентраций было первой и очень важной количественной информацией, т.к. расшифровка геохимической истории рудообразующих компонентов немыслима без количественных данных о содержании металлов [Рейф, 1990, 1992]. Количественные определения содержаний вольфрама, молибдена, других металлов в России стали возможны относительно недавно, благодаря разработке в ГИН СО РАН Ф.Г.Рейфом. и Ю.М.Ишковым [Ишков, Рейф, 1990] методики лазерно-спектрального анализа (ПСА) жидкой фазы флюидных включений. С момента создания первого варианта методики она постоянно совершенствовалась, и к настоящему времени по своим характеристикам (абсолютные пределы обнаружения, размер исследуемых включений и т.д.)
имеет преимущества при сопоставлении с методиками - аналогами, разработанными в других странах мира.
Большой объем информации по обсуждаемой проблеме получен в результате количественного исследования, проведенного при участии соискателя на единой технико-методической основе в рамках межинститутской программы СО РАН "Металлоносность рудообразующих флюидов". Впервые были получены количественные данные о металлоносности растворов, законсервированных в виде флюидных включений в минералах дальневосточных рудных объектов. В частности, объединенными усилиями сотрудников шести академических институтов СНГ полученны результаты по исследованию металлоносности растворов восемнадцати месторождений различной рудной специализации: шести золоторудных, двух серебрянных, жильного серебро-полиметаллического, двух медноколчеданных, одного колчеданно-полиметаллического, трех порфировых медно-молибденовых, одного штокверкового молибденового, четырех жильных вольфрамовых и вольфрамово-оловянных [Рейф, Прокофьев, Боровиков и др., 1992]. Кроме того, в работе приведены результаты анализа магматических флюидов вольфрамоносной гранитной интрузии и трех групп остаточных (камерных и миароловых) пегматитов. На большинстве месторождений для анализа подбирались включения дорудной, рудной (преимущественно) и пострудной стадий.
Обобщение результатов, полученных по исследованным месторождениям, позволяет заключить, что, вопреки общепринятому мнению [Малинин, Хитаров, 1984; Чевычелов, 1987; Рафальский, 1987; и др.], концентрацию рудных элементов в гидротермах порядка 0,01 г/кг (10 ррт) нельзя считать достаточной для формирования месторождений. Скорее всего, уровень достаточности близок к 10 г/кг, однако для надежного обоснования этой границы необходимы дополнительные исследования, так как в образовании и преобразовании большинства изучавшихся объектов участвовали гидротермы, содержание металлов в которых менялось в широких пределах (до 4 порядков), а происхождение и роль высокометаллоносных растворов в формировании руд в ряде случаев еще не выяснены до конца.
Сомнения в существовании природных растворов с концентрациями рудных элементов, достигающими максимальных оценок, полученных методом ПСА, до сих пор существуют и высказываются многими исследователями. Однако в экспериментах J.R.Taylor & V.J.Wall [Taylor & Wall,1993] при 700-800C, 2 kbar
получены концентрации Sn до нескольких г/кг раствора, а в опытах Н.И.Коваленко [Коваленко и др., 1986] при 500С и 1000 атм в солянокислых растворах содержание Sn в равновесии с касситеритом достигает 10-12 г/кг. Определения концентрации Sn в природных флюидных включениях другими методами пока очень малочисленны. C.A.Heinrich et al. [Heinrich, 1992] методом PIXE (протон-индуцированная рентгеновская эмиссия) определил во включениях магматического флюида гранитов Мол (Австралия) содержание Sn до 0.8 г/кг. В том же рудном районе на ряде Sn-W месторождений концентрации Sn до 1.7 г/кг в ФВ из рудных жил определил A.Audetat [Audetat et al, 2000], методом масс-спектроскопии с лазерной абляцией (LA-ICPMS).
Термобарогеохимический подход к решению проблем рудогенеза обоснован и успешно реализован в отношении вольфрамовых, молибден-вольфрамовых, молибденовых, оловянных и комплексных месторождений Забайкалья, Казахстана, Северного Кавказа грейзенового, кварцево-жильного, штокверкового типов, объединяемых в грейзеново-жильную рудную формацию (ГЖРФ) [Рейф, 1976, 1982, 1990, Reif, 1995; Рейф, 1997, 2001, Кигай, 1995, и др.]
Дальневосточные разнометальные (вольфрамовые, оловянные, редкометальные) месторождения изучены в меньшей степени. За последние годы увеличилось число исследованных объектов [Хетчиков и др., 1991 - 1995, 1997; Сущевская, 1992, 1995; Ханчук, 2001, 2002; Пахомова, 1991, 1992, 1995, 1997, 2001], привлечены новые методы изучения включений, получены новые данные по термометрии и водосодержанию расплавных включений (РВ), определены концентрации ряда рудообразующих элементов в растворах гидротермальных включений. Результаты термобарогеохимических исследований пока еще не находят широкого применения для решения проблем в области рудообразования. Немногочисленны или фрагментарны сведения относительно роли магматического флюида в формировании новых и редких минеральных типов месторождений, о содержании рудных компонентов и эволюции металлоносности гидротерм в периоды многостадийного рудообразования, о формировании руд из гетерогенных систем. Данное исследование направлено на частичное восполнение обозначенных пробелов.
Цель и задачи исследования. Основная цель исследования - выявить дополнительные физико-химические параметры процессов формирования различных месторождений методами термобарогеохимии и продемонстрировать
эффективность применения термобарогеохимического анализа для решения проблем рудогенеза. Для достижения этой цели решались следующие задачи:
изучение специфики эволюции гранитоидной магмы Fe-Ag-Pb-Zn месторождения Фасольное (Щербаковское рудное поле, Приморье), и сопоставление составов магматического флюида и гидротермальных растворов для выяснения роли магматизма в формировании гидротермального оруденения;
выяснение уровня металлоносное флюидов, ответственных за отложение основного количества минералов Sn в рудных прожилках (на примере месторождения олова Верхнее, Карадубский рудный узел, Хингано-Олонойский район ЕАО);
сопоставление результатов термобарогеохимических характеристик природной гетерогенной системы и модельного рудообразующего раствора (на примере месторождения Алгама, Алданский щит).
Фактический материал и методы исследования. Основой диссертации послужили материалы, собранные автором и научными сотрудниками ДВГИ ДВО РАН в период 1990 - 2000 г. г. на месторождениях различной металлогенической специализации Дальнего Востока, а также рудоносных и ординарных гранитоидах Приморья.
Кроме традиционных геологических, петрографических и минералогических методов в качестве основного исследовательского инструмента в работе использованы методы термобарогеохимии, включающие волюмометрию, гомогенизацию, криометрию, декрепитацию, лазерно-спектральный анализ жидкой фазы включений, экспериментальное моделирование.
Исходные материалы и личный вклад автора в решение проблемы.
Основу работы составляют результаты геолого-минералогических и
термобарогеохимических исследований автора на трех типовых объектах:
магнетит-серебро-полиметаллическом месторождении Фасольное,
месторождении олова Верхнее (Хингано-Олонойский рудный район ЕАО), гельциркон-бадделеитовом месторождении Алгама (Алданский щит). Основные защищаемые положения сформулированы по результатам как проведенных лично автором, так и совместных исследований, опубликованным в статьях и тезисах. Научные задачи исследования и основные подходы к их решению намечены совместно с научным руководителем А.И. Ханчуком, зав. лабораторией Б.Л. Залищаком, профессором Л.Н. Хетчиковым, докторами геолого-минералогических наук A.M. Ленниковым, П.Г. Недашковским, В.В. Раткиным, В.Г.
Хомичем. Исследование металлоносное палеогидротерм месторождения Верхнее проведено благодаря инициативе и содействию д.г.-м.н. Ф.Г. Рейфа (ГИН СО РАН), моделирование рудообразующего раствора в случае ассоциации гельциркон - бадделеит - кварц, по результатам термобарогеохимических исследований природной гидротермальной системы месторождения Алгама осуществлялось к.х.н. B.C. Коржинской в ИЭМ РАН. Разработка конкретных способов исследования и их практическая реализация осуществлены лично автором. В ходе исследования просмотрено около тысячи пластин и столько же шлифов, в термо- и криометрических опытах изучено около восьмисот флюидных включений. Для лазерно-спектрального анализа подготовлено 20 серий (анализов) общей численностью 180 включений.
Научная новизна. Впервые для конкретных дальневосточных месторождений установлены термобарогеохимические признаки рудоносности гранитоидных интрузий, с указанием количественных характеристик физико-химических параметров, отражающих общую тенденцию и направленность эволюции магматогенных эманации, установлены предельные концентрации профилирующих металлов в палеогидротермах, необходимые для формирования рудных жил. Показана возможность использования методов термобарогеохимии для исследования месторождений редких и новых минеральных типов (на примере изучения гельциркон-бадделеитовых руд месторождения Алгама и магнетит-серебро-полиметаллического месторождения Фасольное).
Практическая значимость. Научные результаты, изложенные в работе, рекомендуются к применению при изучении конкретных объектов различной металлогенической специализации для решения вопросов рудообразования и минерагении. Методические подходы, предложенные автором, могут быть использованы для выяснения роли гранитоидов в формировании различных типов эндогенных рудных месторождений, при исследовании эволюции металлоносное растворов, формирующих месторождения, а также при изучении месторождений редких минеральных типов.
Апробация работы. По теме диссертации опубликовано 32 работы (26 статьи и 6 тезисов). Основные положения работы докладывались и обсуждались на конференции по проблеме "Рудные месторождения Дальнего Востока -минералогические критерии прогноза, поиска и оценки" (Владивосток, 1991), на VIII Международном совещании "Термобарогеохимия геологических процессов", (г. Москва, 1992), на секции "Петрология и рудообразование" 1-го Российского
Петрографического совещания "Магматизм и геодинамика" (Уфа, 1995), на IX Symposium of International Association on the genesis of ore deposite, (China, 1994), European Current Research on Fluid Inclusions), (Nancy. France, 1997), на заседании конференции «Стратегия использования и развития минерально-сырьевой базы редких металлов России в 21 веке» (г. Москва, 1998), на IX международной конференции по термобарогеохимии (г. Александров, 2001), а также на научных сессиях в ДВГИ РАН в период с 1991 по 2003 гг.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из 4 глав, Введения и Заключения, имеет общий объем 168 страниц, 9 таблиц, 17 иллюстраций, 26 фотографий. В списке литературы 188 источников.
Защищаемые положения
1. Эволюция физико-химических параметров формирования манетит-
серебро-полиметаллического месторождения Фасольное имела единую
направленность, которая состоит в следующем: формирование гранитоидного
массива происходило при снижении температуры, солености флюидов и
неоднократной гетерогенизации расплава; процесс рудоотложения развивался за
счет магматического флюида, эволюционировавшего от магматического
дистиллята до гидротермального раствора.
Оловорудные ассоциации месторождения Верхнее сформировались в процессе последовательных импульсов флюидного потока. Повышенная кислотность растворов явилась благоприятным фактором для миграции олова в зону рудоотложения. Промышленная оловянная минерализация образована растворами с концентрацией не менее 8-13 г/кг. Высокая концентрация рудных элементов в растворах (не менее O.n - п вес.%) рассматривается как необходимое условие образования богатых руд на месторождениях, формирующихся пульсационным флюидным потоком.
Основное отложение руд редкого типа циркониевой минерализации гельциркон-бадделеитового месторождения Алгама происходило из гетерогенного флюида, в интервале температур 360 - 110 С и давлений 850 - 1000 бар при участии хлоридно-карбонатных растворов, содержащих углекислоту и метан. Возможность кристаллизации бадделеита при этих условиях подтверждена результатами изучения ассоциации циркон-бадделеит-кварц в условиях эксперимента.
Благодарности. Работа выполнена в геммологической лаборатории Дальневосточного геологического института ДВО РАН. На всех этапах ее
выполнения автор ощущал внимание и поддержку со стороны научного руководителя, директора института, члена-корреспондента РАН А.И. Ханчука, заведующего лабораторией, соратника и соавтора Б.Л. Залищака, профессора Л.Н. Хетчикова, докторов геолого-минералогических наук A.M. Ленникова, П.Г.Недашковского, В.В. Раткина, В.Г. Хомича, В.Г. Гоневчука, советы и критические замечания которых способствовали более строгому анализу фактов. Исследование металлоносности палеогидротерм оловорудного месторождения Верхнее (Хингано-Олонойский рудный район) стало возможным благодаря инициативе и содействию д.г.-м.н. Ф.Г. Рейфа (БГИ СО РАН), а также его активному участию в обсуждении результатов и постоянным научным консультациям. Создание приборной базы для термометрических опытов и градуирование приборов проводилось при поддержке, постоянном участии и научных консультациях сотрудника лаборатории физической геохимии и геохимии процессов рудообразования ИГЕМ РАН к.г.-м.н. А.Д. Бабанского. Анализы закаленных микровключений выполнялись М.И. Лапиной в лаборатории анализа минерального вещества ИГЕМ РАН. Первые уроки грамотного проведения термометрических опытов методом гомогенизации соискатель получал в лаборатории Д.Н.Хитарова (ВИМС), под руководством к. г-м. н.М.Н. Кандинова, методику криометрии флюидных включений осваивал при участии одного из его авторов, разработавшим метод определения эвтектики растворов, д.г.-м.н. А.С.Борисенко и сотрудников лаборатории гидротермального рудообразования и металлогении Объединенного института геологии, геофизики и минералогии СО РАН. Гранитоиды и руды одного из месторождений, рассмотренных в работе -Фасольного - изучались в тесном сотрудничестве с к.г.-м.н. В.К.Поповым на любезно предоставленных им геологических материалах. Моделирование рудообразующего раствора в лабораторных условиях ассоциации гельциркон -бадделеит - кварц по результатам термобарогеохимических исследований природной гидротермальной системы месторождения Алгама осуществлялось к.х.н. B.C. Коржинской в ИЭМ РАН. До конца своей жизни активное участие в диагностике минеральных фаз и анализа состава включений посредством микрозондового анализа принимал к г-м.н. В.И. Сапин. Аналитические работы (химические, спектральные анализы, газовую хроматографию) в лабораториях ДВГИ выполняли Т.К. Бабова, Л.И. Азарова, З.С. Натарова, Л.В. Недашковская, В.Г. Коханова, Е.С. Ермоленко и Н.П. Коновалова, определение упорядоченности кварца дифрактометрическим методом было проведено Т.Б. Афанасьевой,
электронно-микроскопические исследования монофракции бадделеита осуществлено Н.Н. Бариновым. Большую помощь в оформлении работы оказали коллеги по лаборатории - В.Б. Тишкина и Э.Г. Одариченко, а также заведующая лабораторией компьютерных технологий ДВГИ ДВО РАН к.г-м.н. В.В. Наумова с сотрудниками этой лаборатории С.В.Михайловой и А.М.Корешковым. Автор считает приятным долгом выразить всем вышеназванным коллегам искреннюю благодарность.
