Введение к работе
Актуальность исследования. Выяснение условий переноса рудного вещества гидротермальными растворами и факторов, способствующих концентрированному рудоотложению, - одна из центральных проблем гидротермального рудообразования. За последние десятилетия значительный прогресс в решении этой проблемы достигнут на пути экспериментального изучения упрощенных флюидных систем и термодинамических расчетов. Полученные результаты свидетельствуют о том, что эффективность переноса и отложения рудного вещества зависит от множества физических, химических, гидродинамических, кинетических факторов, от конкретных значений тех или иных параметров. Выявленные закономерности служат важным ориентиром при расшифровке условий и механизмов природного рудообразования, но нуждаются в верификации и дополнении результатами изучения природных гидротермальных систем, которые к тому же отличаются от модельных большей сложностью и динамикой развития. Целенаправленное изучение конкретных месторождений, таким образом, является необходимым и существенным компонентом исследования процессов переноса металлов и концентрированного рудоотложения в природных условиях.
В этом отношении особый интерес представляет расположенное в Забайкалье Ермаковское F-Be месторождение (Генетические типы..., 1975; Новикова и др., 1994), выделяющееся среди аналогов самым высоким в мире средним содержанием ВеО (1.3%) в бертрандит-фенакитовых рудах (Kremenetsky et al., 2000; Barton et al., 2003). Вместе с тем Be оруденение на этом месторождении проявлено в разных формах, в той или иной степени различающихся составом жильных минералов и содержанием Be. Это может быть обусловлено как спецификой рудообразующих растворов, так и особенностями их взаимодействия с вмещающими породами, которые представлены известняками, алюмосиликатными сланцами, скарнами. В такой ситуации различия в параметрах растворов с наибольшей четкостью должны проявиться при локализации разнотипной Be минерализации в породах одинакового состава. Наоборот, вариации состава Be оруденения одного типа в литологически разнородной среде скорее всего отражают влияние химизма вмещающих пород Следовательно, выделение специфических, надежно диагностируемых типов Be оруденения и выявление их изменчивости в зависимости от состава вмещающих пород дает возможность оценить рудогенетическую роль отдельных факторов.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является изучение условий и факторов, влиявших на эффективность переноса и отложения Be из рудоносных растворов Ермаковского F-Be месторождения.
РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ{ БИБЛИОТЕКА {
Для достижения намеченной цели потребовалось решение следующих задач:
1) Выяснить, какие типы Be минерализации, различающиеся содержанием
ВеО, распространены и в известняках, и в алюмосиликатных породах.
2) Для каждого выделенного типа Be оруденения определить состав
минеральных парагенезисов в зависимости от способа образования
(выполнение / замещение) и состава вмещающих пород.
-
Изучить включения минералообразующих растворов методами термо- и криометрии, волюмометрии, рамановской и атомной эмиссионной спектроскопии для определения температур гомогенизации, солевого и газового состава, концентрации Be и других металлов.
-
Выявить зависимость между газово-солевым составом, кислотностью -щелочностью палеорастворов и концентрацией в них бериллия (Све); между содержанием Be минералов в гидротермалитах и способом их образования, составом вмещающих пород, температурой и Be носкостью растворов.
-
Интерпретировать выявленные эмпирические закономерности на основе современных экспериментально-расчетных данных.
Объекты исследования. Объектами исследования являются руды трех рудных зон (I, II и XII) Ермаковского F-Be месторождения, отличающиеся друг от друга рядом специфических особенностей, в том числе содержанием главного полезного компонента.
Фактический материал. В основу работы положены материалы, собранные автором в полевые сезоны 2001 и 2005 г.г., а также имеющаяся в лаборатории петро- и рудогенеза ГИН СО РАН коллекция образцов, шлифов и пластинок Ф.Г. Рейфа и К.З. Стельмачонка. Проведено геологическое исследование главных рудных зон Ермаковского месторождения, определен минеральный и химический состав основных разновидностей пород и руд.
Из каменного материала изготовлено и исследовано автором 100
шлифов и 150 полированных пластин, сделаны фотографии пород,
минералов и флюидных включений, проведено их термометрическое и
микроаналитическое изучение. Проведено микрозондовое и электронно-
микроскопическое исследование породообразующих, акцессорных, рудных
минералов, спектроскопия флюидных включений. Всего в работе
использовано 452 анализов ФВ, в том числе ПО термометрических, 100 криометрических, 132 волюмометрических исследований, а также ПО результатов атомно-эмиссионной спектроскопии с лазерным вскрытием включений.
Методы исследования. Общий химический анализ пород был проведен в ГИН СО РАН, г. Улан-Удэ (аналитики Г.И. Булдаева, В.А. Иванова, И.В. Боржонова, И.В. Бардамова, А.А. Цыренова), содержания Si02, ТЮ2, А1203, Р205 определялись фотометрическим методом; CaO, MgO, MnO, Fe203 -
атомно-абсорбционным; FeO, С02 - титриметрическим; S -гравиметрическим; F - потенциометрическим; Na20, К20 - пламенно-фотометрическим. Анализы проведены на атомно-абсорбционном спектрофотометре AAS-IN, спектрофотометре СФ-46, иономере И-120.
Содержания элементов примесей в породах Be, Li, Rb, Cs, Ba, Sr, Cr, Co, Ni, V, Pb, Zn определялись рентгено-флюоресцентным (ГИН CO РАН, аналитик Б.Ж. Жалсараев), а также атомно-абсорбционным и пламенно-фотометрическим методами (Э.М Татьянкина).
Электронно-зондорый микроанализ (ЕРМА) минералов проведен Н.С. Кармановым и СВ. Канакиным (ГИН СО РАН, г.Улан-Удэ) на автоматизированном ими анализаторе МАР-3 Красногорского механического завода, работающем под управлением программы MARSHELL, и с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM EDS) на установке LEO 1430 VP с энерго-дисперсионным спектрометром INCA energy 300.
Для оценки концентрации рудных элементов, в том числе Be, в палеорастворах использован метод атомно-эмиссионной спектроскопии флюидных включений, вскрываемых лазером (АЭС-ЛВ), разработанный Ю.М. Ишковым и Ф.Г. Рейфом (Ишков, Рейф, 1990; Reyf, 1997). Подбор и подготовку флюидных включений к анализу выполнила Л.Б. Дамдинова, их спектроскопию провел Ю.М. Ишков на адаптированном для этих целей анализаторе LMA-Ю (ГИН СО РАН).
Состав газовой фазы в части флюидных включений определялся А.П. Шебаниным (ОИГГМ СО РАН, г. Новосибирск) на одноканальном КР-спектрометре JOBrN YVON с газовым (аргоновым) лазером.
Для термометрического изучения флюидных включений использована термокамера с силитовым нагревателем в комплекте с микроскопом МБИ-6, милливольтметром В7-40, водяным охлаждением объектива, Pt/PtRh термопарой, откалиброванной по синтетическим включениям, синтезированным при известных Р, Т-парметрах, а также по точкам плавления серы и семи химически чистых солей и металлов. Отклонение градуировочной кривой от экспериментальных точек не превышает 4-5 С.
Криометрические исследования проводились с помощью криокамеры, медь-константановая термопара которой откалибрована по точкам гомогенизации СО: во включениях, предварительно изученных в водяной среде с ртутным термометром (точность ±0.2 С), точкам плавления эвтектики водных растворов пяти химически чистых солей и тройной точке С02 во включениях известного состава.
Приблизительная оценка содержания солей во включениях (экв. NaCl), плотности, давления рассчитывалась с помощью программы FLINCOR (Brown, 1989) по уравнениям Bowers & Helgeson для системы Н20-С02-NaCl и Brown & Lamb для системы H20-NaCl.
Научная новизна результатов.
В рудах месторождения впервые идентифицированы магнезиальные
А1-дефицитные слюды тайниолит и "сподиофиллит", обоснована
возможность их использования в качестве индикаторов повышенной
щелочности растворов.
Впервые установлено, что разные рудные тела Ермаковского месторождения формировались Ве-носными растворами, различающимися кислотностью-щелочностью и содержанием С02.
Показана широкая распространенность практически безрудных гидротермальных пород, образованных высокометаллоносными растворами.
На основе микроанализа флюидных включений создана сводка данных о концентрации Be в гидротермальных рудообразуюших растворах, восполняющая дефицит такой информации в научной литературе.
Дана оценка эффективности осаждения Be из растворов в зависимости от ряда физико-химических параметров (Т, Р, рН. CF, Ссог) и способа минералоотложения (замещение/выполнение).
Практическая значимость работы. Выявленные геологические и физико-химические закономерности формирования F-Be руд могут быть использованы при поисках и оценке оруденения подобного типа. В частности, важную роль в прогнозной опенке Be оруденения могут сыграть наши данные о том, что при алюмосиликатном составе вмещающих пород минерализованные метасоматиты должны обладать низким содержанием ВеО, а богатые руды могут формироваться только путем выполнения флюидопроводящих каналов, преимущественно при околонейтральном характере растворов. Минеральным индикатором высокой щелочности могут служить А1-дефицитные магнезиальные слюды тайниолит и сподиофиллит. ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ:
1) Изученные рудные зоны существенно различаются составом
минеральных ассоциаций выполнения в которых, независимо от химизма
вмещающих пород, доминируют:
либо Флр и Фнк или Брт, (2-4% Be, зона I), либо КПШ (0.05-0.09% Be, зона II), чибо Флр и Кв (<0 01% Be, зона XII).
Это свидетельствует о разнообразии растворов, формировавших месторождение.
-
Выделенные типы руд формировались в сходных температурных (70-380С) и барических условиях (150-70 МП а) слабосолеными (2-13.7 мае % же. NaCl) F-носными Ве-содержащими растворам, которые различались щелочностью и соОержанием СО?
-
Несмотря на различия в кислотности-щелочности и содержании С07, растворы, поступавшие к месту рудоотложения в пределах I, II и XII
рудных зон обладали высокой (бо 2-7 г/кг раствора) концентрацией Be. Это не противоречит имеющимся прогнозным оценкам растворимости фторидних и фтор-карбонатных комплексов Be при условии, что активность F в растворах L1-L3 была не ниже 0.3 моля/кг Н20.
4) Отложение Be в условиях флюидодоминирующего и порододоминирующего режимов определялось разными факторами: во флюидопроводящих трещинах Be осаждался из щелочных и околонейтральных растворов в результате уменьшения растворимости фторокомплексов с понижением температуры, а при образовании метасоматических апокарбонатных руд - в результате разрушения фторокомплексов Be из-за снижения активности F. Осаждение небольшого количества Be в поровых растворах алюмосиликатных пород вызывалось понижением температуры.
Апробация работы и публикации. Отдельные положения данной работы докладывались и обсуждались на конференциях и совещаниях:
Молодежная конференция «Строение литосферы и геодинамика». Иркутск:
ИЗК СО РАН, 2001 г..
X Международная конференция по термобарогеохимии. Александров: ВНИИСИМС, 2001 г.
Всероссийская научная конференция, посвященная 10-летию Российского фонда фундаментальных исследований. Иркутск: ИЗК СО РАН, 2002 г..
Metallogeny of the pacific northwest: Tectonics, magmatism and metallogeny of active continental margins. Proceedings of the interim IAGOD conference. Владивосток, 2004 г.
European Current Research on Fluid Inclusions (E.C.R.O.F.I XVIII). Siena, ltaiy, 2005 r.
Ежегодные научные сессии ГИН СО РАН, 2001, 2002, 2004, 2005 г., Улан-Удэ.
По теме диссертации опубликованы две статьи в реферируемых журналах ("Геология и геофизика" и "Геология рудных месторождений") две статьи в российских сборниках, а также 8 тезисов докладов.
Объем и структура диссертации. Объем работы 150 страниц. Диссертация состоит из шести глав, введения, заключения, списка литературы В работе приведены 15 таблиц, 30 рисунков. В списке литературы 72 источника.
