Введение к работе
Актуальность проблемы. Гидротермальные месторождения олова и вольфрама широко распространены на территории бывшего Союза и являются источником олова, вольфрама, молибдена и редких металлов. В продолжение многих лет они представляют собой своеобразные полигоны, на которых рассматриваются различные проблемы минерало-, петро- и рудогенеза, а также геолого-генетические и физико-химические модели рудообразования. Хорошая геологическая изученность делает эти месторождения удобными объектами для выявления особенностей конституции и свойств породообразующих минералов, которые, кристаллизуясь до, совместно и после отложения основных рудных минералов, являются свидетелями всей истории формирования месторождений, а их отдельные особенности - чувствительными индикаторами изменения условий минералообразования.
В соответствии с общей теорией рудогенеза, факторы, определяющие изменчивость конституции и свойств минералов, подразделяются на общие - заданные общим ходом процессов минералообразования, и частные, отражающие специфику обстановки в конкретных блоках земной коры. Определение общих закономерностей эволюции химизма породообразующих минералов в гидротермальном процессе представляет собой важный раздел генетической минералогии. Использование принципов типоморфического анализа позволяет выявить индикаторные свойства минералов, которые отражают определенные условия минералообразования, характеризующиеся близкими пределами вариаций физико-химических параметров. При этом, современный уровень учения о типоморфизме минералов диктует необходимость комплексного, системного подхода в постановке задач, которые должны решаться с привлечением возможно большего количества признаков одного минерала и (или) с использованием одного признака, выявляемого у разных минералов одного парагенезиса.
Совершенствование современных методов исследования вещества и накопление в литературе большого количества разрозненных данных по типоморфизму породообразующих минералов предоставляют возможность рассмотреть проблему зависимости химизма минералов от различных факторов минералообразования с позиций классического онтогенического анализа и с привлечением данных о их "тонких" конституционных особенностях.
Таким образом, весьма актуально использовать систему' типоморфных характеристик породообразующих кварца, слюд, топаза, флюорита, турмалина для установления общих закономерностей пространственно-временной эволюции химизма гидротермального минералообразования на примере месторождений олова и вольфрама. Актуальность разработки комплекса согласованных индикаторных свойств минералов подчеркивается необходимостью углубления теоретической базы минералогических методов поисков месторождений полезных ископаемых, которые, являясь высокоэкономичными ^экспрессными, могут оказаться одним из важнейших звеньев геолого-поисковых и разведочных работ в ближайшие годы.
Цель и задачи исследования. Целью данной работы явилось определение общих закономерностей пространственно-временной эволюции химизма породообразующих кварца, слюд, топаза, флюорита, турмалина на примере гидротермальных месторождений олова и вольфрама и установление минералогических индикаторов характера рудогенеза.
Для достижения этой цели решались следующие задачи: 1 -выявление особенностей конституции и свойств породообразующих кварца, слюд, флюорита, топаза, турмалина в ряде рудных районов и отдельных месторождений Казахстана и Дальнего Востока; 2 - определение общих закономерностей эволюции химизма минералов при взаимодействии гидротермального раствора и вмещающих пород; 3 - выявление индикаторных признаков минералов и минеральных парагенезисов, формирующихся в различных геодинамических блоках земной коры, на различных стадиях и пространственных уровнях взаимодействия гидротермального раствора с вмещающими породами, при различной интенсивности взаимодействия в системе раствор-порода; 4 - разработка подходов и принципов построения минералогических моделей формирования гидротермального Sn-W оруденения; 5 - оценка возможностей и ограничений использования индикаторных свойств породообразующих минералов при прогнозировании оруденения и последствий его разработки.
Фактический материал и методы исследования. Каменный материал собран автором во время 21 полевого сезона на территории Казахстана и Дальнего Востока. Эти исследования проводились в соответствии с тематическими планами научно-исследовательских работ лаборатории генетической минералогии Института Земной Коры СПбГУ, в рамках хоздоговорных работ с ПГО "Дальгеология", "Центрказгеология", "Южказгеология" и ВСЕГЕИ, при проведении которых автор являлся исполнителем,
ответственным исполнителем и научным руководителем. Большую пользу оказало знакомство с оловянными и вольфрамовыми объектами Карелии, Приморья, Средней Азии, Забайкалья, работа с коллекциями образцов из месторождений Англии и Германий, а также посещения крупнейших рудных объектов различного типа на территории бывшего СССР.
В качестве эталонных объектов были выбраны крупные по запасам гидротермальные месторождения олова и вольфрама, связанные с гранитоидным магматизмом, расположенные в различных геохимических провинциях Дальнего Востока и Казахстана, относящиеся к кварцевой (Правоурмийское, Акчатау, Богуты) и сили-катно-сульфидной (Соболиное, Солнечное) формациям.
Изучение каждого из объектов проводилось с позиций системного анализа, что заключалось: а) в рассмотрении совокупности типоморфных признаков, полученных по парагенным минералам; б) в комплексном анализе химизма отдельных звеньев рудообразую-щих систем (гранитоидов, предрудных и синрудных метасоматитов);
в) в определении широкого спектра химических элементов с помо
щью стандартных условий анализа в одних и тех же лабораториях;
г) в выявлении статистически устойчивых связей между признаками
системы и факторов локализации и зональности оруденения. Ис
следования велись на основе соответствующих геологических ма
териалов различного масштаба и проведения минералого-
геохимического картирования в масштабе 1:100 - 1:200000, опробо
вания слабо-, средне- и полнопроявленных гидротермально-
измененных пород и отбора проб для выделения мономинеральных
фракций породообразующих минералов. Геологической основой для
детальных минералого-геохимических исследований служила ав
торская документация горных выработок, обнажений, керна скважин.
В основе минералогического опробования лежат данные о минера
логической зональности объектов, полученные на основании выяв
ления и прослеживания временных и пространственных различий
развития минеральных парагенезисов.
Всего отобрано и проанализировано около 10 000 проб руд и пород, 1950 мономинеральных фракций породообразующих минералов, описано более 6400 шлифов. Аналитические работы проводились в лабораториях кафедр геохимии, минералогии, НИИ ЗК СПбГУ, а также в лабораториях ВСЕГЕИ, ГЕОХИ РАН, ПГО "Севзапгеология", "ВНИИОкеангеология", "Невскгеология", "Даль-геология", АО "Механобр-Аналит". По 2100 эталонным шлифам проведено определение их количественно-минералогического со-
става с использованием установки МИУ-3. Для геохимических исследований пород выполнены следующие виды анализов: 1) приближенно-количественный спектральный - 9870 проб; 2) полный силикатный - 3200 проб; 3) количественный спектральный на 36 элементов - 3200 проб; 4) пламенно-фотометричсеский - 1500 проб; 5) атомно-абсорбционный -1300 проб. Исследования минералов были выполнены с использованием следующих видов анализа : 1) количественного спектрального на 13 элементов - 970 проб; 2) приближенно-количественного спектрального - 1950 проб; 3) пламенно-фотометрического - 195 проб; 4) атомно-абсорбционного - 110 проб; 5) микрорентгеноспектрального - более 5000 элементо-определений; 6) рентгеноструктурного - 215 проб; 7) иммерсионных исследований - более 1200 проб; 8) ИК-спектроскопических исследований - 130 проб; 9) дифференциального термического анализа -50 проб; 10) термолюминесцентного анализа - 50 проб; 11) фотолюминесцентного анализа - 40 проб; 12) электронного парамагнитного резонанса - 25 проб; 13) ядерного гамма резонанса - 15 проб; 14) декрептофонического исследования - 1100 проб; 15) химического анализа водных вытяжек - 60 проб; 16) гомогенизации и декрепита-ции газожидких включений - 60 проб. Внешний контроль анализов производился в лабораториях ПГО"Севзапгеология", Института геохимии СО АН СССР г.Иркутск, ВСЕГЕИ, НИХИ СПбГУ. В процессе работы собран банк данных о конституции и свойствах породообразующих минералов более 100 месторождений олова и вольфрама бывшего СССР и стран дальнего зарубежья.
Научная новизна. Впервые на единой методологической основе проведено обобщение данных об эволюции химизма породообразующих минералов при формировании гидротермальных месторождений олова и вольфрама.
Получены статистически обоснованные индикаторные характеристики породообразующих минералов оловянного и вольфрамового оруденения различных формационных типов, разностадийных парагенезисов, различных уровней зональности рудных тел.
Выявлены и геологически обоснованы минералогические признаки крупных промышленных концентраций олова и вольфрама в земной коре, отличающие их от мелких и средних проявлений рудной минерализации.
Оценены значимость, возможность и ограничения использования типоморфных характеристик минералов при проведении генетических реконструкций в олово-вольфрамоносных районах.
Впервые получены характеристики состава и свойств породообразующих минералов целого ряда месторождений и рудопро-явлений Казахстана и Дальнего Востока и выявлены основные особенности их генезиса.
Практическая значимость. Выявлены многоуровневые системы индикаторных характеристик породообразующих минералов гидротермальных месторождений олова и вольфрама, которые могут служить минералогическими прогнозными критериями при решении поисково-оценочных задач различного ранга и создании эколого-геохимических моделей загрязнения территории при их разработке.
Определены перспективы промышленной рудоносное ряда участков территории рудных районов Казахстана и Дальнего Востока.
Выявлены основные типы природных и техногенных аномалий в пределах изученных месторождений.
Материалы частично вошли в учебные курсы СПбГУ и СПбГГИ (ТУ) и в дальнейшем могут пополнить справочные издания и учебные пособия по типоморфизму минералов.
Реализация результатов работы. Выявленные типо-морфные характеристики породообразующих минералов в совокупности с другими минералого-геохимическими данными использованы при прогнозных оценках на флангах изученных месторождений и в пределах рудных полей: Акчатауского (месторождение Аулие-Шоки, рудопроявление Южное); Богутинского (рудопроявления Бе-риктобе, Уйялы, Кунбагор, Басбулак, Турайгыр); Верхнеурмийского (рудопроявления Сюйгачан, Высокий, Восточный, Двойная, Кресты, Вольфрамитовый, Вольфрам-Макит, Лесной); Анаджаканского (рудопроявления Сюмнюр, Моглой).
Построены карты развития региональных и локальных ме-тасоматических формаций в рамках работ по ГДП-200 Баджало-Комсомольского геологического полигона и переданы в ПГО "Даль-геология" для опубликования в объяснительной записке к Геолкар-те-200.
В том или ином объеме полученные результаты освещались в курсах лекций для студентов и магистрантов СПбГУ: "Основы моделирования флюидных рудообразующих систем", "Факторный анализ в минералогии", "Минералогия техногенеза", "Библиографический поиск и банки минералогической информации".
Апробация работы. Результаты работы докладывались автором на заседаниях кафедры геохимии СПбГУ, кафедры мине-
ралогии, кристаллографии и петрографии СПГГИ, ча заседаниях ВМО, СПбОЕ, на НТС в ПГО "Центрказгеология", "Южказгеология", "Дальгеология", в геолого-разведочных партиях и управлениях Ак-чатауского и Солнечного ГОКов.
Основные положения и выводы диссертации опубликованы и обсуждались более чем на 20 различных конференциях и совещаниях, включая: IV и V Всесоюзные конференции по минералогии, геохимии, генезису и комплексному использованию вольфрамовых месторождений СССР (Ленинград, 1981, 1986), ряд Всесоюзных совещаний по методам поиска месторождений полезных ископаемых (Алма-Ата, 1981, 1986; Владивосток, 1990; 1991), конференцию "Термобарогеохимия в минералогии" (Москва, 1990), Собрания Всесоюзного Минералогического Общества АН СССР (Ленинград, 1991), юбилейную 125-ю Сессию С-Петербургского Общества Естествоиспытателей (Петербург, 1994), международную конференцию "Минералогический Музей-210" (Петербург, 1995), конференцию "Современные геологические проблемы учения В.И.Вернандского о биосфере" (Ленинград, 1987), Всесоюзные Совещания "Биогеохимическая индикация окружающей среды" (Ленинград, 1988), "Геохимия ландшафтов" (Новороссийск, 1986; 1991; Краснодар, 1996), Международную конференцию "Ecology in 21 Century" (Индия, 1991), конференцию "Экологическая геология и рациональное недропользование. Становление научного направления и образования" (С-Петербург, 1997), конференцию "Ноосфера. Экология. Образование" (Петербург, 1998), IX Съезд Всеросийского Минералогического общества (Петербург, 1999), совещание "Методология и методы металлогенического анализа и прогноза рудных объектов -состояние и перспективы применения для воспроизводства фонда недропользования" (Москва, 1999).
Публикации. Содержание работы отражено в 69 опубликованных работах, включая 2 монографии (коллективные). Результаты исследований, кроме того, вошли в 8 научно-исследовательских отчетов.
Общий объем работы составляют 186 страниц машинописного текста, 133 рисунка, 42 таблица, а также список литературы из 640 наименований. Кроме введения и заключения диссертация состоит из 3-х частей. Часть I посвящена геолого-минералогической характеристике гидротермальных месторождений олова и вольфрама. В части II рассматривается химизм породообразующих кварца, слюд, флюорита, топаза, турмалина месторождений олова и вольфрама. Часть III посвящена геолого-генетическому анализу и
выявлению индикаторных свойств породообразующих минералов из месторождений олова и вольфрама различных формационных типов, разностадийных парагенезисов, различных уровней эрозионн-ного среза рудных тел, разномасштабного оруденения. Рассмотрены возможности использования типоморфизма минералов при построении минералогических моделей гидротермального оруденения, при поисковых работах, разведке и освоении месторождений.
Благодарности. Первые научные шаги были сделаны автором под руководством И.А.Церковницкой во время обучения на химическом факультете СПбГУ в лаборатории "Редких элементов" при изучении устойчивости комплексных соединений вольфрама и молибдена. Геолого-минералогическое изучение месторождений вольфрама было начато в 1975 году в Северо-Западном Прила-дожье в период обучения на кафедре геохимии СПбГУ под руководством В.Ф.Барабанова. Исследования по комплексному изучению оловянных месторождений СССР были продолжены в составе творческого коллектива лаборатории генетической минералогии и кафедры геохимии СПбГУ, руководителем которых явился В.В.Гавриленко.
Выполнение этой работы было бы невозможно без всесторонней поддержки и советов со стороны проф.Ю.Б.Марина, проф. В.В.Гавриленко. Большое содействие в выполнении различных исследований автор получил от М.Л.Зориной, А.А.Книзеля, А.Р.Нестерова, С.С.Потемина, А.Н.Сахарова, В.В.Семеновой, Н.Д.Сорокина, С.М.Сухаржевского, Л.А.Тимохиной, А.А.Антонова, А.И.Брусницына, Н.И.Красновой, В.Г.Кривовичева и многих других сотрудников СПбГУ. Автор благодарен В.С.Аплонову (ВНИИОкеан-геология), Р.Л.Бродской (ВСЕГЕИ), В.Б.Наумову и М.И.Лучицкой (ГЕОХИ) за содействие при проведении экспериментальных исследований. Ценную помощь по методическим вопросам оказывали М.В.Горская, И.Е.Каменцев, В.Н.Кузнецов, Т.Ф.Семенова, О.Г.Сметанникова, В.Б.Трофимов. Особую благодарность хотелось бы выразить бывшим студентам и аспирантам кафедры геохимии, участвовавшим в проведении полевых исследований, Н.А.Погребс, Е.А.Пильдиш, В.В.Смоленскому, М.В.Морозову, В.В.Саватенкову, М.В Качалову, В.Н.Ващенок, Л.В.Васиной, Т.Н.Кашириной, В.Н.Тишину и др. Выполнение исследований поддерживалось сотрудниками производственных организаций С.Н.Митрофанской, А.Б.Салиным, Л.И.Ивановым (ЮжКазгеология), В.К.Казьминым (ЦентрКазгеология), Г.А.Ткаченко, С.А.Ефименко, В.С.Дмитренко, В.К.Кузьменко (ПГО "Дальгеология"). Завершение работы было бы
невозможно без поддержки В.Н.Шванова и О.И.Супруненко. Всем, кто способствовал выполнению настоящей работы, автор выражает свою искреннюю благодарность.
На заключительных этапах работа выполнялась при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (97-15-98356) и программы "Университеты России".
