Введение к работе
Актуальность исследований. Флюиды играют чрезвычайно важную роль в различных геологических процессах в литосфере. Решение широкого круга вопросов минерало - и рудообразования в земной коре и верхней мантии затруднено и нередко даже невозможно без данных о составе и количестве флюидов. Однако сейчас прямых данных о составе флюидов, особенно в глубинных зонах земной коры и верхней мантии, чрезвычайно мало. Получить прямые данные о составе и количестве флюидов в настоящее время можно лишь с помощью изучения флюидных и расплавных включений в минералах. Изучая взаимоотношения разных типов первичных и вторичных включений, можно реконструировать динамику термобарических и флюидных режимов и эволюцию природных минералообразующих сред: гидротермальных и пневматолитовых, различных по составу метаморфических флюидов, силикатных и несиликатных расплавов, расплавов-растворов и расплавов-рассолов.
Главная цель диссертационной работы - выяснение флюидного режима минералообразования в высокобарических условиях земной коры и верхней мантии с получением прямых данных о составах и давлениях флюидов.
Для ее достижения необходимо было решить с помощью детального изучения флюидных и расплавных включений в минералах следующие задачи:
-
Выяснить состав летучих компонентов в верхней мантии Земли на основе исследования: а) природных алмазов из кимберлитовых трубок и россыпей Якутии; б) мантийных ксенолитов из кимберлитовых трубок Якутии и Южной Африки; в) наиболее ранних вкрапленников оливина из щелочных базальтоидов Западно-Забайкальской внутриплитной вулканической области.
-
Определить Р-Т параметры и флюидные режимы гранулитового метаморфизма и анатексиса в земной коре на примере ряда метаморфических комплексов Алданского, Анабарского и Балтийского щитов и Енисейского кряжа.
-
Изучить Р-Т условия и флюидные режимы зонального метаморфизма пород фации дистеновых гнейсов и сланцев Южно-Чуйского комплекса Юго-Восточного Алтая, зерендинской серии Кокчетавского массива в Северном Казахстане и в районе Холоднинского полиметаллического месторождения в Северном Прибайкалье.
-
Выяснить флюидный режим метаморфизма ряда эклогитсодержащих сланцево-гнейсовых и глаукофановых комплексов Европы и Азии.
-
Изучить Р-Т условия и флюидный режим формирования анортозитов, а также образования в них коронарных структур.
6. Выяснить физико-химические ..условия...-формирования кварц-
&J:<
БИБЛИОТЕКА С.П«теі
золоторудного оруденения в черносланцевых толщах на примере Советского золоторудного месторождения в Енисейском кряже.
Материалы и методы. Исследования базируются на фактическом материале, собранном автором в ходе полевых исследований 1970-2004 гг. Кроме того, автор имел возможность изучить образцы из коллекции Н.П. и Л.Н. Похиленко, В.П. Чупина, B.C. Шацкого, К.Б. Кепежинскаса, А.И. Че-пурова, В.П. Афанасьева (ИМП СО РАН, г. Новосибирск); Н.В. Попова, А.Д. Ножкина, СВ. Мельгунова, В.Н. Шарапова (ИГ СО РАН, г. Новосибирск); B.C. Шкодзинского и В.И. Кицула (ИГАБМ СО РАН, г. Якутск), Л.П. Карсакова и Н.В. Бердникова (ИТиГ ДВО РАН, г. Хабаровск), Г.М. Друговой (ИГГД РАН, г. Санкт-Петербург), В.В. Ярмолюка (ИГЕМ РАН, г. Москва), Э.Г. Конникова (ИЭМ РАН, Черноголовка).
Работа выполнена в рамках НИР лаборатории термобарогеохимии Института минералогии и петрографии СО РАН, в том числе по проектам: «Термобарогеохимические исследования процессов минералообразования в земной коре и верхней мантии» (1998-2000 г.г.) и «Физико-химические условия и флюидный режим минералообразования в континентальной литосфере (по флюидным и расплавным включениям)» (2004-2006 г.г.). Отдельные этапы исследований выполнены при финансовой поддержке РФФИ: № 95-05-15570, 97-05-65211, 00-05-65418, 03-05-64864; международного фонда ИНТАС (INTAS-94-2373), а также Интеграционного проекта СО РАН № 64.
Комплексное изучение фазового и химического состава флюидных и расплавных включений, породообразующих минералов и пород выполнено в лаборатории термобарогеохимии Института минералогии и петрографии СО РАН и в аналитических лабораториях ОИГГМ СО РАН, а также в Институте полупроводников СО РАН (г. Новосибирск), Институте микроэлектроники РАН (г. Ярославль) и лаборатории геологии окружающей среды и иженерной геологии Римского Универститета (г. Рим, Италия). Использованы следующие методы: рентгенофазовый, инфракрасной спектроскопии, спектроскопии комбинационного рассеяния, оптической микроскопии, микротермометрии, сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии, ОЖЕ-спектроскопии, газовой хроматографии, изотопной геохимии (S, С, О, Не, Аг), индуктивно связанной плазменной масс-спектрометрии (ICP-MS) и термодинамического моделирования (программа "Гиббс"), а также электронный и ионный (SIMS) микрозондовые и рентгенофлуоресцентный (РФА) анализы.
Научная новизна состоит в развитии и совершенствовании метода термобарогеохимических исследований, получении принципиально новых данных по конкретным объектам и выявлении новых закономерностей в развитии метаморфических, магматических и гидротермальных систем. В том числе:
впервые описаны и изучены флюидные и расплавные включения в синтетических кристаллах (алмазе, гранате, клинопироксене и коэсите), полученнных в экспериментах при высоких температурах и давлениях, отвечающих условиям верхней мантии Земли;
получены принципиально новые данные о составе флюидов в верхней мантии по данным изучения флюидных включений в природных алмазах и минералах ксенолитов мантийных пород из кимберлитовых трубок;
впервые обнаружены прямые свидетельства участия расплава при образовании мигматитов в условиях амфиболитовой и гранулитовой фаций метаморфизма;
получена принципиально новая информация о составах метаморфических флюидов;
впервые получены прямые доказательства магматического происхождения анортозитов;
изотопно-геохимическими методами обоснован существенный возрастной отрыв процессов формирования золотого оруденения от регионального зеленосланцевого метаморфизма.
Основные защищаемые положения.
1. Основными компонентами флюида в верхней мантии являются вода,
углекислота, азот, метан и другие, более высокомолекулярные, чем метан,
углеводороды. Распределение флюидов в верхней мантии неоднородное: в
одних областях в составе флюида могут преобладать метан и прочие угле
водороды, а в других - углекислота и вода.
Полученные значения фугитивности кислорода (/02) среды образования изученных мантийных ксенолитов в координатах igfCb-t располагаются между буферными равновесиями ССО и IW: в наиболее «восстановленной» области, максимально отдаленной от буферного равновесия ССО, лежат гарцбургит-дуниты, а в наиболее «окисленной», максимально приближенной к буферному равновесию ССО, - шпинелевые лерцолиты.
2. Метаморфизм в земной коре происходил с участием флюида. При ме
таморфизме пород гранулитовой и амфиболитовой фаций основными ком
понентами флюида были углекислота и вода. Доля углекислоты в составе
метаморфизующих флюидов возрастала с увеличением степени метамор
физма. В отдельных регионах при метаморфизме пород амфиболитовой
фации и пород фации дистеновых гнейсов и сланцев, а также некоторых
эклогитов существенную роль в составе флюида играли метан и азот.
При высокотемпературном метаморфизме гранулитовой и амфиболитовой фаций нередко осуществлялось анатектическое плавление пород с образованием мигматитов «in situ». Генерация и кристаллизация анатектиче-ских расплавов в гранулитовой фации по сравнению с амфиболитовой происходили при более высоких температурах.
3. Кристаллизация анортозитов осуществлялась из маловодных высоко-
глиноземистых магматических расплавов при температурах выше 1100С и давлении более 5 кбар. Главную роль в составе флюидов играла углекислота, а содержание воды было менее 0,1 вес. %. В субсолидусных условиях при высокой активности С02 происходила автометасоматическая переработка анортозитов, масштаб которой лимитировался количеством и составом межзернового флюида. В процессе выведения в верхние горизонты литосферы анортозиты испытали наложенный метаморфизм при активном участии существенно угле кислотного флюида.
4. Формирование золотоносных кварцево-жильных зон Советского золоторудного месторождения связано с более поздними гидротермальными процессами, существенно оторванными от регионального метаморфизма. Рудоносные зоны сформированы в широком температурном интервале при участии гомогенных и гетерофазных коровых гидротермальных растворов различной концентрации, активизированных в глубинных зонах верхнепротерозойской углеродисто-терригенной толщи. Для флюидов рудоносных зон характерны повышенные содержания С02, СН4 и N2, четко выраженная положительная европиевая аномалия и утяжеленный изотопный состав углерода углекислоты.
Практическая значимость. Основные научные разработки автора вносят существенный вклад в современные фундаментальные представления о составе флюидов и флюидном режиме верхней мантии и земной коры, процессах метаморфизма разных фаций, формировании автономных анортозитов и золотого оруденения в метаморфических породах. Важный практический результат работы заключается в получении индикаторных параметров формирования золотого оруденения в метаморфических породах. Их использование повышает эффективность поисково-оценочных работ в черносланцевых породах, позволяет оценивать золотоносность конкретных кварцевых жил и жильных зон и прогнозировать золотое оруденение на глубоких горизонтах месторождений. Рекомендации автора по оценке золотоносности кварцевых жил были реализованы на Советском золоторудном месторождении в Енисейском кряже.
Структура работы. Работа состоит из 7 глав, введения и заключения. Содержит %Уо страниц текста, /2 иллюстраций, Ф& таблиц, список литературы включает ЬбО наименований.
Апробация работы. Фактический материал и основные результаты исследований, положенные в основу диссертации, отражены в 150 публикациях в отечественных и зарубежных изданиях, а также в отчетах по проектам Российского Фонда Фундаментальных Исследований и научно-производственных отчетах. Главные научные и практические выводы докладывались и обсуждались на отечественных и международных симпозиумах и конференциях: ХШ ECROFI (European Current Research on fluid inclusions) - г. Барселона (Испания, 1995), XIV ECROFI - г. Нанси (Франция,
1997), XV ECROFI - г. Потсдам (Германия, 1999), XVI ECROFI - г. Порто (Португалия, 2001), XVII ECROFI - г. Будапешт (Венгрия, 2003), XVIII ECROFI - г. Сиена (Италия, 2005), XVI сессии Международной минералогической ассоциации (Пиза, Италия, 1994); Всесоюзных совещаниях по термобарогеохимии и геохимии рудообразующих растворов с 1973 по 1986 годы, Международных геологических конгрессах, VI и VIII Международных кимберлитовых конференциях (Новосибирск, 1995; Канада, 2003); Семинаре по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии (Москва, 2002); III Международной конференции "Кристаллы: рост, свойства, реальная структура, применение" (Александров, 1997); X Международном симпозиуме по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии (г. Франкфурт на Майне, Германия, 2004) и др.
Благодарности. Автор глубоко признателен своему учителю д.г.-м.н., профессору Ю.А. Долгову и академику B.C. Соболеву, которые оказали решающее влияние на формирование мировоззрения автора. Особую благодарность хочется выразить своим коллегам и участникам совместных исследований и публикаций: В.П. Чупину, Н.А. Гибшер, СВ. Ковязину, Л.Н. Похиленко, И.Т. Бакуменко, Н.Ю. Осоргину, Н.В. Бердникову, Н.В. Попову, А.Д. Ножкину, К.Б. Кепежинскасу, B.C. Шацкому, Ю.Н. Пальяно-ву, А.Г. Соколу, Н.П. Похиленко, А.И. Чепурову, И.И. Федорову, Г.Ю. Шведенкову, В.М. Сонину, А.Л. Рагозину, Л.И. Исаенко, В.В. Ярмолюку, Э.Г. Конникову и В.П. Афанасьеву, а также сотрудникам, оказавшим неоценимую помощь в аналитических исследованиях: О.А. Козьменко, А.П. Шебанину, А.В. Травину, СВ. Горяинову, Л.Н. Фоминой, Ю.В. Дублян-скому, В.Н. Реутскому, СГ. Симакину, Л. Далай. Осуществлению работы способствовала творческая атмосфера Института минералогии и петрографии СО РАН, директору которого - академику Н.В. Соболеву - автор благодарен за понимание и поддержку. Автор искренне признателен Л.И. Паниной, М.П. Мазурову, В.И. Сотникову, А.С. Борисенко, Г.Г. Лепезину, В.Н. Шарапову и В.В. Хлестову которые сделали полезные советы, замечания и рекомендации при обсуждении отдельных положений диссертации. Большую помощь при подготовке образцов для исследований оказали Л.А. Шохонова и Л.А. Егорова.
