Введение к работе
Актуальность проблемы. Флюиды являются тем звеном, которое связывает магматические процессы с процессами рудогенеза. Поэтому анализ флюидного режима, сопровождающего магматизм, является ключом к пониманию металлогенической специфики магматических комплексов.
Задачи работы: I) изучение геохимии галогенов в гранитоидах и метаморфических породах Урала с целью выявления главных закономерностей распределения в них фтора и хлора; 2) сопоставление содержаний фтора, хлора и ряда редких элементов в главных минералах-концентраторах гранитоидов, производных различных геодинамических режимов и метаморфических комплексов, и выявление индикаторных особенностей этих минералов; 3) систематизация авторских и литературных данных по коэффициентам распределения фтора и хлора между их минералами-концентраторами, а также между минералами и расплавами; 4) оценка режима летучих компонентов в процессе формирования гранитоидов и изучение геохимии последних; 5) использование данных по геохимии летучих и редких элементов для разработки критериев прогноза и поисков редкометального оруденения.
Фактический материал и основные методы исследования. Работа выполнялась б 'начала 70-х годов и до настоящего времени в соответствии с планами НИР Института геологии и геохимии имени академика А.Н.Заварицкого УрО АН СССР. Её основой послужил материал, собранный автором в течение всех этих лет на Урале и, частично, на Северном Тянь-Шане (Чаткальский и Кураминский хребты) и в Приморье. Объектами исследования были все ведущие формационные типы гранитоидов Урала, а также ареальные и зональные метаморфические комлексь
Автором непосредственно было проведено детальное геологическое изучение и геохимическое опробование большинства рассматриваемых в работе массивов гранитоидов и метаморфических комплексов Урала. В качестве некоторого дополнения в работе использованы опубликованные данные по петрографической и геохимической характеристике гранитоидов (йерштатер, Бородина, I97&; Ферштатер и др.,1984; Грабежев, 1981; Грабежев и др., I9B7).
Результаты исследований базируются на анализе геологических материалов, петрографическом изучении шлифов, геохимической ин -терпретации данных о химическом составе многих сотен горных по -род и минералов, а также на химических, спектральных и рентгеноспектральних анализах фтора и хлора и ряда редких элементов в породах и минералах. По сборам автора было выполнено более 200 полных силикатных анализов пород, 192 полных химических анализа минералов, количественные определения более 20 редких элементов в большом числе проб (от 300 до 2500 на разные элементы).
Главный акцент в работе делается на изучение геохимии фтора и хлора. На данные элементы проанализировано количественной химическими и рентгеноспектральными методами 1070 пород и 1180 породообразующих и акцессорных минералов. Выделение последних проводилось как из типовых проб пород (весом до 25-30 кг), так и из штуфных проб (весом до Ь-7 кг). Всего ввделено более 1200 монофракций минералов. Расчитано 38 минеральных балансов фтора и хлора в породах Урала.
В диссертации рассматриваются и обобщаются обширные литературные материалы по другим регионам СССР по распределению фтора и хлора в минералах гранитоидов и метаморфитов. Привлекается зарубежная информация соответствующего профиля. Кроме этого в процессе исследования автором были использованы образцы пород и минералов многих областей страны: Балтийского, Украинского, Алданского щитов, Северо-Востока СССР, Приморья, Восточного Саяна и Тувы, Западного Забайкалья, Северного Прибайкалья, Таймыра, Северного Тянь-Шаня, Памира, Камчатки и Курильских островов.
Научная новизна работы. Впервые на минеральном уровне под -робно охарактеризована геохимия галогенов (фтора и хлора) в гра-нитоидах и метаморфитах, являющихся главными носителями фтора и хлора (более ЬЬ%) в гранитной оболочке земной коры. На оснований выявленных закономерностей распределения галогенов в горных породах и минералах, показана возможность реставрации условий их формирования, определения продуктивных формаций, оценки их по -тенциальной рудоносности. Выделены типы природных магм по месту их генерации (мантийные, мантийно-коровые и коровые) и соответ -ствующие им флюидно-металлогенические типы гранитоидов.
Расчетом баланса фтора в гранитоидах и метаморфитах показано, что при валовом содержании фтора до 0,15? флюорит в породе практически отсутствует,и носителями фтора являются амфибол и би-
отит; в интервале 0,1-0,2% фтора появляется флюорит, на доло которого приходится до 20-60% фтора, а при валовом содержании фтора более 0,2% флюорит является основным минералом-носителем фтора (более 70).
Хлор, в отличие от фтора, не образует самостоятельных твёрдых фаз, а находится в рассеянном состоянии в породообразующих минералах. Минимальные концентрации его отмечаются в амфиболе, биотите и апатите.
На примере Урала показано, что в процессе заложения и развития геосинклинали от стадии рифтогенеза и далее к океанической, островодужной и континентальной стадиям флюидный режим эволюционирует от слабо фторо- и хлорсфильного к высокохлорофильному и далее через фтористо-водный к фторофильному, с соответствущим изменением металлогении - от сидерофильной к литофильной.
Наиболее вероятная причина флюидной специализации магматических комплексов - исходная природа расплавов (мантия, кора), природа субстрата и состояния - тип земной коры.
1. Содержания галогенов в одноименных породах и минералах -
индикатор коровой или мантийной природы магматических расплавов.
Мантийные образования характеризуются повышенными содержаниями
хлора в минералах (биотите - более 0,1%, в апатите - более 0,2$)
и пониженными величинами отношения F/CI (соответственно - 0,1 -
0,3 и 1,0-1,5). Наиболее информативным минералом-индикатором ман
тийной принадлежности магматитов является апатит с широкими вари
ациями содержаний хлора (от 0,2 до 3,5%),
Производные коры обладают низкими концентрациями хлора в биотитах и апатитах (до 0,1%, т.е. на порядок ниже, чем мантийные) и высокими содержаниями фтора, а также высокими значениями отношения F/CI. Наиболее информативным минералом-индикатором коровых образований является биотит, в котором содержание фтора варьирует от 1,0 до 3,5% и более.
2. Хлор-фтор-водное отношение в гидроксильной группе апатита,
биотита и амфибола - индикатор стадии кристаллизации любых магм.
В мантийных дифференциатах в интервале базальт-дацит (трахит) падает, в основном, доля хлора, растёт - фтора при примерно постоянном содержании воды. В коровьи дифференциатах в интервале тоналит-гранодиорит-адамеллит-гранит содержание хлора остаётся ничтожно
малым (не более 0,1% в минералах), содержание фтора растёт за счёт воды, что ведёт к высыханию как минералов, так и расплавов, стремящихся в пределе к окгонитовым.
3. При метаморфизме в условиях высоких давлений воды в пре
делах температур амфиболитовой и зеленосланцевой фаций из гидро-
ксильной группы прежде всего удаляется хлор, переходящий в со
став флюида и в пределе накапливающийся в океане за счёт обедне
ния хлором земной коры. При генерации гранитоидных магм в услови
ях амфиболитовой фации образуются "водные" гракитоиды, изофаци-
альные с магмогенерирующими толщами и предельно бедные хлором.
При высокотемпературном метаморфизме гранулитовой фации при . низких давлениях воды галогены ведут себя инертно и сохраняются, наследуя состав эдукта. Аналогичное поведение галогенов в "сухих" или "маловодных" магматических расплавах.
В сухих системах содержание галогенов в минералах определяется составом субстрата, а в "водных" - геохимическим режимом окружающей среды.
4. Выделенные на основе распределения галогенов флюидно-ме-
таллогенические типы гранитоидов в Уральском регионе занимают за
кономерное положение: высокохлороносные - приурочены к зонам с
повышенной мощностью гранулит-базитового слоя, а фтороносные - к
областям с резко пониженной мощностью гранулит-базитового слоя.
В процессе развития Урала от рифтогенной и океанической стадий к
островодужной и далее к континентальной флюидный режим гранитои
дов, одновременно со сменой их формационных типов, эволюционирует
от хлористого к фтористо-водному и затем к фтористому, с изменени
ем их металлогении (Ге, Ті, Ni, Со, Си, Zn * Аи, Ag, Ио, W
Be, Li, Rb, Се, Hb, Та И др.).
Практическая значимость состоит в разработке новых критериев оценки потенциальной рудоносности гранитоидов и метаморфических пород, основанных на распределении галогенов между породообразующими и акцессорными минералами. Разработан метод оценки потенциальной рудоносности гранитоидов по соотношению фтора и хлора в биотитах и апатитах. На территорию Среднего и Южного Урала на основании соотношения фтора и хлора в биотитах и апатитах составлена геохимическая карта масштаба 1:1000000 гранитоидов и метамор-фитов, специализированных на фторофильные и хлорс-фильные комплексы рудных элементов. Данная карта с объяснительной запиской к ней передана в ПГО "Уралгеология", где в настоящее время используется
при проектировании и проведении геолого-съёмочных (м-йа 1:50000) и геолого-поисковых работ (акт о внедрении № 103 от 02.02.87 г.) В процессе проведения геологических работ рекомендуется постанов ка фторо- и хлорометриц по биотитам и апатитам с последующей отстройкой геохимических карт концентраций фтора и хлора по комЛ' лексам порбд и отдельным массивам магматитов и метаморфитов.Быдв' ленные участки повышенной фтороносности или хлороносности подлежат более детальному геохимическому изучению (м-ба 1:10000) с целью оконтуривания местоположения вероятного оруденения с учётом зональности в распределении летучих.
Некоторые результаты проведённого исследования использованы в обобщающих монографических работах Л.В.Таусона (1977), В.С.Антипина, В.И.Коваленко, И.Д.Рябчикова (1984) и др.
Монография "Галогены в петрогенезисе и рудоносности гранито-идов", 1А., Наука, 1986 (в соавторстве с В.В.Холодновым) переведена на английский язык и подготовлена к изданию в США (Издатапьст-во Винстсн с сыновьями и К).
Апробация работы. Результаты исследований и выдвинутые в работе основные положения докладывались и обсуждались на Всесоюзном симпозиуме "Проблемы петрологии и геохимии гранитоидов" ( Миасс, 1971), на У Всесоюзном петрографическом совещании (Алма-Ата,1976) на Всесоюзном совещании "Флюидный режим земной коры и верхней май тии" (Иркутск, 1977), на Всесоюзных ежегодных семинарах в ГЕОХИ "Геохимия магматических пород" (Москва, 1978, 1979, 1981, 1983, І98б)т*на ІУ Всесоюзном симпозиуме по метаморфизму (Апатиты,1979) на< УІ Всесоюзном петрографическом совещании (Ленинград, 1981), на
III Всесоюзном совещании по геохимическим методам поисков полезны:
ископаемых (Самарканді 1982), на Всесоюзном совещании Теохимя в
локальном металлогеническом анализе" (Новосибирск, 1986), на Пер
вом Уральском металлогеническом совещании (Свердловск, 1986), на
IV Всесоюзном совещании "Теория и практика геохимических поисков
в современных условиях (Ужгород, 1988), а также на целом ряде ре
гиональных совещаний и семинаров.
Публикации. По теме диссертации опубликовано более 80 работ, в том числе 2 коллективные монографии. Список главных из них приведён в конце автореферата.
Объём и построение работы. Диссертация состоит из введения, 8 глав и заключения. Общий объём - 260 страниц машинописного тек-
ста, 37 таблиц и 62 рисунка. Приложение состоит из 31 таблицы (190 стр.). Список литературы включает 257 наименований на русском и 70 на иностранном языках.
Во введении даётся общая характеристика работы, обосновывается ез актуальность, практическая значимость, указываются результаты апробации, фактический материал, положенный в основу работы, формулируются защищаемые положения. В первой главе рассматривается распределение галогенов в земной коре и поведение фтора и хлора в магматических процессах, а также идея использования летучих компонентов при формациснном расчленении глубинных пород. Вторая глава дает представление о поведении галогенов в процессе метаморфизма с описанием кс'жретных типовых метаморфических комплексов Урала. Глава третья раскрывает поведение галогенов в магматическом процессе,формирующем современные и древние вулканические породы, а также интрузивные образования различного состава. В четвёртой главе на примере типовых массивов показано распределение фтора и хлора в гранитоидах Урала,которые классифицируются .на формациокно-фациальной основе с выделением главных формационных типов. Приводится расчет баланса фтора и хлора в гранитоидах.В пятой главе с исчерпывающей полнотой рассматриваются содержания, фтора и хлора в породообразующих и акцессорных минералах гранитоидов и метаморфитов и показано, что они могут быть индикатором флюидного режима и генезиса гранитоидов. В шестой главе излагается материал по распределению фтора и хлора между сосуществующими минералами, как показатель условий формирования пород. Седьмая глава посвящена детализации вопроса об использовании галогенов при форма-ционно-фациальном расчленении гранитоидов. В восьмой главе галогены рассматриваются в качестве признаков металлогенической специализации гранитоидов и метаморфитов. Заключение содержит главные научные выводы, полученные в результате проведённых исследований и предложения о дальнейшем направлении работ.
При разработке темы автор пользовался поддержкой и советами члена-корреспондента АН СССР А.М.Дымкина, докторов геолого-минералогических наук Д.С.Штейнберга, В.Н.Сазонова, Г.Б.Ферштатера, Н.А.Григорьева, В.Н.Анфилогова.
На отдельньис этапах сбор исходных данных по поставленной проблеме и интерпретация полученных результатов проводились совместно с Д.С.Ытейнбергом, З.В.Холодновым (Институт геологии и геохимии УрО АН СССР), Б.А.Литпиновским (Институт геологии Бурятского фили-
ала СО АН СССР), О.Н.Волшцом (Институт вулканологии ДВО АН СССР), что нашло отражение в соответствующих совместных публикациях.
Подготовка к анализам нескольких тысяч проб, отобранных автором, а также выделение из них многих сотен мономинеральных фракций проводились в Институте геологии и геохимии УрО АН СССР А.Н.Кайго-родцевой, М.НЛ'юшняковой, Р.А.Новиковой, Н.С.Крапивиной, І'.П.Ваву-ленко, В.И.Шаламовой. Большая часть аналитических работ выполнена в соответствующих аналитических группах Института геологии и геохимии УрО АН СССР под руководством В.А.Вилисова, Ы.ВЛ'раяновой и И.И.Неустроевой.
Автор искренне благодарен всем принявшим участие в исследованиях или способствовавших их проведению. Автор также благодарен вес му коллективу лаборатории Института, без помощи и поддержки которого эта работа не могла быть выполнена.
Особую благодарность автор выражает профессору Д.С.Штейнбер-гу за постоянную поддержку проводящихся исследований и за критическое обсувдение их результатов.