Введение к работе
Актуальность темы. Проблема связи магматизма и оруденения является одной из наиболее сложных и важных в эндогенной геологии, особенно сейчас, когда наблюдается резкое сокращение числа легко открываемых месторождений. В этом отношении исследование условий образования редкометальных гранитов (РГ), которым в последние три десятилетия уделяется так много внимания, представляет исключительно благоприятный материал для решения ряда фундаментальных проблем петрологии рудогенерирующих магм, в том числе, источника рудного вещества и условий его концентрации. Это обусловлено природой РГ, тесно пространственно и генетически связанных с определённым типом гранитоидпой магмы, подготовленной всем ходом развития предшествующего магматизма. В настоящее время общепризнанным является факт генерации РГ на завершающем этапе развития интрузивных систем определённого геодинамического режима - внутриконтинентальных подвижных зон (ВПЗ) фанерозоя. Однако относительно исходного источника магмы и механизма её эволюции единство мнений определённо отсутствует. В качестве альтернативных концепций исходной магмы рассматриваются стандартный палингенный коровый расплав (Коваленко, 1977) и высококалиевая монцонитоидная или шошонитовая магма, имеющая глубинный мантийный источник (Трошин, 1986). Такая полярность представлений может свидетельствовать либо о полигенной природе РГ, либо недостаточной аргументации одной из предлагаемых концепций, а между тем этот вопрос имеет исключительно важное не только петрологическое, но и прикладное значение.
С другой стороны, для рассмотрения условий и механизмов концентрации рудного вещества исключительный интерес представляет, изучение непосредственно массивов рудоносных РГ- "апогранитов", предельных дифференциатов гранитоидных систем. Апограниты являются наиболее молодым генетическим типом редкометальных месторождений, связанным с гранитоидным магматизмом, в отличие, например, от пегматитов, имеющих более чем вековую историю. Датой появления термина, "апогранит" ,и представления нового генетического типа месторождений редких металлов можно считать 1962г - год опубликования известной монографии А.Д.Беуса с соавторами, т.е. история открытия насчитывает чуть более трёх десятилетий.
A Интерес к этим объектам определялся двумя главными причинами. Во-первых, и это очевидно главное, с апогранитами связаны промышленные концентрации редких элементов, потребность в которых в предшествующие годы была чрезвычайно большой в связи с развитием "военно-промышленного комплекса" и космической техники. Во-вторых, благодаря дифференцированному строению, массивы апогранитов представляют собой исключительно благоприятный фактический материал для моделирования процессов петрогенезиса и условий значительного накопления редких элементов, обычно рассеивающихся в породообразующих минералах. Однако накопленный за последние десятилетия огромный фактический материал по составу и строению апогранитовых массивов, всё более совершенные и разнообразные аналитические данные, успехи в области физико-химического анализа природных процессов и их прямое моделирование не привели к однозначному приоритету одной из двух общеизвестных альтернативных гипотез образования РГ - апогранитовой концепции А.А.Беуса (1962) и онгонитовой модели В.И.Коваленко (1977). Мало того, в последнее время сформировалось представление о принципиальной возможности и магматического, и метасоматического генезиса апогранитов и даже конвергенции этих процессов (Коваленко, 1994). Выполненное исследование приводит к убеждению, что каждая из указанных концепций действенна, однако применима лишь к одному из двух главных этапов апогранитового процесса. Представляется, что дальнейшее совершенствование теории петрогенезиса апогранитов должно осуществляться по пути синтеза альтернативных концепций.
Прикладной аспект проблемы состоит в том, что промышленность, особенно новые её отрасли, испытывают постоянно растущую потребность в остродефицитном сырье - редких элементах - Ta,W,Sn,Be,Li,Rb,Cs,P33, источником которых являются РГ. Следует при этом иметь в виду, что наметившееся в последнее время снижение внимания к редкометальной промышленности в нашей стране является скорее всего преходящим и недолговременным. Традиционно принято было считать, что это сырьё является прерогативой военно-промышленного комплекса. Однако это далеко не так. Указанные элементы потребляются многими другими отраслями промышленности, без которых немыслимо развитие технического прогресса. Для обеспечения потребности народного хозяйства в редких элементах необходимо
расширение минерально-сырьевой базы, которое возможно лишь в результате непрерывного совершенствования методов прогноза редкометального оруденения. В основу создания эффективных критериев прогнозирования должна быть положена единая и полная концепция редкометального рудообразования, которая в настоящее время ограничивается, как правило, рассмотрением по сути дела лишь завершающего этапа развития долгоживущих и сложнопостроенных рудно-магматических систем (РМС).
Конечной целью настоящего исследования является создание генетической модели формирования РГ и связанного с ним рудообразования во всём многообразии этой проблемы. Эта цель определяла задач», которые заключались: 1 - во всестороннем изучении состава мезозойских интрузивных комплексов Забайкалья, как классической редкометальной провинции фанерозоя и в сравнительном анализе этих данных с результатами изучения других редкометальных провинций - Богемского массива и Приморья; 2 - в изучении геохимии контрастных интрузивных серий , завершающихся образованием РГ, как основополагающих данных для решения вопросов петрогенезиса рудогенерирующих магм; 3 - в анализе стадийности апогранитового процесса на основе комплексного минералого-геохимического изучения массивов апогранитов и реконструкции механизма концентрации в них рудного вещества; 4 - в выявлении индикаторных признаков сквозных породообразующих минералов и их петрогенетического значения; 5 - в разработке комплекса эффективных (надёжных и экспрессных) критериев для поисков и прогнозной оценки продуктивного редкометального оруденения.связанного с РГ.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Впервые в наиболее полном объёме (от ранних габброидных комплексов
до рудоносных РГ) и на различных уровнях исследования (петрохимическом,
геохимическом и минералогическом) рассмотрена эволюция магматизма ВПЗ,
завершающегося редкометальным рудообразованием, и выполнена
согласованная с современными тектоническими концепциями оценка
геодинамических режимов магмогенерации;
2. показано, что контрастные интрузивные серии, представляющие
магматизм ВПЗ, соответствуют модели вертикального петрогенетического ряда,
который отражает различную степень взаимодействия мантийного и корового
вещества на разных стадиях становления серий в сочетании с процессами фракционирования;
3. на примере двух классических редкометальных провинций - Забайкалья
и Богемского массива (Чехия) выполнен сравнительный анализ вещественного
состава и условий формирования смешанных интрузивных серий,
завершающихся образованием РГ;
-
обоснована целесообразность детализации геохимического типа ПРГ, в составе которого выделяются два подтипа ( коллизионный и анорогенныи), различающиеся по химическому составу слагающих их пород и минералов, металлогенической специализации и условиям магмогенерации;
-
выявлены эволюционные ряды сквозных породообразующих минералов (КПШ, слюд), подтверждающие наличие двух типов интрузивных серий в рамках единой РМС и позволяющие в значительной степени корректировать последовательность формирования отдельных её этапов;
6. разработана оригинальная генетическая модель апогранитового
процесса, которая диалектически синтезирует две общеизвестные альтернативные
гипотезы (метасоматическую А.А.Беуса и онгонитовую В.И.Коваленко);
-
показано, что уровни взаимной концентрации Rb и Sr в породе (или КПШ) являются наиболее эффективным (надёжным и максимально экспрессным) показателем степени развития рассматриваемых РМС и меры готовности их к редкометальному рудообразованшо;
-
в методологическом плане показана необходимость системного подхода при анализе развития контрастных РМС фаиерозоя. Благодаря такому подходу рудогенерируюшая система рассматривается на различных иерархических уровнях её организации (от магматической формации до минерала) и в полном своём объёме от ранних этапов габброидноґо магматизма до лейкогранитового и максимально зрелых рудоносных его дериватов (апогранитов, грейзенов, гипотерм). Благодаря такому подходу устанавливаются взаимосвязи между отдельными звеньями формирования РМС, необходимые для глубокого понимания сущности процессов петрогенезиса и рудообразования.
Апробация работы и внедрение результатов. Содержание работы опубликовано в 57 статьях и одной монографии (коллективно). Подготовленная по материалам диссертации монография включена в план издательства СПбГУ на 1996 г. Материалы диссертации излагались более чем в 30 докладах на
различных научных конференциях и производственных совещаниях, включая: II и IY Международные симпозиумы по методам поисковой и прикладной геохимии (Иркутск,1981,Прага,1990), II и III Всесоюзные совещания по метасоматизму и рудообразованшо (Ленинград,199б,19б9), I и IY Всесоюзные конференции по минералогии, геохимии, генезису и комплексному использованию вольфрамовых месторождений СССР (Ленинград, 1966, 1986), Всесоюзное межведомственное совещание по рентгенографии минерального сырья (Алма-Ата, 1974), ряде Всесоюзных совещаний по геохимическим методам поисков месторождений полезных ископаемых (Самарканд,1982; Новосибирск, 1986; Ужгород, 1987); Всесоюзном совещании "Минеральные кларки и их устойчивость" (Дущанбе,1986); Всесоюзном совещании "Критерии рудоносное и геохимическая типизация магматических образований" (Иркутск,1988); Международном симпозиуме "Граниты и геодинамика" (Москва,1989); Международном межвузовском семинаре "Перспективы минерального сырья" (Прага, 1990) и др. Помимо публикаций в печати внедрение результатов исследования проводилось путём выполнения с высокой оценкой многолетних хоздоговорных работ с территориальным геологическим управлением ПГО "Читагеология"и Орловским ГОКом МЦМ СССР, а также включением основных результатов работы в курс лекций "Минералогия СССР" для студентов геологического факультета СПбГУ.
Работы были начаты автором в 1963 г на кафедре минералогии и в Институте Земной коры Ленинградского университета и состояли из двух периодов исследования: первый из них (1963-1969) был посвящен изучению минералогии и геохимии апогранитовых месторождений Забайкалья, Приморья, Украины и попытке рассмотреть генезис этих образований с позиции метасоматической концепции А.А.Беуса, пробудившего интерес к этой проблеме. Во второй период (1977-1995) объектом исследования явились интрузивные образования редкометальных провинций фанероэоя. Инициатором постановки проблемы исследования ассоциативных связей РГ с предшествующими этапами развития магматизма был Л.В.Таусон.светлая память о котором сохранится у автора до конца дней. Настоящая работа выполнялась при многолетнем дружеском содействии творческого коллектива НЙИЗК СПбГУ и бывших студентов кафедры минералогии, выполнявших под руководством автора курсовые и дипломные работы на совместно собранном материале. Большое
содействие при выполнении различных этапов исследования автор получил от
С.В.Тереховой, Т.Ф.Семёновой, А.А.Спиридонова, В.В.Михайлова
И.А.Жуковой, М.Л.Зориной, А.Н.Ильиной, Л.А.Тимохиной, Т.Г.Петрова А.А.Книзеля и др. В процессе подготовки работы отдельные её раздель обсуждались с А.А.Беусом, А.Г.Гинзбургом, Л.В.Таусоном, В.Д.Козловым В.В.Гордиенко, Ю.Д.Пушкарёвым, М.Штемпроком, М.Ридером, К.Брейтером Г.Фридрихсм, Л.В.Григорьевой и многими другими коллегами по изучении гранитоидов, чьи консультации и. критические замечания оказались весьм; плодотворными. Выполнение исследований постоянно поддерживалос] сотрудниками производственных организаций: ПГО "Читагеология" (Л.П.Сарин В.С.Нечёткий, И.Г.Рутштейн, Л.П.Старухина, Н.Н.Чабан, С.Н.Пехтерев М.Д.Скурский), ПГО "Приморгеология" (Н.Ф.Костерев, М.Д.Рязанцева) Орловский ГОК МЦМ СССР (А.А.Селедков, А.М.Гребенников, Б.А.Левичев) Всем кто способствовал выполнению настоящей работы.автор выражает свои искреннюю благодарность.
Общий объём работы. Работа состоит из введения, шести глав, заключения общим объёмом текстового материала 372стр. и включает 35 таблиц,і05рисункоі и список литературы из 30Z наименований.
Практическая значимость работы определяется комплексен разработанных автором геохимических и минералогических критериев оценкі степени развития РМС редкометальных провинций фанерозоя и меры готовності к редкометальному рудообразованию, которые позволяют с высокой степенык надёжности корректировать и совершенствовать легенды магматизма эти; регионов, необходимые для проведения поисково-съёмочных и прогнозно оценочных работ, оценивать потенциальную рудоносность лейкогранитовы; комплексов и рудную продуктивность отдельных массивов и их участков Разработан простой и наглядный метод геохимической типизации интрузивны; образований ВПЗ фанерозоя, основанный на оценке уровней взаимноі концентрации в породе всего двух элементов - Rb и Sr, а также метод оценю концентрации Та по содержанию Rb, не представляющего сложности : аналитическом отношении. Главным преимуществом этих разработок m сравнению с другими геохимическими критериями является возможност получения результатов непосредственно в полевых условиях с использование! доступной отечественной рентгеноспектральной аппаратуры.
Фактический материал и методы исследования. В основу настоящей работы положены материалы, полученные автором в результате многолетних исследований гранитоидов и связанных с ними редкометальных месторождений классических редкометальных провинций: Забайкалья, Чешского массива, Приморья. Эти исследования проводились в соответствии с тематическими планами научно-исследовательских работ Института Земной коры СПбГУ, а также многолетних работ, проводимых в Читинской области по заказам ПГО "Читагеология" Мингео РСФСР, МЦМ СССР. Успешному выполнению работы способствовали договора о творческом содружестве с Карловым Университетом и Геологическим институтом г.Праги. Весьма полезным в сравнительном плане оказался предшествующий опыт изучения автором редкометальных месторождений докембрия (Сущано-Пержанской зоны, СЗ Украинского щита), а также метасоматитов пегматитовых полей докембрия (Кольский п-ов), результаты которых изложены в монографии "Метасоматиты пегматитовых полей" (в соавторстве с В.В.Гордиенко и В.Г.Кривовичевым). Фактический материал был получен в результате разномасштабных исследований интрузивных комплексов редкометальных провинций и связанных с ними месторождений. Наиболее полные и детальные исследования проводились на территории главных рудных узлов, где изучался весь комплекс интрузивных пород и руд. Геологической основой для проведения этих работ служили известные геологические карты различного масштаба, которые дополнялись и корректировались по результатам минералого -геохимического исследования. Систематизация и обобщение полученных аналитических данных по составу магматитов выполнены на основе сопоставления принципов формационного анализа и геохимической типизации, разумное сочетание которых является надёжной основой для петрологических построений.
Для корректного' сопоставления аналитического материала в работе используется исключительно оригинальный аналитический материал. Он состоит из большого объёма разнообразных аналитических данных,в том числе, более 3500 полных силикатных анализов пород, включая редкие щелочные элементы и фтор, выполненных в лабораториях ПГО "Севзапгеология", "Читагеология" и НИИЗК СПбГУ. Эти же пробы были проанализированы методом рентгеноспектрального анализа на обширный круг редких и малых элементов, в том числе Rb,Sr,Ta,Zr,Y,Yb,U,Th,Ni,Co,V,Cr (лаборатория В.Н.Топорского,
ВСЕГЕИ). В связи с большим интересом к редким щелочным элементам и фтору методами фотометрии пламени и ионселективкых электродов (лаборатории НИИЗК СПбГУ) было проанализировано порядка 2500 проб пород и слюд. РЗЭ и низкие концентрации малых и редких элементов были определены методом нейтронной активации в 180 пробах пород;. Для сопоставления этих данных использовались лаборатории ИМГРЭ, НИХИ СПбПУ, ГЕОХИ РАН, Геологического института г. Праги. Определение W в 250 пробах пород и слюд выполнено Л.А.Тимохиной в лаборатории кафедры геохимии СПбГУ по специально разработанной методике количественного спектрального анализа. В 24 пробах пород Ю.П.Шергиной (ВСЕГЕИ) определены первичные отношения изотопов Sr и О. В 12 пробах пород, апатитов и флюоритов оценены первичные изотопные отношения Nd (ИГГД). Вариации состава.зональных слюд изучались на микрозонде Gamebax-micro (НПО Механобр). . Обобщение большого аналитического материала выполнено на основе использования многих приёмов математической статистики (расчёты средних, дисперсий, доверительных интервалов, силы связи и др.), однако наиболее результативным оказалось применение метода главных компонент R-факторного анализа, исключительно благоприятного для рассмотрения столь контрастных по химизму природных систем.