Введение к работе
Актуальность проблемы определяется важнейшей ролью метасоматизма, в процессах эндогенного рудообразованйя и необходимостью более глубокой количественной характеристики физико-химических параметров этих процессов для построения количественных моделей рудообразувдих систем -научной основы прогнозов и поисков рудных месторождений.
Цель работы - определение физико-химических условий образования метасоматичоских пород и рассмотрение теоретических проблем метасоматической зональности о помощью экспериментального моделирования.
Задачи исследований: I) разработка нового направления - экспериментального моделирования метасоматизма -создание комплекса экспериментальных установок для воспроизведет!! диффузионного и инфдльграционного метасоматоза, разработка методики получения а исследования зональных метасоматігческих колонок, создание новой аппаратуры и методов для изучения гидротермального транспорта компонентов в пористых- средах; г теристакя горных пород; 6) использование полученных экспериментальных и расчетных данных для развития теории мета-соматических процессов»
Новизна и научная значимость работы заключается s развищ .нового, направления i-r ^к^перидагеалькрго ^следования метасоматизма". Впервые разработана комплексная методика экспериментального изучения метасоматических явлений, с помощью которой последовательно рассмотрены фундаментальные проблемы метасоматязма, охватывающие вопросы происхоадения минерального состава, физико-химичв' ских условий образования, зональности и динамики формирования матесоматических пород, исследованы процессы гидротермального транспорта при метасоматизме. Полученные принципиально новые экспериментальные данные о мета соматизме способствуют дальнейшему развитию теории мета соматических процессов» Выполненные исследования не име ют аналогов в геологической науке.
Практическое значение результатов диссертации опр деляегся:
возможностью количественной и качественной иятерпрет; цки условий образования всех главных типов мегасоматі ческих пород на основе полученных экспериментальных данных;
возможностью практического применения расчетов по пр ложенным моделям метзеоматической.зональности й тепл вого разуплотнения пород для решения геологических дач;. '..
- возможностью использования полученных количественных
. оценок.физико-химических м динамических параметров ч
таерматизма в численних моделях образования рудных ь сторовдений, создание которых является настоятельны*, требованием времени.
Внедрение. Разработанная методика эксперименталы го исследования метасоматизма используется в ряде нау них и учебных институтов, в частности, в Московском Уі верситете, Криворожском горно-рудном институте, Геоло) Ческих институтах Бурятского и Коми филиалов АН СССР, Московском геологоразведочном институте я др.
Материала к основные положений диссертации включены в лекционный курс ".Метасоматизм", читающийся автором о 1983 года студентам У курса кафедры петрографии МГУ.
Основные защищаемые положения
-
Развито новое направление - "Экспериментальное ис-омшШШШ^ШШ50ШХ]ЗЭШз"' создана аппаратура и разработана комплексная методика для изучения диффузионного, инфильтра-ционного метасоматоза и гидротермального транспорта в перовых растворах горных пород; показано, что с помощью метода прямого моделирования можно адекватно воспроизводить практически любые природные метасоматиты, их мянерзлышй и химический состав, зональную структуру, определять равновесные и динамические характеристики метасоматическях процессов.
-
Впервые экспериментально воспроизведены зональные метасоматические колонки, моделирукиге все главные типы околорудного метасоматоза: грейзени, вторичные кварциты, кварц-полевошпатовые, кварц-серицитовые, кварц-турмалиновые метасоматиты, пропилити, береэитц, гумбеиты, аргиллизитн, щелочные зльбитита, эгирин-рнбекитовые апограштты, известковые и магнезиальные скарш. Количественно определены условия их Образования по Т. Р, Pqq, , 10, рН, аИ[К и другим параметрам. 2 2 .\-.'
-
Для образования топазовых грейзенов необходимо воздействие кислых фторпдных растворов ( > г0~3ш Iff при 400С и
>Ю~г HF при 500С) о шсокоіі концентрацией глинозема С>5'І0"4п А1> и низкой активностью калия ( формирование берззитов требует повышенного содержания С02 во флюиде (Х^ > 0,05) и происходит в. присутствии умеренно кислых растворов в сравнительно узком температурном диапазоне .250-350. Лльбитовао и элидотовне пропиляти' фиксируют пограничную область между формациями кислотного и щелочного Ш-тасоматоза, формируются в блйзнеЯтральйых уоловпях. Для образования щелочных эгирин-рибекитовых альбити-тов благоприятен температурный интервал 350-450С и воздействие существенно натриевых щелочных растворов, имеющих величину рНр -j. > 6,6-6,5. Обязательное условие формирования известковых биме-тасоматлческих скарнов - участив близнейтральннх или слабокислых хлорадннх растворов типа Нас^ ксі, CaCi2, HgCl2; оптимальный диапазон температур - 500-700С. Еиметасоматические магнезиальные скарны образуются на контакте алкмосиликаткых пород с доломитами при Т = 600-850С и воздействии близнейтральных- и щелочных растворов типа Масі, кед,паї, кр, Na2C03, NaOH.KOH; глиноэемсодержа-щие экзоскарны появляются только в высокотемпературных условиях (>800С). .4. Тип метассматического процесса зависит от многих физико-химических параметров, совместное воздействие которых находит интегральное выражение в режиме подвижности компонентов, при атом из всех факторов преимущественное значение имеет величина рН воздействующего раствора: в. кислых и близнейтральннх условиях обобщенный ряд подвижности близок к ряду ионизации элементов по катионно-му типу: К , На, Са, Mg, Ре, Si, Al, Tij при_щелочн0ж^етайома.газд увеличивается подвижность .si* я А1 по отношению к двухвалентным металлам: к , Ne , Si , Al,. Са, Ms, Ра, їі; в условиях максимальной иелочнос-іа ряд претерпевает частичную инверсию: si, Al, Ті, к , На, Са , Mg , Ро ; :.'- алюминий обычно сохраняющий высокую инертность, приобретает подвижность в специфических условиях: в кислых фторидних растворах ( > 10 га Ш?), при высокой щелочности (рНр f > 8), при высокой температуре ( ^ 800С); . - максимально возможный диапазон вариации кислотности-щелочности растворов при метасоматизме, по-видимому, составляет около -6 единиц рНр ^ - от 2,5 для андалузитодах вторичных кварцитов дс 8,5 для содалитовнх метосоштнгов, 6. Разработана наиболее общая їлакроквнетическая модель мвгаооматичеосой,зональности, -основанная на использования схем обратимых химических реакций, предельным случаем которой является локально-равновесная модель Д.С.Коржияского. Расчета по модели показывают, что на ранних стадиях развития колонки ее строение во многом определяется кинетическими соотношениями, однако с течением времени структура любой колонки асспмлтотически приближается я локально-равновесному виду- Экспериментальные колонки, полученные при Т > 400С, близки к локально-равновесным. 6. Впервые экспериментально измерены коэффициенты диффу 7, Обнаружено и всесторонне исследовано неизвестное ра Фактический материал и методы- исследования,. Диссертация представляет итог шоголетких работ автора в Института экспериментальной минералогии АН СССР (1966-1989 г.р.) но научно-исследовательской тематике, несведённой экспериментальному исследованию метасоматизма, руководителем которой он является. Применявшиеся экспериментальные метода прямого моделирования, исследования минеральных равновесий, растворимости, диффузионного и инфильтрациошюго транспорта, теплового разуплотнения пород, измерения проницаемости при Р-Т условиях метаооматических процессов были разработаны и усовершенствованы за эти года, Всзго выполнено около 1500 экспериментов большая часть которых посвящена моделированию метастатической зональности. Экспериментальные исследования сопровождались термоданамичесКйми расчетами и численным моделированием на ЭВМ. При геологической интерпретации пс іученних результатов автору помогал личный опыт знакомства с околорудншли изменениями пород на 75 месторождениях различных типов Урала, Северного Кавказа, Закавказья, Средней Азии, Казахстана, Ук-<раины, Карелия, Забайкалья, Камчатки, Курильских островов, Болгарии, Югославии и Корнуолла, посещавшихся в разные годы. Публикации к апробация работы. Основные защищаемые положения диссертации изложены более чем в 60 опубликованных работах, в том числе в 3-х монографиях. Результаты .работы докладывались на 6 Моадувдродных и 17 Всесоюзных конгрессах: сш^позиумах, конференциях. Структура и объем работы. Диссертация состоит из ввело' кия, двух чаотей (десяти глав) и заключения. Она содержит
зии КС1," KaOl, СаС12, MgClg., FeClg, А101,, WagSiO-j В ПОрОВНХ
растворах при Т = 250-500С я Р = 1,0 кбар, величніш которых
в пересчете на раствор составляют при 250С от 1,4-10_4см /с
у ЙІСЦ до <2,1«Ю съг/g у КС1 и возрастают с температу
рой до (2,0-5,0)-Ю-4 суг/а. Таким образом коэффициент!! диф
фузии породообразующих компонентой различаются между собой
нр более, чем в 1,5-2,5 раза и в условиях гидротермального .
гашералсобразования все лежат в пределах (1,4-5,0)-10 стГ/о.
нее явлениэ значительного увеличения проницаемости горних
пород при нагревании. Эффект обусловлен анизотропией тепло
вого расширения минералов, приводящей к образованию связан
ной сети мнкротрещин по границам минера^ных зерен. В усло
виях равенства или небольшого превышения литосгатяческого
давления над флюидным тепловое разуплотнение в диапазоне от
200 до 6ССС мояет приводить к увеличению проницаемости пра
ктически непроницаемых Пород (<І0 їй) на 3-5 порядков и
обеспечивать инфильтрациокннй транспорт флюидов сквозь поро
ду по межзерновым границам..В этих условиях фронт распрост
ранения лнфальграцпокного метасоматоза -будет оперехать диф
фузионный" фронт при длительности процесса более 10 Лет. .