Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Геохимия и связь с магматизмом сегрегационного медно-никелевого и гидротермального оловянно-вольфрамового оруденения

ВАК РФ 04.00.02, Геохимия

Текст научной работыДиссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Носик, Павел Леонидович, Москва

/Г У- ^ )

У * с/ <■/ /

/ ■- V Ч/ / / А ^ - X

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Носик Павел Леонидович

УДК 621.384.8;531.31

ГЕОХИМИЯ И СВЯЗЬ С МАГМАТИЗМОМ СЕГРЕГАЦИОННОГО МЕДНО-НИКЕЛЕВОГО И ГИДРОТЕРМАЛЬНОГО ОЛОВЯННО-ВОЛЬФРАМОВОГО ОРУДЕНЕНИЯ

Специальность - 04.00.02 - Геохимия Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого- минералогических наук

Москва -1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ 3

Глава I. ГЕОХИМИЯ ПРОЦЕССОВ СЕГРЕГАЦИОННОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ РУДНОГО ВЕЩЕСТВА 6

1.1. Память о процессах сегрегационной концентрации

рудного вещества в слабо дифференцированных интрузиях 10

1.2. Память о процессах сегрегационной концентрации

рудного вещества в глубокодифференцированных интрузиях 26

1.3. Модель концентрации рудного вещества

в дифференцированных медно- никелевых интрузиях 41

Глава II. ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ РУДНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ 49

2.1. Выбор объекта исследования 52

2.2. Общая характеристика олово- вольфрамовых месторождений 56

2.3. Геохимические особенности олово- вольфрамовых месторождений Восточной Сибири 63

2.4. Генетическая модель гидротермального рудообразования 67

Глава III. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПАРАГЕННОГО КАССИТЕРИТУ КВАРЦА ОЛОВО-ВОЛЬФРАМОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ 73

3.1. Окислительно-восстановительный режим образования кварца 74

3.2. Удельное электрическое сопротивление кварца олово-вольфрамовых месторождений 79

3.3. Генетическая связь между удельным электрическим сопротивлением кварца, ГО2 и рН минералообразующего раствора 82

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 89

ЛИТЕРАТУРА 92

ВВЕДЕНИЕ

Проблема генетической связи магматизма и рудообразования является краеугольным камнем при исследовании и разработке рудных месторождений. Ответственными за магматизм в глубинном веществе при поднятии его к поверхности Земля являются процессы присоединения и перераспределения валентных электронов в ходе полимеризации и деполимеризации различных полианионов расплава, сопровождающиеся кристаллизационной и пневматолитовой дифференциацией магматического расплава. С этими процессами связана сегрегационная и гидротермальная концентрация рудного вещества, базирующаяся на сепарации, привносе в магматический расплав и гидротермальный раствор и выносе из них рудных элементов.

Между минералами, рудами и горными породами в магматических и

€

гидротермальных образованиях существует генетическая связь, о степени проявления которой можно судить по изменению химического, изотопного и минерального состава пород, вертикальному строению интрузий, гидротермальных месторождений, расположению рудных максимумов в интрузиях и гидротермальных образованиях, соотношению сульфидных и несульфидных форм нахождения рудных элементов в рудных максимумах, химическому составу пород, типоморфным группам химических элементов в гидротермальных месторождениях.

Актуальность работы. В настоящее время большое значение придается вопросам расширения минерально-сырьевой базы и геологического, петрологического, геохимического и металлогенического изучения недр Земли, прежде всего в районах действующих горных предприятий. В этой связи актуальность разработки и совершенствования методов прогнозирования в горном производстве, в том числе петрологических, геохимических и' металлогенических, не вызывает сомнения. Глубокое изучение памяти о процессах эволюции глубинного вещества в ходе поднятия его <к поверхности Земли является одним из важнейших путей совершенствования петроминералогеохимических методов прогнозирования рудных месторождений. Особое внимание уделяется выявлению причин и условий концентрации и рассеивания рудных элементов в магматических и гидротермальных образованиях в ходе дифференциации магматического расплава и эволюции магматического флюида.

В выполненной нами работе проведено детальное изучение парагенных минералов (касситеритов и кварцев) олово-вольфрамовых месторождений различных формаций Сибирской платформы геохимическим, химическим, термобарогеохимическим, изотопным, физическим и другими методами. Эти исследования позволили заключить, что в геовеществе заключена память о процессах эволюции глубинного вещества, концентрации и переводе рассеянных химических элементов в главные, второстепенные и элементы-примеси.

На основании результатов этих исследований была сформулирована цель диссертационной работы и поставлены задачи для ее достижения.

Цель и задачи исследования. Целью настоящих исследований является установление генетической связи между процессами в глубинном веществе и процессами сегрегационного и гидротермального рудообразования.

В задачи исследования входило:

1. Установление связи между процессами сегрегационной концентрации рудного вещества и дифференциации магматического расплава в слабо и глубоко дифференцированных интрузиях;

2. Обнаружение продуктов глубинных процессов в гидротермальных образованиях.

Научная новизна и практическая ценность. Установлено, что рассеянные химические элементы в дифференцированных интрузиях переводятся в главные, второстепенные и элементы- примеси в процессах полимеризации одних и деполимеризации других полианионов магматического расплава , а в гидротермальных растворах - в ходе превращения магматического флюида в гидротермальный раствор.

По изменению химического и изотопного состава пород глубоко- и слабодифференцированных интрузий можно судить о сульфидных и несульфидных формах рудного вещества.

Уменьшение содержания одних и увеличение других химических элементов в магматической камере позволяет судить о рудных максимумах в дифференцированных медно- никелевых интрузиях.

Наличие в типоморфных группах химических элементов Бс, №. Та, \Л/ дает основание для поиска рудного вещества ранних кислородсодержащих стадий.

Методы исследования. Основными в работе были методы геохимического,' химического, минералогического, петрологического, физического и изотопного анализа. Кроме того, привлекались термобарические, геохимические и другие методы. Проведены экспериментальные исследования и теоретические расчеты, а также проведен анализ литературных данных Е.Ф.Осборна, 1959, Ив.Ф.Григорьева, 1961, Ю.С.Геншафта 1974, 1978, 1987, 1997, Х.П.Тейлора, 1977, А.И.Альмухамедова, 1982, В.И.Смирнова, 1982, А.Б.Успенской, 1985, 1987, Г.Фора, 1983,1989, А.А.Кадика и др. 1990 и других авторов.

Основные защищаемые положения.

1. Концентрация рудных элементов в дифференцированных интрузиях сопровождается увеличением содержания одних и уменьшением содержания других химических элементов расплава: в глубокодифференцированных интрузиях увеличивается содержание РеО, Ре20з, МдО и уменьшается содержание 8Ю2, ТЮ2, А120з, СаО, утяжеляется изотопный состав серы и кислорода, а в слабодифференцированных интрузиях увеличивается содержание БЮг, ТЮ2, РеО, Ре20з и уменьшается содержание А120з, МдО, СаО, облегчается изотопный состав кислорода; их экстремальные значения могут использоваться в качестве поисковых критериев рудоносности интрузий.

2. Касситериты касситерит - кварцевой , касситерит- кварц- сульфидной формаций образуются в окислительной среде и для них характерны типоморфные элементы- примеси МЬ,Та,\Л/,8с, а месторождений касситерит-сульфидной формации - в восстановительной среде и для них характерны типоморфные элементы- примеси РЬ, Ре, Си, в; наличие МЬ,Та,\Л/,8с и отсутствие РЬДп.Ре.Си.в в касситеритах служит критерием для поиска олово-вольфрамового оруденения вблизи штока (в ранних гранитах), а наличие РЬ,2п,Си,Ре,8 и отсутствие !ЧЬ,Та,\Л/,8с в касситеритах - критерием для поиска олово- сульфидного оруденения вдали от штока (в поздних гранитах).

3. В парагенном касситериту кварце уменьшение удельного электрического сопротивления от касситерит- пегматитовой формации к касситерит- кварцевой формации связано с увеличением содержания Н+ при усилении окислительного режима; изменение удельного электрического сопротивления может служить поисковым критерием рудоносности олово-вольфрамовых месторождений.

/

Апробация результатов. Основные результаты исследований докладывались на международном совещании "Геофизические предпосылки и исследования дегазации Земной коры" (1996), совещании "Физико-химические и петрофизические исследования в науках о Земле"(1997). Они отражены в 9 опубликованных работах.

Объем и структура работы. Диссертационная работа содержит 72 страницы машинописного текста, состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы (73 наименования), включает 19 таблиц и 15 рисунков. В основу работы положены результаты исследований автора за 1989 - 1997 гг. Работа выполнена на кафедре Физики МГТУ. под руководством доктора геолого-минералогических наук Степанова В.А., профессора, доктора физико-математических наук А.Б. Успенской.

Постоянную помощь при выполнении работы оказывали проф. д.ф.м.н. А.А.Белый, д.ф.м.н. Геншафт Ю.С., проф. д.т.н. Астахов A.B., к.г.м.н. Носик Л.П. и др.

Всем вышеперечисленным ученым автор приносит глубокую благодарность. Особую признательность приношу своим руководителям доктору геолого-минералогических наук В. А. Степанову, профессору А.Б.Успенской за постоянную поддержку и консультации при подготовке данной работы.

Глава I. ГЕОХИМИЯ ПРОЦЕССОВ СЕГРЕГАЦИОННОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ

РУДНОГО ВЕЩЕСТВА

Глубинное вещество в ходе поднятия к поверхности Земли эволюционирует до магматического расплава с последующим отделением магматического флюида (рис.1). Магматический расплав является конечной ступенью эволюции глубинного вещества. На этой ступени происходит присоединение и перераспределение валентных электронов, приводящее к дифференциации магматического расплава и концентрации рудного вещества. Заполнение камер таким расплавом сопровождается появлением в нем рассеянных химических элементов (включая рудные элементы), одна часть которых в дифференцирующем магматическом расплаве превращается в главные, второстепенные и элементы- примеси, а другая часть выносится магматическим флюидом во вмещающую среду, которая в гидротермальном

растворе под воздействием глубинного Ю2 и pH в ходе гидролиза также превращается в главные элементы, второстепенные и элементы- примеси. Эти генетически связанные процессы создают геохимический облик месторождений.

Объектом исследования были выбраны слабо- и глубокодифференцированные медно-никелевые интрузии. Такой выбор обусловлен, во-первых, широким по составу спектром пород формации - от субультраосновных (пикритовых габбро-долеритов) до кислых (гранофиров), во-вторых, - слабым проявлением вторичных процессов, и в- третьих, - тем, что Сибирская платформа известна как крупнейшая металлогеническая провинция.

В качестве глубокодифференцированной была выбрана Черногорская интрузия норильского типа, а слабодифференцированной - Кайерканская интрузия ангарского типа, расположенные в Норильском районе.

Современная петрологическая модель становления изверженных пород может быть представлена схемой (рис.2), в которой эволюция глубинного вещества происходит как в подводящем канале [15,16], так и в самой камере [5,65].

Эта модель базируется на смешении различных магм и эвтектическом плавлении силикатных систем, приводящем к полимеризации полианионов кремния с концевым кислородом [Na(AISi04) Na(AISiOs)] и деполимеризации полианиоков с мостиковым кислородом [Si02H> NACAISi308)] [6,56,57].

С помощью двойных, тройных и четверных силикатных систем для этой модели были обоснованы процессы ликвации [42], реакционного принципа [40], фракционной кристаллизации [26], аккумуляции и сортировки кристаллов [22], ассимиляции [29] и др.

Так как данная модель основана на закономерностях эвтектического плавления силикатного расплава, как конечного продукта эволюции глубинного вещества, то она не дает возможности судить о более ранних процессах дифференциации магматического расплава не только в подводящих каналах, но и в самой камере. К таким процессам следует отнести полимеризацию полианионов с более высокой энергией комплексообразователя, например углерода и серы (Gc4+ = 1550 кДж/моль, Gs4+ = 1151 кДж/моль), чем для полианионов кремния (Gsi4+ = 1088 кДж/моль) [8].

Гидротермальная концентрация рудного

вещества (олово-вольфрамовые месторождения)

ы

и <и

Н

<я

и «

а «

Ч с и

«5

Глубинное вещество

Рис. 1. Схема эволюции глубинного вещества.

Сегрегационная концентрация рудного вещества (медно- никелевые интрузии)

Рис.2. Генетическая модель сенсационной концентрации рудного вещества.

1- затвердевающий Mai ма шчсский расплав по Е.В. Шаркову (198Х))

II- подводящие каналы и направление движения магмы по В.В.Дистлсру (1980)

III- глубинное вещество по А.Ф. Капустипскому (1956).

( 1 - главный объем расплава; 2- зона кристаллизации: 3- затвердеьшая часть интрузии; 4- зона закалки; 5- жильное образование: а- очаги остаточного расплава, б- затвердевшие жильные породы; 6- направление фронта кристаллизации: 7- конвекционные токи; 8- вмещающие породы 9-сульфидная форма Ni,Co, Cu;I0,l I- силикатная форма Ni. Co.Cu).

Настоящая глава направлена на выявление генетической памяти о процессах сегрегационной концентрации рудного вещества в глубоко и слабо-дифференцированных медно- никелевых интрузиях с целью обоснования критериев для поиска в них максимумов концентрации рудного вещества.

1.1. Память о процессах сегрегационной концентрации рудного вещества в слабодифференцированных интрузиях

К слабодифференцированным интрузиям могут быть отнесены Кайерканская [25] и Падумская [33] интрузии ангарского типа, Ергалахская интрузия тунгусского типа [2] и Ербейэкская интрузия могдинского типа [34].

Для характеристики слабодифференцированных интрузии нами была выбрана Кайерканская интрузия, так как она с одной стороны находится в Норильском районе, с другой стороны содержание серы в ее породах (0,03-0,09 вес%) больше, чем в Ергалахской интрузии тунгусского типа (0,033-0,049 вес%), но меньше, чем в Ербейэкской интрузии могдинского типа (0,17-0,40 вес%), а с третьей стороны - этот тип наиболее распространен среди стратифицированных тел на Сибирской платформе.

Кайерканская интрузия (Норильский район) была детально изучена Ю.Н.Корнаковым и др. [25] и она, как уже отмечалось выше, является типичным представителем ангарского типа, наиболее распространенным среди стратифицированных тел на Сибирской платформе.

Генетическая память в породах слабодифференцированных интрузий и процессах в эволюционирующем (дифференцирующем) магматическом расплаве заключена в вертикальном строении интрузии, минеральном составе пород, локализации рудньк максимумов, формах нахождения рудных элементов, химическом составе пород, изотопном составе кислорода пород, распределении несульфидного Со и № в минералах пород.

На базе собственных и литературных данных ниже была произведена попытка реставрации генетической памяти в породах о процессах в магматическом расплаве.

Состав пород интрузии

По скв. У-319, вскрывшей Кайерканскую интрузию на полную мощность, разновидности пород в вертикальном разрезе располагаются в следующей последовательности (сверху вниз) [25]:

Породы Мощность, м

I Микродолериты эндоконтакта кровли 0,5

II Пойкилоофитовые габбро- долериты 32,0

III Габбро-пегматиты 19,0

IV Призматически- офитовые габбро- долериты 26,0

V Офитовые габбро- долериты 16,0

VI Пойкилоофитовые габбро- долериты 47,0

VII Микродолериты эндоконтакта подошвы 0,35

Из приведенного вертикального разреза по скв. У-319 видно, что слабодифференцированная интрузия не имеет в своем составе крайних дифференциатов. Железистые породы представлены породами позднего этапа кристаллизации при одновременном раскислении плагиоклаза. Этот же факт был отмечен Ю.Н.Корнаковым и др. [25] и А.И. Альмухамедовым и др. [2,3].

Вертикальное строение интрузий

Несмотря на меньшую мощность Кайерканской интрузии ангарского типа (141 м), чем Ергалахской интрузии тунгусского типа (230 м), в последней в вертикальном разрезе лучше сохранилась симметричность, чем в Кайерканской интрузии. Для сравнения ниже приведено вертикальное строение Ергалахской интрузии [3]:

Породы Мощность, м

I Микродолериты

II Пойкилоофитовые габбро-долериты

III Офитовые долериты

IV Призматически- офитовые габбро-долериты

V Офитовые долериты

VI Пойкилоофитовые долериты

VII Микродолериты

4

53

33

37

35

62

6

Такое нарушение симметрии в Кайерканской интрузий, как показано ниже, связано с большим содержанием в ней серы по сравнению с Ергалахской (табл.1)

Таблица 1

Содержание серы ( вес%) в породах интрузий

Породы Содержание серы в интрузиях, вес%

Кайерканская интрузия Ергалахская интрузия

Пойкилоофитовые долериты 0,02 0,02

Габбро- пегматиты 0,06 0,04

Примечание. Сера из пород выделялась нами в виде 802; по методике А.Хаура и др. [18] путем смешения одной части породы с тремя частями Х/205 и прока�