Литолого-геохимические методы реконструкции генезиса алюминиевых руд с целью повышения достоверности их прогноза и поиска в Сибири

Черкасов, Геннадий Николаевич

Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему
Литолого-геохимические методы реконструкции генезиса алюминиевых руд с целью повышения достоверности их прогноза и поиска в Сибири
ВАК РФ 04.00.13, Геохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Литолого-геохимические методы реконструкции генезиса алюминиевых руд с целью повышения достоверности их прогноза и поиска в Сибири"

од

На правах,)рукописи

ЧЕРКАСОВ Геннадий Николаевич

ЛИТОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РЕКОНСТРУКЦИИ ГЕНЕЗИСА АЛЮМИНИЕВЫХ РУД С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ДОСТОВЕРНОСТИ ИХ ПРОГНОЗА И ПОИСКА В СИБИРИ

04.00.13 — геохимические методы поисков

месторождений полезных ископаемых 04.00.21 —литология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук

✓

Новосибирск 1997

Работа выполнена в Сибирском научно-исследовательском институте геологии, геофизики и минерального сырья (СНИИГГиМС)

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук

В.А.Каштанов

Оппонирующая организация: Всероссийский научно-исследовательский институт минерального сырья (ВИМС), г. Москва

Защита состоится "17 " июня 1997 г, в 1000 на заседании диссертационного совета Д 002.50.04 при Объединенном института геологии, геофизики и минералогии СО РАН, в конференц-зале

Адрес: 630090, Новосибирск-90, Университетский пр.,3

Автореферат разослан " 5 " <а Л__ 1997 г.

Ученый секретарь

доктор геолого-минералогических наук Ю. Г. Цеховский

доктор геолого-минералогических наук С.Л.Шварцев

диссертационного совета Д.Г.-М.Н.

ВВЕДЕНИЕ

Объектом исследований, выполненных на основе изучения месторождений и проявлений большой гаммы реальных и потенциальных алюминиевых руд и современных минеральных источников Сибири и Дальнего Востока, несущих в своих водах алюминий, являлись условия зарождения глиноземного вещества в глубинных процессах, способы его транспортировки к поверхности и типы руд, локализующихся в различных структурах земной коры на каждой стадии эволюции сибирского блока литосферы.

Состояние вопроса и актуальность исследований. В природе известно около 20 видов глиноземных пород, которые могли бы при определенных условиях использоваться в качестве руд для производства алюминия, но в силу различных причин используются только 4: бокситы, нефелиновые сиениты, алунит, дистен - из них основным сырьем все же остаются бокситы, поэтому в исследованиях им уделяется и больше внимания.

По поводу генезиса бокситов существует более двух десятков различных гипотез, часто противоположных по сути, но одинаково слабо аргументированных, которые можно объединить в две крупные группы: а) эндогенных гипотез, бывших в ходу в XIX в. и б) гипергенных, ставших превалирующими в XX в. Среди советских геологов широкое признание из группы гипергенных гипотез как наиболее аргументированная получила латеритная, в параметрах, предложенных И.И.Гинзбургом и В.П.Петровым в начале 60-х годов, по которой для образования латеритных бокситов необходимы: 1) тропический равномерно- или переменно-влажный климат, 2) тектонический покой (отсутствие вулканизма), 3 ) благоприятный бескварцевый алюмосиликатный субстрат. Только одновременное сочетание всех факторов способствует формированию латерит-боксита. Отклонение хотя бы по одному параметру препятствует такому бокситообразованию. Некоторые исследователи (Теняков, 1980) считают этот способ образования бокситов единственным.

Однако в Сибири известны проявления неоген-четвертичных и современных хемогенно-осадочных и жильных гиббситовых и ал-лофан-гиббситовых бокситов, сложенных часто еще пластичным или полужидким глиноземным материалом, что говорит о существовании и нелатеритного способа образования бокситов. К тому же явно не латеритными являются проявления и месторождения корунда, шпинели, наждаков, нордстрандит-давсонитовых и алюмосуль-фатных пород.

За последние 20 лег в области нелатеритного алюморудогенеза получен новый интересный теоретический и фактический материал:

• сделано открытие Л.Н.Когарко (диплом № 304) возможности отщепления при определенных условиях из щелочной алюмоси-ликатной магмы глиноземного ликвата;

• драгированы со дна Тихого океана обломки четвертичного вулканического стекла, почти целиком состоящего из глинозема и воды (Архипова и др., 1987; Sinton и др., 1987);

• найдены кайнозойские муллигерцинитовые лавы (А1203 32 %, Si02 35 %) в КНР (Zeng Guagce и др., 1993);

• описаны сливные магматические дистеновые руды в Индии (Banerji, 1981);

• обнаружены в подводном хр.Горда-Ридж (Тихий океан) современные гидротермально-метасоматические структурные анатаз-бемитовые образования по базальтам, аналогичные континентальным структурным бокситам (Howard, 1988);

• найдено крупное месторождение Аз-Забира в Саудовской Аравии в меловых осадках аридного литогенеза (Black и др., 1984);

• установлено формирование современного хемогенно-осадочного гиббсит-аллофанового бокситового (А1203 37,4041,59 %, Si02 2,5-17,85 %) пласта в Западном Саяне в условиях резко континентального умеренного климата Сибири (Черкасов и др., 1982).

Все это, а также низкая эффективность поисковых работ 6070-х гг. на латеритные бокситы в Сибири заставляют вновь вернуться к проблеме генезиса алюминиевых руд этого региона. Отсюда, актуальность исследований определяется необходимостью:

- разработки надежных методов генетических реконструкций с целью установления различий в происхождении конвергентных пород и руд;

- совершенствования теоретических основ алюморудогенеза в свете новых фактических и экспериментальных данных последних 20 лет;

- создания в Сибири местной сырьевой базы алюминиевой промышленности.

Цель. Повышение достоверности прогноза и поиска алюминиевых руд через разработку методов их генетических реконструкций и совершенствование представлений по основам теории алюморудогенеза.

Для достижения цели необходимо решить ряд задач:

- используя результаты теоретических, экспериментальных исследований и фактический материал последних 20 дет, показать, что

наряду с латеригными бокситами существуют бокситы, не отвечающие статусу латеритных, характерные для сибирского блока литосферы;

- опираясь на результаты применения методических разработок по генетическим реконструкциям, обосновать новые источники алюминия, непосредственно связанные с глубинными процессами, происходившими в сибирском блоке литосферы;

-основываясь на закономерности проявления определенного типа магматизма для каждой стадии эволюции сибирского блока литосферы, выявить типы алюминиевых руд, присущие только этой стадии, закономерности формирования их месторождений и наметить перспективы поисков таких руд в Сибири.

Фактический материал и методы исследования. В основе работы лежит материал, полученный автором в процессе многолетних (начиная с 1959 г.) исследований на большинстве проявлений и месторождений алюминиевых руд Сибири, Казахстана, Урала, а также на современных природных глиноземистых источниках Якутии, Забайкалья, Западного Саяна, Иркутского амфитеатра и Курильских островов. Кроме того, в распоряжение автора был любезно предоставлен каменный материал по бокситам и аллитам из коллекций В.И.Бгатова. (по Венгрии, Вьетнаму, Гвинее-Бисау, Турции), В.И.Будникова (по Таймыру, Тиману, КМА, Греции, Китаю), Р.С.Родина (по Австралии, Гвинее, Мали, Украине, Югославии), В.В.Боровского по бокситам Полярного Урала, О.П.Казанцева - по диаспоритам Казахстана.

Достоверность результатов определяется большим объемом и высоким качеством использованного фактического материала по геологии, геохимии, минералогии, литологии, тектонике, магматизму и палеоклиматам бокситоносных регионов мира, в том числе

1) фондовых данных ВГФ (1929-1978), СевКазГУ (1954-1959), Свердловского ГУ (1956-1962), Камчатского ГУ (1954-1974), ПГО "Бурятгеология" (1947-1984), "Запсибгеология" (1947-1982), "Иркутскгеология" (1929-1982), "Красноярскгеология" (1929-1988), "Новосибирскгеология" (1944-1976), "Читагеология" (1969-1988), "Якутскгеология " (1956-1974);

2) опубликованных материалов по СССР, Австралии, Африке, Бразилии, Венгрии, Венесуэле, Гавайям, Греции, Индии, Италии, Китаю, МНР, Саудовской Аравии, США, Турции, Югославии и Японии;

3) собственных данных, полученных при исследовании природных объектов, а также при изучении каменного материала вышеуказанных коллекций;

4) экспериментальных авторских работ по осаждению глинозема на карбонатные породы из кислых глиноземистых вод р.Юрьевой (о.Парамушир, Курилы).

Основным методом исследований являлось геологическое и литоло-го-геохимическое изучение в полевых условиях проявлений и месторождений различных алюминиевых руд с применением в камеральной обстановке известных химико-аналитических и физических методик, используемых в лабораториях СНИИГГиМСа, ТО СНИИГГиМСа, ПГО "Запсибгеология" (анализы: силикатные, спектральные, атомно-адсорбционый, нейтронно-активационный, рентгеноструктурный, пламенной фотометрии, термографические, абсолютного возраста и др.)., изучение пород и руд в шлифах и аншлифах. Кроме того, для реконструкции процессов рудообразования были привлечены и адаптированы к условиям исследования известные методы изотопного состава кислорода и серы в породах и рудах, термобарогеохи-мии минералов (метод гомогенизации газово-жидких и расплавных включений). Дополнительно разработаны и использованы новые литолого-геохимические методы генетических реконструкций: 1) по определению генезиса и относительного возраста геологических тел в карбонатных отложениях и 2) реконструкции фаций осадочных карбонатных отложений по изотопам кислорода их породообразующих минералов. Широко использовались методы математического моделирования климатических условий бокситообразования, баланса вещества, перемещаемого из исходных пород в процессе их преобразования в конечные продукты изменения, состава гипотетических растворов, преобразующих исходные породы в бокситы. При изучении химических составов алюминиевых руд и пород различных месторождений и проявлений использованы методы математического моделирования для выявления их геохимических структур и генезиса по известным программам ВСЕГЕИ. В процессе исследования закономерностей формирования алюминиевых руд на различных стадиях тектоно-магматического цикла для наглядности использован метод диаграмм Е.Шроля и Д.Зауэра (Валетон, 1974), на которых показывалось распределение концентраций № и Сг в различных алюминиевых рудах в сравнении со стандартными значениями их в изверженных и осадочных породах.

Защищаемые положения

1. Сравнительный анализ процессов бокситообразования тропического пояса Земли и Сибири показал, что сибирские бокситы, в отличие от тропических, формировались в зонах умеренного и субтропического климата на фоне активной тектоники и магматизма с участием горячих глиноземисто-железистых растворов, становление

изотопного состава кислорода которых осуществлялось в основном метеорными, магматическими водами и глубинным СО2, а потому статуса латеритных они не имеют.

2. Генезис бокситов и других алюминиевых руд сибирского блока литосферы связан в различной степени с глубинными процессами. Источник алюминия при этом мог быть мантийным, мантий-но-коровым и коровым, а металл поставлялся к поверхности в форме расплава, раствора или газово-жидкого флюида.

3. Алюморудогенез является закономерным процессом эволюции сибирского блока литосферы, а все алюминиевые руды представляют собой звенья единой генетической цепи и в различных формах проявляются на каждой стадии тектоно-магматического цикла.

Научная новизна и личный вклад.

1. Разработаны два оригинальных метода:

— определения генезиса и относительного возраста геологических тел в карбонатных отложениях, базирующийся на факте постепенной потери карбонатными породами своего СОг при прогреве, начиная с 250 °С;

— реконструкций фаций осадочный карбонатных отложений по изотопному составу кислорода их породообразующих минералов, основанный на общей тенденции его облегчения по мере смещения карбонатонакопления из глубоководных частей моря на континент (Hodges и др., 1979; Censi и.др., 1981;'Мартмаа и др., 1982), позволившие заключить, что геосинклинальные бокситы (зоны перехода океан—континент) формировались в нормально-морских условиях из горячего рудного вещества.

2. Опираясь на результаты палеоклиматических исследований В.М.Синицына (1962, 1967), А.В.Гольберта (1968, 1977) и др. для мезозоя и кайнозоя Сибири и привлекая материалы Т.Ф.Балабановой (1972), А.В.Вана (1973), В.И.Герасимовского (1980) и др. по вулканизму и В.Н.Сакса (1963), А.А.Булынниковой (1968), А.Е.Киселева (1971) по осадконакоплению этого периода, проведено математическое моделирование палеоклиматов позднего мезозоя и кайнозоя Азии на базе термодинамической модели Дж.Адамса, позволившее заключить, что бокситы Сибири формировались в зонах умеренного и субтропического климата в условиях тектоно-магматической активизации, в следовательно, статуса латеритных не имеют.

3. Использование адаптированных к условиям исследований двух современных геохимических методов: а) впервые термобароге-охимии (гомогенизации расплавных и газово-жидких включений в минералах) для определения температур образования минералов в

бокситах и б) изотопии кислорода (SMOW) структурных бокситов и субстрата, дополненных аналогичными данными по местным метеорным (Ферронский и др., 1983) и магматическим (Тейлор, 1977) водам, почвенному и глубинному СОг (Меняйлов и др., 1980; Cannata и др., 1988) в сочетании с математическим моделированием по геохимическому составу генетических особенностей руд (программа ВСЕГЕИ) и расчет условий формирования фактического 5180 в рудах, дало основание заключить, что минералы платформенных бокситов Сибири образовались при относительно высоких (90-300 °С) температурах, к тому же расчетный коэффициент экзогенности бокситов (1,59-14,53 %) слишком мал, чтобы говорить об их чисто гипергенном происхождении, а в формировании фактического б'Ю в рудах наряду с метеорными участвовали магматические воды и, вместе с почвенным, глубинный СО2.

4. Основываясь на результатах экспериментальных работ А.Оберлена (1957), Ж.Педро (1971), В.И.Бгатова и др. (1974), Л.Штевулы и др. (1978), Н.П.Мовчана и др. (1980) по преобразованию пород водами в температурных режимах от 25 до 200 °С и учитывая физико-химические свойства воды (по Некрасову, 1974), показано, что трансформация ими исходных пород в глины с минералами свободного глинозема начинается с 65 °С, когда вода на 25,23 % состоит из агрессивных мономерных молекул, обеспечивающих превышение скорости химического изменения породы над ее физическим разрушением нейтральными димерными, т.е. минералы свободного глинозема появились с новообразованиях только при гидротермальной проработке исходной породы, а следовательно, при формировании сибирских бокситов в эпоху вулканизма недостаток солнечного тепла мог компенсироваться теплом земных недр.

5. Исходя из результатов математического моделирования по А1203, Fe203 и ТЮ2 конечных продуктов преобразования пород горячей водой (70 °С) в опытах Ж.Педро показано, что они будут представлять собой не бокситы, а глиноземистые железняки, аналогичные по химическому и минеральному составу четвертичным гавайским сапролитам по базальтам, в образовании которых, по мнению С.Х.Паттерсона (1971), участвовали горячие воды. Расчеты по опубликованным данным (Михайлов, 1966; Черкасов, 1983) баланса вещества "исходная порода — структурный боксит" для Фенарии Либерийского щита и Прианабарья Сибири показали абсолютный привнос в структурные бокситы А1203, Fe203 и ТЮ2 до 30 % с учетом результатов математического моделирования по этим компонентам химического состава гипотетических растворов, трансформировавших породу в структурный боксит, сделан вывод, что для такого

преобразования необходимы в Сибири не просто горячие воды, а горячие глиноземисто-железистые растворы.

6. Опираясь на результаты реконструкции генезиса алюминиевых руд (с применением разработанных и адаптированных методов), математического моделирования процессов бокситообразова-ния, на открытие Л.Н.Когарко возможности отщепления из алюмо-силикатного расплава несмешивающегося глиноземного ликвата и находок на дне Тихого Океана четвертичного глиноземного (А1203 44-54 %) вулканического стекла, сделан вывод о связи алюморудо-генеза в Сибири с глубинными процессами, что заставило принять во внимание и рассмотреть мантийный, мантийно-коровый и коро-вый источники алюминия, позволило объяснить зональность геосинклинального рудогенеза во времени и пространстве и получить жесткий поисковый критерий бокситов зоны перехода океан— континент.

7. Исходя из результатов работ на природных объектах и экспериментов по моделированию вязкости рудных расплавов и воды, проведенных Л.Н.Антипиным и др. (1964), Л.Н.Коробовым и др. (1968), Э.С.Персиковым (1984) и др., сделан вывод, что глиноземный расплав (БЮг 0-30 %) должен по своим параметрам отвечать окис-ному или закисному железорудному расплаву (8Ю2 5-31 %) с вязкостью всего в 2-4 раза выше, чем у ШО при 25 °С и в 350-700 раз ниже, чем у самого слабовязкого базальтового расплава.

8. Опираясь на результаты теоретических и экспериментальных исследований А.А.Кадика (1975), Л.Н.Когарко и др. (1981), Р.В.Лутца (1988) и др., показавших, что присутствие в исходном расплаве Р и Н2О приводит к снижению температуры его ликвидуса на 200-350 °С, и принимая во внимание определение А.К.Банерджи (1981) температуры кристаллизации дистена из сухой глиноземной магмы (БЮ2 30 %) 450-500 °С, а также учитывая температуру начала низкотемпературной ликвации, определенную Ф.Я.Галаховым и др. (1983) в 350 °С, сделан вывод, что температура ликвидуса обводненного глиноземного расплава может опускаться до 300-200 °С, и следовательно, часть залежей бобовых бокситов, температура образования глиноземных минералов в которых 200 °С и выше, будет иметь магматическую природу.

9. Сравнительный литолого-геохимический анализ фрагментов клиахитового вулканического стекла, поднятого со дна Тихого океана, спорогелитовых (клиахитовых) рудообразующих обломков из нижнепалеозойских бокситов Козыревской группы центральной части Алтае-Саянской складчатой области (АССО) (Черкасов и др., 1990), обильных раскристаллизованных и аморфных глиноземных обломков и прослоев из бокситовых пластов месторождения Крас-

ная Шапочка (Урал) (Черкасов, 1978) позволил сделать вывод об идентичности их происхождения.

10. Опираясь на результаты геологического и литолого-геохимического изучения природных рудных объектов впервые для Сибири достаточно обоснованно выделена эпоха пермо-триасового алюморудогенеза, фиксируемая по проявлениям и месторождениям пермо-триасовых алюмофосфатов в юго-западном Прианабарье (Черкасов, 1988), бокситов и аллитов по юго-восточной окраине Западно-Сибирской плиты (Сердюк и др., 1975), среднетриасовых бемитовых конкреций в терригенных осадках бассейна низовьев р.Лены (Селиванова и др., 1988), позднепермских-раннетриасовых маргаритовых руд (Черкасов и др., 1988) и пермских наждаков (Черкасов, 1982) Салаира, пермских нордстрандита и давсонита в Кузбассе (Туркин, 1983, 1992).

11. Основываясь на материалах о синхронности алюморудогенеза в Сибири с активизацией тектоно-магматических процессов и результатах реконструкции генезиса алюминиевых руд по природным объектам, даны перспективы поисков позднерифейских хлори-тоидных бокситов карского типа в геосинклинальных терригенно-карбонатных осадках шунтарской свиты юга Енисейского кряжа, нижнекембрийских бокситов козыреевского типа в вулканогенных колпинской, нижнемонокской, чингинской свитах и потехинской толще центральной части АССО, девонских бокситов в карбонатных отложениях южного Салаира, пермского криолита в зонах аль-битизации гранитоидных массивов на севере Кузнецкого Алатау, мезозойских карстовых бокситов в юго-западной и южном Прианабарье и в приенисейской части (Дубчесский узел) ЗападноСибирской плиты, юрских и неоген-четвертичных алюмосульфатов в терригенных и карбонатных осадках по югу Якутии и северу Читинской области.

12. Разработана методика поиска месторождений пластовых алюмосульфатов, основанная на представлении о разгрузке на поверхность глиноземистых сульфатных Са-Ъ^ вод из промежуточных резервуаров, сформированных в подземных водных горизонтах газовыми флюидами щелочных гранитоидных интрузий. Проверка методики на природных объектах привела к открытию Наманского проявления алюминита на юге Якутии.

13. Совместно с ИМЕТ АН СССР разработана технология безотходной переработки алюминитов Наманского проявления на глинозем, серную кислоту, коагулянты, хлорид алюминия и стройматериалы, позволившая вывести руды в разряд ценного комплексного сырья.

Практическая значимость. Разработка двух литолого-геохимических методов и адаптация еще двух современных для реконструкции генезиса алюминиевых руд впервые дает в руки исследователей инструмент, позволяющий различать продукты эндогенного и гипергенного происхождения, определять способ их образования, а вместе с этим получена возможность обосновать новые и уточнить существующие геолого-генетические модели месторождений, разработать рациональные методики их поисков, создать предпосылки для переоценки перспектив Сибири на бокситы и провести поисково-оценочные работы с минимальными затратами. Разработанная методика поисков месторождений пластовых алю-мосульфатов позволяет выходить с поисковыми работами в новые районы, где есть для этого предпосылки, но неизвестна минерализация. В процессе исследований разработаны 11 методических и поисковых рекомендаций, которые внедрены или приняты к использованию в различных ПГО Сибири как при специализированных геолого-поисковых работах, так и при геологической съемке масштабов 1:50 ООО и 1:200 ООО.

Апробация основных положений диссертации производилась неоднократно на геологических съездах, конференциях, совещаниях, сессиях, семинарах и других научных собраниях: по осадочным породам и рудам, стратиформным месторождениям и минерагении (Новосибирск, 1972,1986,1990,1992; Фрунзе, 1981; Хабаровск, 1983; Иркутск, 1988); по генетической и экспериментальной минералогии (Новосибирск, 1977, 1978; Ленинград, 1987); по физико-химическому моделированию в геохимии и петрологии (Иркутск, 1980); по корам выветривания и бокситообразованию (Москва, 1974; Кустанай, 1981); по научным основам комплексного использования руд и концентратов, ускорению научно-технического прогресса в алюминиевой промышленности, повышению эффективности научного обоснования локального прогноза месторождений, расширению глиноземного производства и развитию производительных сил Сибири (Москва, 1982, 1984, 1987; Москва, 1987; Улан-Удэ, 1990); по палео-вулканизму (Хабаровск, 1989); по минеральному сырью и экологии производства (Новосибирск, 1988, 1990). Кроме того, содержание работы изложено в 20 научных отчетах, апробация которых проходила на ученых советах СНИИГГиМСа, НТС ПГО "Бурятгеология", "Красноярскгеология", "Якутскгеология" и Ачинского глиноземного комбината.

Структура работы, публикации и персоналии. Работа состоит из введения, пяти глав и заключения. Глава часто содержит разделы и иногда подразделы. Диссертация изложена на 596 страницах машинописного текста, содержит 128 рисунков и 86 таблиц. Список

цитируемой литературы включает 795 наименований (294 иностранных и 501 отечественную работу), основные положения диссертации опубликованы в 3 монографиях и 68 статьях. За методические и технологические разработки, нашедшие отражение в работе, получены 4 авторских свидетельства.

Занимаясь исследованиями месторождений и проявлений алюминиевых руд, методами их изучения и поисков, технологией переработки, а также оценкой перспектив различных регионов Сибири на алюминиевое сырье, мне пришлось работать в тесном контакте с сотрудниками как различных ПГО, так и ряда научных институтов. Им я выражаю искреннюю благодарность за поддержку и помощь в исследованиях, в частности сотрудникам ПГО Сибири: Грищен-ко В.Н., Давыдову Ю.В., Ивлиеву К.А., Кулакову К.К., Масло-вуВ.К., Мишнину В.М., Осипову Ю.А., Туркину В.А., Чечетки-ну B.C., Шубенину Н.Г.; Казахстана: Казанцеву О.П.; Мингео СССР: Терентьеву В.Б.; ОИГГиМ СО РАН: Каргаполову С.А., Каштанову В.А., Лепезину Г.Г.; ИХиХТ СО РАН: Семину В.Д.; ИМЕТ РАН: Лайнеру Ю.А., Митюшову C.B., Симановскому Б.А.; СарГУ: Салтыкову В.Ф.; концерна "Эгида" (Москва): Мартынову С.К. и коллегам из СНИИГГиМСа: Абрамову A.B., Амшинско-му H.H., Бгатову В.И., Вану A.B., Гольберту A.B., Долгушину С.С., Жабину В.В., Коробову Ю.И., Косухину О.Н., Краевскому Б.Г., Кужельному Н.М., Лизалеку H.A., Лоскутову Ю.И., Назарову Б.В., Прусевичу A.M., Резапову А.Н., Резаповой Н.М., Родину P.C., Романовой ЭЕ., Светлицкому Н.И., Туркину И.С., Филатову В.Ф., Шаламову И.В., поддержка и помощь, а подчас и справедливая критика которых в значительной степени способствовали достаточно аргументированному решению поставленных задач.

С большим уважением вспоминаю безвременно ушедших из жизни В.П.Казаринова, В.И.Будникова, С.Б.Шацкого, бывших в разное время руководителями отдела бокситов, терпимо относившихся к моему инакомыслию и позволявших мне излагать в печатных изданиях свои позиции по алюморудогенезу, часто шедшие вразрез в точкой зрения большинства исследователей.

Первое защищаемое положение

1. ПРОБЛЕМА ГЕНЕЗИСА БОКСИТОВ

В настоящее время наиболее широким признанием пользуется латеритная гипотеза образования бокситов, претендующая, по мнению В.А.Тенякова (1980), на абсолютность. Базируется она на том, что в условиях влажного или переменно-влажного тропического климата алюмосиликатные породы в периоды тектонического по-

коя (отсутствия вулканизма) дождевыми водами преобразуются в бокситы. Главным аргументом в ее пользу считается локализация основной массы бокситовых покровов на дневной поверхности в тропических зонах Земли. Конкретные параметры этого процесса были предложены И.И.Гинзбургом и др. (1962) и В.П.Петровым (1967). Автором проведено математическое моделирование процесса латеритного бокситообразования с учетом принятых параметров и допущением, что в период бокситообразования скорость химического разложения пород субстрата в 2 раза превышала скорость их физического разрушения. Оказалось: такой процесс теоретически возможен в условиях равномерно-влажного тропического (22-26 °С) климата с суточными амплитудами температур 1-4 °С и сухим периодом не более трех месяцев. Исследования процессов разрушения современного рельефа в ряде тропических районов Африки и островов Тихого и Индийского океанов, проведенные К.Л.Говоровым (1971), К.Монэ (1971), А.Виртманом и К.Кессером (1971), показали, что везде скорость физического разрушения пород преобладает над их химической трансформацией (по мнению Г.А.Максимовича, в 5,5-7,5 раз), т.е. даже в современных тропических зонах латеритные бокситы могут формироваться не везде.

В Сибири основная эпоха бокситообразования связана с мел-палеогеновым периодом. Анализ условий бокситообразования на Сибирской платформе, проведенный с привлечением материалов по тектонике (Гришин и др., 1967; Бабаян, 1970; Данилов, 1972 и др.), магматизму и вулканизму (Балабанова и др., 1972; Ван и др., 1973), Кизияров и др., 1978; Черкасов, 1979 и др.), палеоклиматам (Синицын, 1962, 1967; Гольберт и др., 1968, 1977 и др.), осадконако-плению (Сакс и др., 1962; Булынникова и др., 1968; Киселев, 1971 и др.) этого периода с применением математического моделирования палеотемператур по широтам на основе термодинамической модели Дж.Адамса, осуществленного в климатических параметрах, заимствованных из работ Б.П.Алисова и др. (1962), А.А.Борисова (1967) и И.Блютгена (1972) показали, что процесс шел на фоне тектоно-магматической активизации в зонах умеренного и субтропического климата. Следовательно, бокситы Сибирской платформы формировались вне принятых параметров латеритного выветривания и статуса латеритных иметь не могли, а значит, в природе существуют как латеритные бокситы, с генезисом которых все ясно, так и внешне похожие на них (конвергентные) структурные и бобовые бокситы, генезис которых еще требуется установить.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО

МОДЕЛИРОВАНИЮ ПРОЦЕССОВ ВЫВЕТРИВАНИЯ

Проанализированы результаты экспериментальных работ А.Оберлена (1957), Ж.Педро (1971), В.И.Бгатова и др. (1974), Л.Штевулы (1978), А.П.Мовчана и др. (1980), разлагавших различные алюмосиликатные породы водой при температурах 25-200 °С с целью получения в остаточном продукте минералов свободного глинозема (гиббсита, бемита). Опыты увенчались успехом только при разложении пород горячей водой, начиная с 65 °С. Простые молекулы НгО (мономерные), из которых главным образом состоит пар, представляют собой асимметричный диполь с некомпенсированным электрическим зарядом и потому являются агрессивными (Некрасов, 1974), способными к химическому разложению породы. В жидком состоянии вода, наоборот, представлена в основном ассоциированными молекулами (НгО)п, не меняющими физических свойств воды, но не имеющими уже свободных зарядов, а потому являющихся нейтральными, способными только физически разрушать породу своей массой. В воде всегда есть как те, так и другие молекулы. По данным П.И.Воскресенского и др. (1970), показавших замеренные величины давления пара внутри жидкости при температурах от 0 до 100 °С, автором рассчитано количество мономерных молекул в воде в этом же температурном интервале. В опытах А.Оберлена, промывавшего каолинит при 25 °С, в воде присутствовало всего 3 мономерных молекулы на 100 общих. Этого оказалось недостаточно, чтобы преодолеть набухаемость каолинитовых пакетов, и опыт окончился неудачей. При 65 °С в воде мономерных молекул уже 26-27 на 100 общих, и этого оказалось достаточно, чтобы процесс химического преобразования пород стал преобладающим, что незамедлительно выразилось в появлении бемита при промывке каолинита в опытах Ж.Педро. Однако это уже был эксперимент не по гипергенному выветриванию, а гидротермальному преобразованию породы. Поскольку эпохи бокситообразования в Сибири совпадают по времени с эпохами вулканизма, то недостаток тепла мог компенсироваться таким же образом теплом из глубины земных недр.

Используя данные, полученные Ж.Педро (1971) в опытах по разложению горячей водой (70 °С) трахиандезитов и базальтов, автором рассчитан состав (на бескремнистое вещество с бемитом) конечных продуктов изменения. Ими оказались не бокситы, а глиноземистые железняки (%) А1203 29,98-32,18, Fe203 46,45-55,12, ТЮ2 0,1413,94. Интересны в этом отношении природные четвертичные са-пролиты Гавайев (области тектоно-магматической активизации),

являющиеся продуктами переработки базальтов с участием, по мнению С.Х.Паттерсона (1971), горячих вод. Аналогичные расчеты для сопоставления их среднего химического состава (по 560 скважинам) на бескремнистое вещество с бемитом дали вполне сопоставимый с экспериментальным результат: А1203 35,57, Ре203 48,73, ТЮ2 7,56. Значит, для получения в конечном продукте боксита необходимо, чтобы в промывающих водах присутствовал дополнительно хотя бы А1. Действительно, расчет по методике ВЛиндгрена (1935) баланса вещества при трансформации долеритов в структурные бокситы района Лесной Гвинеи в Африке (по данным Б.М.Михайлова, 1966) и юго-западного Прианабарья (Сибирь), проведенный автором, показал абсолютный привнос в бокситы (%) А1203 4,94-15,09, Ре203 7,82-14,91, ТЮ2 0,76-1,60. Это дало основание провести математическое моделирование состава (на сухой остаток) гипотетического горячего раствора, трансформировавшего долериты юго-западного Прианабарья в структурные бокситы. Полученный состав (%): А1203 11,44, Ре203 54,56, ТЮ2 5,56 оказался близким по составу гидротермальным гематит-гетитовым рудам (%) А1203 11,38, Ре203 55,36, ТЮ2 1,19, синхронным по возрасту бокситам и локализованным в карстах в этом же рудном поле. Таким образом, наметилась связь бок-ситообразования с глубинными процессами, которая требовала своего подтверждения.

3. МЕТОДИЧЕСКИЕ ПРИЕМЫ ГЕНЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ БОКСИТОВ И ДРУГИХ АЛЮМИНИЕВЫХ РУД

Все месторождения бокситов по классификации Ю.К.Го-рецкого (1960) делятся на геосинклинальные и платформенные. По поводу генезиса первых существуют различные, порой противоположные по сути, точки зрения. Предпринята попытка разработать ряд методов, дающих возможность однозначно судить об их генезисе.

Метод определения генезиса и относительного возраста геологических тел в карбонатных отложениях (а.с. № 1305617), основанный на том, что карбонатные породы при прогреве, начиная с температуры 250°С, постепенно теряют часть своего СОг (определено из опытов) и на контакте с горячим телом в них накапливается избыток СаО и М§0. Поставленная цель достигается отбором из вмещающих геологическое тело карбонатных пород вблизи контакта (0-5 м) через 1 м штуфных проб и определения в них химико-аналитическим путем содержаний СаО, М§0 и С02. Затем для каждой проанализированной пробы рассчитывается нормативное со-

держание СОг, необходимое для полной связи полученных аналитическим путем СаО и N^0. Если содержание СОг по аналитике меньше расчетного, то контакт геологического тела с вмещающими породами горячий и природа геологического тела эндогенная. Если содержание СО2 фактическое равно расчетному (в пределах ошибки анализа ±0,05-0,10 %), то контакт геологического тела с вмещающим карбонатными отложениями холодный, а природа геологического тела гипергенная. Если горячий контакт нижний, а верхний холодный или оба контакта холодные, то геологическое тело сингенетическое по отношению к вмещающим карбонатным породам. Если оба контакта горячие и карбонаты верхней надконтактной зоны пересыщены СОг, то геологическое тело эпигенетическое. Метод отработан и проверен на природных объектах, представленных жилами гранитов, дайками диабазов, силлами долеритов, пластами спилитов, покровами андезитов, горизонтами аргиллитов, алевролитов и песчаников, залегающих в карбонатных отложениях Салаи-ра, Тувы и Сибирской платформы. Проверка таким способом природы геосинклинальных бокситов Салаира дала основание заключить, что бокситовый материал поступал в девонский бассейн седиментации к месту локализации горячим. Этим объясняется более высокая кристалличность подстилающих карбонатных пород по сравнению с перекрывающими и битуминозность карбонатной покрышки (дегазация горячего бокситового материала, содержащего СО2, Н28, БОг). Оценивая с таких позиций перспективы поисков девонских бокситов на Салаире, намечена перспективная площадь в южной части Салаира, на стыке с Кузнецкой котловиной, т.е. в противоположной стороне от ранее выделявшихся и не подтвердившихся в процессе поисков. Также подтвержден и эпигенетический (пермский) возраст наждаков Обуховского месторождения (Салаир) по отношению к вмещающим девонским известнякам.

Метод реконструкции фаций осадочных карбонатных отложений по изотопам кислорода их породообразующих минералов основан на общей тенденции его облегчения по мере смещения процесса кар-бонатонакопления из морских глубин в сторону континента. Обоснована возможность реконструкции нормально-морских (глубоководных, глубже 200 м) прибрежно-морских (шельфовых, 0-200 м) и континентальных фаций. При этом учитывалось, что а) морское карбонатонакопление характерно в основном для тропических и субтропических морей, синхронно по времени тектоно-магматической активизации и пространственно часто сопряжено с ней;15)в период тектоно-магматической активизации по живущим разломам (в том числе в морях и океанах) фиксируются потоки эндогенного СОг (Мувеп и др., 1977; СогШпез и др., 1982; Газлиев и др.,

1985); в) эндогенный СО2 отличается от биогенного и атмосферного более тяжелым изотопным составом кислорода (30,0+86,1 %о) (Меняйлов и Др., 1980; Cannata и др., 1988).

Принимая во внимание данные Б.В.Некрасова (1974) по насыщенности морских вод СО2 и В.Н.Степанова (1974) по параметрам вод морей и океанов, рассчитаны изотопные составы кислорода (SMOW) минералов карбонатных пород в зонах перехода от нормально-морских к прибрежно-морским и последних к континентальным фациям. В глубоководных частях моря глубинный СО2, поднимавшийся по разломам, насыщал (V) придонные воды (при Т < 10 °С и давлении значительно выше 60 бар), в главной своей массе не вступая с ней в реакцию (Гаврюченков и др., 1975). Судя по 5180 придонных вод 0,3+1,9 %о (Ферронский и др., 1983; Пашкина, 1987) на образование Н2СО3 уходило всего 1,0+6,3 % СОг. Осаждение карбонатов шло по схеме:

СаС12 + Н2С03 = CaCOj + 2НС1 (3.1)

Величина изотопного состава кислорода известняков формируется за счет полного (1:1) изотопного обмена между кислородом СОг иШО при выпадении из вод твердого карбоната. Отсюда: 5|80 СаСОз = п- [5|80 С02гл.] + ш • [5|80 Н2Омор.] (3.2)

и составит 15 %о.

На границе шельф—глубоководное море (гл.200 м, Т = 18-20 °С и достаточно богатый органический мир) степень насыщения природных вод глубинным СОг составляет 0,88V от поступающего (Некрасов, 1974). Остальная часть до V дополняется биогенным СОг (-2,2 + 3,3 %о, Cannata и др., 1988), формируя изотопный состав кислорода карбонатных осадков по схеме:

5180 СаСОз = п • [5|80 С02гл.] + ш • [5'80 Н2Омор.]+ р • [5"0 Н2Обиог] (3.3) где n, m, р - количество участвующих в образовании карбонатов кислородсодержащих компонентов. При расчете 5|80 СаСОз для зоны перехода шельф—континент в формулу 3.3 добавляются данные по изотопному составу кислорода местных атмосферных вод (-2 + -12%о, Ферронский и др., 1983), результаты расчетов приведены в табл.1, которая может использоваться в качестве справочной.

Насколько близка она к действительности, может продемонстрировать следующий пример. Определение 5180 из кайнозойских и современных карбонатных осадков с гл.395-5610 м Мексиканского залива (Uch Hsuchwen, 1977), Марокканской (Galimov, 1980) и Марианской (Мигдисов и др., 1982) впадин дало 16,9+32,4 %о, из фора-миниферовых и коралловых известняков с гл.0-5 м атоллов Онтонг-Джава (Bonneau, 1980) и Бикини (Gonzales, 1985) показало -3,0 + 3,6 %о,

в кальците из континентальных озер Эстонии (Мартмаа и др., 1982) и США (вехте^ 1986) выявило -7 -17 %о.

Таблица 1

Межфациальные граничные параметры изотопного состава кислорода осадочных карбонатных отложений

Фации осадочных карбонатных отложений Граничные параметры 8180 БМСЖ, %0

Нормально-морские (открытого моря, глубоководных заливов) 13,5 и выше

Переходная зона 13,4+13,1

Прибрежно-морские (шельфовые, приливно-отливных зон береговой линии, мелководных морских заливов и лагун) 13,0-^-2,4

Переходная зона -2,5 4- -6,0

Континентальные (замкнутых лагун, лагунно-озерные, озерные, минеральных источников) -6,1 и ниже

Преимущество разработанного метода перед существующими в том, что он дает количественную оценку фаций и однозначный ответ на поставленный вопрос и потому выглядит простым и наглядным. Использование метода для определения фациальной принадлежности палеозойских геосинклинальных бокситов Боксонско-го (Восточный Саян), Красной Шапочки (Урал), Октябрьского (Салаир) и Тапна-1 (Вьетнам) месторождений, заключенных внутри карбонатных толщ, однозначно позволило отнести их к нормально-морским глубоководным образованиям.

Изотопия кислорода глиноземных пород и руд и использование ее для генетических реконструкций. Изотопии бокситов и кор выветривания посвящен ряд работ К.Ранкамы (1956), Ю.А.Борщевского и др. (1974) и В.А.Тенякова (1977, 1980). Последний пришел в заключению, что природа всех бокситов одинакова, а поскольку бокситы Африки считаются латеритными, то и все остальныё"бокситы имеют латеритное происхождение. Но еще раньше К.Ранкама обратил внимание на утяжеление 5180 глин зональных профилей выветривания по отношению с субстрату, а С.М.Ф.Шепард (1969) по 5Э определил минимальную температуру образования каолинита из глин коры выветривания на руднике Клаймакс в 50-60 °С.

За международный стандарт (Яст) БМО\У принято отношение изотопов кислорода |80/|60 в океанической воде на гл.500 м, приравненное к О и определяемое из выражения 5180 = (ИЖсг -1) • 103 %о, где

& - 'Ю/'Ю в исследуемом объекте. Исходя из этого, во всех изверженных и метаморфических породах, окисных, закисных и карбонатных рудах, в глубоководных, прибрежно-морских хемогенных карбонатных, кремнистых и глинистых осадках, в образовании которых участвуют глубинные СОг и 8Ю2, а также в ювенильных водах, всегда ИЖст и 8180 имеет положительные значения. Метеорные воды, все элювиальные образования и хемогенные континентальные осадки, в формировании которых участвуют эти воды, имеют всегда 11<Кст и, как следствие, отрицательные значения 8180, а для элювия -ниже, чем в породах субстрата. Эти положения подтверждаются огромным фактическим материалом, опубликованным в различных изданиях.

Как должны выглядеть в этом свете структурные бокситы? По расчетам В.И.Рехарского (1976), энергия разрыва химических связей Ме-О при температурах 25-300 °С составляет: (Ъ!а, К)-0 65,2-73,0 ккал/г• атом катиона, Са-0 116,0-116,3 А1-0 264,0-264,8, БЮ 305,2. Следовательно, при разложении полевого шпата атмосферными водами один атом О исходного минерала сохраняется в группах А1-О и 2-3 атома - в группах БьО. При образовании бемита (А1-0++0Н" =А100Н) изотопный состав его кислорода формируется на 50 % из 8|80 исходного минерала и на 50 % из 6180 атмосферных вод, в гиб-бсите соответственно 33 и 67 %, в каолините - 88,9 и 11,1 %, т.е. 5|80 элювия должен быть всегда легче, чем субстрата. Практические определения 8180 структурных бокситов Сибири дают, за редким исключением, обратную картину. Попытки примерного расчета в структурных бокситах 5180, полученного аналитическим путем, по 8|80 местных метеорных вод и субстрата, теоретически участвовавших в их образовании, положительных результатов не дали. И только когда в расчеты вводились 8|80 магматических вод, а часто и глубинный СОг, желаемый результат достигался. Определение 8,80 в бокситах с последующим математическим моделированием условий его формирования позволило заключить, что в этом процессе наряду с метеорными участвовали гипотетические магматические воды и глубинный СОг.

Термобарогеохимия минералов бокситов. С целью дополнительной аргументации связи сибирских бокситов с глубинными процессами, впервые в отечественной и зарубежной практике для определения температурного режима их образования использован один из методов термобарогеохимии - метод гомогенизации расплавных и газово-жидких включений в минералах. Определения проводились в минералах из бокситов и кор выветривания Сибири, Казахстану, Урала, Вьетнама и Гвинеи-Бисау. Результаты исследований показа-

ны в табл.2. Остаточный кварц в современной железистой кирасе без свободного глинозема по песку о.Рубане имеет три типа включений: расплавные, отвечающие моменту кристаллизации минерала еще в исходной магматической породе (805-880 °С), жидкие (105120 °С) и газовые (260 °С), фиксирующиеся по трещинам, бронированным гидроокислами железа, и отвечающие моменту образования кирасы. В пластовых девонских бокситах СУБРа и неогеновых (?) покровах латерит-бокситов Гвинеи-Бисау точно установить температуру кристаллизации минералов не удалось. Кристаллы диаспора, бемита и гиббсита, нагретые до 220 °С, растрескивались по спайности еще до наступления точки гомогенизации включений, что свидетельствует об образовании их при более высоких температурах и давлениях, отличных от атмосферных. Температура образования гиббсита в сибирских структурных бокситах и гиббсит-каолинитовых глинах по диабазу составляет 90-202 °С, что значительно превышает климатическую температуру. Обращает на себя внимание разница температур кристаллизации минералов бобовин (по жидкой фазе 290-300 "С, по газовой - 380-385 °С) и общей массы боксита (по жидкой фазе 198-212 °С).

В этом же разделе отмечены особенности нижнекембрийских бокситов из проявлений Козыревского-1 и Тяхта-4 (Восточный Саян), залегающих в вулканогенной толще, не отличимых по внешнему виду от вулканогенных пород толщи и представляющих собой туфы, обогащенные (более 30 %) обломками спорогелитового (клиахитового) вулканического стекла, состоящего из А1203 и Н20 с примесью Fe203, Ti02 и Р205. В 1963 г. в Черемуховском карьере СУБРа, в центральной части пласта Субровского горизонта, автором была опробована 2-метровая линза буроватых афанитовых бокситов флюидально-полосчатой структуры, состоящих из изотропной спорогелитовой массы, включающей хорошо окристалли-зованные и разноориентированные в пространстве кристаллы диаспора. Показано, что клиахитовое вулканическое стекло со дна Тихого океана, спорогелитовые обломки в козыреевских бокситах Восточного Саяна и спорогелитовая масса черемуховского боксита идентичны и имеют одинаковую природу. Анализ материалов Р.У.Блэка и др. (1984) по месторождению бокситов Аз-Забира в Саудовской Аравии позволил акцентировать внимание на горячих контактах бокситов с вмещающими песчаниками и аргиллитами, которые в кровле и подошве бокситового пласта превращены, по определению Р.У.Блэка, в крепкие фарфоровидные белые кварц-каолинитовые порцелланиты.

Таблица 2

Температура гомогенизации включений в минералах бокситов и латеритов ряда месторождений мира

Месторождение, проявление Возраст Руда, порода Минерал и его место в руде, породе Фаза гомогенизации Тгом, °С ШО+ в боксите, %

Россия

СУБР(Урал) о2 Боксит из центра пла- Диаспор общей мас- Жидкая >220 13,40

ста сы

Козыреевское-2 * Бобовый боксит из Гиббсит, бемит об- 212 17,42

(Восточный Са- карста щей массы

ян)

Бюза-2, скв. 14 Структурная гиббсит- Гиббсит общей мас- » 200-202 11,71

(Восточный Са- каолинитовая глина сы

ян) по диабазу

Порожнинское Кг Железистый бобовый Сростки корунда с " 290-295 8,41

(Енисейский боксит диаспором в бобо-

кряж) вине

Газовая 380-385

Мурун-Тас Кг-Р? Структурный боксит Гиббсит общей мас- Жидкая 90 21,60

(Якутия) по долериту сы

Казахстан

Аятское К2 Бобовый боксит из Гиббсит общей мас- Жидкая 198 25,20

карста сы

Окончание табл.2

Месторождение, проявление Возраст Руда, порода Минерал и его место в руде, породе Фаза гомогенизации Тгом, °С №0+в боксите, %

Новокозыревское Кг Бобовый боксит из карста У Корунд бобовины Жидкая 300 6,10

Вьетнам

Тапна-1 Р1-Р2 Боксит из кровли пласта Диаспор общей массы » 123-145 12,06

Гвинея-Бисау

о.Рубане <3 Железистая кираса Кварц общей массы Расплавная Жидкая Газовая 805-880 105-120 260 4,77

г.Лугажоле N7 Латеритный боксит из покрова Гиббсит, бемит общей массы Жидкая >220 25,08

Водопад Венду- N7 Тоже То же 9» >220 24,06

Леиде

Второе защищаемое положение

4. ИСТОЧНИКИ АЛЮМИНИЯ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ЭНДОГЕННЫХ И ГИПЕРГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Весь ход предыдущих исследований дает повод обсудить для сибирских бокситов, генетически связанных с глубинными процессами, возможные источники рудного вещества.

Мантийный источник алюминия. Проблема формирования глиноземных растворов и расплавов в мантии, как и вообще любых рудных, неразрывно связана с проблемой эволюции Земли, которой посвящено большое количество работ Г.Юри (1959), А.П.Виноградова (1961), К.П.Флоренского (1965), В.С.Соболева (1973), Г.В.Войткевича (1979), А.Е.Рингвуда (1981) и др. По мнению большинства исследователей, эволюция Земли началась с ее дегазации. В процессе движения интрателлурических газовых потоков (Ре2+, С, Н, С02 и др.) из недр Земли к поверхности, в мантии возникали разогретые участки зонной плавки. Возможно, как один из вариантов, с этим процессом связано формирование рудного остатка по схеме: селективное плавление первичного пиролита мантии с выделением базальтового расплава и образованием остаточного рестита. При затруднении ухода базальтовой магмы в земную кору (закрытие разломов), она начинает терять летучие, а с ними часть К, Са и Бь Это обусловливает обособление из базальтовой магмы ультраосновного расплава и избытка Р, 81, А1, Т1, Ре, Мп. Последние формируют, по представлениям Л.В.Таусона (1979), рудные резервуары, локализующиеся по периферии магматического очага. Возможность такого варианте подкреплена расчетами, данные для которых заимствованы из работ М.Ботта (1974) и А.Е.Рингвуда (1981). Вопрос о рудной магме (Сперр и др., 1933; Левинсон-Лессинг, 1955 и др.) дебатируется с переменным успехом более столетия. В настоящее время описаны различные по составу природные магмы и лавы: от чисто кремнистых (Гуюмджян, 1980) до различных рудных, в том числе и глиноземных ф&щ и др., 1993).

Температура рудных магм. Обычные алюмосиликатные магмы имеют температуру ликвидуса для расплавов основного состава 700-800 °С и кислого 600-700 °С. Теоретические исследования А.А.Кадика (1975) по взаимоотношению НгО и магматического расплава показали, что при обводнении магмы температура ее ликвидуса может понизиться еще на 200-250 °С. Апатит-магнетитовые магматические штоки в бассейне р.Камсел (Канада) образовались, по определению Дж.Бадхама (1976), при температуре 600 °С. Кар-

бонатитовые лавы 1960 г. вулкана Олдоинье-Ленгаи (Африка), по наблюдениям М.Краффта (1989), имели температуру 491-544 °С. В 1966 г. Дж.Даусон присутствовал при излиянии из этого же вулкана содовой лавы, содержащей примерно Si02 0,16 и НгО 35 %, которая даже не светилась (Т<300°С). Еще ниже (до 83-117 °С) опускается температура серных расплавов вулкана Асуфре (Чили) и Мауна-Лоа (Гавайи) (Naranjo, 1985). По данным Л.В.Таусона (1976), в гранито-идных магмах вода составляет 2-3 % при Si02 65-72 %, в перкалие-вых базальтах, сопоставимых по калию с гранитоидами, количество НгО возрастает до 8 % при Si02 38-45 %, т.е. чем ниже содержание Si02 в расплаве, тем большим количеством НгО, постепенно нарастающим по мере снижения температуры расплава (Holtz и др., 1992), может он насыщаться. Глиноземные расплавы относительно низкотемпературные. Так, дистен из сухой глиноземной магмы (Si02 30 %, А1203 63 %) в жилах из Лапса-Буру (Индия) кристаллизовался под давлением 5-6кбар и температуре 450-500 "С (Baneiji, 1981). При понижении в такой глиноземной магме содержания SÍO2, а в связи с этим и появление способности к дополнительному обводнению, температура ликвидуса ее может снизиться до 300-200 °С. Из табл.2 видно, что глиноземное вещество бобовых бокситов было менее кремнистым (Si02 0,5-12,0 %) и более обводненным (Н2О 6,1025,20 %) и по мере увеличения НгО температура кристаллизации минералов из него последовательно снижалась с 300 до 198 °С. Исходя из этого, можно полагать, что часть карстоподобных залежей бобовых бокситов Сибири имеет магматическую природу.

Вязкость рудной маты. По этой проблеме проведено большое количество теоретических и экспериментальных исследований, отраженных в работах Л.Н.Антипина и др. (1-964), Л.Н.Бармина (1969), Н.И.Хитарова (1978), Э.Е.Персикова (1984), В.А.Пугина (1988) и др., из которых можно заключить, что вязкость рудных магм (0,02-0,10 пуаз) на несколько порядков ниже вязкости алюмо-силикатных расплавов (0,9-106 6 пуаз). Предполагаемая глиноземная магма (Si02 0-30 %) должна отвечать по вязкости примерно экспериментальному закисному или окисному железорудному расплаву (Si02 5-31 %), т.е. 0,02-0,04 пуаз, что всего в 2-4 раза выше вязкости НгО при 25 °С. Значит, по консистенции глиноземный расплав должен быть близок к раствору, а по проницаемости в 350-700 раз выше самого слабовязкого базальтового расплава. Вследствие этого первоначальное совместное движение по основному наклонному сме-стителю разлома алюмосиликатной и глиноземной магм у поверхности, в зоне повышенной трещиноватости, заканчивается. Последняя уходит вертикально вверх от основного сместителя, локализуясь

в оперяющих разломах, а алюмосиликатная, в силу относительно высокой вязкости, продолжает движение по основному сместителю. Так в природе происходит разделение мест локализации глиноземной и алюмосиликатной магм. И только при вертикальном смести-теле место локализации глиноземной и алюмосиликатной магм совпадают.

Вязкость расплава влияет на строение лавового потока. Чем ниже вязкость, тем меньше размер и выше окатанность обломков в лаве. В глиноземной лаве они могут быть настолько мелки и окатаны, что не исключено отнесение их к псевдобобовинам. Слабой вязкостью глиноземного расплава можно объяснить и редкую встречаемость газово-жидких включений в минералах бокситов.

Зональность геосинклинальяого рудогенеза служит косвенным признаком возможной дифференциации рудного остатка в мантийном резервуаре. В условиях спокойной рамы могло происходить гравитационное расслоение расплава (снизу): Fe-Mn-Ti-Al-(Si)-P. В дальнейшем, при последовательной разгрузке резервуара в поверхностный морской бассейн седиментации, зональность соответственно менялась на обратную (снизу): фосфориты (Р, Si) - алюминиевые руды (Si, Al, Ti) - железо-марганцевые (Mn, Fe) - железные (Fe) руды. Примеры этой зональности прослеживаются практически во всех различных по возрасту (от байкальских до альпийских) геосинклиналях. Так, в позднегерцинской геосинклинали позднегер-цинского тектоно-магматического цикла Венгрии фиксируются (снизу): фосфориты Та (месторождение Печей) - бокситы Тз (месторождение Фень'ёфе) - марганец Тз-Ji (месторождения Эплень, Уркут) - железо Тз-Ji (месторождение Печь-Комло) (Морваи, 1983; Szabo, 1989). Исходя из представлений плитной тектоники и мантийных рудных резервуаров, зональность геосинклинального рудогенеза будет фиксироваться не только по разрезу (во времени), но и по площади (в пространстве). Пример этого - зональность неоген-четвертичной минерагении Гавайских островов. Омоложение возраста пород, слагающих гавайскую островную цепь, наблюдается с северо-запада на юго-восток и связано с прохождением плиты над "горячей точкой", находящейся в районе юго-восточного окончания цепи. В северо-западной части цепи (в акватории банки Милуоки, горы Маркус-Некер, островов Некер и Лайсан) обнаружены позд-немиоценовые фосфориты (Р2О5 19,3-31,6 %) белого, желтовато-белого, серого цветов, замещающие коралловые и фораминиферо-вые известняки, образуя иногда литоидные плиты (Батурин и др., 1970; Лисицына и др., 1989), а на островах фиксирующиеся в виде секущих жил в базальтах (Patterson, 1971). Юго-восточнее, на островах Кауаи, Мауаи и северо-западной части о.Гавайи, установлены

плейстоцен-голоценовые месторождения красно-бурых железистых бокситов, сформировавшихся как сапролиты по базальтам и синхронных по возрасту щелочному базальтоидному вулканизму, или бело-серых бокситов (Si02 0,6-9,0, А1203 37,4-45,9 %), секущих их в виде жил (до 1 м), либо серых слоистых бокситов, представляющих толщи тонкоотмученных ленточных озерно-болотных илов, и гиб-бсит-аллофановых, гиббсит-галлуазитовых титановых (Ti02 9,030,6 %) , бело-серых, часто полужидких глин высокогорных болот (Patterson, 1971). Уже на о. Мауаи (юго-восточная часть) в сапроли-тах отмечаются железо-марганцевые жилы, секущие боскситы (Allen, 1965; Patterson, 1971), а восточнее, в акватории о.Молокаи и вокруг О.Гавайи, зафиксированы площади распространения голоцен-современных железо-марганцевых конкреций (Мп 19,8-29,8 %) (Батурин и др., 1970). В 30 км к юго-востоку от о.Гавайи расположен активный подводный вулкан Лоихи, из гидротерм (37-51 °С) которого идет садка современных железных руд (FeOo6m 61 ±6,7 %) (De Carlo и др., 1983; Malanoff, 1987).

Мантйино-коровый источник алюминия предполагает дифференциацию алюмосиликатной магмы в процесс движения ее к поверхности или в период становления магматической колонны в интрузию в земной коре. Обособление рудного вещества обусловливается при этом либо фракционной кристаллизацией алюмосиликат-ного расплава, либо ликвационным отщеплением из него. По представлениям Я.Зимана (1980), дифференциация алюмосиликатного расплава с выделением рудного вещества начинается с глубины 150 км, т.е. еще в мантии. Как примеры кристаллизационной дифференциации рассмотрены рудопроявления Агардагского хребта юго-восточной Тувы, связанные с кристаллизацией интрузий габбро-перидотивовой формации. Это рудопроявления алюмохлоритов (Si02 12,00-31,37, А1203 15,27-30,00, Fe203o6W10,14-35,80, MgO 14,4430,00 %), либо шпинели (герцинита), залегающих в виде жил в экзо-контактах гарцбургиговых интрузий или в форме округлых обособлений (до 0,5Х 0,5 м) с четкими или неясными границами внутри пи-роксенитовых и гарцбургитовых тел.

Ликвационное расслоение расплавов изучено на большом количестве природных объектов, в экспериментах и отражено в работах Н.И.Хитарова и др. (1978), Л.Н.Когарко (1981), ВА.Пугина (1988). В.В.Рябова (1989) и др. и широко используется, в частности, в металлургии. Ликваты в расплаве начинают появляться в форме сгустков, овоидов (бобовин) или оолитов, отличных по составу от основной массы, которые, постепенно "слипаясь", образуют сплошные линзы и горизонты. Большая роль в процессах ликвации отводится ШО и F, которые: а) уменьшают вязкость расплавов (Dingwell

и др., 1985 и др.); б) снижают температуру происходящих в них преобразований и ускоряют их ход (Пиннекер, 1983; Эпильбаум и др., 1991 и др.); в) разрушают кремнекислородные алюмосиликатные комплексы (Семененко, 1975; Лебедев и др., 1979; Pichevant, 1987). Эти представления положены Л.Н.Когарко в основу ликвационного отщепления глиноземного расплава из щелочной алюмосиликатной магмы. Фтор и вода одинаково, по существу, разрушают связи Si-O-Si и Si-O-Al с образованием Si-OH, Si-F, Al-OH, A1-F. Г.М.Биггером (1981) экспериментально показано, что присутствие ТЮ2 и Р205 в расплаве расширяет область стабильной ликвации, a Fe203 усиливает степень жидкофазного разделения. Кроме того, присутствующий в расплаве Ti замещает, по представлениям Б.О.Майзена и др. (1980), часть Si, образуя трехмерные алюмотитановые комплексы. Так, по-видимому, возникает связь Al-Ti в глиноземном ликвате, которая затем прослеживается вместе с Fe203 и иногда Р205 как в бокситах, так и в клиахитовом (спорогелитовом) вулканическом стекле. Например, в бокситах Козыреевского-1 проявления рудооб-разующими являются обломки спорогелитового вулканического стекла и, как результат этого, бокситы содержат (%): А1203 37,51, ТЮ2 7,22, Fe203 14,79, Р2О5 1,59. По расчетам и экспериментам Л.Н.Когарко и др. (1981), Д.А.Мэннинга и др. (1983), Р.В.Лутца и др. (1988), присутствие в исходном расплаве F (как и Н20) приводит к снижению температуры его ликвидуса на 200-350 °С, благоприятствуя возникновению в алюмосиликатных системах области низкотемпературной ликвации, начало которой Ф.Я.Галаховым и др. (1983) оценивается в 350 °С.

Ликвационное расслоение характерно только для щелочного алюмосиликатного расплава, способного за счет присутствия К насыщаться Н2О, что приводит к появлению несмешивающихся глиноземной и кремнистой составляющих и формированию синхронных по возрасту, но часто разобщенных в пространстве алюминиевых руд и кремнистых пород. С продуктами такого процесса можно столкнуться в любой климатической зоне, где известны проявления щелочного базальтоидного вулканизма. В Тургайском прогибе (Казахстан) бокситовые месторождения сопровождаются синхронными им по возрасту кремнистыми осадками (Разумова, 1961), которые Г.Р.Кирпалем (1963) отнесены к сиферритным корам выветривания. Сосуществование одновозрастных латерит-бокситов и кремнистых силкретов характерно и для ряда районов Нигерии (Валетон, 1991).

Коровый источник алюминия представляется в основном газовыми и газово-жидкими флюидами, переносящими рудные элементы и образующими гидротермы и минеральные источники. Именно

летучие, перед тем как окончательно покинуть кристаллизующуюся магматическую колонну, скапливаются в ее голове и изменяют эн-доконтактовую часть будущей интрузии. При этом в голове гранитной интрузии формируется зональный профиль (снизу): кварц-серицитовых пород и кварц-каолинитовых глин; основной интрузии: монтмориллонитовых и каолинитовых глин и т.п. Многочисленные исследования состава газового флюида различных магм (Сурнина, 1961; Martin и др., 1960; Набоко и др., 1983; Gerlach и др., 1985) показали, что в газах щелочных магм практически всегда Al>Si, а следовательно, при изменении эндоконтактной части щелочной интрузии уходящими газами, в глинах верхней зоны профиля появляются гиёбсит, бемит, диаспор. При вскрытии интрузий эрозией, на поверхности в первую очередь оказываются глины, описываемые геологами обычно как коры выветривания. При этом не обращается внимание на то, что коры выветривания локализованы только в контурах интрузии, отсутствуя по вмещающих породах.

Одним из видов алюминиевых руд, сформировавшихся при непосредственном участии газовых и газово-жидких флюидов щелочных гранитоидных интрузий, являются вторичные кварциты, детально изучавшиеся Н.И.Наковником (1968) и М.А.Кашкаем (1970). Баланс вещества при трансформации исходным пород во вторичные кварциты исследовался автором на призерах Базыбайского (Восточный Саян) месторождения силлиманитовых и Нижнеамрат-ского (Западный Саян) алунит-андалузитовых кварцитов. Расчет баланса вещества, перемещенного при трансформации исходных пород во вторичные кварциты велся по методике В.Линдгрена (1935) и показал, что образование силлиманитовых кварцитов сопровождалось привносом Si, Al, Н20 и S, а алунит-андалузитовых -Si, К, Н20 и S. Кварциты белые, сложены в первом случае кварцем, силлиманитов, мусковитом и пиритом, во втором - кварцем, алунитом, андалузитом, корундом, пиритом. В последнем случае из исходных пород выносились AI, Ti, Fe, составившие в гипотетическом растворе (на сухое бескремнистое вещество) соответственно 10,56, 8,45, 80,99 % и сопровождавшиеся транзитной серой. Судьба такого глиноземисто-железистого раствора могла быть различной. Разгружаясь на разных глубинах от поверхности в зонах разуплотнения пород покрышки, он мог давать сульфидно-магнетитовые глиноземистые руды, а изливаясь на поверхность в виде вулканических или поствулканических источников, формировать залежи осадочных гематит-гетитовых глиноземистых железняков. Подобные по составу руды девонского возраста описаны П.Е.Мертвецовым (ЗСГУ) на Пыхтунском месторождении в Горной Шории (Сибирь). Кроме того, глиноземисто-железистые растворы и газово-жидкие флюиды

щелочных интрузий могли насыщать горизонты приповерхностных подземных вод, обогащая их рудными элементами и формируя горячие и холодные источники глиноземистых и глиноземисто-железистых вод, такие как речки Снейк в США (Теобалд, 1964), Юрьева на Курилах (Зеленов, 1972), ручьи Аршан и Усть-Усский в Западном Саяне (Черкасов и др., 1982). Однако чтобы из такого глиноземного источника сформировалась осадочная пластовая залежь алюминиевых руд, нужен еще ряд условий. Эксперимент по растворению монолитов известняков в горячих и холодных водах глиноземных источников р.Юрьевой, проведенный автором, показал, что в термальных (30-90 °С) источниках и р.Юрьевой (рН вод 1,1-1,7) известняки либо с шипением растворялись полностью, либо замещались опалом, и только в водах холодного (5 °С) кислого (рН 3,9) источника на известняке появилась серая корочка аллофана (А120з:8Ю2=1,5:1,0). Эксперимент позволяет заключить, что для формирования из вод р.Юрьевой осадочного пласта алюминиевых руд необходимо нейтрализовать ультракислые глиноземные воды карбонатным субстратом, на котором сначала происходит их деси-ликация, а затем садка глинозема. Причем все это должно осуществляться в континентальных условиях, поскольку в морских бассейнах образование алюминиевых руд из континентальных источников невозможно из-за перемешивания континентальных и морских вод и вступления в реакцию А13+ речных с 814+ морских с образованием каолинита, хлорита, гидрослюды (8\утс1а11 и др., 1976; Черкасов, 1982). Бокситы, вероятно, такого типа установлены в Италии около Спиназолы, где они выполняют часть каньонообразного древнего русла реки в карбонатных породах (Бушинский, 1975). К наиболее перспективным районам на подобные бокситы мезозойско-кайнозойского возраста можно отнести Северо-Восток и Дальний Восток России.

Третье защищаемое положение

5. ЭВОЛЮЦИЯ АЛЮМОРУДОГЕНЕЗА В ТЕКТОНО-МАГМАТИЧЕСКОМ ЦИКЛЕ СИБИРСКОГО БЛОКА ЛИТОСФЕРЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПОИСКОВ АЛЮМИНИЕВЫХ РУД В СИБИРИ

Тектоно-магматическим процессам в литосфере большое внимание уделено в работах А.В.Пейве (1947), Р.Ван-Беммелена (1956), Ж.Обуэна (1967), В.Е.Хаина (1973), В.В.Белоусова (1975), Б.Г.Лутца (1978) и др. Выделяемые ими тектоно-магматические циклы обычно подразделяются на 3-5 естественно-исторических стадий. Наиболее

часто используется трехчленное деление: на собственно геосинклинальную, орогенную и посторогенную стадии. Отдельно рассматривается платформенная стадия развития литосферы.

Алюморудогенез геосинклинально-складчатых областей - крупных структурных элементов континентальных блоков земной коры, таких как Алтае-Саянская складчатая область (АССО) (на ранних этапах эволюции вместе с Енисейским кряжем), пережившей начиная с позднего рифея несколько тектоно-магматических циклов. Характеризуется алюморудогенез позднебайкальского тектоно-магматического цикла Енисейского кряжа и даются перспективы поисков хлоритоидных бокситов карского типа в Ангаро-Тейском синклинории (площади Морянихо-Меркурихинского, Ведугинского и Южно-Кординского проявлений хлоритоидных пород), а в Анга-ро-Питском мегасинклинории - Черной Скалы и Малокачандинско-го, локализованных в терригенно-карбонатных осадках позднери-фейской шунтарской свиты. В позднерифейскую орогенную стадию с интрузиями щелочных гранитов татарско-аяхтинского и посоль-ненского комплексов сформировалось около десятка метасоматиче-ских проявлений и месторождений силлиманитовых, андалузитовых и андалузит-хлоритоидных пород. Приводится характеристика наиболее интересного Чапского андалузит-хлоритоидного месторождения, установленного автором в 1985 г.

Рассматривается алюморудогенез венд-раннекембрийского геосинклинального этапа развития АССО. Представлен он Боксон-ским месторождением и проявлениями бокситов Козыреевское-1 и Тяхта-4. Два дд^ледних локализуются в вулканогенной толще нижнего кембрия,/имеют одинаковую с вулканитами пеструю окраску, визуально не определимы и устанавливаются только по химическим анализам. Рудообразующими в бокситах, представляющих собой туфы, являются обломки спорогелитового вулканического стекла. Это новый тип бокситов для Сибири, а следовательно, для их поисков открываются новые перспективы. Продуктивная толща в таких проявлениях представлена пестроокрашенными туфами основных пород, туфопесчаниками, туфоалевролитами, туффитами с пластами диабазов, спилитов, кератофиров и мелкими прослоями карбонатных пород. Аналогичные разрезы имеют нижнекембрийские вулканогенные колпинская, нижнемонокская, чингинская свиты и поте-хинская толща центральной части АССО. Составлена схема выходов на поверхность вулканитов этого стратиграфического подразделения (9 площадей) которые определены в качестве перспективных для постановки тематических работ на бокситы. Ранее с точки зрения бокситоносности эти толщи не изучались.

Поскольку выявлена связь алюморудогенеза в Сибири с эндогенными процессами, то автор посчитал правомерным использовать для наглядности при характеристике закономерностей формирования алюминиевых руд на различных стадиях тектоно-магмати-ческого цикла метод диаграмм Е.Шроля и Д.Зауэра (1963), основанный на том, что концентрации № и Сг в изверженных и магматических породах закономерно уменьшаются от ультраосновных к кислым. В рудах, происхождение которых связано с определенным типом магмы, соотношение этих элементов сохраняется. Диаграмма соотношений № и Сг в бокситах, алюмохлоритах и хлоритоидных породах из 18 месторождений и проявлений мира, локализованных в различных по возрасту геосинклиналях, показала сгруппирован-ность их вокруг стандартов ультраосновных и основных пород, а салаирских и казахстанских проявлений и месторождений - вблизи стандартов андезитов и трахиандезитов, указывая на поступление алюминия в основном из мантийных резервуаров. Характерно, что руды собственно геосинклинальной стадии обычно темного (от черного до вишнево-красного) цвета, обогащены титаном (более 1 %) и железом (более 10 %).

В орогенную стадию (€2-О.О формируются складчатые пояса Западно- и Восточносаянские, Таннуольский, Кузнецко-Алатауский и др. Этот процесс сопровождался смятием осадков в складки и внедрением гранит-гранодиоритовых и гранитоидных интрузий, образованием полей вторичных кварцитов и кембро-ордовикских проявлений корунд-дистеновых (Заячье), корундовых (Саянзасское) и магнетит-корундовых (Сигангойское), шпинелевых (Гегир-Тайдженское) руд. К девонскому времени относятся бокситы Сиин-ского, наждаки Алгуйского, глиноземистые железняки Пыхтунско-го, хлоритоид-диаспоровые аллиты Чунайского проявлений, Сары-Хаинское диаспор-диккитовое и Нижнеамратское алунит-андалузитовое месторождение вторичных кварцитов, а также Лес-промхозное шпинелевое и Огнитское дистеновое месторождения. Приводятся их геологическая и литолого-геохимическая характеристики. Для 34 месторождений и проявлений мира орогенных стадий разного возраста построена диаграмма соотношений № и Сг в их рудах, на которой все они сгруппированы у пяти стандартов, указывающих на связь руд с перидотитовой, габбро-перидотитовой, габбровой и гранит-гранодиоритовой формациями. Все месторождения вторичных кварцитов независимо от их состава концентрируются вблизи стандарта амфиболитов. В отличие от собственно геосинклинальной стадии, магматизм орогенной более разнообразен и появляются руды, генетически связанные с гранит-гранодиоритовой его ветвью, указывающие на коровый источник

алюминия. Руды эти обычно светлых окрасок и всегда бедны титаном (менее 1 %) и железом (менее 10 %).

В посторогенную стадию развития территории активно формируются межгорные впадины, заполняющиеся угленосно-вулканогенно-терригенными осадками, как, например, Кузнецкая в АССО. Процесс этот сопровождался субсеквентным магматизмом, представленным интрузиями монцонит-гранитной формации. Алю-морудогенез этой стадии проявился в форме давсонитообразования в осадках С1-Р2. Анализ геолого-минералогических условий становления аналогичной давсонитоносной формации Грин-Ривер в США позволил отметить присутствие в рудах, наряду с давсонитом, син-генетичного криолита (Шенкс и др., 1984), чисто гидротермального, гидротермально-метасоматического минерала, и синхронность во времени давсонитообразования и среднего-кислого вулканизма в окрестных горах. В Кузнецкой котловине установлено Березовояр-ское месторождение нордстрандит-давсонита (Туркин, 1992). Дав-сонитизация синхронна по возрасту гранит-гранодиоритовому магматизму Салаира и Кузнецкого Алатау. Минерализация представлена пятью рудными столбами зонального строения (низы - нордст-рандит, верхи - давсонит), пронизывающими острогскую (С1), мазу-ровскую, алыкаевскую, промежуточную, ишановскую (С2-Р1), кеме-рово-усятскую и кузнецкую (Р1-Р2) свиты. Минералого-геохимические исследования минерализованных пород показали, что рудоносные растворы поставляли К, Са, М§, Ре2+, А1, С02, Б. На севере Кузнецкого Алатау (северо-восточнее Березовоярского месторождения) ряд гранит-гранодиоритовых и гранитоидных интрузий различного возраста подвергся в С3-Р1 альбитизации. По данным В.А.Домаренко (1979), на позднещелочной стадии альбитизации метасоматические растворы формировались из транзитных элементов Ыа, М§, С02, И и элементов исходных пород 81, К, Са, Ре2+, А1, т.е. в растворах находились те же элементы, что и в давсонито-образующих. Однако разные Р-Т условия разгрузки растворов в водном бассейне котловины давали давсонит, нордстрандит, кальцит, анкерит, доломит, сидерит, халцедон, гидрослюду, цеолиты, а в земной коре (эндоконтакт интрузий) - альбит, кварц, микроклин, слюды, сидерит и, как в месторождениях подобного генезиса Восточной Тувы и Забайкалья, должен быть криолит. Следовательно, альбитизированные зоны гранит-гранодиоритовых комплексов Кузнецкого Алатау перспективны на обнаружение месторождений криолита - ценного сырья, используемого на сибирских заводах при электролизерном производстве алюминия. На диаграмме соотношений №-Сг березовоярский давсонит и забайкальский криолит попа-

ласть гранит-гранодиоритовых стандартов, указывая на коровый источник алюминия для эти руд.

Алюморудогенез платформенных областей связан с тектоно-магматической активизацией краевых частей платформы, либо с глыбовыми движениями отдельных ее блоков или с деятельностью развивающихся континентальных рифтов и рассматривается на примере Сибирской платформы. По данным В.В.Белоусова (1975), для нее выделяются три стадии воздымания, растяжения блоков литосферы и раскрытия разломов: €2-03, Р2-Т, К1а1-Р и четыре стадии опускания, сжатия блоков литосферы и закрытия разломов; У-€,, С-Рь^-К^р,^.

Алюморудогенез стадии воздымания Сибирской платформы, растяжения литосферных блоков и раскрытия разломов проявляется на фоне роста интенсивности вулканизма и магматизма, относящихся как к щелочной, так и к толеитовой ветвям габбро-перидотитовой формации, и сопровождающегося увеличением объемов полезных ископаемых магмато- и вулканогенного, вулкано-генно-осадочного генезиса, расширением площадей денудации и усилением процессов эрозии. Рудопроявления локализуются по зонам разломов, часто в тектонических узлах.

Характеризуется алюморудогенез стадии Рз-Т, сопровождавшийся тектоно-магматической активизацией и выразившийся проявлением алюмофосфатов по северу платформы (Ессейское и Том-торское), бокситов (юго-восточная окраина Западно-Сибирской плиты и юго-западное Прианабарье), шамозит-бемитовых конкреций кендейской свиты (Т22) западных отрогов Хараулахских гор (низовья рЛены), наждаков (Р1-Р2), маргаритовых руд (Р2-Т1) Са-лаира, нордстрандит-давсонитовых пород (Р1-Р2) Кузбасса, дающих возможность говорить о новом для Сибири уровне формирования алюминиевых руд - пермо-триасовом.

Стадия тектоно-магматической активизации К|а1 - Р дала проявления альбских и сеноман-туронских бокситов и аллитов в Прие-нисейской части Западно-Сибирской плиты (автором выделяется перспективный для поисков альбских бокситов Дубчесский тектонический узел) и верхнемеловых бокситов и глиноземистых железняков юго-западного и южного Прианабарья, западной Якутии, юга Енисейского кряжа и палеогеновых бокситов Прибайкалья. Намечена перспективная площадь 20 тыс. км2 для поисков бокситов в юго-западном Прианабарье, к югу от устья р.Тукалан, на пересечении Таймыро-Монгольского планетарного разлома с глубинными разломами северо-западного направления (междуречье Котуя-Мойеро и Ермохона-Мурукты-Сиды), где предполагается обильный сближенный карст с бокситами, как выходящий под четвертичные

отложения, так и слепой. Аналогичная перспективная площадь на верхнемеловые бокситы - Мурун-Тасская (выделяется ПГО "Якутскгеология" в южном Прианабарье. На обеих площадях рекомендуется постановка высокоточной магнитной съемки м-ба 1:10 ООО с последующей проверкой выделенных аномалий бурением глубиной до 300 м.

Для бокситов этой стадии характерны темная окраска (от зеленовато-черной до красно-коричневой), высокие содержания титана (более 1 %) и железа (более 10 %). Диаграмма соотношений №-Сг для бокситов свидетельствует о концентрации значений только вокруг стандартов ультраосновных и основных пород, что указывает на поступление алюминия в основном из мантийных резервуаров.

Алюморудогенез стадии опускания Сибирской платформы, сжатия литосферных блоков и закрытия разломов характеризуется снижением интенсивности процессов эрозии, сокращением эрозионных площадей и расширением аккумулятивных равнин, уменьшением объемов изверженных и эксплозивных пород. Например, опускание Сибирской платформы 1рК1ар сопровождается появлением обширных пространств юрского и нижнемелового угленосно-терригенного осадконакопления с маломощными горизонтами туфов кислых и основных пород, а в южном и восточном Забайкалье, испытавшем в последующую стадию активное воздымание, в современном эрозионном срезе вскрываются интрузии юрских щелочных гранитов и гранодиоритов нарынского комплекса и в небольших объемах в гусиноозерской серии (К^) встречены трахиты, трахитовые базальты, трахиандезиты, трахилипариты и их туфы. Соответственно в эту стадию резко снижается роль магматических месторождений полезных ископаемых, а возрастает - гидротермальных и осадочных. Упор в описании алюморудогенеза сделан в основном на неоген-четвертичную стадию, рудопроявления которой хорошо сохранились, хотя фиксируются и следы присутствия более древних. Глиноземные породы и руды этой стадии белого, бело-серого, кремового цвета, локализуются в форме жил, гнезд, линз, карманов, стяжений, реже пластов в различных по составу породах и представлены бокситами, аллофаном, алюмосульфатами, гиббсит-каолинитовыми глинами, изредка алюмогидрокальцитом. Все проявления и месторождения Сибири объединены автором в 7 глиноземных субпровинций единой Сибирской провинции. Приводится их геологическая и литолого-геохимическая характеристика. Источником алюминия для них служили глубинные газовые и газово-жидкие флюиды, формировавшие на отдельных участках по зонам разломов солевой состав приповерхностных подземных вод. Поэтому в породах-коллекторах юрско-четвертичного возраста во многих

районах Сибири сосредоточены среди гидрокарбонатно-кальциевых вод крупные резервуары глиноземистых хлоридно-сульфатных Ыа-Са-М§ и сульфатных Са-М§ вод, содержащих (мг/л): БЮ2 3,42-101,00, А1203 3,42-150,00. Например, в Иркутском амфитеатре среди гидрокарбонатно-Са вод в бассейне р.Оки, ИГУ в процессе разведки алюмосульфатной минерализации в юрско-четвертичных отложениях, установлен резервуар площадью 3,5Х 55 км глиноземистых сульфатных Са-1^ вод. На диаграмме N¡-0 соотношений все проявления глиноземистых пород и руд этой стадии сгруппированы у стандартов пород гранит-гранодиоритовой формации, что указывает на коровый для них источник алюминия.

Математическое моделирование по химическим и спектральным данным генетических особенностей пород и руд семи проявлений платформенных белых бокситов, алюминитов, галотрихитовых пород и гиббсит-каолинитовых глин Сибири и геосинклинальных бокситов Тапна-1 (Вьетнам), температура образования минералов в котором 125-143°С, выполненное методом "многократной корреляции" Ю.К.Буркова и факторного анализа с использованием пакетов программ ПГД и задач ббР ВСЕГЕИ показало, что корреляционные связи химических элементов в рудах и породах такие же, как в гидротермальных образованиях и железо-марганцевых конкрециях океанов, а коэффициент экзогенности (0,38-22,19 %) низок для всех исследованных пород и руд и свидетельствует о незначительной роли экзогенных процессов в их генезисе.

Способ поиска месторождений пластовых алюмосулъфатов разработан (а.с. № 1189245) исходя из генетической модели проявлений и их следующих поисковых критериев: а) наличия бассейна подземных вод с резервуарами сульфатных Са-М§; б) присутствия водоупора над бассейном подземных вод; в) фиксации континентальных перерывов в осадконакоплении; г) наличия щелочных вулканитов, синхронных по возрасту континентальным перерывам в осадконакоплении; д) наличия глубинных разломов, сохранившихся в период проявления щелочного вулканизма в качестве проницаемых зон; е) фиксации участков устойчивого погружения благоприятных для быстрого захоронения и сохранности продуктивных образований. Все это можно определить и наметить поисковые объекты при изучении в камеральный период геолого-гидрогеологических материалов государственных съемок различного масштаба, а в полевой период произвести проверку выделенных объектов. Способ предполагается использовать как при поисковых работах на алюмосульфаты, так и родственные им по генезису бокситы, железо-марганцевые руды, фосфориты. Проверка способа проводилась на р.Намане в Якутии, где при анализе геолого-

гидрогеологического материала съемок были установлены все вышеперечисленные критерии, благоприятные для обнаружения алю-мосульфатов, ранее здесь неизвестных. В результате проверки перспективного объекта вскрыты две линзовидно-пластовые залежи алюминитов мощностью 0,3-4,0 м, содержащих (%): БЮг 2,90, А1203 28,46, ТЮ2 0,01, Ре203 2,92, БОз 23,80, Н20+ 21,52 с общей мощностью продуктивной толщи 1,45-9,25 м. Залежи прослежены шурфами и канавами вдоль берега р.Наманы на 1 км. Оконтуренная перспективная площадь Наманского проявления 2,5 тыс.км2, подсчитанные ресурсы одной из залежей по категории Р2 составили 0,86 млн т, всего проявления по Рз оценены в 30 млн т. Кроме Наманской площади, перспективными на алюмосульфаты в междуречье Чоны и Лены намечено еще 4 аналогичных участка: Чонский, Вилючайский, Ула-хан-Мурбайысский и Бирюк-Меличанский, а также ряд мелких площадей в междуречье Чары и Калара (Апсатский, Верхнекалар-ский и Чукчудукский).

Геолого-промышленная оценка проявлений алюмосульфатов. В мире неизвестны крупные месторождения чистых алюмосульфатов, но в Швеции и Китае разрабатываются квасцовые глины и сланцы, содержащие 6-7 % алюмосульфатов, извлекаемых попутно. В Индии, в предгорьях Гималаев, установлено небольшое месторождение чистых алюмосульфатов Пуга, используемое для получения серы и глинозема. До революции в Иркутском амфитеатре некоторые проявления алюмосульфатов разрабатывались сибирскими промышленниками с целью получения квасцов для дубления кож. Проведенные в 30-е годы ИГУ поисково-разведочные работы на Окинской площади (48 км2) Иркутской области, выявили, что в юрско-четвертичных терригенных осадках сосредоточено в подземных водах около 100 млн т А12Оэ, а это в благоприятных условиях способствовало бы формированию пластового месторождения типа Наманского с запасами в 350 млн т руды.

Природные алюмосульфаты представляют практический интерес для производства коагулянтов, потребность Сибири в которых составляет 150 тыс. т в год и покрывалась ввозом их из Туркмении. Поэтому автором совместно с ИМЕТ АН СССР проведены исследования по полной переработке наманских алюминитов на различные промпродукты. Наилучшие результаты достигнуты при вскрытии дробленой руды 26 % Н2504 без предварительного обжига с извлечением в раствор А1203 более 98 %. Доработка технологической схемы проводилась в опытно-промышленных условия на пробе весом 2 т на Жилевской фабрике в Подмосковье и зарегистрирована в качестве изобретений: по производству из алюминитов глинозема, серной кислоты, коагулянтов (а.с. №1568454) и хлорида алюминия

(а.с. № 1561447). Степень хлорирования чернового А1203 из алюми-нита при температуре 900 °С в атмосфере газообразной серы и Нг составила 85-95 %, а потери А1203 с пылью не превысили 3-6 %. Это позволило вывести алюминиты в разряд ценного комплексного сырья. Предварительные технико-экономические расчеты, проведенные ИМЕТ АН СССР по переработке наманских алюминитов на предприятии мощностью в 150 тыс. т коагулянтов в год в г.Ангарске при годовой добыче руды 100 тыс. т показали высокую его эффективность. Необходимые запасы месторождения для устойчивой работы предприятия в течение 50 лет должны составить 5-6 млн т руды.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Главным результатом исследований является разработка двух литолого-геохимических методов: а) определения генезиса и относительного возраста геологических тел в карбонатных отложениях; б) реконструкция фаций осадочных карбонатных отложений по изотопному составу их породообразующих минералов. Преимущество методов перед существующими аналогами - в количественной оценке явления, простоте, однозначности ответа, наглядности и надежности. Применение их к реконструкции генезиса геосинклинальных бокситов показало на формирование последних в нормально-морских (глубоководных) условиях из горячего рудного вещества.

Адаптация и применение методов изотопного анализа и впервые термобарогеохимии к реконструкции генезиса алюминиевых руд выявило, что температура образования минералов сибирских бокситов колеблется от 90 до 300 °С, а в формировании изотопного состава кислорода в них участвовали метеорные, гипотетические магматические воды, почвенный и глубинный СОг. Таким образом, получена возможность обосновать новые геолого-генетические модели месторождений бокситов и алюмосульфатов, впервые рассмотреть глубинные источники алюминия, параметры глиноземных расплавов и:

• создать базу для разработки поисковых методик;

• обосновать предпосылки для переоценки перспектив Сибири на алюминиевое сырье;

• ввести бокситы сибирского блока литосферы в единую генетическую цепь алюминиевых руд;

• выявить закономерности формирования алюминиевых руд и типы их локализации на каждой стадии тектоно-магматического цикла;

•выделить пермо-триасовую эпоху алюморудогенеза;

• наметить перспективные площади для поисков разновозрастных бокситов и криолита.

Разработанный метод поиска месторождений пластовых алю-мосульфатов, позволяет выходить с поисками в новые районы, где такой минерализации еще не известно. В отличие от существующих аналогов, метод дает возможность сразу сузить поиск до определенного объекта, минуя стадию опоискования перспективной площади, что значительно удешевляет работы. При проверке метода на природных объекта установлено Наманское проявления алюминитов, намечен ряд перспективных площадей по югу Якутии и северу Читинской области.

Технологические исследования наманских алюминитов и технико-экономические расчеты показали, что руды пригодны для получения из них коагулянтов высшего сорта, а производство, организованное на базе Наманского проявления в г.Ангарске, будет высокорентабельным (50 %) с годовым экономическим эффектом, в 2 раза более высоким, чем при использовании для этих целей глинозема бокситов, и в 6,5 раз выше, чем нефелиновых концентратов, со сроком окупаемости предприятия менее 3 лет. Доразведка и освоение Наманского проявления с целью переработки руд на коагулянты в перспективе позволит полностью обеспечить потребности промышленных предприятий Сибири в этой продукции.

Разработанные и адаптированные методы генетических реконструкций, являясь методами "прямого действия", впервые дают в руки исследователей инструмент для различия гипергенной и эндогенной природы алюминиевых и других руд и могут использоваться как для палеогеографических реконструкций при специализированных геологических работах, так и для попутных поисков при геологической съемке масштабов 1:50 ООО и 1:200 ООО.

На базе достижений теоретической, экспериментальной и практической геологии последних 20 лет обосновывается новое направление в учении о бокситообразовании - связь его с эндогенными процессами, что расширяет перспективы Сибири на бокситы и другие алюминиевые руды и создает предпосылки для их переоценки.

В отечественной и зарубежной практике работа такого плана является пионерной. В ней впервые предпринята попытка с помощью комплекса методических приемов "прямого действия" усовер: шенствовать наши представления о генезисе алюминиевых руд. Необходимо продолжить исследования как по теоретическому и экспериментальному моделированию источников алюминия, так и способам транспортировки металла к поверхности и условиям его локализации в различных структурах земной коры.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Монографии

1. Будников В.И., Вааг О.В.,..., Черкасов Г.Н. и др. Коры выветривания Сибири. Т.2. - М.: Недра, 1979. - 250 с.

2. Черкасов Г.Н. Корунд и шпинель Сибири. - М.: ВИЭМС, 1982.-43 с.

3. Черкасов Г.Н., Прусевич А.М., Сухарина А.Н. и др. Небокситовое алюминиевое сырье Сибири. - М.: Недра, 1988. - 168 с.

Статьи .

4. Бгатов В.И., Лизалек H.A., Мадарас А.И., Черкасов Г.Н. Алюмогидрокарбонаты. Полевая методика определения глинозема в горных породах (пособие для геологов-полевиков). - Новосибирск: СНИИГГиМС, 1973.-33 с.

5. Родин P.C., Лоскутов Ю.И., Назаров Б.В., Резапов А.Н., Черкасов Г.Н. Бокситоносные мезозойско-кайзонойские коры выветривания западной части Сибирской платформы // Рудоносные коры выветривания. - М.: Наука, 1974. - С.37-44.

6. Черкасов Г.Н., Шаламов И.В. Перспективы поисков мезозойских бокситов в Билляхской котловине Юго-Западного Приана-барья //Геология и геофизика. - 1976. -№ 8. - С.132-136.

7. Бгатов В.И., Черкасов Г.Н., Шаламов И.В. Тектонический контроль в размещении месторождений алюминиевых руд на территории Сибири // Проблемы алюминиевого сырья Сибири. - Новосибирск: СНИИГГиМС, 1976. - С. 15-20.

8. Резапов А.Н., Черкасов Г.Н. О сеноман-туронской эпохе бокситообразования в Приенисейской зоне Западно-Сибирской плиты // Материалы по литологии и осадочным полезным ископаемым Сибири. - Новосибирск: СНИИГГиМС, 1976. - С.49-54.

9. Черкасов Г.Н., Шаламов И.В. Особенности коро- и бокситообразования в мезозое на Сибирской платформе и перспективы поисков промышленных месторождений бокситов // Материалы по литологии и осадочным полезным ископаемым Сибири. - Новосибирск: СНИИГГиМС, 1976. - С.96-100.

10. Черкасов Г.Н. Геология, вещественный состав и генезис бокситов и гиббсит-аллофановых пород Западной Якутии и Прибайкалья // Литология и полезные ископаемые. - 1976. - № 6. - С. 120127.

П.Черкасов Г.Н., Резапова Н.М., Шаламов И.В. Методика поисков давсонита // Лабораторные и технологические исследования и обогащение минерального сырья. - М.: ВИЭМС, 1977. - № 6. -С8-13.

12. Резапов А.Н., Черкасов Г.Н. Литология и генезис альб-сеноманских отложений северо-востока Западно-Сибирской плиты // Геология и геофизика. - 1977. - № 4. - С.34-41.

13. Черкасов Г.Н. Сравнительная характеристика геологии, вещественного состава бокситов северной части Вьетнама и СУБРА (Урал) и их связь с вулканизмом II Генетическая и экспериментальная минералогия. - Новосибирск: Наука, 1978. - С.132-144.

14. Черкасов Г.Н. Следы послетриасового вулканизма на Сибирской платформе // Геология и геофизика. - 1979. - № 4. - С.154-159.

15. Черкасов Г.Н., Матошин С.В. Геология, вещественный состав и генезис бокситов Боксонского месторождения (Восточный Саян) // Теоретическая и генетическая минералогия. - Новосибирск: Наука, 1980. - С.84-94.

16. Краевский Б.Г., Черкасов Г.Н. О древних аллитах Восточной Тувы II Бокситы. - М.: ВИМС, 1980. - С.98-104.

17. Черкасов Г.Н. Условия образования бокситов из глиноземистых вод типа речки Юрьевой // Геология месторождений цветных металлов складчатого обрамления Сибирской платформы. -Новосибирск: Наука, 1982. - С.3-9.

18. Черкасов Г.Н. Геологические и физико-химические аспекты выветривания и бокситообразования II Геология алюминиевого сырья Сибири. - Новосибирск: СНИИГГиМС, 1983. - С. 14-31.

19. Черкасов Г.Н., Коробов Ю.И. Закономерности формирования и размещения стратиформных алюмосульфатов в Сибири // Геология алюминиевого сырья Сибири. - Новосибирск: СНИИГГиМС, 1983.-С.79-94.

20. Черкасов Г.Н., Лайнер Ю.А. и др. Алюминиты - новый вид глиноземного сырья И Докл. АН СССР. - 1985. - Т.281, № 4. - С.918-920.

21. Черкасов Г.Н. Будут ли найдены новые месторождения ме-зозойско-кайнозойских бокситов на Сибирской платформе? // Перспективная оценка алюминиевого сырья Сибири. - Новосибирск: СНИИГГиМС, 1985. - С.3-17.

22. Черкасов Г.Н., Хмелевская Е.М. Генезис позднесилурийско-девонских глиноземистых осадков Салаира II Гетерогенность пород и руд Сибири. - Новосибирск: Наука, 1986. - С.52-59.

23. Черкасов Г.Н. Причина зональности геосинклинального рудогенеза // Литолого-геохимическая и палеогеографические предпосылки рудоносных осадочных формаций Сибири. - Новосибирск: СНИИГГиМС, 1987. -С.95-103.

24. Черкасов Г.Н. Силлиманиты Базыбай-Казырского междуречья Восточного Саяна // Минералообразование в эндогенных процессах. - Новосибирск: Наука, 1987. - С.81-88.

25. Черкасов Г.Н., Хмелевская Е.М. и др. Вторичные кварциты Шандынского хребта Западного Саяна // Эпигенетическое преобразование пород и руд Сибири. - Новосибирск: Наука, 1987. - С. 103114.

26. Черкасов Г.Н. Генетическая модель проявлений пластовых алюмосульфатов и их поисковые критерии // Сов.геология. - 1989. -№ 1. - С.43-49.

27. Черкасов Г.Н., Косухин О.Н. Термобарогеохимия минералов бокситов и латеритов ряда месторождений мира // Геохимия. -1991. - № 4. - С.507-514.

28. Черкасов Г.Н. Природные коагулянты Сибири Н Геоэкологические исследования и охрана недр. - М.: ВИЭМС, 1991. - Вып.З. -С.40-45.

29. Черкасов Г.Н. Реконструкция фаций осадочных карбонатных отложений по изотопам кислорода II Геология месторождений и проявлений цветных и благородных металлов Сибири. - Новосибирск: СНИИГГиМС, 1991. - С.93-101

30. Черкасов Г.Н. К проблеме палеоклиматических реконструкций на примере позднего мела и кайнозоя Азии // Геология месторождений и проявлений цветных и благородных металлов Сибири. - Новосибирск: СНИИГГиМС, 1991. - С.101-119.

31. Черкасов Г.Н. Глинозем в байкалидах Енисейского кряжа // Вопросы минерагении Сибири. - Новосибирск: СНИИГГиМС, 1994. - С.64-73.

Технический редактор Т.А.Воронина

Подписано к печати 23.04.97 г. Формат бумаги 60X84/16. Бумага тип № 2. Офсетная печать. Печ.л. 2,3. Тираж 100 экз.

Заказ № /4

Новосибирск^ 1. Красный пр., 67, СНИИГГиМС

Информация о работе

Черкасов, Геннадий Николаевич
доктора геолого-минералогических наук
Новосибирск, 1997
ВАК 04.00.13

Автореферат

Литолого-геохимические методы реконструкции генезиса алюминиевых руд с целью повышения достоверности их прогноза и поиска в Сибири - тема автореферата по геологии, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы