Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Петролого-геохимическая модель формирования редкометальных литий-фтористых гранитов Шумиловского интрузива

ВАК РФ 25.00.09, Геохимия, геохимические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Петролого-геохимическая модель формирования редкометальных литий-фтористых гранитов Шумиловского интрузива"

Санкт-Петербургский государственный университет

На правах рукописи

□ОЗ167303

АБУШКЕВИЧ Екатерина Александровна

ПЕТРОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ РЕДКОМЕТАЛЬНЫХ ЛИТИЙ-ФТОРИСТЫХ ГРАНИТОВ ШУМИЛОВСКОГО ИНТРУЗИВА (ЦЕНТРАЛЬНОЕ ЗАБАЙКАЛЬЕ)

Специальность 25 00 09 - геохимия, геохимические методы поисков полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва 2008

Работа выполнена в лаборатории генетической минералогии и геохимии редких элементов Научно-исследовательского института земной коры Санкт-Петербургского государственного университета (НИИЗК СПбГУ)

Научный руководитель доктор геолого-минералогических

наук, профессор Людмила Федоровна Сырицо

Официальные оппоненты доктор геолого-минералогических

наук, профессор

Виктор Сергеевич Попов (РГТРУ)

доктор геолого-минералогических наук, профессор Георгий Павлович Зарайский (ИЭМ РАН)

Ведущая организация: Институт геохимии

им АП Виноградова СО РАН

i

Защита состоится 25 марта 2008 г. в 44 часов на заседании Диссертационного совета Д 002.122 01 в Институте геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН по адресу 119017 г Москва, Старомонетный пер, 35

С диссертацией можно ознакомиться в отделении геологической литературы БЕН РАН по адресу, г Москва, Старомонетный пер., 35, ИГЕМ РАН.

Автореферат разослан « февраля 2008 г

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат геолого-минералогических наук МА Юдовская

Актуальность работы. Научный и практический интерес к литий-фтористым редкометальным гранитам обусловлен уникальностью их химического и минерального состава, а также экстремальными (вплоть до рудных) концентрациями редких и рассеянных элементов Среди нерешенных вопросов происхождения редкометальных гранитов главным остается причина возникновения таких магм, обогащенных летучими и редкими элементами либо в ходе длительной дифференциации обычных гранитных расплавов, либо изначально в процессе плавления протолита Практическая сторона этого вопроса связана с выяснением взаимоотношений между биотитовыми и микроклин-альбитовыми редкометальными гранитами, часто слагающими единые многофазные интрузивные тела, а также с оценкой роли магматических процессов в накоплении рудного вещества при формировании конкретных месторождений, ассоциирующих с массивами редкометальных гранитов Названные проблемы актуальны и для Шумиловского интрузива Центрального Забайкалья, в пределах которого локализовано грейзеновое оловянно-вольфрамовое месторождение Сам интрузив сложен различными типами гранитоидов биотитовыми, микроклин-альбитовыми редкометальными гранитами и онгонитами. Однако широкое развитие в редкометальных гранитах метасоматических процессов мешает непосредственно идентифицировать первичные магматические черты этих пород В данной ситуации применение комплекса петролого-геохимических моделей позволяет по сохранившимся фрагментам неизмененных пород в полном объеме реконструировать условия и механизмы дифференциации исходного магматического расплава и прогнозировать поведение редких, в том числе и рудных элементов на всех стадиях его дифференциации

Целью настоящей работы является создание количественной петролого-геохимической модели образования редкометальных гранитов Шумиловского интрузива, что предполагает решение следующих задач (1) дать геолого-петрографическую и минералого-геохимическую характеристику неизмененных магматических пород Шумиловского интрузива и установить вариации их составов, (2) оценить физико-химические параметры формирования пород интрузива, (3) на основе полученных данных построить петрологическую модель, позволяющую количественно оценить участие породообразующих и акцессорных минералов в процессе дифференциации магматического расплава, (4) построить количественную геохимическую модель, позволяющую прогнозировать поведение редких и рассеянных элементов при дифференциации магматического расплава и раскрывающую механизмы формирования редкометальных гранитов интрузива

Научная новизна работы. Впервые дана всесторонняя петрографическая и минералого-геохимическая характеристика основных типов магматических пород Шумиловского интрузива и показано присутствие в пределах изучаемого объекта онгонитов - субвулканических аналогов редкометальных гранитов Установлено, что редкометальные граниты и онгониты образуют

самостоятельную группу пород, отличающуюся по структурно-вещественным и петролого-геохимическим параметрам, а также по характеру и направленности дифференциации от биотитовых гранитов и лейкогранитов Впервые дана оценка растворимости рудных акцессорных минералов (колумбита-танталита и вольфрамита) в магматическом расплаве при формировании редкометальных гранитоидов Шумиловского интрузива и аналогичных объектов из различных регионов мира Построена количественная модель дифференциации расплава, объясняющая поведение широкого круга элементов при формировании редкометальных гранитов интрузива

Фактический материал и методы исследования. В основу работы положены результаты исследований 240 образцов, 150 шлифов и 217 анализов различных типов пород интрузива, из которых была сформирована рабочая выборка первичных магматических пород в количестве 110 образцов и проб Основу фактографического материала составляют 2300 элементо-определений рудных, петрогенных и индикаторных элементов, выполненных различными методами Содержания в породах петрогенных элементов (81, А1, Тл, Ре2+, РеЗ+, Мп, М^, Са, К, Р) определялись методом мокрой химии (40 проб), Р - методом ионселективных электродов (57 проб) Оценки содержания щелочных и редких щелочных элементов (N3, К, 1л, Сб) проводилось методом фотометрии пламени (108 проб), концентрации Тг, Ре, Мп, Zn, Мэ, Бг, 7х, 1% были определены в 27 пробах методом РФА Тем же методом в 108 пробах были определены концентрации ИЬ и Бг. Кроме того, в 12 представительных пробах гранитоидов была проведена оценка содержаний широкого круга микроэлементов (1л, Ве, 8с, Тл, V, Сг, Мп, Ру%, Со, №, Си, Тп, Са, КЬ, вг, У, '7л, №>, Мо, 8п, Сз, Ва, Щ Та, W, Т1, РЬ, В1, ТЬ, II и КЕЕ) методом ГСР-МБ В прозрачных плоскополированных шлифах электронно-микрозондовым анализом было исследовано 105 индивидов породообразующих минералов и определены концентрации в них Са, К, А1, Бх, Ть, Мп Кроме того, при выборе объектов для микрозондовых анализов полевых шпатов была изучена пространственная неоднородность их состава методом селективного окрашивания

Для сопоставления гранитоидов Шумиловского интрузива с аналогичными объектами из других регионов мира и анализа общих закономерностей вариаций составов редкометальных гранитоидов была создана база аналитических данных, в основу которой положено 1780 анализов пород и минералов в 78 объектах из 20 стран мира

Практическая значимость работы. Выявленные закономерности поведения рудных элементов и содержащих их акцессорных минералов в процессе дифференциации магматического расплава позволяют пересмотреть стратегию дальнейших поисковых работ на редкометальное оруденение в пределах Асакан-Шумиловского рудного узла и могут служить основой для создания новых критериев поиска месторождений редких металлов

Основные защищаемые положения:

1 Обосновано выделение среди гранитоидов Шумиловского интрузива двух групп пород 1) биотитовых гранитов и лейкогранитов и 2) редкометальных гранитов и онгонитов, которые существенно различаются по геологическому положению, составу и набору породообразующих минералов и последовательности их кристаллизации

2 Установлено, что выделенные группы пород различаются также по уровням содержаний петрогенных, редких и рассеянных элементов и характеру дифференциации Биотитовые граниты и лейкограниты обогащены фемическими компонентами и близки по составу к фракционированным гранитоидам 1- и З-типа, тогда как редкометальные граниты, напротив, резко обогащены литофильными элементами и схожи по многим параметрам с гранитам А-типа

3 Показано, что химизм, условия и характер дифференциации расплава при становлении редкометальных гранитов Шумиловского интрузива обусловили раннюю кристаллизацию акцессорного колумбита и рассеяние Та и ИЪ в формирующихся магматических породах В то же время уровень насыщения магмы вольфрамитом не достигался на всем протяжении процесса дифференциации, что могло способствовать накоплению Ж в остаточном расплаве и обогащению редкометальных гранитов и онгонитов этим элементом еще на магматическом этапе

4 Результаты петролого-геохимического моделирования показали, что ведущим процессом при формировании обеих групп пород Шумиловского интрузива являлась кристаллизационная дифференциация магматического расплава Однако, при установленных параметрах дифференциации лейкогранитового расплава (коэффициентах распределения элементов, степени дифференциации, набору и пропорциям фракционирующих минералов) из него невозможно получить расплавы, соответствующие по составу редкометальным гранитам и онгонитам

Апробация работы и публикации. Основные положения работы были представлены на III международной конференции "Геология в школе и ВУЗе" (С -Петербург, 2003), на XXI Всероссийском семинаре по геохимии магматических пород (Апатиты, 2003), на ЬУП Герценовских чтениях (С -Петербург, 2004), на ежегодных семинарах по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии ЕСЭМПГ (Москва, 2004, 2006, 2007), на Международной конференции памяти ак АНЗаварицкого "Геология и металлогения ультрамафит-мафитовых и гранитоидных ассоциаций складчатых областей" (Екатеринбург, 2004), на XXI Всероссийской молодежной конференции "Строение литосферы и геодинамика" (Иркутск, 2005), на Всероссийском петрографическом совещании "Петрография в XXI веке" (Апатиты, 2005), на XV и XVI конференциях молодых ученых в области наук о Земле, посвященных памяти К О Кратца (Санкт-Петербург, 2004, Апатиты, 2005), на 12-м Международном Симпозиуме 1АООО (Москва, 2006) и изложены в 13 печатных работах, включая статьи и тезисы

Благодарности. Автор выражает признательность своему научному руководителю д г -м н Л Ф Сырицо, при содействии которой и внимании со стороны коллектива каф геохимии СПбГУ выполнялась данная работа Существенную помощь при проведении аналитических исследований оказали Т Б Попова (СПбГПУ), к г -м н Л П Коробейникова и В А Ярмолинская (ОАО "Научные приборы"), а также А А Николаев (ООО «Инструменте») Автор также выражает признательность АТМаслову и В.А Васильевой (ВСЕГЕИ), способствовавшим проведению отдельных этапов исследования Автор глубоко признательна за своевременную поддержку и внимание к работе член-корр РАН, д г -м н В А Глебовицкому, а также к г -м н В П Ковачу (ИГГД РАН) Отдельную благодарность хочется выразить С А Абушкевичу (ЗабНИИ) за предоставленные фондовые материалы по объекту исследования, а также дг-мн ГС Бискэ, дхн ЮПКостикову (СПбГУ) и профессору М Штемпроку (Карлов Университет, Прага) за консультации и ценные замечания при обсуждении отдельных положений диссертации Создание этой работы было бы невозможно без постоянного содействия со стороны Эрика Викторовича Табунса, который способствовал становлению автора как самос юятечьного исследователя

Структура и объем работы Диссертация объемом 161 страница состоит из введения, 5 глав, заключения и содержит 26 таблиц, 60 рисунков и список литературы, включающий 233 наименования

Объектом исследования являются гранитоиды Шумиловского интрузива, который расположен в Центральном Забайкалье на западном окончании Монголо-Охотского складчатого пояса Интрузив прорывает пермо-триасовые алевро-песчаники и триасово-юрские гранодиориты и граниты Хэнтей-Даурского батолита, который с юга и юго-запада обрамлен многочисленными массивами лейкогранитов и редкометальных гранитов (Коваленко и др , 2003)

Геологическое строение Шумиловского интрузива. Интрузив представляет собой пологий эродированный купол площадью порядка 180км2 (рис 1) Большая часть его сложена порфировидными биотитовыми гранитами (.БГ) и лейкократовыми гранитами с морионоподобным кварцем (лейкограниты), между которыми наблюдаются постепенные переходы Их секу! многочисленные дайки мелкозернистых гранитов, аплитов и онгонитов мощностью от первых сантиметров до 10-15 м Характер контакта во всех случаях резкий «холодный», в онгонитах отмечаются практически неизмененные ксенолиты БГ Согласно данным Омельяненко с коллегами (Омельяненко и др., ¡974) в центральной части интрузива дайки образуют своеобразную зону инъекций, сопровождаемую широким развитием эксплозивных брекчий В вертикальном разрезе это скопление даек имеет вид неправильного конусообразного пучка, в нижней части которого на глубине -150м скважинами вскрыто тело мелкозернистых микроклин-альбитовых редкометальных гранитов с топазом (РГ) Тело прослежено непосредственно в скважине на глубину до 460 м (Синявин и др , 1995) В надкупольной зоне РГ располагается пегматоидное тело ("штокшайдер"), которое выполняет

пологонаклонную трещину и прослеживается по простиранию на расстояние порядка 400 м. В пространстве между штокшайдером и куполом РГ

Шумиловского

обозначения:

I решены

Дайки онгонитов

М ел козер н истые м и кро кл i ш -альбнтовые граниты (РГ)

Биотитовые граниты (ВГ) и лейкограниты ,)

L Гранитоиды Хэнтей-| Даурского батолита (T.-J,)

Песчанисто-алевритовые флишоидные толщи (Pz)

Геологические фаницы

Разрывные нарушения: а - наблюдаемые, б - предполагаемые

Скважины

Рис. 1. Схема геологического строения Шумиловского интрузива (по Гетманской и Чернову, 1976 с изменениями) и схематический геологический разрез (по Синявину и др., 1998 с изменениями).

Петрографическая характеристика пород интрузива. БГ представляют собой резкопорфировидные породы, состоящие из кварца (Qu = 30-33%), плагиоклаза (Р1 = 32-38%) и калиевого полевого шпата (Kfs = 25-30%); железистый биотит является второстепенным минералом (Bt = 7-9%). Лейкограниты по составу и количеству основных породообразующих минералов близки к БГ (Qu = 25-35%, PI = 26-47%, Kfs = 20-35%), отличаясь равномернозернистой, иногда миароловой структурой и меньшим количеством биотита (Bt = 3-5%). Основными акцессорными минералами БГ и лейкогранитов являются апатит, сфен, ильменит, монацит, циркон и флюорит. РГ представляют собой мелкозернистую породу, состоящую из кварца (Qu = 28-36%), калиевого полевого шпата (Kfs = 20-37%) и альбита (АЬ = 22-41%), в качестве второстепенных минералов присутствуют литиевая слюда (Zw = 312%) и топаз (Тор = 0,5-6%). Светло-серые сахаровидной текстуры онгониты по модальному составу близки к РГ и отличаются лишь повышенным содержанием альбита (АЬ = 40-67%) и более низким калиевого полевого шпата (Kfs = 15-34%) и кварца (Qu = 10-35%>). Присутствие вкрапленников преимущественно двух последних минералов (иногда также альбита, топаза и

расположена вольфрамоносная грейзеновая месторождения.

зал!

Условнь

слюды) обуславливают резко порфировидную структуру этих пород Количество вкрапленников варьирует от 10 до 40% Среди акцессорных минералов отмечаются флюорит, колумбит и касситерит По данным петрографических наблюдений последовательность кристаллизации минералов в породах интрузива представляется следующей Р1—>В1—в БГ и лейкогранитах и Р1—>0и+ВУз—*Вг+Тор в РГ и онгонитах

По международной классификационной схеме (^АРБ породы интрузива являются щелочнополевошпатовыми гранитами и монцогранитами Однако,

согласно специальной

классификации редкометальных гранитоидов, учитывающей соотношение в породе модальных альбита и калиевого полевого шпата (Коваленко, 1977), большая часть их соответствует лейкограниту и микроклин-альбитовому граниту, и только часть онгонитов располагается в поле альбитового гранита и альбитита (рис 2)

Минералогическая характеристика пород. Химические составы породообразующих минералов существенно различаются в биотитовых и редкометальных гранитах. Так, калиевые полевые шпаты БГ наиболее богаты Ыа (до 16% АЬ), содержание которого к лейкогранитам несколько уменьшается (4-8% АЬ) Похожим образом изменяется состав плагиоклазов -от 26% Ап в БГ до 5-7 % в лейкогранитах При этом сам минерал характеризуется сложным зональным строением с более основными центральными частями и кислыми краевыми В то же время составы полевых шпатов РГ и онгонитов максимально близки к чистым альбиту (АЬ 97-100) и ортоклазу (Ог 95-99) и имеют однородный состав по всему объему зерна

Слюды БГ и лейкогранитов являются железистыми биотитами и сидерофиллитами и обогащены Ре, М^ и Т;, тогда как в РГ и онгонитах слюды представлены циннвальдитами и отличаются повышенными

содержаниями Мп, 1л и Р

Особенности структур и химизма минералов РГ и онгонитов Шумиловского интрузива являются типичными для классических редкометальных гранитов и онгонитов Монголии и Забайкалья (Коваленко, Коваленко, 1976, Коваленко, 1977) и были неоднократно воспроизведены экспериментально (Коваленко, 1979, \УекЗпег, МаШп, 1987 и др) Сопоставление последовательности выделения минералов в гранитоидах Шумиловского интрузива и экспериментальных стеклах редкометальных гранитов, кристаллизовавшихся при различных условиях (рис 3) позволяет предполагать, что начальные этапы формирования БГ и лейкогранитов проходили в высокобарических условиях (Р > 4 кбар) В то же время

^лоииыс оботачишя

□ Редкому <1льны(. е ратгш {Р1 )

О Отошп ы

Микрокиш льпктовмй

1рАнт

/ О \

/ Фсльдшпатнт А. чьбитнт \

Рис 2 Соотношение модальных котчеств <2и, АЬ и К/$ в гранитоидах Шутиювского интрузива

А Экспериментальные наблюдающаяся последовательность кристаллизации минералов в РГ и онгонитах интрузива соответствует низким давлениям воды (1—1.5 кбар) и высоким содержаниям Г в системе (не менее 2.5-3 вес,%). Химический состав пород. По химическому составу все породы интрузива являются высокоглиноземистыми гранитами и лейкогранитами. Содержания 8Ю2 в них варьируют в пределах 72-76вес.%, индекс агпаитности изменяется от 0,66 до 0,97. Для

Топазовые рио-литы, США Webster er al, 1987 РГ С.т.лустслл Англия Weidner. Manir 1987 РГ Ксиашху-алинг, Китай Xiongct al.. 2002 Топазоиые рни литы. США VAjbstór « al.. 1987 РГ Ст.Аустелл. Англия Wcidnef. Manir 1987

P 1 кбар Р 1 кбар Р 1.5к0ар Р 2 кбар Р 4 кбар

Qu K*s И Bt Top А Mus Л \ / \ А / Mus

Б Эмпирические

Онгониты, Монголия, Коваленко. 1977 РГ н онгониты, Шумнловский IllITpVHID 'политы Макухами. Перу Pichavant et al.. 1988 Риолиты Моро-кокала. Боливия Morgan et al., 1998 Б1' и лейко- граниты. Шумиловскш иитру.чнв

Qu Kfs PI Bt Top П \ / \ А /

Рис. 3. Последовательность кристаллизации П0Р°Д Ё Челом характерно

минералов е природных и экспериментальных низкое содержание фемических

расплавах редкометальных гранитоидов. Польши элементов (1,92% FeOt, 0,19%

квадратами показана одновременная MgO, 0,10% МпО, 0,15% ТЮ->), а

кристаллизация минералов. ¿aQ (0,78%) и Р (0,03%).

При этом БГ и яейкограниты беднее щелочами и обогащены калием относительно натрия, тогда как РГ и онгониты, напротив, несколько богаче щелочами и характеризуются повышенным содержанием натрия. По соотношению основных нормативных минералов БГ и лейкограниты также существенно отличаются от РГ и онгонитов — количество нормативного корунда в них составляет 0-1,2 вес.%, а соотношение Ab/An варьирует от 5,4 до 16,3. В составе РГ и онгонитов нормативный анортит отсутствует, а содержание корунда колеблется в пределах 1,8-5,9 вес.%. На диатрамме Qu-Ab-Or гранитоиды интрузива находятся в пределах поля составов типичных редкометальных гранитов и онгонитов различных регионов мира (рис. 4).

Рис.4. Соотношение нормативных Qu, Ab и Ог в гранитоидах Шумиловского интрузива (условные обозначения см. на рис. 2). Поля: Э -эпъваны. С - селенгиты, КТР -высококалиевые трахириодациты (компиляция Сырицо и др., 2005), К -калгутиты, СГП - сподуменовые гранит-порфиры (по данным Владимирова и др.. ¡998). Поле топазовых риолитов, онгонитов и редкометальных гранитов различных регионов мира дано по Коваленко, 1977; Christiansen et al., 1984.

о о

Для гранитоидов интрузива характерны пониженные содержания Sr, Ва, Zn, Zr, Fe, Со, N1, Cr, V и высокие концентрации гранитофильных редких элементов (F, Rb, Li, Cs, Ве, Pb, U, Th, Sn, Nb, Та, W, Hf) относительно валовой континентальной коры При этом БГ и лейкограниты богаче Sr, Ca, Ti, V, тогда как в РГ и онгонитах повышены содержания F, Rb, Та, Nb и W (рис 5) В качестве показателя дифференциации пород было выбрано содержание

титана, который достаточно инертен при воздействии вторичных наложенных процессов и эффективно отражает степень дифференциации пород в редкометальных гранитоидных сериях (Forster, 1999) На бинарных вариационных диаграммах (рис 6) можно выделить группу элементов (Sr, Ва, Zr, Th, V), образующих линейные тренды от БГ до РГ и онгонитов и позволяющих предполагать образование всей совокупности пород в результате дифференциации единого исходного расплава Однако, характер распределения Li, Rb, F, Ве, Hf, Nb, Та, W, Sn, а также Fe, Sc, Co, Pb, Zn противоречит такому выводу в то

i i. .. Ьг . dt Sm GJT. Dy.. Y . „ ¡-l; .. /г Tb , Та Mo„, ЛЬ Bs La Nti Eu Tb Ho Yb Ti Hf L Nb W

Рис 5 Нормированные к валовой континентальной коре (по Rudmck, Gao, 2003) спектры распределения элементов в гранитоидах Шумиловского интрузива Черными линиями показаны биотытовые граниты и лейкограниты, серым полем -редкометальные граниты и онгониты Элементы на спайдерграмме упорядочены по степени уве чтения заряда и ионного радиуса

время как в БГ и лейкогранитах концентрации 1л, КЬ, Ве не меняются или даже уменьшаются в процессе дифференциации, в РГ и, особенно, онгонитах наблюдается резкое накопление названных элементов, а также А1, Сэ, "УУ и Б

, Sr

Ti

Рис б Различные типы распределения элементов в гранитоидах Шумиловского интрузива (условные обозначения см на рис 2)

Нормированные к хондриту спектры распределения REE имеют пологую "птицеобразную" форму с ярко выраженной аномалией Ей, которая возрастает с уменьшением индекса дифференциации от 0,150 в БГ до 0,005 в онгонитах. При этом РГ и онгониты обогащены HREE, что характерно для редкометальных гранитов и риолитов (Christiansen et al, 1984), в то время как

БГ и лейкограниты богаче LREE По характеру распределения REE онгониты Шумиловского интрузива являются аналогами классических онгонитов Онгон-Хайерхан в Монголии (Stemprok,1991)

Геохимическая типизация гранитоидов интрузива По геохимическим параметрам породы интрузива относятся к гранитам S-типа, хотя РГ и онгониты обладают рядом черт, присущих гранитам А-типа (высокими концентрациями Zn, Nb, REE и Y и высокими отношениями Ga/Al, РеИИ|/(Ре№1+М§)) Сопоставление спектров распределения элементов в гранитоидах Шумиловского интрузива и других многофазных массивах редкометальных гранитов Монголии и Забайкалья (Барун-Цоггинском, Югодзырском, Жанчивланском, Хангилайском) показало практически полную их идентичность и кардинальное отличие от аналогичных объектов в других регионах мира (Франции, Германии, Чехии, Финляндии) При этом для биотитовых гранитов, лейкогранитов и аляскитов массивов Монголии и Забайкалья обычны достаточно пологие спектры с небольшой отрицательной аномалией Ва и Zr и повышенные нормализованные содержания Се, Sm, Zr, что соответствует "коровому" типу распределения элементов, характерному для коллизионных гранитов (Pearce et al, 1984) В то же время для редкометальных гранитов названных массивов типичен более "зубчатый" спектр с резко выраженными положительными аномалиями Nb, Та, Th и Y, которые более характерны для внутриплитных гранитов

Петролого-геохимическая модель. Оценки интенсивных параметров формирования пород Шумиловского интрузива приведены в табл 1

Таблица 1 Результаты оценок интенсивных параметров формирования гранитоидов Шумиловского интрузива и некоторых типичных редкометальных гранитоидов различных регионов мира »

Объект Тип породы т,"с f02,AQFM fmc/fHF Сц20

Шумиловский интрузив, Забайкалье биотитовые граниты (БГ) 650-1020 +1 1450-2360 6,7

лейкограниты 760-1060 ±0,5 270-930 7,6-8,2

редкомет граниты (РГ) 560-890 + 0,5 90-490 11,1-11,8

онгониты 585-725 0-+3 110-440 7,6-16,6

Дурбен-Дорт-Ула, Монголия (Наумов и др, 1984) онгориолиты 760-1180 -2 2-7

Хонейкомб Хиллс, США (Congdon, Nash, 1991) топазовые риолиты 600-640 0 60-220 1-5,5

Спор Маунтинс, США (Christiansen et al, 1983) топазовые риолиты 650-850 ±1

3 Рудные Горы, Германия (Tischendort Forster, 1990) редкометальные граниты 620-680 0 300-2000

Примечание для Шумиловского интрузива температуры кристаллизации оценивались по жсперименталъным данным (Scaillet et al, 1995 Lukkarl, Holtz, 2007) о распределении Ca между PI и расплавом и Fe/Mg между Bt и расплавом, а также по циркониевому термометру (Watson, Harrison, 1983) парциальное давление кислорода по оксибарометрам (Wortes, Engster, 1965, Kihnk et al, 1983), AQFM— разница между парциальным давлением кислорода в пробе и в буферной системе квари-фаялит-магнетит, соотношение fH20/fliF в газовой фазе рассчитывалось по экспериментальным данным (Muñoz Swenson 1981), оценка концентрации воды в расплаве проводилась по модели растворимости монацита (Moníel, 1993) Для остальных объектов приведены литературные данные

Как видно из данных, приведенных в таблице 1, БГ и лейкограниты сформировались из более сухих (до 8 вес % Н20), высокотемпературных (650-1060°С) и окисленных (f02 10"10—10"'2 бар) магм Отношения ij-nc/fiiF в БГ и лейкогранитах Шумиловского интрузива близки к средним значениям, приводимым для лейкогранитов "окисленного" безрудного типа (Абрамов, Рассказов, 1997) В то же время температуры кристаллизации (560-890°С) и состав флюидной фазы РГ и онгонитов Шумиловского интрузива отличаются от БГ и близки к оценкам, приводимым исследователями для редкометальных гранитоидов различных регионов мира (табл 1) Так, величины Ю2 лежат между значений, задаваемых буферами QFM и НМ (рис.7), концентрация воды в расплаве варьирует от 7 до 16 вес %, а отношение fee/fur составляет 90-490, что типично для рудоносных гранитов "восстановленного" типа (Абрамов, Рассказов, 1997)

Выявленные различия в величинах интенсивных параметров формирования биотитовых и редкометальных гранитов Шумиловского интрузива не являются уникальными для данного объекта и отмечались также в комплексах редкометальных гранитоидов Западных Рудных Гор (Tischendorf, Forster, 1990), Юго-Восточного Памира (Владимирова и др, 1991), Восточного Забайкалья (Reyf et al, 2000) и Горного Алтая (Титов и др , 2001)

Рис 7 Вариации температур кришал-тзации и парциального давчения кислорода при формировании пород Шумшовского интрузива (условные обозначения с« на рис 2) и редкометальных гранитоидов различных регионов мира (кружки) Дш всех объектов температуры кристаллизации оценивались по циркониевому термометру (Watson, Harrison, 1983) с учетом влияния F (Kepple/, J993), f02 - по оксибароыетру (Kihnketal, 1983)

iaso

Полученные оценки физико-химических параметров и экспериментальные данные по растворимости рудных акцессорных минералов (колумбита-танталита и вольфрамита) в кислых глиноземистых расплавах (Linnen, Keppler, 1997, Chevychelov et al, 1998, 2000) позволили оценить участие этих минералов в процессе формирования пород интрузива Расчеты показали, что исходные расплавы БГ и лейкогранитов (рис 8) не были насыщенны рудными акцессорными минералами на всем протяжении процесса дифференциации В то же время в расплавах РГ и онгонитов интрузива достигались уровни насыщения колумбитом-танталитом, что могло привести к ранней кристаллизации минерала и способствовать обеднению остаточного расплава Nb и Та при его дифференциации. Это согласуется и с данными минералошческих исследований, свидетельствующих о присутствии акцессорной вкрапленности колумбита в РГ

Log ITC 0 ]

25

1000

Рис. 8. Уровни насыщения расплавов граиитоидов Шумиловского интрузива и других редкометальных гранитоидов различных регионов мира колумбитом-танталитом (А) и вольфрамитом (Б) в зависимости от температуры. Ksp - произведения растворимости минералов ([Feü+Mn0]*[Nb20s+Ta20s] для колумбита-танталита и [FeO+MnOJ*[WOj] для вольфрачита). Линиями показана область насыщения расплавов соответствующими минералами с учетом экспериментальных данных (Linnen, Keppler, 1997; Chevychelov et al, 1998, 2000), точками - редкометалъные гранитоиды различных регионов мира (темным выделены биотитовые граниты, лейкограниты и аляскиты).

и онгонитах Шумиловского интрузива. В то же время насыщения редкометальных расплавов вольфрамитом по-видимому, не происходило на всем протяжении процесса дифференциации (рис. 8Б), что могло способствовать накоплению W в остаточном расплаве и обогащению РГ и онгонитов этим элементом еще на магматическом этапе.

Балансовая петрологическая модель. В рамках главенствующих концепций формирования редкометальных гранитов (Коваленко и др., 1999, 2003) нами были рассмотрены две альтернативные модели образования РГ и онгонитов Шумиловского интрузива (рис. 9): в результате последовательной дифференциации в ряду БГ—>лейкограниты—>РГ—>онгониты (модель 1), и образование пород в два отдельных самостоятельных этапа БГ—»лейкограниты и РГ—»онгониты (модель 2).

Балансовое моделирование процесса дифференциации осуществлялось методом наименьших квадратов с использованием реальных составов пород и минералов. Результаты расчетов показали, что вариации составов пород в ряду БГ—>лейкограниты могут быть объяснены удалением из расплава породообразующих минералов в пропорциях, соответствующих граниту (в среднем 28% Kfs, 40% PI, 20% Qu и 12% Bt). После кристаллизации лейкогранитов (модель 1) доля остаточного расплава (F) уже составляет 13% и при переходе к самым примитивным РГ дополнительно уменьшается до ~3%. Это предполагает практически полное прекращение направленного процесса магматической дифференциации, поскольку требует обособления и последующей эволюции нереально малого объема расплава (Sparks, 1986; Reif et al.,2001). Кроме того, существенное увеличение ошибки аппроксимации

1 "ранит

Рис. 9. Иллюстрация результатов балансовых расчетов двух альтернативных вариантов формирования гранитоидов Шумиловского интрузива на примере Мп и 77 (условные обозначения см. на рис. 2). Стрелками на графиках показана оптимачъная траектория дифференциации исходного расплава, степень закристаллизованности системы (в вес. %) и температуры кристаллизации (в °С). Средние пропорции выделяющихся минералов (в вес.%) для каждого из этапов дифференциации показаны в сносках.

состава кумулата на данном этапе (с 3 до 28%) не позволяет рассматривать эту модель как оптимальную. Последнее также согласуется с данными о резких скачках концентраций микроэлементов при переходе от лейкогранитов к РГ, которые не находят логического объяснения даже в рамках модели идеальной фракционной кристаллизации, отражающей максимально возможную степень обогащения/обеднения магматического расплава при дифференциации. По этой причине, формирование РГ из материнского расплава лейкогранитов по модели 1 представляется крайне маловероятным,

Результаты расчета процесса дифференциации по модели 2 показывают, что весь спектр составов РГ и онгонитов может быть получен из исходного расплава, имеющего состав самого примитивного РГ при его кристаллизации до -75% и отделении полевых шпатов, кварца, топаза и литиевой слюды в пропорциях, соответствующих редкометальному граниту (10% Ъы, 8% Тор, 17% К£з, 20% Р1, 45% Оа).

Геохимическая модель. Полученные в результате балансовых расчетов величины долей остаточного расплава (Р) были непосредственно использованы для оценки комбинированных коэффициентов распределения элементов при дифференциации пород Шумиловского интрузива по модели Рэлея-МакФи:

D = (In Ci - In Со)/1п F + 1,

где Co и Ci - концентрации г-го элемента в расплаве на начальной и конечной стадиях рассматриваемого интервала дифференциации, D - комбинированный коэффициент распределения элемента между кристаллизующимися фазами и расплавом Результаты этих расчетов (рис 10) показали, что для БГ и лейкогранитов коэффициенты распределения практически всех элементов >1 и они должны процессе дифференциации обеднять остаточный расплав В то же время для онгонитов, напротив, коэффициенты распределения ряда характерных элементов, таких как Li, Rb, U, HREE, W, Sn и Zn значительно меньше 1, что хорошо согласуется с данными других исследователей по редкометальным гранитоидам различных регионов мира (Christiansen et al, 1984, Антипин и др, 1984, Сырицо и др , 2000)

Рис 10 Соотношение комбинированык коэффициентов распределения

gэлементов при дифференциации

sлейкогранитов и онгонитов

«Шумиловского интрузива

и

S

5

il) с;

щПолученные величины

коэффициентов распределения ~>элементов в дальнейшем были

использованы для прогноза поведения микроэлементов в р процессе идеальной фракционной кристаллизации в ряду БГ—>лейкограниты-^РГ-+онгоншы (модель 1) Результаты расчетов показали, что расплавы состава близкого к РГ и онгонитам невозможно получить ни при каких мыслимых степенях дифференциации исходного расплава лейкогранитового состава Более того, в процессе эволюции лейкогранитовый расплав по содержаниям Li, Rb, Yb, Lu, Th, Hf, Та, Nb, Mo и W удаляется от области составов РГ и онгонитов (рис 11) Исключение составляют совместимые элементы, такие как В а, Sr, Ti, Zr и LREE, по уровням содержаний которых лейкограниты перекрывают поле составов РГ и онгонитов Тем не менее, и для них получаемые оценки доли остаточного расплава существенно разнятся от элемента к элементу (от 0,8 по Zr и Ti до 0,4 по U), что свидетельствует о невозможности принятия рассматриваемой модели

Моделирование поведения микроэлементов при дифференциации исходного редкометального расплава (модель 2) показало, что спектры распределения и вариации содержаний рассматриваемых элементов в РГ и онгонитов интрузива в целом подчиняются закону идеальной фракционной кристаллизации При этом для большинства элементов теоретические спектры распределения близко совпадают с наблюдаемыми эмпирически и

1000

Рис. 11. Результаты расчета

фракционной кристачлизации биотитовых гранитов и лешогранитов Шумиловского интрузива. Жирной пинией показан состав примитивного лейкогранита (Р~1.0), точками - состав дифференцированного лейкогранита (Р=0.7), стрелками

процесса

идеальной

и

направление дифференциации; цифры - расчетные доли величины остаточного

расплава (Р).

остаточного

0,0001

ва оу у и гг ть та мо

; ТЬ Но УЬ П И О ЫЬ ЛУ

могут быть объяснены кристаллизацией исходного расплава в интервале 1090%. Небольшие отклонения по НИЗЕ, и и ТЪ обусловлены значительными ошибками определения величин коэффициентов распределения данных элементов.

Анализ трендов дифференциации элементов в РГ и онгонитах интрузива на основе модели фракционной кристаллизации с использованием данных по межфазовым коэффициентам распределения элементов (Антипин и др., 1984; КоШшоп, 1989) позволил установить, что вариации составов пород обусловлены преимущественным удалением из расплава щелочных полевых шпатов и слюды. При этом были воспроизведены основные пропорции выделяющихся минералов, полученные по балансу масс петрогеппых элементов, что является доказательством внутренней непротиворечивости построенной петролого-геохимической модели.

Заключение. Построенная модель магматической дифференциации расплава описывает вариации широкого круга элементов при формировании гранитоидов Шумиловского интрузива и свидетельствует о двухэтапном становлении этого объекта. Наличие самостоятельного этапа формирования РГ и онгонитов требует специальных экспериментальных и теоретических исследований, направленных на выяснение условий и механизмов возникновения в природе таких расплавов, изначально обладающих редкометальной специализацией.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Абушкевич Е.А. Онгониты Шумиловского гранитного интрузива (Ц.Забайкалье) // Материалы XXI Всероссийского семинара по геохимии магматических пород. Апатиты, 2003, с. 9-10;

2. Полянин И.С., Абушкевич Е.А. Выявление пространственного распределения бария в калиевых полевых шпатах методом

микрохимических реакций // III международная конференция "Геология в школе и ВУЗе" С -Петербург, 2003, с 5-7,

3 Табуне Э В , Абушкевич Е А Эффективные коэффициенты распределения микроэлементов в природных высокофтористых расплавах // Материалы ежегодного семинара по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии Москва, 2004, с 78-79,

4 Абушкевич Е А, Табуне Э В Термин онгонит и его место в классификации кислых пород // В сб * География и смежные науки LVII Герценовские чтения, С-Петербург «Эпиграф», 2004, с 35-37,

5 Абушкевич ЕА Модель формирования редкометальных гранитоидов складчатых зон на примере Шумиловского массива // Материалы Международной конференции X Чтения памяти ак АН Заварицкого "Геология и металлогения ультрамафит-мафитовых и гранитоидных ассоциаций складчатых областей", Екатеринбург, 2004 с 313-315,

6 Абушкевич Е А Основные параметры модели кристаллизационной дифференциации расплава при формировании гранитов Шумиловского массива // Материалы XV молодежной конференции памяти К О Кратца "Геология и геоэкология европейской России и сопредельных территорий" С-Петербург, 2004, с 13-15,

7 Абушкевич Е А, Сырицо JIФ Роль магматических процессов в формировании редкометальных гранитов Шумиловского интрузива (Центральное Забайкалье) петрографические и петрохимические данные // Вестн С.-Петерб. ун-та, сер. 7, вып 3,2005, с 28-36;

8 Абушкевич ЕА Тектоническая типизация редкометальных гранитов Шумиловского интрузива (Ц.3абайкалье) II Материалы XXI Всероссийской молодежной конференции "Строение литосферы и геодинамика", Иркутск, 2005, с 103-104,

9 Абушкевич Е А Магматический генезис редкометальных гранитов Шумиловского интрузива (Ц Забайкалье) // Материалы X Всероссийского петрографического совещания "Петрография в XXI веке", Апатиты, 2005, с 10-11,

10 Абушкевич ЕА Составы породообразующих минералов и условия формирования Шумиловского гранитного интрузива У/ Материалы XVI конференции молодых ученых в области наук о Земле, посвященная памяти К О Кратца Апатиты, 2005, с 18-21,

11 Abushkevich Е А, Tabuns Е V Solubility of columbite-tantalite m Li-F granitic melts application of experimental results to highly peralummous compositions // 12th Quadrennial IAGOD Symposium, Moscow, 21-24 august, 2006, p 9,

12 Абушкевич E.A, Табуне ЭВ Растворимость рудных акцессорных минералов в высокоглиноземистых расплавах Li-F гранитов // Вестник Отделения наук о Земле РАН, 2006, №1, т 24, с 1-2,

13 Абушкевич ЕА, Табуне ЭВ Различное поведение Nb, Та и W при дифференциации расплавов литий-фтористых редкометальных гранитоидов // Вестник Отделения наук о Земле РАН, 2007, №1, т.25, с.1-3

Подписано в печать 01.11 2007 Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная Печать офсетная Уел печ. л 1,0 Тираж 100 экз Заказ № 734

Отпечатано в ООО «Издательство "JIEMA"»

199004, Россия, Санкт-Петербург, В.О, Средний пр, д 24, тел /факс- 323-67-74 e-mail, izd_lema@mail.ru

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Абушкевич, Екатерина Александровна

Введение

Методика исследования

Глава 1. Проблемы происхождения редкометальных гранитоидов

1.1. Вопросы терминологии

1.2. Основные^гипотезы происхождения редкометальных гранитоидов

1.3. Генезис редкометальных гранитоидов в свете экспериментальных данных

1.4. Количественные модели образования редкометальных гранитоидов

Глава 2. Геологическая характеристика региона и объекта исследования

2.1. Основные черты геологического строения региона исследования

2.2. Состояние изученности Шумиловского интрузива

2.3. Геологическое строение Шумиловского интрузива

Глава 3. Петрография и минералогия пород интрузива

3.1. Петрографическая характеристика пород

3.2. Химизм породообразующих минералов

Глава 4. Петролого-геохимическая характеристика пород

4.1. Макрокомпонентный состав

4.2. Микроэлементный состав

4.3. Геохимическая типизация гранитоидов интрузива

Глава 5. Модель образования редкометальных гранитоидов Шумиловского интрузива

5.1. Физико-химическая модель

5.2. Балансовая петрологическая модель

5.3. Геохимическая модель

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Петролого-геохимическая модель формирования редкометальных литий-фтористых гранитов Шумиловского интрузива"

Представленная работа посвящена проблеме генезиса литий-фтористых редкометальных гранитов Шумиловского интрузива в Центральном Забайкалье, вмещающего одноименное крупное вольфрамовое грейзеновое месторождение. Шумиловское месторождение, расположенное в пределах Асакан-Шумиловского рудного узла активно изучалось во второй половине прошлого века. Однако основные исследования были посвящены рудоносным грейзеновым и жильным телам и в меньшей степени касались изучения ассоциирующих с ними редкометальных гранитов, которые, согласно концепции Беуса с коллегами (1962) рассматривалась как вторичные метасоматические образования. Полученные в то время данные о первичных магматических породах в пределах Шумиловского интрузива и характере их взаимоотношений весьма фрагментарны и неоднозначны.

Появление новой концепции магматического генезиса литий-фтористых редкометальных гранитов (Коваленко, Коваленко, 1976) дополнительно стимулировало экспериментальное и эмпирическое изучение подобных пород в Забайкалье и соседней Монголии, в результате чего была доказана магматическая природа не только самих редкометальных гранитов, но и ряда типоморфных для них минералов (литиевых слюд, топаза, флюорита, касситерита, колумбита), считавшихся сугубо метасоматическими.

Однако, несмотря на длительную историю существования магматической концепции- и значительное число ее. сторонников, на сегодняшний день в петрологии редкометальных гранитов остается нерешенным целый ряд вопросов. В первую очередь это причина возникновения таких специфических по составу магм, которые рассматриваются либо как продукты длительной дифференциации обычного гранитного расплава, либо как породы, сформировавшиеся из расплавов, изначально обогащенных летучими и редкими элементами. Практическая сторона этого вопроса связана с выяснением взаимоотношений между биотитовыми и микроклинальбитовыми гранитами, часто слагающими единые многофазные интрузивные тела, а также с оценкой роли магматических процессов в накоплении рудного вещества при формировании конкретных месторождений, ассоциирующих с массивами редкометальных гранитов.

Названные проблемы актуальны и для Шумиловского интрузива, который сложен биотитовыми и лейкократовыми гранитами, а также микроклин-альбитовыми гранитами и онгонитами. Однако широкое развитие в породах наложенных метасоматических процессов часто мешает непосредственно идентифицировать их первичные магматические черты. Поэтому основной целью настоящего исследования являлось создание количественной петролого-геохимической модели образования редкометальных гранитов интрузива, которая позволяет по сохранившимся фрагментам неизмененных пород в полном объеме реконструировать процессы дифференциации магматического расплава и прогнозировать поведение редких, в том числе и рудных элементов на всех стадиях его дифференциации.

Для достижения поставленной цели на начальном этапе была проведена ревизия имеющегося каменного и аналитического материала (240 образцов, 150 шлифов и 217 анализов), в результате чего была сформирована коллекция неизмененных магматических пород интрузива и дальнейшая работа проводилась только в пределах этой выборки. Выполненные детальные петрографические, минералогические и петролого-геохимические исследования материала позволили получить комплексную характеристику химизма первичных магматических пород и минералов и направленности их дифференциации. Затем, на основе этих данных были оценены интенсивные параметры формирования пород и построена количественная модель образования редкометальных гранитов интрузива. Полученные результаты могут быть использованы для прогноза поведения редких и рудных элементов при магматической дифференциации других редкометальных гранитных систем.

Структура работы:

В первой главе рассмотрены вопросы терминологии и классификации литий-фтористых редкометальных гранитов, а также дан обзор экспериментальных исследований синтетических и природных кислых глиноземистых расплавов, богатых летучими компонентами. Там же представлены существующие модели происхождения редкометальных гранитоидов.

Вторая глава посвящена геологическому строению Шумиловского интрузива, а также его региональному положению.

В третье главе приводятся результаты петрографических и минералогических исследований основных разновидностей магматических пород интрузива.

Четвертая глава включает в себя петролого-геохимическую характеристику пород интрузива и особенностей вариации их составов. Там же представлена геохимическая типизация пород и приведено сопоставление их с редкометальными гранитоидами различных регионов мира. Пятая глава посвящена построению количественной модели формирования редкометальных гранитов интрузива и прогнозу поведения редких, в том числе и рудных элементов в процессе магматической дифференциации расплава.

Работа была выполнена в лаборатории геохимии редких элементов НИИЗК СПбГУ. Каменный материал для исследования был получен в ходе полевых работ 1982-1986 гг., выполнявшихся коллективом лаборатории в рамках хоздоговорных работ НИИЗК ЛГУ с Читинским производственным' геологическим объединением. В работе использованы также литературные данные по редкометальным гранитоидам различных регионов мира. Подробнее эта информация представлена в разделе "Методика исследования".

Основные положения работы были представлены на III международной конференции "Геология в школе и ВУЗе" (С.-Петербург, 2003); на XXI Всероссийском семинаре по геохимии магматических пород (Апатиты, 2003); на LVII Герценовских чтениях (С.-Петербург, 2004); на ежегодных семинарах по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии ЕСЭМПГ (Москва, 2004, 2006, 2007); на Международной конференции памяти ак. А.Н.Заварицкого "Геология и металлогения ультрамафит-мафитовых и гранитоидных ассоциаций складчатых областей" (Екатеринбург, 2004); на XXI Всероссийской молодежной конференции "Строение литосферы и геодинамика" (Иркутск, 2005); на Всероссийском петрографическом совещании "Петрография в XXI веке" (Апатиты, 2005); на XV и XVI конференциях молодых ученых в области наук о Земле, посвященных памяти К.О.Кратца (Санкт-Петербург, 2004; Апатиты, 2005); на 12-м Международном Симпозиуме IAGOD (Москва, 2006) и изложены в 13 печатных работах, включая статьи и тезисы.

Автор выражает признательность своему научному руководителю д.г.-м.н. Л.Ф.Сырицо, при содействии которой и внимании со стороны коллектива каф. геохимии СПбГУ выполнялась данная^ работа. Существенную помощь при проведении аналитических исследований оказали Т.Б.Попова (СПбГПУ), к.г.-м.н. Л.П.Коробейникова и В.АЛрмолинская (ОАО "Научные приборы"), а также А.А. Николаев (ООО «Инструменте»). Автор также выражает признательность А.Т.Маслову и В.А.Васильевой (ВСЕГЕИ), способствовавшим проведению отдельных этапов исследования. Автор глубоко признательна за своевременную поддержку и внимание к работе член-корр. РАН, д.г.-м.н. В.А Глебовицкому, а также к.г.-м.н. В.П. Ковачу (ИГГД РАН). Отдельную благодарность хочется выразить С.А.Абушкевичу (ЗабНИИ) за предоставленные фондовые материалы по объекту исследования, а также д.г.-м.н. Г.С. Бискэ, д.х.н. Ю.П.Костикову (СПбГУ) и профессору М. Штемпроку (Карлов Университет, Прага) за консультации и ценные замечания при обсуждении отдельных положений диссертации. Создание этой работы было бы невозможно без постоянного содействия со стороны Эрика Викторовича Табунса, который способствовал становлению автора как самостоятельного исследователя.

Методика исследования

Аналитические исследования пород

В основу работы положены результаты исследований 240 образцов, 150 шлифов и 217 анализов различных типов пород интрузива, из которых была сформирована рабочая выборка первичных магматических пород в количестве 110 образцов и проб. Основу фактографического материала составляют 2300 элементоопределений рудных, петрогенных и индикаторных элементов, выполненных различными методами. Содержания петрогенных элементов в породах (Si, Al, Ti, Fe2+, Fe3+, Mn, Mg, Ca, Na, K, P) определялись методом классической "мокрой" химии (40 проб), F — методом ионселективных электродов (57 проб, аналитик И.Г.Фирсанова). Оценки содержания щелочных и редких щелочных элементов (Na, К, Li, Cs) проводилось методом фотометрии пламени (108 проб) в НИИ Земной коры СПбГУ (аналитик Д.И. Прудников). Концентрации Ti, Fe, Mn, Zn, Rb, Sr, Zr, Nb были определены в 27 пробах на энергодисперсионном рентгенофлуоресцентном анализаторе РЕАН в ОАО "Научные приборы" (аналитик Ярмолинская В.А.). Параметры измерения представлены в табл. 1.

Табл. 1. Параметры проведения измерений на рентгенофлуоресцентном анализаторе РЕАН

Эл-т Напряжение Ток, Фильтр Экспозиция, Атмосфера Предел на PT, кВ мкА первичного излучения с определения, г/т

Ti 30 300 нет 100 воздух 22

Fe 30 300 нет 100 воздух 20

Mn 30 300 нет 100 воздух 23

Zn 30 300 нет 100 воздух 20

Rb 30 300 нет 100 воздух 14

Sr 30 300 нет 100 воздух 10

Zr 30 300 нет 100 воздух 10

Nb 30 300 нет 100 воздух 24

Оценки концентрации Rb и Sr рентгено-флуоресцентным методом проводились также в Химико-аналитической лаборатории ВСЕГЕИ, где были проанализированы 108 проб гранитов на Rb и Sr (аналитик В.Н. Топорский). 7

Кроме того, в 12 представительных пробах гранитоидов была проведена оценка содержаний широкого круга микроэлементов (Li, Be, Sc, Ti, V, Сг, Mn, Mg, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Sn, Cs, Ba, Hf, Та, W, Tl, Pb, Bi, Th, U и REE) методом ICP-MS. Измерения проводились на приборе PlasmaQuad 3 производства фирмы "VG Elemental" в лаборатории масспектроскопического анализа «Инструменте» (аналитик А.А. Николаев). Для контроля точности и правильности анализа и дрейфа относительной чувствительности прибора для каждой серии проб проводились измерения стандартного образца BCR-1. Калибровка прибора для анализа концентраций редкоземельных элементов проводилась по многоэлементному стандартному раствору редкоземельных элементов производства фирмы Matthew Johnson.

Пределы обнаружения, оцененные с учетом контрольного холостого опыта, составляют в большинстве случаях составляло ~ 0,01 мкг/кг. Относительная ошибка определения концентраций для большинства элементов не превышала 10-15% (рис. 1). Для Br, Se, Sb, As и Ag наблюдались существенные отклонения от рекомендованных величин и в работе эти элементы в дальнейшем не использовались. v 3 о с. v S w и

0,0 Те 0,1 1,0 10,0 100,0 1000,0 10000,0 100000, о

С i (рекомендованные)

Рис. 1. Сопоставление рекомендуемых и измеренных величин концентраций элементов международного стандартного образца BCR-1.

Полученные аналитические данные в целом по порядку величин не противоречат результатам предшествующих исследователей, оценивавших концентрации отдельных групп элементов (Козлов и др., 1974; Омельяненко и др., 1974; Гетманская, Чернов, 1976; Шеремет и др., 1977; Сырицо и др., 1998). Однако, в отдельных случаях наблюдается плохая сходимость с результатами, полученными данными исследователями в 70-х годах прошлого века методом спектрального анализа.

Воспроизводимость результатов анализа

Содержания некоторых элементов определялись в разных лабораториях различными методами. В качестве примера на рис. 2 сопоставлены результаты оценки концентраций элементов, проведенные методом ICP-MS в лаборатории масспектроскопического анализа «Инструменте» и рентгенофлуоресцентным методом в Химико-аналитической лаборатории ЦЛ ВСЕГЕИ. Как видно из этих данных, воспроизводимость результатов весьма высока - коэффициент корреляции результатов анализа составляет 0.97 для Rb и 0.99 для Sr. Систематическое расхождение также весьма незначительно, величина угловых коэффициентов 1.04 для Rb и 0.91 для Sr.

1400 1200 1000 800 600 400 -200 ■ 0

Rb О /О о у= 1.0455х +2.5248

R2 = 0.9691 О

500 1000

ICP-MS

1500

140 120 100 ■ 80 60 40 20 0 л

Sr у = 0.9073х +3.1749

R2 = 0.995 0

50 100

ICP-MS

150

Рис. 2. Сопоставление результатов оценок содержаний Rb и Sr методами ICP-MS иРФА.

В области низких значений содержания MgO, определенные методом "мокрой" химии, оказались* завышены на порядок по сравнению с результатами анализа ICP-MS. Поэтому при MgO < 0,3 вес.% оценка истинных содержаний проводилась по линейной регрессии относительно ТЮ2. Содержания последнего, определенные методами мокрой химии и ICP-MS совпали с высокой степенью достоверности (рис. 3).

ICP-MS

Рис. 3. Корреляция между содерэ/саниями ТЮ2, оцененных различными методами (ICP-MS и классической "мокрой " химией).

Аналитические исследования минералов

В работе использованы следующие обозначения минералов:

Kfs калиевый полевой шпат Со колумбит

PI плагиоклаз: Та танталит

An анортит Kass касситерит

Ab альбит Wt вольфрамит

Bt биотит или иная триоктаэдрическая слюда Ар апатит

Q" кварц Zr циркон

Top топаз Mz монацит t и i Состав минералов определялся с помощью микрозондового анализа.

Предварительно были проведены детальные петрографические исследования с подробной фотодокументацией выбранных объектов. Кроме того, для порфировых выделений полевых шпатов предварительно изучалась пространственная неоднородность их состава методом селективного окрашивания (Полянин, Абушкевич, 2003).

Таблица 2. Параметры микрозондовой съемки

Эл-т кристалл- Напря- Ток, Размер экспо- стандарт Предел

MOHO- жение, нА пучка, зиция, определения, хроматор кэВ мкм с вес.% окисла

Ti PET 15 13 1 20 ТЮ2 0,01

Mn LiF 15 13 1 20 Мпмет. 0,01

К PET 15 10 1,5 10 KAlSi308 0,01

Na TAP 15 10 1,5 10 NaAlSi308 0,01

Al TAP 15 10 1,5 10 AI2O3 0,01

Ca PET 15 10 1,5 10 CaMgSi206 0,01

Si TAP 15 10 1,5 10 Si02 0,01

Fe LiF 15 10 1,5 10 Fe мет. 0,01

Mg TAP 15 10 1,5 10 CaMgSi206 0,01

Микрозондовый анализ породообразующих минералов проводился в прозрачных плоскополированных шлифах пород на микроанализаторе "Camebax" SX50 в Санкт-Петербургском Государственном Политехническом Университете. Параметры съемки представлены в табл. 2.

В отдельных случаях, когда по техническим причинам инструментальная оценка концентраций элементов" была невозможна, их h содержания в слюдах были оценены следующим образом:

- содержания №гО было принято равным 0.12 вес.% - средней величине для биотитов интрузива по литературным данным (Козлов и др., 1974; Гетманская, Чернов, 1976; Шеремет и др., 1977);

- содержания СаО были приняты равными 0.01 вес.%;

- содержания МпО были оценены по корреляции с MgO ;

- содержания ЫгО были оценены по уравнению у = 2.7/(0.35 + MgO) -0.13, предложенному в работе (Tischendorf et al., 1997). Полученные результаты показали хорошую сходимость с независимыми оценками содержаний Li20 в тех же пробах слюд Шумиловского интрузива по литературным данным. - содержания F оценивались по корреляции с Li (см. рис.4).

Табл. 3. Численные параметры моделей расчета концентраций элементов в слюдах биотитовых гранитов и лейкогранитов Шумиловского интрузива.

Y X уравнение тю2 MgO у - 0.2003*x + 2.1559 (R2 = 0.50)

FeO MgO у = 0.4257*x + 20.04 (R^ = 0.31)

МпО MgO у = -0.2454*x + 2.1239 (R2 = 0.75)

1л20 MgO у = 2.7/(0.35 +MgO)-0.13

F Li20 у = 0.0004*x + 0.2684 (R2 = 0.89)

Li

Рис.4. Эмпирическая зависимость между содержаниями Li и F в слюдах редкометалъных гранитоидов различных регионов мира.

Составы литиевых слюд оценивались исходя из закономерностей, приведенных в табл. 4. itui -«; I

Табл. 4. Численные параметры моделей расчета концентраций элементов в слюдах редкометалъных гранитов и онгонитов Шумиловского интрузива.

Y X уравнение тю2 А1203 у = -0.0573*х + 1.7167 (R2 = 0.71)

FeO Принято равным FeO total

МпО MgO у = -0.2454*х + 2.1239 (R2 = 0.75)

Li20 Si02 у = (0.289*Si02) - 9.658

F Li20 у = 0.0004*х + 0.2684 (R2 = 0.89)

Методика обработки данных

Для анализа общих закономерностей вариаций составов редкометалъных гранитоидов других массивов из различных регионов мира и составления их с Шумиловским интрузивом была создана база аналитических данных. В ее основу положено около 1700 анализов пород и минералов в 78 объектах из 20 стран. Оригинальные названия объектов и их русская транслитерация, а также список литературных источников приведены в табл. 5. Географическое положение объектов показано на рис.5.

Обработка аналитических данных осуществлялась с помощью стандартного пакета программ: StatSoft Inc. 2001 (Statistica 6.0), Microsoft Excel. Для минимизации ошибки аппроксимации при балансовых расчетах в рамках программы Excel использовалась подпрограмма "Поиск решения" с параметрами: относительная погрешность - 0,000001; допустимое отклонение - 5%; сходимость - 0,0001; метод поиска - Ньютона. t

Рис. 5. Географическое положение объектов (редкометальных гранитоидов), входящих в базу аналитических данных. L I

Таблица 5. Название, литературный источник и относительный возраст объектов, входящих в базу аналитических данных.

Объект Географическое положение Возраст Источник

Моул (Mole) Австралия Р Eadington, Nashar, 1978

Поимена (Poimena) и Логга (Lottah) Тасмания D (377-365 млн.) MacKenzie et al., 1988

Вулканический пояс Сьерра Мадре Оциденталь (Sierra Madre Occidental) Мексика Q Huspeni et al., 1984 район Флаинг Рэнч (Flying W ranch) плутон Рэдскин (Redskin) США Pz(?) Pz(1000 млн.) Kortemeier, Burt, 1988 Desborough et al., 1980

Вулканические постройки Спор Маунтинс (Spor Mauntains) Хонейкомб Хиллс (Honeycomb Hills) Сьерра Бланка Пик (Sierra Blanca Peaks) Ир Моунтин (Ear Mountain) Каламити Пик (Calamity Peak) Q (50-0.5 млн.) -Q (4.7 млн.) Q (36 млн.) PR Christiansen et al., 1983, 1984 Congdon, Nash, 1991 Rubin et al., 1987 Swanson et al., 1988 Rockhold et al., 1987

Ист Кемптвилль (East Kemptville) Канада, Новая Шотландия Halter, Williams-Jones, 1995

Мангабейра (Mangabeira) Бразилия PR (1689 млн.) Moura, Botelho, 2000

Вулканические поля Макузани (Macusani) Перу Q(17-4 млн.) Pichavant et al., 1988

Морококала (Morococala) Боливия Q Morgan etal., 1998

Бушвельд (Bushveld) Гросс Спицкопп (Gross Spitzkoppe) ЮАР Намибия PR (2100 млн.) К (125 млн.) Kleeman, Twist, 1989 Frindt et al., 2004

Нувэйби (Nuweibi) Эбелекан (Ebelekan) Тин-Амзи (Tin-Amzi) Египет Алжир (450-600 млн.) (539-525 млн.) Helba et al., 1997 Kesraoui, Nedjari, 2004

Эшассьер (Echassieres) Франция Pz (308 млн.) Raimbault et al., 1995; Cuney, Brouand, 1987

Лэндс Энд (Land's End) Карнменеллис (Carnmenellis) Сэнт Аустелл (St. Austell) Бодмин Мур (Bodmin Moor) Дартмур (Dartmoor) Англия, Корнуолл Pz Pz London, Manning, 1995 Manning, Exley, 1984 Darbyshire, Shepherd, 1985 Charoy, 1986 Антипин и др., 2002

Циновец (Cinovec) Айбеншток (Eibenstock) Крудум (Krudum) Альтенберг (Altenberg) Молдава (Moldava) Флайе (Flaje) Тельнице (Telnice) Крупка (Krupka) Чехия, Рудные Горы Pz Stemprok, Sulcek, 1969 Rub et al., 1998 Seltmann, Schilka, 1995 Breiter et al., 1991 Stemprok et al., 2003

Айренфриденсдорф (Ehrenfriedersdorf) Кирхберг (Kirchberg) Берген (Bergen) Германия, Рудные Горы Pz Tischendorf et al., 1988 Webster et al., 1997 Forster et al., 1999

Аргемела (Argemela) Португалия Pz? Charoy, Noronha, 1986

Башкумбезский Уртабузский Курустыкский Базардаринский Таджикистан, Памир T-K Владимиров и др., 1990,1991

Калба-Нарымский рудный пояс Казахстан верхн. P Пушко и др., 1978 онгониты Украина Докембрий ? Литвин и др., 1988

Лайзилинг (Laiziling) Янфенглинг (Jianfengling) Яшан (Yashan) Шуиксимяо (Shuiximiao) Лаохутоу (Laohutou) Йинжуян (Jinzhuyuan) Китай К (130-160 млн) T-J (186 млн. 183 млн.) Shaohua, Ruizhao, 1991 Yin et al., 1995 Zhu et al., 2001

Онгон-Хайерханский Бага-Газрынский Жанчивланский Югодзырский Барун-Цогтинский Абдарский Монголия Mz Коваленко, Коваленко, 1976, Коваленко и др., 1999 Stemprok, 1991

Утуликский и Харагульский интрузивно-дайковые пояса Ары-Булакский Шерловогорский Этыкинский Орловский Хангилайский Шумиловский Россия, Прибайкалье Забайкалье Т (235 млн) Т (142 млн.) Антипин и др., 1999 Переляев и др., 1986, 1988 Кожевников и др., 1976 Шафеев, 1968 Антипин и др., 1980 Гребенщикова и др., 1984 Сырицо и др., 2001, 2005 Коваленко и др., 1999

Вознесенский, Пограничный Приисковый, Первомайский Чихезский, Ярославский Приморье Руби др., 1993, 1994

Кременкульский, Соколовский Степнинский, Шамейский Шиловский, Зенковский Кварцевогорский Урал Pz? Грабежев, 1984

Калгутинский Кунгурджаринский Чиндагатуй ский Горный Алтай T-J (183-204 млн.) Владимиров и др., 1998 Титов и др., 2001

Иультинский, Северный Солнечный, Тенкергинский Телекайский Чукотка К(120-70 млн.) Козлов и др., 1995 Ефремов и др., 1996

Салминский Карелия PR Иваников и др., 1987 Свириденко и др., 1984 Шинкарев и др., 1987

Кими (Kimy), Эурайоки (Eurajoki), Суоменниеми (Suomenniemi) Финляндия PR (1,65 млрд) PR (1,53 млрд.) Haapala, 2005а Haapala, 1997

Заключение Диссертация по теме "Геохимия, геохимические методы поисков полезных ископаемых", Абушкевич, Екатерина Александровна

Заключение

Приведенные в работе данные позволили построить количественную модель магматической дифференциации расплава, которая описывает поведение широкого круга элементов при формировании гранитоидов Шумиловского интрузива и свидетельствует о двухэтапном становлении этого объекта.

Наличие самостоятельного этапа формирования РГ и онгонитов требует специальных экспериментальных и теоретических исследований, направленных на выяснение условий и механизмов возникновения в природе таких расплавов, изначально обладающих редкометальной специализацией.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Абушкевич, Екатерина Александровна, Москва

1. Aksyuk, A.M. (1999) Experimental study of melting conditions for albitites, potash feldspatites, granites and greisens composing the line formation in rare-metal granites in the Orlovka tantalum deposit // Experiment in Geosciences, №1, v.8, p.41-42;

2. Anders, E., and Grevesse, N. (1989) Abundances of the elements: Meteoritic and solar // Geochimica et Cosmochimica Acta, №1, v.53, p.197-214;

3. Breiter, K., Sokolova, M., and Sokol, A. (1991) Geochemical specialization of the tin-bearing granitoid massifs of NW Bohemia // Mineralium Deposita, v.26, p.298-306;

4. Burnham, C.W., and Ohmoto, H. (1980) Late-stage processes of felsic magmatism // Mining Geology, v.8, p. 1-11;

5. Candela, P.A., and Blevin, P.L. (1995) Do some miarolitic granites preserve evidence of magmatic volatile phase permeability? // Economic Geology, v.90,p.2310-2316;

6. Chappell, B.W., White, A.J.R. (1974) Two contrasting granite types // Pacific Geology, v.8, p.173-174;

7. Chappell, B.W., White, A.J.R. (2001) Two contrasting granite types: 25 years later// Australian Journal of Earth Sciences, v. 48, p.489-499;

8. Charoy, B. (1986) The genesis of the Cornubian batholith (South-West England): The example of the Carnmenellis pluton // Journal of Petrology, v.27, p.571-604;

9. Charoy, В., Noronha, F. (1996) Multistage growth of a rare-element, volatile-rich microgranite at Argemela (Portugal) // Journal of Petrology, v.37, p.73-94;

10. Christiansen, E.H., Bikun, I.V., Sheridan, M.F., and Burt, D.M. (1984) Geochemical evolution of topaz rhyolites from the Thomas Range and, Spor Mountains, Utah // American Mineralogist, №3-4, v.69, p.223-236;

11. Christiansen, E.H., Burt, D.M., Sheridan, M.F., and Wilson, R.T. (1983) The pedogenesis of topaz rhyolites from the Western United States // Contributions to Mineralogy and Petrology, v.83, p. 16-30;

12. Christiansen, E.H., Stuckless, J.S., Funkhouser-Marlof M.J., and Howell, K.H. (1988) Pedogenesis of rare-metal granites from depleted crustal sources:16,17,18