Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Поведение стабильных изотопов при редкометальном рудообразовании на месторождении Акчатау

ВАК РФ 04.00.02, Геохимия

Автореферат диссертации по теме "Поведение стабильных изотопов при редкометальном рудообразовании на месторождении Акчатау"

^•армкм Г

г» С О (3

Московский Государственный университет ям. Ы.В. Ломоносова Геологический факультет

На правах рукописи

ДУБИНИНА. Елена Олеговна

УДК 553.2:553.46

ПОВЕДЕНИЕ СТАБИЛЬНЫХ ИЗОТОПОВ ПРИ РЕПКОМВГАЛЬНОМ РУДОСЕРАЗОВАНИИ НА ЫВСТОРСВДЕНИИ ДКЧДТАУ

Специальность 04.00.02 - геохимия

Автореферат диссертации на. соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва - 1993

Работа выполнена в Институте экспериментальной минералогии Российское Академии наук

Научные руководители: Академик РАН В.А. Жариков

Доктор гволого-минералогических наук Г. П. Зарайский

Официальные оппоненты: профессор, д. г.-м. н. Колонии Г.Р., Институт геологии геофизики и минералогии СО РАН (-г. Новосибирск) ¡К.Х.Н.'Спасенных М.Ю.1- ГЕ0ХИ РАН (г. Москва)

Ведущая организация: Ордена трудового красного знамени Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН.

Задшта состоится «16САЛрЫА- 1993 г. в час,

в ауд.ллУ на заседании специализированного Ученого Совета Н.053.05.08 по петрографии, геохимии и геохимическим методам поисков месторождений полезных ископаемых геологического факультета Московского государственного университет им. К.В. Ломоносова.

Адрес: 119899 Москва, Ленинские горы, МГУ, геологический факультет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотек геологического факультета МГУ (зона "А", 6 атав).

Автореферат разослан " ^ ЛШЛЪМЪО^ 1998 г.

Ученый состарь хТ")^

специализированного Совета, ст.н.с. Батанова

Актуальность проблемы.

Происхождение рудообразущих флюидов грейзеновых редкоме-тальных месторождений - один из наиболее актуальных вопросов в проблема устаэзвлвния источников рудного вещества. В последние два десятилетия для изучения процессов возникновения и эволюции рудообразупаей флюидной фазы наряду с классическими методами (ПЕВ, изучение минеральных парагенезисов и геохимии элементов) используется геохимия изотопов легких элементов - кислорода, сэры и водорода. Исследования, проведенные в этом направлении, позволили к настоящему времени создать систематику вод разного генезиса, развить изотопную геотермометрию, что вывело изучение рудогенерирупаих процессов на качественно новый уровень.

Тем не менее, к настоящему времени остаются нерешенными еще многие вопросы, связанные с применением изотопов в геотермометрии и определения изотопных параметров флшдной фазы, принимавшей участие в формировании месторождений грейзенового и гидротермального типов.

Цель_работы.

Изучение геохимии изотопов кислорода и серы в минеральных ассоциациях рудно-матасоматических фаций редаометального месторождения Акчатау (Центральный Казахстан).

Задачи исследований.

1. Изучение изотопного состава кислорода в кварце, мусковите, биотите, полевых шпатах и вольфрамите минеральных ассоциаций гранитов, пегматитов, грайзенов, рудных хил и изотопного состава серы в сульфидных рудах месторождения Акчатау.

2. Определение температур формирования освэвных рудно-матасоматических фаций месторождения Акчатау с помощью изотопно-кислородной геотермометрии и изотопного состава флщдвов фазы, равновесной с минеральными ассоциациями при температуре их формирования.

3. Выяснение генезиса и эволюции изотопного состава кислорода и серы рудообразупцего флшда месторождения Акчатау с целью получения информации об источнике рудных компонентов.

Защищаемые ползавши.

I. Эволюция изотопного состава рудообразупцего флшда месторождения Акчатау описывается процессами равновесного обмена в системе траниты Акчатау - флюид - минералы жилью-

штассаютических рудных тел на фоне понижения температур! изо-топшзпо¿обмена в различном режима изотопного обмена (либо поро-додашнирупцэм,. либо флюидодоминируицем). Имеющийся фактический материал не требует привлечения к интерпретации полученных данных процессов смешения флшда с водами постороннего происхождения, его кипения и.расслоения.

2. Среда двух основных типов рудных тел месторовдения Акчатау ("мелкого" и "глубокого" заложения) более ранними по времени образования и сформированными при более высоких температурах с участием более ранних порций флшдаой фазы являются рудные. грвйзеново-кильныэ тела "мелкого" заложения. Грейзеново-гадьные тела "глубокого" залонэния имеют более длительный период формирования и более широкий интервал температур формирования минеральных ассоциаций.

3. В процессе формирования редкометального оруденения месторовдения Акчатау принимала участие единая флюидная система, источником которой являлись граниты Акчатаусского интрузива (флюид, прошедший стадию высокотемпературного изотопного уравновешивания с гранитами Акчатау в порододоминирукщвм режиме).

4. Экспериментальные данные о влиянии химического состава йлшда на изотопный обмен флшд-кварц показали наличие этого Еффекта на кинетических стадиях, равновесная константа изотопного обмена от солевой нагрузки флювда не зависела и имела значения, близкие к таковым для обмена кварца с чистой водой. Растя

четы температур изотопного равновесия и величин 8 0 водного компонента флшда в природных образцах можно проводить без учета влияния химического состава флюида на изотопное фракционирование.

Н§£шая_новизна.

1. В результате исследований получена подробная информация о температурном режима формирования гранитов', пегматитов и рудных грейзеново-жильных тел месторождения Акчатау.

2. Оцределена эволюция изотопного состава кислорода и серы в рудообразущем флюиде от момента формирования гранитного интрузива до стадии образования кварц-вольфрамитовых аил.

3. Предложена модель, описывавдая поведение изотопов кислорода и серы во флюиде магматического происхождения при развитии метасоматических процессов формирования редкометального

г

оруденэния.

4. Цредложен метод экспериментального изучения механизма изотопного обмена кинарал/флгад при гидротермальном синтезе минерала.

Практетеская_значимость.

. I. Полученные в диссертации изотопные данные могут быть использованы при построении моделей формирования рудных место-ровдений.

2. Предложенный метод изучения реакций изотопного обмана кислорода в системе минерал - флшд может быть использован при определении кинетических и равновесных констант распределения компонентов в гетерогенных реакциях обмена твердая фаза - флюид (раствор) с получением информации о механизме и кинетических параметрах обменной реакции.

Апробащя_рабогн.

Основные положения диссертации докладывались на XII Всесоюзном симпозиума по стабильным изотопам в геохимии (1989, Москва), XVI Всесоюзном семинаре по геохимии магматических пород (1991, Москва), 97-м заседании Семинара по изотопной геохимии, космохимии и геохронологии (1992, ГЕСХИ, Москва) и на 29-м Международном геологическом конгрессе (1992, Киото, Япония).

По теме диссертации опубликовано 3 статьи и 3 тезисов докладов, 3 статьи находятся в печати, имеется I изобретение.

0бъем_и_стр^кт1[2а_работы.

Диссертационная работа изложена на 174 страницах машинописного текста и состоит из 5 глав, введения и заключения. Работа включает 13 таблиц и 41 рисунок, список литературы состоит из 129 наименований.

Настоящая работа выполнена благодаря помощи к.х.н. Суворовой В.А. (ИЭМ РАН), к.г.-м. и. Шаповалова Ю.Б. (ИЭМ РАН), д.г.-м. н. Шмуловича К.И. (ИЭМ РАН), Е.В. Рядчиковой (ЮМ РАН), C.B. Зонова (ИЭМ РАН).Автор благодарен к. х. н. Лакштанову Л.З. за участие в обсуждении экспериментальной части работы.

Особую благодарность автор выражает академику РАН В.А. Жарикову и д.г.-м. н. г.П. Зарайскому (ИЭМ РАН), чьи взгляды оказали решающее влияние на оформление научных представлений автора.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ ГЛАВА I. Применение изотопно кислородных данных для геотермометрии.

В главе приводится обзор имеющихся в литературе экспериментальных и теоретических изотопно-кислородных геотермометров, применимых к гранитным парагенезисам и грейзеново-жильным минеральным ассоциациям, рассмотрены экспериментальные данные о влиянии на равновесные коэффициенты фракционирования изотопов дополнительных физико-химических факторов: давления и химического состава флгидной фазы. На основе рассмотренных имеющихся к настоящему времени в литературе экспериментальных данных автор показывает, что изотопно-кислородная геотермометрия может цри-меняться к исследуемому объекту без учета влияния давления и влияния солевого состава природных флюидов, принимавших участие в формировании минеральных ассоциаций грейзенов и рудных жил редкометального месторождения.

ГЛАВА II. Редаометальное грейзеново-аильное месторождение Акчатау (Центральный Казахстан).

В главе приведены литературные данные о геологическом отроении, геохимии и минералогии редкометального месторовдения Акчатау (Центральный Казахстан). Месторождение приурочено к массиву аляскитовых гранитов позднепермского возраста, сформированному в три этапа внедрения. Разноэтагшые граниты близки по шваральному и штрохимичечжому составу и отличаются степенью зернистости, в массиве встречаются шлировые и жильные тела пегматитов кварц-калишпатового и кварц-калишпат-биотитового составе. Массив окружен вмвщаыцими песчано-сланцевыми породами позд-несиллурийского возраста и эффузивными породами кислого и среднего состава раннего карбона. Рудные тела представлены зонами грейзенизации с кварцевыми жилами выполнения, локализованными в андоконтакте гранитов всех трех этапов внедрения. Рудная редко-метальная минерализация представлена вольфрамитом и сульфидами (молибденитом, висмутином, пиритом и другими). Все рудные тела месторождения разделяются на два минералого-стуктурных типа. Первый тип представлен мощными протяженными грейзеново-жильными телами, имеющими глубокое (до 500 м) заложение и приуроченными к крупным трещинным структурам тектонического происхождения.

Для тел этого типа характерна вертикальная и горизонтальная зональность грейзенов различного состава - кварц-мускобитовых, кварц-топазовых и мономинеральных кварцевых пород. Основная часть вольфрамитового оруденения сосредоточена в кварцевых и кварц-топазовых грейзенах л кварц-вольфрамитовых аилах выполнения. К грейзеново-жилышм телам второго типа относятся маломощные образования, кулисообразно расположенные в кровле интрузива. Глубина их залегания составляет только первые десятки метров. Минеральный состав характеризуется широким развитием кварц-мусковитовых грейзенов вплоть до мономусковитовых пород, однако мощность грейзеновых зон по отношению к мощности жил заметно уступает телам первого типа. Вольфрамитовое оруденение сосредоточено как правило в жилах выполнения. Кроме геологических черт, в главе дан обзор данных по изучению физико-химической обстановки формирования месторождения.

ГЛАВА III. Методика изотопного анализа кислорода.

В главе приводится методика пробоподготовки к изотопному анализу кислорода в силикатных минералах и вольфрамите, масс-спектрометрического анализа и обсуждение возможных погрешностей, возникающих на разных этапах подготовки образца к анализу. Приведено описание экспериментальной установки для извлечения кислорода из минералов и перевода Og в С02 для последующего анализа изотопного состава кислорода. Кислород из минералов экстрагировался с помощью реагента С1?3 и очищался от примесей методом вакуумной дистилляции. Перевод в С02 осуществлялся с помощью оригинального устройства, в котором производится высокотемпературное окисление спектрально-чистого графита в присутствии платинового катализатора." Выход COg соответствовал 98-100 S-ному извлечению кислорода из минералов. Каждый образец подвергался фторированию не менее 4 раз. Измерения изотопного состава кислорода проводились на модифицированном трехлучевом газовом масс-спектрометре МИ I20I-B. снабженном автоматической системой напуска образца. Внутренний контроль за качеством подготовки газа и измерений осуществлялся одновременным измерением изотопного состава углерода в образце газа, который при данном методе получения С02 из 02 имеет постоянную величину. Е ходе анализа образцов через определенные промежутки времени фториро-

вшша и изотопному анализу подвергался стандартный образец ква-щэ ГИН-1, результаты этих измерэний также "обсуждаются в главе. Суммарная погрешность определения величины С180 составила ±0,2 промилле в среднем по трем параллельным образцам.

ГЛАВА IV. Экспериментальное исследование изотопно-кислородного обмена в системе кварц-вода-НаС1

при 600°С, I кбар. В связи с применением изотопных отношений кислорода в природных минералах в геотермометрии, в последние два десятилетия особым вниманием, экспериментаторов пользуется проблема влияния химического состава фяшда на равновесное распределение изотопов между флюидом и минералом. Независимость цроцессов изотопного обмана от давления является преимуществом изотопной гео-тершметрии (О'ЫеИ, 1986), однако после экспериментов Трусдел-ла (ТгиаойеН, 1974) возникло предположиние о влиянии солевого состава флпвдной фазы на равновесное распределение изотопов кислорода в системе минэрал-фливд. Окончательшх выводов о наличии/отсутствии этого эффекта не получено до сих пор. Имеющиеся в литературе экспериментальные данные разноречивы, хотя важ-•ность этой информации для геотермометрии трудно переоценить -природные рудообразунцие флиидные системы как правило представлены хлорадными растворами щелочных элементов высокой концентрации - до нескольких десятков процентов в пересчете на эквивалент ЫаС1.

3 главе приведены экспериментальные данные по'изотопному обмену кислорода в системе кварц - чистая вода и кварц - 20 Ж-ннй раствор ИаС1 при 800°С и давлении I килобар (то есть при параметрах, близких к формированию грейзеновых парагенезисов). В отличие от уже имеющихся в литературе, эти результаты получены с применением нестандартного .метода' проведения эксперимента. Основой эксперимента являлся гидротермальный синтез кристаллического кварца из аморфного кремнезема во флюидах вышеупомянутого состава. Длительность синтеза составила 7 суток - время, достаточное для полного перевода всего аморфного кремнезема в кварц при указанных Т-Р параметрах и количествах флюида и минерала, заложенных в эксперимент.

Полученные в результате синтеза кристаллы в каждом из опы-

/"4 х

г,

»■(ми)

О,Г 0,2 ЦЗ 0,1)

Рис. I.Зависимость изотопного состава кислорода кристаллов, синтезированных в воде (I) и растворе /]а С1 (П) от их эффективного радиуса.

тов были разделены физическими методами на фракции с определенным размером зерна и изотопный анализ кислорода был вщюлнзв отдельно для каздой из фракций.

На рис. I показана зависимость изотопного состава кислорода в кристаллах кварца от их эффективного радиуса (то есть радиуса сферической частицы той же массы, что и кристалл), природа которой может быть объяснена в результате расчета модели массопереноса кремнезема в системе гель si02 - флюид - кварц, который происходит в процессе синтеза кристаллов кварца. Модель была рассчитана исходя из условия послойного механизма роста кристаллов, форма которых принята сферической. В модели использовано допущение о постоянной скорости заровдения кристаллов и постоянной скорости возрастания их радиуса. Исходя из физической модели процесса роста кристаллов цри массовой кристаллизации из геля SiOg с известным изотопным составом кислорода был выполнен балансовый 'расчет изменения изотопного состава кислорода раствора, который меняется по мере растворения геля и кристаллизации кварца от известного стартового изотопного состава кислорода флюида к составу, обогащенному избыточным количеством

ТО

изотопа 0. Направление изменения изотопного состава раствора было задано стартовыми условиями - гель si02 был изотопно "тяжелее" флюида на 27 промилле. Образующиеся кристаллы кварца, как - видно из рисунка, имеют существенно более легкий изотопный состав, чем исходный кремнезем, в результате чего флюидная фаза должна по мере синтеза обогащаться изотопом На рисунка 2 показаны результаты расчета изменения изотопного состава флюидной фазы в ходе превращения кремнезема в кварц. Параллельно линии изменения изотопного состава флюида проведено поле равновесных с флюидом изотопных составов кварца при температуре эксперимента, по данным'' (Bottinga, Javoy, 1987) и других исследователей.

Поскольку изотопный состав кислорода флюида заметно изменяется по мере протекания синтеза кварца из геля, изотопный состав кавдого растущего кристалла кварца должен изменяться от наиболее "легких" составов в центре кристалла до более "тяжелых" составов его внешних зон. На рисунок 2 точками нанесены изотопные составы соответствующих расчитанным моментам массопереноса слоев кристаллов кварца, сосуществующих с флюидом

Рис. 2. Изменение изотопного состава кислорода флюида и поверхностного слоя кристаллов при синтезе в чистой воде (I) и растворе МаСС (II).

пенящегося изотопного состава.Как видно из рисунка 2, в процессе изотопного обмена кварц - флюид происходит изменение коэффициента фракционирования изотопов кислорода по мере кристаллизации SiOg. На начальных этапах синтеза кинетический коэффициент фракционирования превышает равновесную величину на 0,9 промилле для синтеза кварца в чистой воде и на 2,3 промилле для синтеза в NaCl. По мере возрастания степени протекания реакции фазового перехода аморфный кремнезем-кварц кинетический коэффициент приближается по величине к равновесному, близкому к оценкам (Bottlnga, Javoy, 1987). Как показали расчеты, изменение полученного кинетического коэффициента фракционирования линейно зависит от общей площади поверхности кристаллов кварца - чем она больше, тем ближе кинетический коэффициент фракционирования к равновесному. Эта зависимость указывает на протекание релаксационного процесса в области границы раздела фаз. Отношение скорости роста кристалла к скорости протекания этого процесса будет определять результирующий изотопный состав поверхностного слоя к моменту его "захоронения" последующими слоями роста. Порядок величин скорости роста кристаллов в эксперименте (Ю-10 м/с) и предполагаемой толщины элементарного нарастающего слоя по механизму типа винтовой дислокации (единицы - первые десятки ангстрем) позволяют предположить диффузионный механизм релаксации неравновесного изотопного состава поверхностного слоя кварца, приобретенного в соответствии с кинетической констанотой.

Рост площади поверхности обеспечивает более интенсивный диффу-

тя

зионный поток избыточно захваченных частиц с изотопом 0. из открытого слоя за одно и то же. время, определяемое отношением высоты элементарного слоя к скорости роста кристалла . Прибли-

TQ

зительные оценки коэффициента диффузии 0 в кварце из механиз-

—Т7

ма диффузионной релаксации составляют величину около 10 -lo"18 м^с-^, что соответствует имеющимся в литературе экспериментальным данным, полученным с применением локального изотопного анализа кислорода (Elphick et al., 1986).

Наряду с большим различием величин кинетической константы изотопного'обмена в опытах, где средой синтеза служила чистая вода и концентрированный раствор NaCl , величина равновесной константы изотопного фракционирования одинакова в обоих случаях. Это указывает на то, что влияние солевого состава флюида в

азотопном обмене флюид - минерал ощущается в кинетической области протекания реакции обмена и практически не ощущается в условиях равновесия. Природу возникновения кинетической константы можно объяснить, как представляется, через наличие избыточной энергии в ступенях роста кристалла , • которая превышает свободную энергию плоской грани (Чернов,1980). Наличие растворенного электролита в среде роста кристалла должно влиять на конфигурацию диффузионного поля вокруг растущей грани , поэтому можно ожидать кинетические эффекты изотопно-кислородного вызванные присутствием растворенной соли во флтдэ. Однако при рассмотрении природных процессов, в которых предполагается достаточное время для наступления локального равновесия, учет влияния солевого состава флюида на распределение изотопов кислорода между минералом и флюидом в области гидротермальных Т-Х параметров не является необходимым.

Приведенные результаты, соотнесенные с литературными данными, позволили автору в дальнейшей работе при изучении месторождения Акчатау пользоваться экспериментальными изотопными геотермометрами без учета солевого состава флюида, формировавшего рудные отложения.

ГЛАВА т. Происхождение рудообразущего флюида месторождения Акчатау и поведение стабильных изотопов.

Для изучения изотопно-кислородных вариаций использовались образцы пород, характеризующие разные стадии развития рудно-метасоматических процессов, обусловивших возникновение редкоме-тального оруденения месторождения Акчатау: неизмененные граниты трех фаз внедрения; пегматиты и пегматоидные образования; грей-зеновые и жильные порода рудных тел глубокого и мелкого заложения.

-Изотопный___состав___гаслорода___М1шералов___месторождения

Акчатау Изотопный состав кислорода кварца - "сквозного" минерала для всех изучавшихся пород показывает довольно узкий интервал вариаций в гранитах Акчатау (8,5 - 9,0 промилле). Кварц из пегматоидных ассоциаций и жильно-грейзеновых рудных тел ха-

то

растеризуется более широким интервалом значений б 0 (от "ганитных" 8,3 -8,6 промилле до более высоких величин). Изотоп-

Т," С

800 X

700 \ \ \ ч

600 М

500 ч

№

300

-л

X]

1 г з к 5 6

Рис. 3. Эволюция температуры формирования основных рудно-метасоматических фаций месторождения Акчатау: I- граниты, 2- пегматиты, о- грей-зеновые зоны рудных тел мелкого заложения, 4- хилы выполнения рудных тел мелкого заложения, Ь- грейзеновые зоны рудных тел глубокого заложения, 6- жилы выполнения тел глубокого заложения.

пый состав кислорода слад варьирует в пределах нескольких про-

ТО

далле во всех ассоциациях кроме гранитов, где 0 0 биотита из- 1 (5,3 - 5,7 промилле).Общий интервал

пород месторождения Акчатау составляет от 6,4 до 10,1 промилле. Основной рудный минерал месторождения - вольфрамит имеет' наиболее облегченный изотопный состав кислорода из всех исследованных минералов, который изменяется в довольно узких пределах (2,5 - 4,9 промилле) в жильно-грейзеновых рудных телах разного типа.

та^ Расчет ■ температур изотопного равновесия минеральных пар в образцах проводился с использованием взаимосогласованных изотопных геотермометров (Во-«1п£а, ^уоу, 1973).На рисунке 3 показан эволюционный тренд температур формирования рудно-метасоматических фаций месторождения Акчатау. Несмотря на то, что интервалы температур формирования грейзеново-жильных ассоциаций разного типа частично перекрываются, тенденция к понижению температуры явно выражена в последовательности: граниты Акчатау - пегматиты и пегматоидныэ породы - грейзеново-жильные тела мелкого заложения - грейзеново-жильные тела глубокого заложения. Усиление роли флшдного взаимодействия с породой на фоне понижения температуры формиров,. минеральных ассоциаций отражается в последовательном изменении изотопного состава кислорода в кварце - интервал величин Э1®0 расширяется, сохраняя щи этом неизменной нижнюю границу значений, отвечающих валовому изотопному составу гранитов Акчатаусского массива.

_Изотошо1№слородаая_эводащ Изотопный

состав кислорода флюидной фазы, находящейся в равновесии с минеральными ассоциациями, рассчитывался по уравнению кварц-вода (Во^±пёа, ^усу,1987). Равновесный водный компонент флюида, отвечающий гранитам Акчатау при температуре их формирования имеет "магматический" изотопный состав кислорода. Понижение

то

б °0Н20 от наиболее высокотемпературных гранитов 1-й фазы внедрения с понижением температуры к гранитам Ш-й фазы внедрения от 8,4 до 7,9 промилле происходит на фоне столь же плавного

ТО

повышения концентрации изотопа 0 в кварце и КПШ.Постоянство изотопного состава кислорода в валовых пробах гранитов всех

мусковитах из грейзеновых и жильных

Рис. 4. Вариации изотопного состава кислорода водного компонента флюидной фазы, равновесной с минеральными ассоциациями пегматитов til), грейзе-новых зон рудных тел мелкого CI) и глубокого чЗ) заложения, жил выполнения рудных тел мелкого (2) и глубокого (4) заложения месторождения Акчатау.

этапов внедрения указывает на высокую степень изотопной гомогенности исходных гранитных расплавов, которая не была нарушена дальнейшими постмагматическими процессами.

На рисунке 4 показаны поля 0180 водного компонента флюида, равновесного с минеральными ассоциациями различных рудно-метасоматичэских фаций месторождения Акчатау вместе с линиями равновесий (кварц, КШ, гранит, биотит) - (флюид).Все минеральные ассоциации исследованного месторождения лежат в области эволюции магматической флюидной системы, равновесной в той или иной степени с гранитами Акчатау.

Изотопный состав водного компонента флюидной фазы на стадии формирования пегматитов и пегматоидных пород характеризу-

то

ется величинами 6 0, наиболее близкими к исходному "магматическому" составу флюида. Все исследованные образцы пегматитов и пегматоидов показали высокие температуры изотопного равновесия минералов.

Эволюция изотопного состава флюида на стадии образования грэйзеновых ассоциаций носит сложный характер. Грейзены обоих типов рудных тел (глубокого и мелкого заложения) занимают на диаграмме (рис.4) область между линиями изотопного равновесия флюида с кварцем гранитов и равновесием флюид - гранит. Почти все точки образцов грейзеновых зон рудных тел обоих типов расположены близ линии равновесия гранит-вода в интервале температур 5Ю-380°С. На стадии формирования грейзеновых пород различного типа изотопный состав флюидной системы контролировался главным образом обменными процессами с гранитами Акчатау в режиме доминирования массы порода над массой флюида. Этот процесс

ТА

выражается в постепенном обеднении флюида изотопом 0 на фоне понижения температуры формирования грейзеновых минеральных ассоциаций и отсутствием видимой зависимости б1®0 кварца от температуры формирования пород

ТО

Начиная со стадии формирования жильных фаций, 5 0 флюидной системы остается постоянным по величине на протяжении всего температурного интервала образования минералов жил выполнения как в случае тел глубокого, так и в случае тел мелкого заложения (рис. 4). Отсутствие влияния на изотопный состав флюидной системы процессов изотопного обмена с новообразующимися жильными минералами вполне объяснимо, так как для них флшд явля-

Т,°с © 1

600 о 2

8 9 Юн л?

Рис. 5. Изменение изотопного состава кислорода кварца жил выполнения рудных тел мелкого (I) и глубокого {'¿) заложения с падением температуры формирования минеральных ассоциаций.

этся транспортной средой и его масса резко преобладает над массой растворенных компонентов.

Грейзеново-жильные тела глубокого и мелкого заложения имэ-ют интервалы изотопного состава кислорода флюидной фазы 4,5-6,0 и 5,7-7,5 промилле соответственно. Температурный интервал, начиная с которого сохраняется постоянным изотопный состав флюида (550-500°С), можно рассматривать как температуру процесса прекращения изотопного обмена гранит'- флюид. При этих же темпера-•турах начинаются процессы грейзенизации гранитов, продолжаясь до температур 400-370°С. На фоне постоянства изотопного состава флюидной фазы при формировании жил выполнения происходит увеличение С180 жильного кварца по мере понижения температуры его образования (рис. 5). Такое поведение изотопных параметров в системе флюид - жильный минерал полностью соответствует.процессу равновесного изотопного обмена с понижением температуры в условиях преобладания флюидной фазы. Примечательно, что если бы эта система испытывала привнос изотопно более легких вод (например, метеорных), то получить утяжеление изотопного состава кислорода жильных кварцев с понижением температуры было бы нереально.

Рассматривая поведение изотопных параметров флюида при формировании жильных пород необходимо выделить ключевую роль процесса смены режима изотопного обмена от порододоминирующего (обмен с минералами гранитов) к фшаидцоминирувдему (обмен с жильными минералами). Схематически эволюция изотопного состава кислорода флюида и равновесного с ним минерала начиная с момента отделения флюида от расплава представлена на рисунке 6. Изменение режима изотопного обмена флюида при ■ температуре Т^- приводит к эволюции изотопного состава флюида по пути С - А -> А1 ; минерала (кварца) - по пути С - Б - С. При более низкой температуре смены режима обмена (Т2 на рис. 6) изотопные составы флюида и кварца будут изменяться по линиям С -> В -> В1 иС-Е-Е' соответственно. Следствием предлагаемой схемы изотопного обмена является утяжеление изотопного состава жильных минералов (прежде всего кварца) с падением температуры, что и наблюдается в образцах жильных ассоциаций месторождения Акчатау (рис. 5).

На основе принципов модели, представленной на рис.6 были рассчитаны температуры завершения изотопного обмена гранитов

Рис.

6.

Эволюция изотопного состава кислорода системы гранит - флюид - минералы рудно-метасоматических фаций при понижения температуры и изменении режима изотопного обмена.

Акчатаусского массива с флюидом, формировавшим •рудные аилы выполнения. Они составили интервалы 540-470°С, для кил глубокого и 6Ю-550°С для шл мелкого заложения. Вероятно, процесс формирования жильных систем обоих типов происходил последовательно, о чем па так ясно свидетельствуют перекрывающиеся интервалы температур изотопного уравновешивания аильных минеральных ассоциаций (рис. 3 ).

Таким образом, образование пегматитов, грейзенов и жил обоих типов' месторождения Акчатау могло происходить с участием единой флюидно-магматической системы. Эволюция изотопного состава кислорода в ней контролировалась в основном процессами равновесного обмена в системе минералы гранитов Акчатаусокого массива - магматический флюид -.минералы рудно-метасоматических фаций месторождения на фоне понижэния общей температуры системы от субликвидусной до гидротермальной и вариаций соотношения флшд/порода (минерал) от экстремально низких до экстремально шсоких величин. Имешийся фактический материал не требует привлечения усложняицх изотопный обмен процессов, таких как прив-нос посторонних вод, гашение или гетерогенизация флюида с разделением изотопов между фазами.

Списанные выше закономерности эволюции изотопного состава флюида и минералов рудных жил и грейзенов мэстороздения Акчатау прослеживаются и на других месторождениях вольфрама грейзено-

ТО

вого типа. Характерная черта - увеличение 0 0 кварца рудных жил с понижением температуры при почти неизменных величинах С^® водного компонента флюидной фазы ярко выражена в минеральных ассоциациях месторождения Панаскейра и месторождения Сан-Кристобаль.

Из2£2Ш_св2ы_в^^догенезе_месторозде|шя__Акчатау

Изотопный состав серы исследовался в 39 образцах пирита, отобранного из зон сульфидной минерализации тел глубокого заложения и в трех образцах горных пород - гранита II фазы внедрения, адамеллита и вмещающих эффузивных андезитов. Ееличины б э пиритов, отобранных на участке Аулие-Шоко из кернов бурения и жил глубокого заложения почти не изменяются в зависимости от глубины отбора образцов и имеют практически постоянные значения для всех образцов +6,8±0,5 промилле. Значение б34з в граните 11-й фазы внедрения Акчатау (+2,1 промилле) указывает на мэн-

/<731?п ОС

Рис. 7. Линии равновесного фракционирования изотопов серы между формам^ её нахождения при высоких температурах. Горизонтальны;! пунктир - температуры кристаллизации гранитов массива Акчатау, вертикальный пунктир - фракционирование изотопов серы между гранитным расплавом и рудообразуюцим флюидом месторождения Акчатау.

тайный источник серы в исходном расплаве. Сохранение мантийных характеристик изотопного состава серы в гранитах в течение всей истории становления интрузива может быть следствием отсутствия среди вмещающих пород толщ с большим содержанием и контрастным изотопным составом серы, что свело к минимуму процесс контаминации гранитных расплавов серой вмещающих пород.

Наибольший интерес представляет собой различие изотопного состава серы материнских гранитов и рудных сульфидов месторождения. Окислительно-восстановительная обстановка формирования гранитов Акчатау по оценкам Зарайского и др.,1993, находилась на уровне значений f02' от Уровня кислородного буфера N1N10 до магнетит-гематитового буфера. В этих условиях основной формой нахождения серы в расплаве является сульфидная сера (s2-), а преобладающими формами соединений серы в магматической газовой фазе является HgS или S02, (С.Я. Кузнецова, 1986, И.Д. Рябчиков, 1975).

На рисунке 7 показаны линии равновесного фракционирования

ОЛ О —

s мезду сульфидной серой (s ) и другими формами этого элемента (Miyoshi, Sakai, Shiba 1984, Ohmoto, Lasaga, 1982, и др.). На этот рисунок нанесены вертикальные пунктирные линии, соответствующие фракционированию изотопов серы между сульфидной серой гранитов (+2,1 промилле) и средним- изотопным составом сэры рудообразупцего флюида (среднее по рудным пиритам, 634s = 6,8±0,5 промилле). Узкий предел вариаций величин 634S в пиратах рудных жил указывает на преобладании во флюиде одной основной формы серы. Если бы рудообразукщий водный-флюид содержал сопоставимые количества двух форм серы, например, и So|~ , то в соответствии с козфициентами фракционирования изотопов серы между этими формами, размах вариаций изотопного состава сульфидов, образованных в интервале температуры 450-300°С составил бы более 10 промилле. Возможная смена формы нахождения серы во флюиде при изменении Р-Т условий и окислительно-восстановительной обстановки происходила, по-видимому, с сохранением относительных количеств изотопов S и s, что вполне обычно при отсутствии фазы, с которой мог бы произойти изотопный обмен серой флюида. Горизонтальными пунктирами на рис.7 показаны температуры формирования гранитов Акчэтау I-III-их фаз внедрения, полученные изотопно-кислородной геотермомэтрией.

Таким образом, вариации 034Б шльннт пиритов месторождения Акчатау соответствуют изотопному обмену сульфидной серн гранитных расплавов и Б02 при температурах кристаллизации гранитов. Наиболее вероятной формой нахождения серы во флшде является частица БС^. Дальнейшая эволюция флшдной системы при изменении физико-химических параметров обусловила изменение форм серы фо флшде с сохранением щи этом изотопного состава серы, унаследованного в процессе образования флюидной фазы в равновесии с кристаллизующимися гранитами Акчатау. На присутствие окисленной формы серы в ранних порциях магматического флвдда указывают такке находки ангидрита в корневых зонах аил глубокого заложения. Сульфатных минералов, сингенетичных жильной сульфидной минерализации на месторождении не отмечается. Имеющиеся изотопные данные указывают на-то,что.источником серы сульфидной минерализации месторождения Акчатау являлись граниты Акчатаусского интрузива. Эволюция изотопного состава серы в системе граниты -флюид - жильные сульфида происходила без видимого участия изотопно "тяжелого" корового источника серы.

Основше_рвзультатыг

На основе изучения изотопного состава кислорода и серы в минералах пород месторождения Акчатау, литературных данных о строении местороадения, определения температур изотопного равновесия минеральных ассоциаций и изотопных параметров флюидной фазы получены следующие результаты.

1.Температуры изотопного равновесия минералов в минеральных ассоциациях рудно-метасоматических фаций местороадения Акчатау плавно понижаются в последовательности: граниты 1-Ш-х фаз внедрения - пегматиты и пегматоидные тела - грейзеново-жильные тела мелкого заложения - грейзеново-жильные тела глубокого заложения. В этом же ряду возрастает роль флюидно-метасоматических процессов, что отражается возрастанием диапазона вариаций изотопного состава кислорода кварца от исходных "гранитных" до более высоких значений, достигающего в жильных кварцах рудных тел глубокого, заложения 4-5 промиллз.

то

2. Полученные расчетом величины 6 0 водного компонента флюидной фазы, равновесной с минеральными ассоциациями при температуре их формирования показали, что в формировании пород

всех стадий рудно-мэтасоматического процесса до вольфрамовонос-ных рудных шл включительно. принимала участив единая флюидная система. Изотопные параметры (О и в) гранитов Акчатау в комплексе с данными оО эволюции изотопного состава фливда в дальнейших процессах предполагают, что источником рудообразующего флюида являлись кристаллизующие ся гранитные расплавы ¿кчатаусского интрузива. Если предположить внешнее происхождение рудообразую- ' щегося флюида, то необходимо допустить, что он должен был пройти стадию изотопного уравновешивания с гранитами Акчатау при высоких (770-650°С) температурах в условиях резкого преобладания массы гранитов над массой флюида.

3. Рассмотрена модель эволюции изотопных параметров флюидной фазы от исходно магматических составов до составов, характерных для гидротермального процесса рудообразования. Модель основана на равновесном изотопном обмене в системе гранит -флшд - минералы кетасоматических зон и жил выполнения на фоне понижения общей температуры системы с учетом смены режимов изотопно-кислородного обмена от порододоминируицего к флюидцомини-рушцему. Изотопный состав кислорода и серы в минералах рудных шш является производным от изотопного состава флюидной фазы и зависит не только от температуры образования минерала, но и от температуры окончания изотопного обмена флюида с гранитами Акчатау в порододоминирующем режиме. Полученные данные по жильных кварцев предполагают температуры ограничения обмена гранит-флюид б10-550°С и 540-470°С для жил мелкого и глубокого заложения соответственно. Изотопный состав серы жильных пиритов зависит также от формы нахождения серы во флюиде в момент формирования флюидной фазы, для Акчатау этой формой по-видимому являлась БС^.

4. Экспериментальные■данные позволили определить значимое влияние на кинетическую константу изотопного обмена кварц -флюид солевой (НаС1) нагрузки флюида. Равновесная константа изотопного обмена кварц - флюид при 600°С и давлении I кбар не зависела от солевого состава флюида. Рассмотрена модель, показавшая, что получаемые кристаллы кварца методом синтеза из аморфного кремнезема зональны по изотопному составу кислорода, из-за изменения изотопного состава кислорода флюида по мере протекания процесса кристаллизации.

Список публикаций до тема диссертации.

1. Бастраков E.H., Дубинина В.О., Суворова В.А. Температурный режим рудообразования на. редкометальном местороадении Акчатау (Центральный Казахстан) по изотопно-кислородным данным. //XII Всесоюзный симпозиум по стабильным изотопам в геохимии. Тез. ДОКЛ. М,, 1989, с. 204-205.

2. Suvorova T.i., Dübln Im S.O., Teniehev a.S. Oxygen Isotope study and laotopic geothermometry of the Akohatau ff-Mo deposit, central Kazakhstan. // Experiment-89: Informative volume, Mos-oow, Hauka, 1990, p. 116-117.

3. Жариков В.А., Дубинина Е.О., Шаповалов D.E., Суворова В.А. Изотопно-кислородные данные о происхождении рудообразуицего флшда редкометального месторождения Акчатау. // Докл. АН СССР, 1991, т. 319, N I, с. 223-227.

4. Дубинина Е.О., Суворова В.А. Изотопно-кислородный аспект происхождения вольфрамовых руд грейзенового месторождения Акчатау (Ц. Казахстан).// 16 Всесоюзный семинар по геохимии магматических пород. Тез. докл.. M., 1991, с. 66.

5. Шариков В.А., Дубинина Е.О., Суворова В.А., Шаповалов Ю.Б. Цроисховдение рудоносного флшда редкометального месторовдения Акчатау по изотопно -кислородным данным. // Геохимия, 1992, к 2, с. 163-170.

6. Dubinins В. Kinetio aspect of oxygen isotopio exchange in the system quartz-water (experimental data). // 29th International Geological congress, Kyoto, Japan, 1992, v. 3, p. 707.

7. Суворова В.А., Дубинина Е.О. "Устройство для получения диоксида углерода", 1992, изобретение, а/с N 5024548.

8. Зарайский Г.П., Шаповалов Ю.Б., Соболева Ю.Б., Стояновская Ф.Ц., Зонов C.B., Рядчикова Е.В., Дубинина Е.О. Условия образования редкометельных грейзанов. // В кн.: Экспериментальные проблемы геологии, М.: Наука, 1993, (в печати).

9. Дубинина Е.О., Суворова В.А., Шаповалов Ю.Б. Изотопы серы з рудогвнезе редкометального месторождения Акчатау. // Геохимия, (в печати).

10. Дубинина Е.О. Изотопно-кислородный обмен в системе кварц-водэ-NaCl при 600°С, 1.килобар. // Докл. РАН,