Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Поведение стабильных изотопов при редкоземельном рудообразовании на месторождении Акчатау

ВАК РФ 04.00.02, Геохимия

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

»кт»

йврцаеи: ■ HfiMlW*-

Г " '

Московский Государственный университет им. U.В. Ломоносова Геологический факультет

На правах рукописи

Д УБИНИНА. Елена Олеговна

УДК 553.2:553-46

ПОВЕДЕНИЕ СТАБИЛЬНЫХ ИЗОТОПОВ ПРИ ВДКОМЕТАЛЪНОМ РУДОСКРАЗСЕАНИИ НА ИВСТОРСЩЕНИИ АКЧАТАУ

Специальность 04.00.02 - геохимия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва - 1993

Работа выполнена в Институте экспериментальной минералогии Российской Академии наук

Научные руководители: Академик РАН В.А. Шариков

Доктор гаолого-минералогических наук Г.П. Зарайский

Официальные оппоненты: профессор, д. г.-м. н. Колония Г.Р., Институт геологии геофизики и минералогии СО РАН (-г. Новосибирск)

к.х.н. Спасенных М.Ю> РЛН <г- Москва)

Ведущая организация:

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

га состоится ■■ //? шиггж 1993 г. в ш час. У на заседании специализированного Ученого Совета К.053.05.08 по петрографии, геохимии и геохимическим методам поисков месторождений полезных ископаемых геологического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова.

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

С диссертацией можно ознакомиться в библиотек

геологического факультета МГУ (зона "А", 6 этаа).

Автореферат разослан "/<5 ^ЖМХрЛТШ^ 1993 г.

Ученый секретарь ,

специализированного Совета, 'Баташва

Происхоэдениа рудообразупвдк флювдов грейзеновых редкоме-талъных месторождений - один из наиболее актуальных вопросов в проблеме установления источников рудного вещества. В последние два десятилетня для изучения процессов возникновения и эволюции рудообразупией флюидной фазы наряду с классическими методами (ШЗ, изучение минеральных парагенезисов и геохимии элементов) используется геохимия изотопов легких элементов - кислорода, серы и водорода. Исследования, проведенные в этом направлении, позволили к настоящему времени создать систематику вод разного генезиса, развить изотопную геотермометрию, что вывело изучение рудогенерирупцих процессов на качественно новый уровень.

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

Цель_работа.

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

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

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

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

3§2^аемыэ_положания.

I. Эволюция изотопного состава рудообразувдего флшда месторождения Акчатау описывается процессами равновесного обмена в системе граниты Акчатау - флюид - минералы жильно-

дотеюоматртаскшс рудных тел на фоне понижения температуры изо-топшро^обмена в различном режиме изотопного обмена (либо поро-додоыинирупдам, либо флшдодоминируидам). Имеющийся фактический материал нэ требует привлечения к интерпретации полученных данных процессов смешения флюида с водами постороннего щзоисховде-шя, его кипения и-расслоения.

2. Среда двух основных типов рудных тел местороадения Ак-чатау ("мелкого" и "глубокого" заложения) более ранними по времени образования и сформированными при более высоких температурах с участием более ранних порций флшдкой фазы являются руд-еко грвйзетво-кильные тела "мелкого" заложения. Грейзеново-тшто тела "глубокого" заложения имеют более длительный период формирования и более широкий интервал температур формирования минеральных ассоциаций.

3. В процессе формирования редкометального оруденения месторождения Акчатау принимала участив единая флшдная система, источником которой являлись граниты Мчатаусского интрузива (флпад, прошедший стадию высокотемпературного изотопного уравновешивания с гранитами £кчатау в порододомишфущем режиме).

4. Экспериментальные данные о влиянии химического состава йшшш на изотопный обмен фтвд-кварц показали наличие этого эффекта на кинетических стадиях, равновесная константа изотопного обмена от солевой нагрузки флюида не зависела и имела значения, близкие к таковым для обмена кварца с чистой водой. Расчеты температур изотопного равновесия и величин б180 водного компонента флюида в природных образцах можно проводить без учета влияния химического состава флщда на изотопное фракционирование.

Н§25ная_новизна.

1. В результате исследований получена подробная информация о температурном режиме формирования гранитов, пегматитов и рудных грейзеново-жильных тел местороадения Дкчатау.

2. Определена эволюция изотопного состава кислорода и серы в рудообразуицем фпщде от момента формирования гранитного интрузива до стадии образования кварц-вольфрамитовых жил.

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

оруденевия.

4. Предложен метод экспериментального изучения механизма изотопного обмена иинерал/флпид при гидротермальном синтезе минерала.

Практадеская_значимость.

1. Полученные в диссертации изотопные данные могут быть использованы при построении моделей формирования рудных месторождений.

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

• Апрдб8щя_работы.

Основные положения диссертации докладывались на XII Всесоюзном симпозиуме по стабильным изотопам в геохимии (1989, Москва). ХУ1 Всесоюзном семинаре по геохимии магматических пород (1991, Москва), 97-м заседании Семинара по изотопной геохимии, космохимии и геохронологии (1992, ГЕОХИ, 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.

Объвм_и_с^^ктща_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. (ИЗМ РАН), к.г.-м. н. Шаповалова Ю.Б. (ИЭМ РАН), д.г.-м. н. Шмуловича К.И. (ИЭМ РАН), Е.В. Рядчиковой (ИЭМ РАН). C.B. Зоноза (ИЗМ РАН).Автор благодарен к. х. н. Лакштанову Л.З. за участие в обсувдении 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.

Б глава приводится обзор имеющихся в литературе экспериментальных и теоретических изотопно-кислородных геотермометров, применимых к гранитным парагеназисам и грейзеново-жильннм минеральным ассоциациям. Рассмотрены экспериментальные данные о влиянии на равновесные коэффициенты фракционирования изотопов дополнительных физико-химических факторов: давления и химического состава фладцной фазы. На основе рассмотренных имеющихся к настоящему времени в литературе экспериментальных данных автор показывает, что изотопно-кислородная геотермометрия может применяться 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. Редкометальное грейзеново-жильное месторождение Акчатау (Центральный Казахстан).

В главе приведены литературные данные о геологическом строении, геохимии и минералогии рэдкометального месторождения Акчатау (Центральный Казахстан). Месторождение приурочено к массиву аляскитовых гранитов позднепермского возраста, сформированному в три этапа внедрения. Разноэтапные граниты близки по минеральному и петрохимичаскому составу и отличаются степенью зернистости. В массиве встречаются шлировые и жильные тела пегматитов кварц-калишатового и кварц-калишпат-биотитового состава. Массив окружен вмещающими пэсчано-сланцевыми породами позд-шсшшурийского возраста и эффузивными породами кислого и среднего состава раннего карбона. Рудные тела представлены зонами грейзенизации с кварцевыми жилами выполнения, локализованными в эндоконтакте 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-мусковитовых, кварц-топазовых и мономинеральных кварцевых пород. Основная часть вольфрамитового орудекения сосредоточена в кварцевых и кварц-топазовых грейзенах а кварц-вольфрамитовых жилах выполнэ-ния. К грейзеново-жильным телам второго типа относятся маломощные образования, кулисообразно расположенные в кровле интрузива. Глуоина их залегания составляет только первые десятки метров. Минеральный состав характеризуется широким развитием кварц-мусковитощх грэйзенов 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, возникапцих на разных этапах подготовки образца к анализу. Приведено описание экспериментальной установки для извлечения кислорода из минералов и перевода 02 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 Og в COg осуществлялся с помощью оригинального устройства, в котором производится высокотемпературное окисление спектрально-чистого графита в присутствии платинового катализатора. Выход С02 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-спектрометра 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. В ходе анализа образцов через определенные промежутки времени фториро-

ваяна и изотопному анализу подвергался стандартный образец кварца ГИН-1, результаты этих измерений также обсуздаются в главе, суммарная погрешность определения величины составила ±0,2 промилле в среднем по трем параллельным образцам.

ГЛАВА. IV. Экспериментальное исследование изотопно-кислородного обмена в системе кварц-вода-№С1

при 600°С, I кбар. В связи с применением изотопных отношений кислорода в природах минералах в геотермометрии, в последние два десятилетия особым вниманием, экспериментаторов пользуется проблема влияния химического состава флюида на равновесное распределение изотопов между флюидом и минералом. Независимость процессов изотопного обмана от давления является преимуществом изотопной геотермометрии (О'МаП, 198б), однако после экспериментов Трусдел-ла (ТгаевЛеИ, 1974) возникло предположение о влиянии солевого состава флшдной фазы на равновесное распределение изотопов Кислорода в системе минерал-фяшд. Окончательных выводов о наличии/отсутствии этого эффекта не получено до сих пор. Имеющиеся в литературе экспериментальные данные разноречивы, хотя важность этой информации для геотермометрии трудно переоценить -природные рудообразупцие флюидные системы как правило представлены хлоридными растворами щелочных элементов высокой концентрации - до нескольких десятков процентов в пересчете на эквивалент ИаС1.

В главе приведены экспериментальные данные по изотопному обмену кислорода в системе кварц - чистая вода и кварц - 20 %-вкй раствор N801 при 600°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 1фемнезвма в кварц при указанных Г-Р параметрах и количествах флюида и минерала, заложенных в эксперимент.-

Полученные в результате синтеза кристаллы в каждом из опы-

Рис. I.Зависимость изотопного состава кислорода кристаллов, синтезированных в воде (I) и растворе 0.1 41) от их эффективного радиуса.

тов были разделены физическими методами на фракции с определенным размером зерна и изотопный анализ кислорода был выполнен отдельно для каждой 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 массоперекоса кремнезема в системе гель SiO^ - 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 зарождения кристаллов и постоянной скорости возрастания их радиуса. Исходя из физической модели процесса роста кристаллов при 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 флшда к составу, обогащенному избыточным количеством

ТО

изотопа- 0. Направление изменения изотошого состава раствора было задано стартовыми условиями - гель Si02 был изотопно "тяжелее" флюида на 27 промилле. Образуюциеся кристаллы кварца, как видно из рисунка, имеют существенно более легкий изотопный состав, чем исходный кремнезем, в результате чего флюидная фаза

ТО

должна по мере синтеза обогащаться изотопом О. На рисунке 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" (Во+ЛInga, Javoy, 1987) и других исследователей.

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

Рис. 2. Изменение изотопного состава кислорода флюида и поверхностного слоя кристаллов при синтезе в чистой воде Ш и растворе ЯаС£ СИ).

меняющегося изотопного состава.Как видно из рисунка 2, в процессе изотопного обмена кварц - флюид происходит изменение коэффициента фракционирования изотопов кислорода по мере кристаллизации 8102. 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 ИаС1. По мере возрастания степени протекания реакции фазового перехода аморфзый кремнезем-кварц кинетический коэффициент приближается по величине к равновесному, близкому к оценкам (Во-Ь-Ыпва, ¿ачоу, 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 диффузионный поток избыточно захваченных частиц с изотопом из открытого слоя за одно и то же. время, определяемое отношением высоты элементарного слоя к скорости роста кристалла . Приблизительные оценки коэффициента диффузии 180 в кварце из механиз-

17

ма диффузионной релаксации составляют величину около 10 -Ю-18 что соответствует имещимся в литературе экспери-

ментальным данным, полученным с применением локального изотопного анализа кислорода (Е1рМск е1; а!.. 1986).

Наряду с большим различием величин кинетической константы изотопного обмена в опытах, где средой синтеза служила чистая вода и концентрированный раствор ЫаС1 , величина равновесной константы изотопного фракционирования одинакова в обоих случаях. Это указывает на то, что влияние солевого состава флюида в

лзотопном 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 флюиде. Однако при рассмотрении природных процессов, в которых предполагается достаточное время для наступления локального равновесия, учет влияния солевого состава флюида на распределение изотопов кислорода меэду 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 V. Происхождение рудообразупцего флювда 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 породы рудных тел глубокого и мелкого заложения.

-Изотопный___состав___кислорода___минералов___месторождения

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

800

700

600

500

ЮО

300

т,°е

-.Г"-, чм Т

1 г. ъ к 5 6

Рис. 3. Эволюция температуры формирования основных рудно-метасоматических фаций месторождения Акчатау: I- граниты, 2- пегматиты, грей-эеновые зоны рудных тел мелкого заложения, 4- хилы выполнения рудных тел мелкого заложения, Ь- грейэеновые зоны рудных тел глубокого заложения, б- хилы выполнения тел глубокого заложения.

вый состав кислорода слад варьирует в пределах нескольких про-

ТО

миллэ во всех ассоциациях кроме гранитов, где 0 0 биотита изменяется в узком интервале (5,3 - 5,7 промилле).Общий интервал изменения величины 6 0 в мусковитах из грейзеновых и жильных 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 (Еои1п£а, ^оу, 1973).На рисунке 3 показан эволюционный тренд температур формирования рудно-кэтасоматических фаций местороадения Акчатау. Несмотря на то, что интервалы температур формирования грейзеново-зкильных 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 флюидного взаимодействия с породой на фоне понижения температуры формиров. "вд минеральных ассоциаций отражается в последовательном изменении изотопного состава КИС-

ТО

лорода в кварце - интервал величин бА 0 расширяется, сохраняя при этом неизменной нижнюю границу значений, отвечающих валовому изотопному составу гранитов Акчатаусского массива.

^зотопно-гаслорддаая_э^ Изотопный

состав кислорода флюидной фазы, находящейся в равновесии с минеральными ассоциациями, рассчитывался по уравнению кварц-вода (Во1;'!;1п§а, ^усу,1987). Равновесный водный компонент флюида, отвечающий гранитам Акчатау при температуре их формирования имеет "магматический" изотопный состав кислорода. Понижение <318°Н20 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 повышения концентрации изотопа в кварце и КПШ.Постоянство изотопного состава кислорода в галовых пробах гранитов всех

Рис. 4,.Вариации изотопного состава кислорода водного компонента флюидной фазы, равновесной с минеральными ассоциациями пегматитов (И), грейзе-новых зон рудных тел мелкого (I) и глубокого ^3) заложения, хил 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 <5180 водного компонента флюида, равновесного с минеральными ассоциациями различных рудно-метасоматических 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 фэрмирования пегматитов и пегматоидных пород характеризуется величинами б180, 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 грейзеновых 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 флшд - 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 породы над массой флюида. Этот процесс выражается в постепенном обеднении флюида изотопом на фоне понижения температуры формирования грейзеновых минеральных ас-

ТО

социаций и отсутствием видимой зависимости 6 0 кварца от температуры формирования пород

то

Начиная со стадии формирования жильных фаций, <3 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 флюид явля-

т.т о í

600 О 2.

500

ОХ \ о

№ сг

№ Ц Л?

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

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

Грейзеново-жильные тела глубокого и мелкого заложения имеют 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 увели-

то

чение в о жильного кварца по мере понижения температуры его образования (рис. 5). Такое поведение изотопных параметров в системе флюид - жильный минерал полностью соответствует.процест-су 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 порододоминиругацего (обмен с минералами гранитов) к флюиддоминирующему (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 - А' ; минерала (кварца) - по пути С - Б - Б'. При более низкой температуре смены режима обмена (Тз на рис. 6) изотопные составы флюида и кварца будут изменяться по линиям С - В - В' и С - 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 понижении температуры и изменении режима изотопного обмена.

Акчатау сского массива с флюидом, формировавшим рудные жилы выполнения. Они составили интервалы 540-470°С, для жил глубокого и 6Ю-Б50°С для жил мелкого заложения. Вероятно, процесс формирования жильных систем обоих типов происходил последовательно, о чем не так ясно свидетельствуют перекрывающиеся интервалы температур изотопного уравновешивания жильных 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 Акчатаусекого массива - магматический флюид - минералы рудно-метасоматических фаций месторождения на фоне поникания общей температуры системы от субликвидусной до гидротермальной и вариаций соотношения флюид/порода (минерал) от экстремально низких до экстремально высоких величин. Имеющийся фактический материал не требует привлечения усложняадх изотопный обмен процессов, таких как прив-нос посторонних вод, кипение или гетерогенизация флюида с разделением изотопов между фазами.

Описанные выше закономерности эволюции изотопного состава

флюида и минералов рудных жил и грейзенов месторождения Акчатау

прослеживаются и на других месторождениях вольфрама грейзено-

Тй

вого типа. Характерная черта - увеличение СО кварца рудных жил с понижением температуры при почти неизменных величинах б18 водного компонента флюидной фазы ярко выражена в минеральных ассоциациях месторождения Панаскейра и месторождения Сан-Кристобаль.

Изотощ_серы_в^^догенезе_М8сто2д5цешя__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 эф$узивных андезитов. Ееличины б Б пиритов, отобранных на участке Аулие-Шоко из кернов бурения и жил глубокого заложения почти не изменяются в зависимости от глубины отбора образцов и имэют практически постоянные значения для всех образцов +6,8*0,5 промилле. Значение бе в граните 11-й фазы внедрения Акчатау (+2,1 промилле) указывает на ман-

Т, "С

600 1 \г 1 V Г

700 |\ "Г ■ 1 \ | __— м

4- ---- ё

600 500 N > \ й 1 1 1 1 1 1 1 I 1 1 N V? * \ V X

2 -1_1_ 1 1! 1 ,1 6 8 <111 10 12 1 1.1

/о3¿л ОС

Рис. 7. Линии равновесного фракционирования изотопов серы медду формами её нахождения при высоких температурах. Горизонтальный пунктир - температуры кристаллизации гранитов массива Акчатау, вертикальный пунктир - фракционирование изотопов серы между гранитным расплавом и рудообразующим флюидом месторождения Акчатау.

тайный источник сэры в исходном расплава. 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 t^. от уровня кислородного буфера N1N10 до магнетит-гематитового буфера. В этих условиях основной формой нахождения сэры 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 Я4 ?—

S между сульфидной серой (S ) и другими формами этого элемента (Miyoehi, 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

Од

серы рудообразукщего флюида (среднее по рудным пиритам, ô s = S,8*0,5 промилле). Узкий предел вариаций величин 034S в пиритах рудных жил указывает на преобладании во флюиде одной основной формы серы. Если бы рудообразуюций водный флюид содержал сопоставимые количества двух форм серы, например, S и S0| , то в соответствии с коэфициентами 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 сохра-

ОД ОО

нением 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 Акчатау I-III-их фаз внедрения, полученные изотопно-кислородной геотеркокетрией.

Таким образом, вариации 034S «ильных пиритов месторождения Акчатау соответствуют изотопному обмену сульфидной серы гранитных расплавов и S02 при температурах кристаллизации гранитов. Наиболее вероятной формой нахождения серы во флшда является частица S02. Дальнейшая эволюция флшдной системы при изменении физико-химических параметров обусловила изменение форм серы фо флюиде с сохранением при этом изотопного состава серы, унаследованного в процессе образования флюидной фазы в равновесии с кристаллизующимися гранитами Акчатау. На присутствие окисленной Форш серы в ранних порциях магматического флюида указывают также находки ангидрита в корневых зонах жил 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 сульфиды происходила без видимого участия изотопно "тяжелого" корового источника серы.

0сндвны9_рез^льтати^

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

1.Температуры изотопного равновесия минералов в минеральных ассоциациях рудно-метасоматичэских фаций месторовдения Акчатау плавно понижаются в последовательности: граниты I-III-x фаз внедрения - пегматиты и пегматоидаые тела - грейзеново-жильные тела мелкого заложения грейзеново-жилыше тела глубокого заложения. В этом же ряду возрастает роль флкидно-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 промилле.

то

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

всех стадий рудно-мвтасоматического процесса до вольфрамовонос-шх рудных ш включительно, принимала участив единая флюидная система. Изотопные параметры (О и э) гранитов Акчатау в комплексе с данными об эволщии изотопного состава флшда в дальнейших процессах предполагают, что источником рудообразупцего флюида являлись кристаллизупциеся гранитные расплавы Акчатаусского интрузива. Если предположить внешнее происхсздение рудообразую-щегося флшда, то необходимо допустить, что он должен был пройти стадию изотопного уравновешивания с гранитами Акчатау при высоких (770-650°С) температурах в условиях резкого преобладавшая массы гранитов над массой флюида.

3. Рассмотрена модель эволюции изотопных параметров флгад-еой фазы от исходно магматических составов до составов, характерных для гидротермального процесса рудообразования. Модель основана на равновесном изотопном обмене в системе гранит -фшзд - минералы мзтасоматических зон и кил выполнения на фоне понижения общей температуры системы с учетом смены режимов изотопно-кислородного обмена от порододоминирующего к флювддомини-рущему. Изотопный состав кислорода и серы в минералах рудных пил 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 порододоминирущем режиме. Полученные данные по аильных кварцев предполагают температуры ограничения обмена гранит-флюид 610-550°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 бо2.

4. Экспериментальные данные позволили определить значимое влияние на кинетическую константу изотопного обмена кварц -флюид солевой (НаС1) нагрузки флшда. 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.

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

2. Suvorova Т.д., Dubinins Е.О., Teniahev a.S. Oxygen isotope study and iBotoplo geothermoroetry of the Akchatau W-Mo deposit, central Kazakhstan. // Experiment-89: Informative volume, Mos-oow, Nauka, 1990, p. 116-117.

3. Жариков В.А., Дубинина Е.О., Шаповалов Ю.Б., Суворова В.A. Изотопно-кислородные данные о происхождении рудообразуыцего флюиде редкометального месторождения Акчатау. // Докл. АН СССР, 1991, т. 319, M I, с. 223-227.

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

5. Жариков В.А., Дубинина Е.О., Суворова Б.А., Шаповалов Ю.Б. Происхождение рудоносного флюида редкометального месторождения Акчатау по изотопно-кислородным данным. // Геохимия, 1992, N 2, с. 163-170.

6. Dubinins Е. Kinetio aspect of oxygen 1зоtopic exchange in the system quartz-water (experimental data). // 29th International Geological oongrsaa, 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.Е., Соболева Ю.Б., Стояновская Ф.М., Зонов C.B., Рядчикова Е.В., Дубинина Е.О. Условия образования редкометальных грейзенов. // В кн.: Экспериментальные проблемы геологии, М.: Наука, 1993, (в печати).

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

10. Дубинина Е.О. Изотопно-кислородный обмен в системе кварц-