Условия и факторы, влиявшие на эффективность переноса и отложения ВЕ из рудоносных растворов Ермаковского F-BE месторождения

Дамдинова, Людмила Борисовна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Условия и факторы, влиявшие на эффективность переноса и отложения ВЕ из рудоносных растворов Ермаковского F-BE месторождения
ВАК РФ 25.00.11, Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения

Автореферат диссертации по теме "Условия и факторы, влиявшие на эффективность переноса и отложения ВЕ из рудоносных растворов Ермаковского F-BE месторождения"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ДАМДИНОВА Людмила Борисовна

УСЛОВИЯ И ФАКТОРЫ, ВЛИЯВШИЕ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПЕРЕНОСА И ОТЛОЖЕНИЯ ВЕ ИЗ РУДОНОСНЫХ РАСТВОРОВ ЕРМАКОВСКОГО Е-ВЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ (по результатам изучения флюидных включений)

Специальность: 25.00.11 - геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Улан-Удэ 2005

Работа выполнена в Геологическом институте СО РАН

Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук Ф.Г. Рейф

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук И.И. Куприянова

кандидат геолого-минералогических наук Г.С. Рипп

Ведущая организация: Объединенный институт геологии, геофизики и

минералогии СО РАН, г. Новосибирск

Защита диссертации состоится 23 декабря 2005 года в 10 часов на заседании специализированного совета Д.003.002.01 при Геологическом институте СО РАН, в конференцзале, по адресу: 670047, г. Улан-Удэ, ул Сахьяновой 6а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Геологического института СО РАН, по адресу: 670047, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой 6а.

Автореферат разослан ноября 2005 года.

Ученый секретарь специализирова» совета, кандидат геолого-минерало наук

2i4m9

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Выяснение условий переноса рудного вещества гидротермальными растворами и факторов, способствующих концентрированному рудоотложению, - одна из центральных проблем гидротермального рудообразования. За последние десятилетия значительный прогресс в решении этой проблемы достигнут на пути экспериментального изучения упрощенных флюидных систем и термодинамических расчетов. Полученные результаты свидетельствуют о том, что эффективность переноса и отложения рудного вещества зависит от множества физических, химических, гидродинамических, кинетических факторов, от конкретных значений тех или иных параметров. Выявленные закономерности служат важным ориентиром при расшифровке условий и механизмов природного рудообразования, но нуждаются в верификации и дополнении результатами изучения природных гидротермальных систем, которые к тому же отличаются от модельных большей сложностью и динамикой развития. Целенаправленное изучение конкретных месторождений, таким образом, является необходимым и существенным компонентом исследования процессов переноса металлов и концентрированного рудоотложения в природных условиях.

В этом отношении особый интерес представляет расположенное в Забайкалье Ермаковское F-Be месторождение (Генетические типы..., 1975; Новикова и др., 1994), выделяющееся среди аналогов самым высоким в мире средним содержанием ВеО (1.3%) в бертрандит-фенакитовых рудах (Kremenetsky et al., 2000; Barton et al., 2003). Вместе с тем Be оруденение на этом месторождении проявлено в разных формах, в той или иной степени различающихся составом жильных минералов и содержанием Be. Это может быть обусловлено как спецификой рудообразующих растворов, так и особенностями их взаимодействия с вмещающими породами, которые представлены известняками, алюмосиликатными сланцами, скарнами. В такой ситуации различия в параметрах растворов с наибольшей четкостью должны проявиться при локализации разнотипной Be минерализации в породах одинакового состава. Наоборот, вариации состава Be оруденения одного типа в литологически разнородной среде скорее всего отражают влияние химизма вмещающих пород Следовательно, выделение специфических, надежно диагностируемых типов Be оруденения и выявление их изменчивости в зависимости от состава вмещающих пород дает возможность оценить рудогенетическую роль отдельных факторов.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является изучение условий и факторов, влиявших на эффективность переноса и отложения Be из рудоносных растворов Ермаковского F-Be месторождения.

Для достижения намеченной цели потребовалось решение следующих задач:

1) Выяснить, какие типы Ве минерализации, различающиеся содержанием ВеО, распространены и в известняках, и в алюмосиликатных породах.

2) Для каждого выделенного типа Ве оруденения определить состав минеральных парагенезисов в зависимости от способа образования (выполнение ' замещение) и состава вмещающих пород.

3) Изучить включения минералообразующих растворов методами термо- и криометрии, волюмометрии, рамановской и атомной эмиссионной спектроскопии для определения температур гомогенизации, солевого и газового состава, концентрации Ве и других металлов.

4) Выявить зависимость между газово-солевым составом, кислотностью -щелочностью палеорастворов и концентрацией в них бериллия (Све); между содержанием Ве минералов в гидротермалитах и способом их образования, составом вмещающих пород, температурой и Ве носкостью растворов.

5) Интерпретировать выявленные эмпирические закономерности на основе современных экспериментально-расчетных данных.

Объекты исследования. Объектами исследования являются руды трех рудных зон (I, II и XII) Ермаковского F-Be месторождения, отличающиеся друг от друга рядом специфических особенностей, в том числе содержанием главного полезного компонента.

Фактический материал. В основу работы положены материалы, собранные автором в полевые сезоны 2001 и 2005 г.г., а также имеющаяся в лаборатории петро- и рудогенеза ГИН СО РАН коллекция образцов, шлифов и пластинок Ф.Г. Рейфа и К.З. Стельмачонка. Проведено геологическое исследование главных рудных зон Ермаковского месторождения, определен минеральный и химический состав основных разновидностей пород и руд.

Из каменного материала изготовлено и исследовано автором 100 шлифов и 150 полированных пластин, сделаны фотографии пород, минералов и флюидных включений, проведено их термометрическое и микроаналитическое изучение. Проведено микрозондовое и электронно-микроскопическое исследование породообразующих, акцессорных, рудных минералов, спектроскопия флюидных включений. Всего в работе использовано 452 анализов ФВ, в том числе 110 термометрических, 100 криометрических, 132 волюмометрических исследований, а также 110 результатов атомно-эмиссионной спектроскопии с лазерным вскрытием включений.

Методы исследования. Общий химический анализ пород был проведен в ГИН СО РАН, г. Улан-Удэ (аналитики Г.И. Булдаева, В.А. Иванова, И.В. Боржонова, И.В. Варламова, A.A. Цыренова), содержания Si02, ТЮ2, А1203, Р205 определялись фотометрическим методом; СаО, MgO, MnO, Fe203 -

атомно-абсорбционным; FeO, С02 - титриметрическим; S -гравиметрическим; F - потенциометрическим; Na20, К20 - пламенно-фотометрическим. Анализы проведены на атомно-абсорбционном спектрофотометре AAS-IN, спектрофотометре СФ-46, иономере И-120.

Содержания элементов примесей в породах Be, Li, Rb, Cs, Ba, Sr, Cr, Co, Ni, V, Pb, Zn определялись рентгено-флюоресцентным (ГИН CO РАН, аналитик Б.Ж. Жалсараев), а также атомно-абсорбционным и пламенно-фотометрическим методами (Э.М Татьянкина).

Электронно-зондорый микроанализ (ЕРМА) минералов проведен Н.С. Кармановым и C.B. Канакиным (ГИН СО РАН, г.Улан-Удэ) на автоматизированном ими анализаторе МАР-3 Красногорского механического завода, работающем под управлением программы MARSHELL, и с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM EDS) на установке LEO 1430 VP с энерго-дисперсионным спектрометром INCA energy 300.

Для оценки концентрации рудных элементов, в том числе Be, в палеорастворах использован метод атомно-эмиссионной спектроскопии флюидных включений, вскрываемых лазером (АЭС-ЛВ), разработанный Ю.М. Ишковым и Ф.Г. Рейфом (Ишков, Рейф, 1990; Reyf, 1997). Подбор и подготовку флюидных включений к анализу выполнила Л.Б. Дамдинова, их спектроскопию провел Ю.М. Ишков на адаптированном для этих целей анализаторе LMA-10 (ГИН СО РАН).

Состав газовой фазы в части флюидных включений определялся А.П. Шебаниным (ОИГГМ СО РАН, г. Новосибирск) на одноканальном КР-спектрометре J OB IN YVON с газовым (аргоновым) лазером.

Для термометрического изучения флюидных включений использована термокамера с силитовым нагревателем в комплекте с микроскопом МБИ-6, милливольтметром В7-40, водяным охлаждением объектива, Pt/PtRh термопарой, откалиброванной по синтетическим включениям, синтезированным при известных Р, Т-парметрах, а также по точкам плавления серы и семи химически чистых солей и металлов. Отклонение градуировочной кривой от экспериментальных точек не превышает 4-5 °С.

Криометрические исследования проводились с помощью криокамеры, медь-константановая термопара которой откалибрована по точкам гомогенизации СО: во включениях, предварительно изученных в водяной среде с ртутным термометром (точность ±0.2 °С), точкам плавления эвтектики водных растворов пяти химически чистых солей и тройной точке С02 во включениях известного состава.

Приблизительная оценка содержания солей во включениях (экв. NaCl), плотности, давления рассчитывалась с помощью программы FLINCOR (Brown, 1989) по уравнениям Bowers & Helgeson для системы Н20-С02-NaCl и Brown & Lamb для системы H20-NaCl.

Научная новизна результатов.

• В рудах месторождения впервые идентифицированы магнезиальные А1-дефицитные слюды тайниолит и "сподиофиллит", обоснована возможность их использования в качестве индикаторов повышенной щелочности растворов.

• Впервые установлено, что разные рудные тела Ермаковского месторождения формировались Ве-носными растворами, различающимися кислотностью-щелочностью и содержанием С02.

• Показана широкая распространенность практически безрудных гидротермальных пород, образованных высокометаллоносными растворами.

• На основе микроанализа флюидных включений создана сводка данных о концентрации Ве в гидротермальных рудообразуюших растворах, восполняющая дефицит такой информации в научной литературе.

• Дана оценка эффективности осаждения Ве из растворов в зависимости от ряда физико-химических параметров (Т, Р, рН. СР, Ссог) и способа минералоотложения (замещение/выполнение).

Практическая значимость работы. Выявленные геологические и физико-химические закономерности формирования Г-Ве руд могут быть использованы при поисках и оценке оруденения подобного типа. В частности, важную роль в прогнозной опенке Ве оруденения могут сыграть наши данные о том, что при алюмосиликатном составе вмещающих пород минерализованные метасоматиты должны обладать низким содержанием ВеО, а богатые руды могут формироваться только путем выполнения флюидопроводящих каналов, преимущественно при околонейтральном характере растворов. Минеральным индикатором высокой щелочности могут служить А1-дефицитные магнезиальные слюды тайниолит и сподиофиллит. ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ:

1) Изученные рудные зоны существенно различаются составом минеральных ассоциаций выполнения в которых, независимо от химизма вмещающих пород, доминируют:

либо Флр и Фнк или Брт, (2-4% Ве, зона I), либо КПШ (0.05-0.09% Ве, зона II), чибо Флр и Кв (<0 01% Ве, зона XII).

Это свидетельствует о разнообразии растворов, формировавших месторождение.

2) Выделенные типы руд формировапись в сходных температурных (70-380"С) и барических условиях (150-70 МП а) слабосолеными (2-13.7 мае % же. ИаС1) Р-носными Ве-содержащими растворами, которые различались щелочностью и соОержанием СО?

3) Несмотря на различия в кислотности-щелочности и содержании СОъ растворы, поступавшие к месту рудоотложения в пределах I, II и XII

рудных зон обладали высокой (бо 2-7 гУкг раствора) концентрацией Be. Это не противоречит имеющимся прогнозным оценкам растворимости фторидных и фтор-карбонатных комплексов Be при условии, что активность F в растворах L1-L3 была не ниже 0.3 моля/кг Н70.

4) Отложение Be в условиях флюидодоминирующего и порододоминирующего резюимов определялось разными факторами: во флюидопроводящих трещинах Be осаждался из щелочных и околонейтральных растворов в результате уменьшения растворимости фторокомплексов с понижением температуры, а при образовании метасоматических апокарбонатных руд - в результате разрушения фторокомплексов Be из-за снижения активности F. Осаждение небольшого количества Be в поровых растворах алюмосиликатных пород вызывалось понижением температуры.

Апробация работы и публикации. Отдельные положения данной работы докладывались и обсуждались на конференциях и совещаниях:

• Молодежная конференция «Строение литосферы и геодинамика». Иркутск: ИЗК СО РАН, 2001 г..

• X Международная конференция по термобарогеохимии. Александров: ВНИИСИМС, 2001 г.

• Всероссийская научная конференция, посвященная 10-летию Российского фонда фундаментальных исследований. Иркутск: ИЗК СО РАН, 2002 г..

• Metallogeny of the pacific northwest: Tectonics, magmatism and metallogeny of active continental margins. Proceedings of the interim IAGOD conference. Владивосток, 2004 г.

• European Current Research on Fluid Inclusions (E.C.R.O.F.I XVIII). Siena, Italy, 2005 r.

• Ежегодные научные сессии ГИН СО РАН, 2001, 2002, 2004, 2005 г., Улан-Удэ.

По теме диссертации опубликованы две статьи в реферируемых журналах ("Геология и геофизика" и "Геология рудных месторождений") две статьи в российских сборниках, а также 8 тезисов докладов.

Объем и структура диссертации. Объем работы 150 страниц. Диссертация состоит из шести глав, введения, заключения, списка литературы В работе приведены 15 таблиц, 30 рисунков. В списке литературы 72 источника.

флюидных включений и выражает свою признательность H С. Карманову, C.B. Канакину и Г.Н. Загузину за проведение электронно-зондовых анализов минералов, А.П. Шебанину (ОИГГМ) за KP-спектроскопию флюидных включений, А.М. Огурцову за рентгеноструктурный анализ, а также Л.И. Рейф за полезные советы и помощь в оформлении работы. Аналитические работы выполняли Э.М. Татьянкина, A.A. Цыренова, Б.Ж. Жалсараев, В.А. Иванова, ИВ. Боржонова, Г.И. Булдаева, И.В. Варламова и другие сотрудники лабораторий ФМА и ХСМА Геологического института СО РАН. Шлифы и пластинки изготовлены Л.М. Воробьевым, Н.М. Ковалык и Н.Ф. Паданиной. Всем перечисленным коллегам автор весьма благодарен. Кроме того, автор признателен Г.С. Риппу за критические замечания, высказанные во время предварительного рассмотрения диссертации.

Глава 1. Основные проблемы образования месторождений Ве и их современное состояние

В первой главе содержится обзор основных проблем образования месторождений Ве и их современного состояния. Многочисленными исследованиями предшественников установлены основные типы месторождений Ве, особенности их геологического строения и вещественного состава, ресурсная значимость и закономерности размещения. Экспериментами и термодинамическими расчетами выявлены многочисленные факторы, способные повлиять на эффективность концентрирования Ве в магматическом и гидротермальном процессах. Однако определить роль каждого из них в природном рудообразовании можно только в результате целенаправленного изучения реапьных месторождений. Кроме того, показано, что наиболее дефицитной является информация о составе и металлоносности рудообразующих растворов Ве месторождений.

Глава 2. Геологическое строение месторождения

Ермаковское флюорит-фенакит-бертрандитовое месторождение находится в Западном Забайкалье, в юго-восточной части Бурятии, в 140 км восточнее г. Улан-Удэ. Геологическое строение месторождения, состав руд и их генезис изучались многими исследователями. Наиболее полные сведения о месторождении представлены в производственных отчетах и в публикациях А.И. Гинзбурга и др. (1969, 1975, 1977), В.И. Гальченко и др. (1968), Я.А. Косалса и др. (1978), Н.П. Заболотной (1974), М.И. Новиковой и др. (1975, 1994). В более поздних работах детально охарактеризованы: последовательность образования интрузивных пород рудного поля (Рейф,

Ишков, 1999; Лыхин и др.. 2001); условия кристаллизации и дегазации штока эгириновых гранитов и состав магматических флюидов (Рейф и др., 2003, 2005; Яеу^ 2004); особенности строения прожилковых Ве руд и металлоносность рудообразующих растворов (Стельмачонок и др., 2001; Дамдинова и др., 2004,2005).

Месторождение локализовано в метаморфизованных карбонатно-терригенных отложениях условно рифей-палеозойского возраста, слагающих сравнительно большой (10-12 км ) провес кровли в поле преобладающего распространения палеозойских гранитоидов, в прибортовой части мезозойской Кижингинской впадины, выполненной мезозойскими осадочно-вулканогенными отложениями (Гинзбург и др., 1965).

Породы, непосредственно вмещающие оруденение, представлены осадочной толщей, в ядре которой обнажаются песчаники и кристаллические сланцы, а в крыльях - доломиты. На месторождении, в главном карьере, достигающем глубины 90 м, в основном вскрыты кристаллические сланцы и известняки средней части толщи.

Формирование интрузивных пород, развитых в районе Ермаковского месторождения, происходило в два этапа (Новикова и др., 1994, Рейф и др., 1999): домезозойский, охватывающий значительный временной интервал от позднего протерозоя до палеозоя включительно, и мезозойский. На участке месторождения домезозойские интрузивные породы представлены двумя группами пород: габброидами и гранитоидами. Габбро и габбро-диориты являются наиболее ранними магматическими породами и образуют согласное межпластовое тело, приуроченное к ядерной части синклинальной складки Апофизы домезозойских гранитоидов слагают межпластовые и секущие тела, по составу отвечающие биотитовым гранитам, реже лейкократовым плагиогранитам и роговообманково-биотитовым гранодиоритам.

Мезозойские интрузии представлены комплексом дорудных даек субщелочных пород среднего - кислого состава и штокообразным телом синрудных эгириновых гранитов. Последние являются производными щелочногранитной магмы, т.к. повсеместно содержат эгирин.

В восточной части месторождения граниты выходят на поверхность в виде небольшого (0.2 км2) сложного по форме тела, сопровождающегося многочисленными апофизами. По данным бурения, на глубине 100-150 м граниты образуют вытянутый в северо-восточном направлении массив протяженностью 1000-1200 м при ширине 300-400 м (Новикова и др., 1994). Массив в основном сложен порфировидными лейкократовыми гранитами. На контакте с вмещающими породами и в маломощных апофизах породы представлены мелко-среднезернистыми афировыми гранитами.

Радиологические датировки, полученные ЯЬ-вг и и-РЬ методами для даек (1), лейкогранитов штока (2) и слюдистых метасоматитов (3), практически совпадают: (1) - 225 ± 5 Ма; (2) - 224 ± 1 Ма; (3) - 224 ± 1 Ма (Лыхин и др., 2001).

Глава 3. Особенности минеральных ассоциаций, возникших путем выполнения флюидопроводяших каналов и метасоматического замещения пород разного состава

Главными промышленными зонами месторождения являются I и II рудные зоны, остальные (V, XII, XVIII, XIX) имеют второстепенное значение). Нами изучены руды замещения (ассоциации замещения - АЗ) и жилы выполнения (ассоциации выполнения -АВ) в трех рудных зонах месторождения (1, II и XII).

I рудная зона содержит более 65% запасов Ве. Основная масса руд этой зоны представлена массивными апокарбонатными бертрандит-фенакит-флюоритовыми метасоматитами. Вторая по промышленной значимости зона И. в основном уже отработанная, в отличие от массивных руд 1 рудной зоны представлена преимущественно жильным выполнением крупнообломочной брекчии. XII рудная зона сложена флюорит-кварцевыми агрегатами, практически лишенными бериллиевых минералов.

В пределах трех изученных зон нами выделены 3 типа жил выполнения:

1) фенакит-микрокпин-флюоритовые (I рудная зона)

2) микроклиновые (II рудная зона)

3) кварц-флюоритовые (XII рудная зона).

Все рудные зоны имеют свои особенности, которые наиболее четко проявляются в вышеперечисленных прожилках выполнения. Чтобы определить состав и свойства растворов, сформировавших каждую рудную зону, основной упор был сделан на изучение прожилков, поскольку их состав наименее всего зависел от химизма вмещающих пород.

Основное отличие прожилков 1 типа заключается в том, что они состоят из рудной минеральной ассоциации богатой Флр и Фнк (табл. 1). Метасоматические оторочки, образованные по сланцам, не содержат фенакит, а оторочки, образованные по известнякам, богаты Флр и Фнк (табл. 1), из чего следует, что они образованы растворами, содержащими повышенные концентрации Р и Ве в дополнение к К, >1а, А1 и Бь Для этих прожилков характерна стабильность ПШ и отсутствие слюд.

Прожилки 2 типа практически полностью состоят из КГ1Ш и Аб (табл. I), Фнк в них очень редок. Оторочки, образованные по сланцам, также безрудны, тогда как оторочки в известняках богаты Флр и Фнк, из чего следует, что они образованы растворами, содержащими повышенные

концентрации Р и Ве, а также К, А1 и 81. Другой особенностью этих прожилков и оторочек около них является то, что они содержат богатые и Б!, бедные А1 ^-содержащие слюды "сподиофиллит" и тайниолит (табл. 1) и менее частые эгирин и арфведсонит, которые никогда не встречаются в прожилках 1 и 3

Прожилки 3 типа почти полностью состоят из кварца и флюорита в переменных соотношениях, реже отмечаются микроклин, кальцит и апатит, минералы Ве в них не обнаружены.

Выявленные особенности минерального состава прожилков дают возможность приблизительно оценить кислотность растворов, сформировавших их. Отсутствие в прожилках 1 типа и оторочках около них как щелочных темноцветных минералов, так и признаков мусковитизации микроклина, может говорить о том, что рудообразующие растворы (Ы), были скорее околонейтральными, чем щелочными или кислыми.

Таблица 1. Минеральные парагенезисы прожилков и диффузионно-метасоматических оторочек____

Вмещ-е породы Мош см Среднее содержание минералов, об %

П РЬк КЛ Р1 Оо1 Са1 \р ом в< •111 ГпТ ¡ро Ле Ру

"ланец неизм 25 44 1 10 20

Сланец (зона из».) 0.5 1 • ■Щ-- ю % ■щ» 9 «у' т

Трожилки I 2-20 50 20 15 10 1-3 I 3

Изв-к (зона изм) 1-3 40 3 5 5 40 2 5

1зв-к неизм 1 1 95 1 2

И |в-к (зона изм ) 1-10 50 4 15 10 9 1 10 1

Трожнлки И 0.5 3 1 80 5 5 2 -1 1 1 1

Сланец (тона ичн ) 0.4 " 3 75 Т* ' З ; 'Ш

Примечание. Здесь и далее: РЬк - фенакит, Р1 - флюорит, К^б - калиевый полевой шпат, Са! - кальцит, Оо1 - доломит, Апк - анкерит, АЬ - альбит, Ру - пирит, 01г - кварц, Ар - апатит, Бро - сподиофиллит (КУ0 3М& 5^3 5А10 5О10](Р,ОН)2), Тп1 - тайниолит (КиМь[8иО,о](Р,ОН)2).

Поскольку в прожилках 2 типа обнаружены слюды Тнл и "Спо", которые вообще характерны для шелочных пород, можно предполагать, что растворы (Ь2), из которых кристаллизовались эти слюды, обладали повышенной щелочностью. С этим согласуется и то, что наряду с ними встречаются ^-щелочные пироксен (эгирин) и амфибол (арфведсонит). Подобные минералы в рудах I зоны отсутствуют, так же как и признаки мусковитизации микроклина, происходящей даже в слабокислых растворах

(Зарайский, 1989; Barnes, 1979). Это дает основание считать, что в отличие от околонейтральных L1, растворы L2, обладали повышенной щелочностью.

Для минерализации 3 типа характерно проявление окварцевания, которое типично для процессов кислотного выщелачивания; кроме того участками отмечается замещение микроклина слюдой - фенгитом. На основании этого можно предполагать, что растворы (L3), сформировавшие ХИ рудную зону, вероятнее всего имели повышенную кислотность по сравнению с околонейтральными растворами I рудной зоны (L1) и растворами повышенной щелочности II рудной зоны (L2).

Эти данные явились основанием для 1 защищаемого положения: Изученные рудные зоны существенно различаются составом минеральных ассоциаций выполнения, в которых, независимо от химизма вмещающих пород, доминируют: либо Флр и Фнк или Брт, (2-4% Be, зона I), либо КПШ (0.05-0.09% Be, зона II), либо Флр и Кв (<0.01% Be, зона XII).

Это свидетельствует о разнообразии растворов, формировавших месторождение.

Глава 4. Включения минералообразующих растворов

На основании минералогических наблюдений выяснилось, что растворы, сформировавшие 3 типа минерализации, были обогащены F и содержали щелочи, А1 и Si. Более подробные сведения о составе растворов получены с помощью изучения флюидных включений (ФВ), которые присутствуют почти во всех минералах рассматриваемых типов руд, но только во флюорите и очень редко в фенаките размеры ФВ достаточны для инсгрументального изучения.

4.1. Фенакит-микрокпин-флюоритовый тип

Для прожилков 1 типа доминирующими являются включения гомогенного захвата. Более распространены первичные одиночные включения тип ФВ-А (рис. 1, а), которые кроме водного раствора (Ж,), содержат газовый пузырь (Гу), обычно с пленкой жидкой СОг (Жу), и дочерний кристаллик, идентифицированный методом КР-спектроскопии как кальцит. Реже отмечаются ФВ без видимой жидкой С02 (рис. 1, Ь). Небольшой дочерний кристаллик кальцита является обычным во всех первичных включениях гомогенного захвата и не растворяется при температуре растворения пузыря. Кроме того, во флюорите присутствуют включения, представленные двумя разновидностями: существенно водные ФВ-Б1 (рис. 1, с) и существенно углекислотные ФВ-Б2 (рис. 1, d).

Рис. 1. Флюидные включения в зернах флюорита из фенакит-микроклин-флюоритовых прожилков, а, Ь - включения гомогенного захвата; с, с! - включения гетерогенного захвата.

Обычно они имеют очень маленькие размеры (до 10 мкм). ФВ этих двух подтипов, по-видимому, содержат несмесимые фазы гетерогенного флюида в чистом виде и характеризуют редкие эпизоды гетерогенизации (вскипания) минералообразующей среды. В таблице 2 даны их термометрические характеристики.

Таблица 2 Обобщенные результаты термометрии и спектроскопии ФВ

Группа ФВ Температура, °С Состав ФВ, мас.% Давление, МПа

Т 1 ЭВ1 Г.,Тг(*) со2 3KB.NaCl Be

А ~2 1.5 . -27 0 150-300 4.1-18.1 4 7-10.8 0.040.30

Б1 -24.3 250-290* 2.8-10.6 8.0—13.7 ; 61-70

Б2 - - 71.8-87.9 1

Примечание. Составы включений и давление для ФВ гетерогенного захвата рассчитаны с помощью программы FLINCOR (Brown, 1989) по уравнениям Bowers & Helgeson для системы H20-C02-NaCl и Brown & Lamb для системы H20-NciCI Здесь и далее Тчг - температура частичной гомогенизации (растворения газовой фазы).

4.2. Микроклиновый тип

Поскольку размеры ФВ в микроклине, доминирующем минерале микроклиновых прожилков, очень малы, а во встречающемся в них флюорите очень редки, практически все ФВ, изученные термометрически, подобраны во флюорите дифф^зионно-метасоматических оторочек, образованных по известнякам. В них преобладают зерна флюорита, содержащие включения растворов Ь2 гомогенного захвата (рис.2, а. Ь). Среди этих включений условно можно выделить 2 разновидности- с крупной (ФВ-В) и небольшой (ФВ-Г) газовой фазой. Кристаллик кальцита характерен для ФВ из оторочки около прожилков 2 типа (рис.2, а), для ФВ из самих прожилков он не характерен (рис.2, Ь).

Рис. 2. Флюидные включения в зернах флюорита из микроклиновы х прожилков и оторочек около них.

а, Ь - включения

гомогенного

захвата;

с, 6- включения

гетерогенного

захвата.

В некоторых околопрожилковых оторочках встречаются зерна флюорита с отчетливыми цветовыми зонами роста, к которым приурочены сингенетичные включения гетерогенного захвата двух типов (ФВ-Д1 и Д2). существенно водные (рис. 2, с) и существенно газовые (рис. 2 d). Наличие этих включений свидетельствует об эпизодическом вскипании растворов (L2). Основным отличием этих ФВ от включений из прожилков 1 типа является отсутствие жидкой С02. В таблице 3 приведены термометрические характеристики этих включений.

Таблица 3. Обобщенные результаты термометрии и спектроскопии ФВ из флюорита микроклиновых прожилков и оторочек около них

Группа ФВ Температура, °С Состав ФВ, мас.% Давление, МПа

^эвт Т 1 чг С02 экв-NaCl Be

В -35.9 200-360 н.п.о. 10.7-11.1 0.001-0.009

Г -35.6...-36.6 70-90 н.п.о. 9.7-10.0

Д1 -29.3...-31.0 J 180-240 н.п.о. 7.1-8.8 10-27

Д2 - - н.п.о. -

Примечание. Составы включений и давление для ФВ гетерогенного захвата рассчитаны с помощью программы FLINCOR (Brown P.E., 1989) по уравнению Brown & Lamb для системы H20-NaCl. Н.п.о. - ниже предела обнаружения методом криометрии.

4.3. Кварц-флюоритовый тип

Хотя XII рудная зона помимо флюорита богата кварцем, все изученные ФВ находятся во флюорите, т.к. зерна кварца содержат мелкие ФВ, не пригодные для изучения. На контакте с известняками более широко распространены ФВ, содержащие пузырь с каемкой Жу (ФВ-Е) и кристаллик кальцита (Рис. 3, а).

Во флюорите кварц-флюоритовых прожилков ФВ (ФВ—Ж1) обычно содержат водный раствор, газовый пузырь без Жу и лишены дочерних кристалликов (рис. 3, Ь). Включения с последними редки. В таблице 4 приведены термометрические характеристики этих ФВ.

Рис. 3. Флюидные включения в зернах флюорита:

а - включения с Жу на контакте с известняками; Ь - включения из Кв-Флр прожилков.

Таблица 4 Обобщенные результаты термометрии и спектроскопии ФВ из флюорита кварц-флюоритового типа минерализации (XII рудная зона)_______

!Груп j Температура, °С Состав ФВ

' па ; 7",вт | ^чг ; фв j ! СО,, мас.% 3KB.NaCI, мас.% Be, г/кг

! Е j -29...-32.8 j 300-340 1.8-4.54 2-5.3 0.11-1.02

' Fl | -30.5.. -34 1 280-380 н.п.о. 11.5-12.5 1.3-3.5

Примечание. Составы включений рассчитаны с помощью программы FLi'NCOR (Brown, ¡989) по уравнениям Bowers & Helgesor, для системы Н20-CO^-NaCI и Brown & Lamb для системы H20-NaCI. Н.п.о. - ниже предела обнаружения.

4.4. Сопоставление свойств растворов трех рудных зон

На рис. 4 показаны температуры растворения газового пузыря (7^,) в первичных включениях растворов L1-L3, но только для ФВ, содержащиъ L3 эти значения соошетствуют температурам полной гомогенизации (Тг),

Са1

<т

♦ ♦ ♦♦«♦ ♦♦ ♦'

* ♦♦ ♦ «♦ ♦ ♦

♦ #«» * * ♦

100 яр -250 300, 350 ^00

Температура растворения пузыря; ¡*Ь

Рис. 4.

Интервалы температур растворения газовой фазы для флюидных включений из флюорита трех типов

минерализации.

которые меньше или равны температуре образования (Гобр). Для включений растворов Ы и Ь2. в которых после растворения газового пузыря еще остается дочерний кристаллик кальцита, Г,,, < Тг на некоторую величину, оставшуюся неизвестной из-за декрепитации включений при Т > Гцг- Это позволяет считать, что в первом приближении прожилковая минерализация всех трех типов формировалась в сходных температурных условиях, в интервале около 400-150 °С.

Темпертуры эвтектики (Гэвт) растворов Ы-ЬЗ заметно различаются (рис. 5), но эти различия, скорее всего, обусловлены присутствием

второстепенных солевых компонентов с низкой температурой бинарной эвтектики Обшая (суммарная) концентрация легкорастворимых солей в растворе включений оценивалась по температуре плавления льда в предположении, что раствор соответствует системе H20-NaCI, и поэтому выражена в мае % эквивалента NaCl Выявленные различия в общей солености растворов (L1-L3) (рис. 6) вряд ли можно признать существенными._____

Рис. 5.

Интервалы температур эвтектики для растворов (Ы,Ь2,ЬЗ), сформировавших три типа

минерализации.

I С02

| HaCI equm

Рис. 6.

Содержание С02 и NaCl в растворах трех типов Ll, L2 и L3.

В отношении содержания С02 различия между растворами Ы-ЬЗ выявляются даже при визуально-микроскопическом изучении ФВ. Растворы Ы являются наиболее богатыми по содержанию С02, которая отчетливо проявляется в виде широкой каемки Жу вокруг газового пузыря. В растворах Ь2 жидкая С02 не обнаружена ни криометрически, ни с помощью КР-

спектроскопии. В L3 в ФВ из прожилков визуально и методом криометрии С02 не обнаружена, тогда как в некоторых ФВ на контакте с известняками отмечаются каемки С02.

Но даже при отсутствии различимой (при 20 °С) жидкой СОг во включениях растворов LI и L3, ее наличие выявляется криометрически, по образованию клатратов ("кристаллов газо-гидрата). растворение которых обычно происходит в интервале от 5 до 9 °С.

На основании результатов, изложенных в этой главе выдвигается 2 защищаемое положение:

Выделенные типы руд формировались в сходных температурных (70-380°С) и барических условиях (150-70 МПа) слабосолеными (2-13.7 мае. % экв. NaCl) F-носными Ве-содержащими растворами, которые различались щелочностью и содержанием С02.

Глава 5. Бериллиеносность рудообразуюших растворов.

Результаты определения концентрации Ве во включениях рудообразуюших растворов I, II и XII рудных зон месторождения обобщены на рис 7 Выделенные на нем группы данных, характеризуют растворы, формировавшие минеральные ассоциации прожилков выполнения (AB) и ассоциации замещения: диффузионно-метасоматического (АЗ-1, околожильные оторочки) и инфильтрационно-метасоматического (АЗ-2, "массивные" руды) Интерпретация этих данных требует учета следующих обстоятельств.

В процессе формирования ассоциаций замещения, до установления равновесного состояния в отдельных точках системы, исходный состав эндогенных растворов существенно изменяется. Определить степень этого изменения во время кристаллизации конкретного минерального зерна практически невозможно, поэтому однозначная интерпретация результатов анализа флюидных включений из A3 весьма затрулнитечьна.

В то же время независимость состава прожилков выполнения от литологии вмещающих пород предполагает, что флюидные включения из минеральных ассоциаций выполнения (AB) несут наименее искаженную информацию о растворах, транспортировавших по трещинам Ве из магматического источника к зоне рудоотложения. Поскольку в флюорит-квариевых прожилках XII рудной зоны минералы Ве не обнаружены, анализы ФВ из этих прожилков отражают концентрацию Ве в растворах L3, не насыщенных в отношении фенакита и бертрандита (рис. 7, зона XII, AB).

Рис. 7. Концентрация Ве в растворах, законсервированных в флюорите из минеральных ассоциаций выполнения (АВ, черные точки) и ассоциаций замещения (АЗ-1 - диффузионно-метасоматического; АЗ-2 -инфильтрационно-метасоматического).

!. И, XII - номера рудных зон; штрихи - пределы обнаружения Ве, рассчитанные для ФВ, в спектре которых линии Ве не обнаружены.

Прожилки выполнения I рудной зоны богаты фенакитом, но все проанализированные ФВ находятся в флюорите, который начинал отлагаться раньше фенакита, а завершал позже. На это указывают минералого-петрографические наблюдения и широкий диапазон температур частичной

гомогенизации ФВ (рис 4). Следовательно, в разных зернах флюорита из этих прожилков могли консервироваться растворы как не насыщенные в отношении фенакита, так и равновесные с ним (насыщенные), а также отложившие практически весь содержавшийся в них Ве ("отработанные"). По всей видимости, максимальные значения Сее = 2-4 г/кг (рис 7, зона I, АВ) характеризуют ненасыщенные растворы, а минимальные (<<1г/кг) -"отработанные".

Включения в редко встречающемся флюорите из прожилков выполнения II рудной зоны проанализировать не удалось из-за их малочисленности и малых размеров. Поэтому оценить концентрацию Ве в растворах, не испытавших интенсивного взаимодействия с боковыми породами, можно только косвенным образом, опираясь на результаты анализа ФВ в флюорите из околопрожилковых диффузионно-

метасоматических оторочек в известняках (АЗ-1 на рис 7). Лишь в одном из таких ФВ концентрация Be (Све) достигает 2 г'кг, тогда как во всех остальных СВе < 0 1 г'кг. В то же время для ФВ из инфильтрационно -метасоматических руд И рудной зоны (АЗ-2) характерны более высокие содержания Be - до 6 г/кг. С учетом этого мы предполагаем, что если растворы L2 и отличались от L1 и L3 более низким содержанием Be, то различия не превышали одного порядка

Таким образом, несмотря на выявленные различия в кислотности- *

щелочности и содержании С02. растворы I и XII рудных зон (L1 и L3, соответственно) на пути к месту рудоотложения имели сходную концентрацию Be, превышающую 2 г/кг раствора, а для щелочных растворов 4

L2, возможно, характерны более низкие значения С3е. Вопрос о соответствии этих эмпирических данных результатам прогнозной оценки растворимости комплексных соединений Be, основанной на экспериментах и термодинамических расчетах, заслуживает более подробного обсуждения.

Стабильность отдельных водно-растворимых соединений Be экспериментально изучалась многими исследователями (Беус и др . 1963; Соболева и др, 1977, 1984, Сальч>к и др.. 1980, Козьменко и др., 1988. Barton, 1986; Renders et ai., 1987 и др.) Однако наиболее полное современное исследование этого вопроса выполнено С Вудом, который на основании имеющихся экспериментальных данных и собственных термодинамических расчетов оценил растворимость комплексных соединений Be с большим количеством лигандов в широком диапазоне значений рН, активностей F" и СО-,2 (Wood, 1992). По его данным, растворимость хлоридных, гидроксидных, карбонатных и сульфатных комплексов Be в гидротермальных растворах не превышает одной части на миллион (0.000п%). так что их роль в рудообразовании пренебрежимо мала. Поэтому на демонстрируемой диаграмме (оис 8) показаны только фторидные и фторкарбонатиые комплексы Be.

Две вертикальные колонки на диаграмме (рис. 8) соответствуют растворам с высокой (затененная) и низкой активностью F~. В первом приближении можно принять, что затемненная колонка (секторы b и d диаграммы) отражает растворимость комплексов б растворах L1-L3 вне зоны их взаимодействия с карбонатными породами, тогда как левая колонка (секторы а и с) характеризует малофтористые растворы независимо от того, обладали они низкой активностью F" изначально или а¥~ понизилась в результате связывания F в труднорастворимый флюорит при реакции высокофтористых растворов с известняками Верхняя (секторы а и Ь) и нижняя (секторы с и (1) половины диаграммы характеризуют растворимость (стабильность-) комплексов Be при низкой (Ю-4 т) и высокой (10"' ш) активности иона СОз2~, зависящей от содержания СО? в растворах Как

ЕГ=10'3т 2Г=101т

Рис. 8.

равновесном активности Р

Комплекс Мод.ьес Доля Вс № точки 1-9 а Конц. комал, г/кг р-ра Конц. Ве, ррш

ВеСО,Г г

88 0 102 1 -6 78 0 0000 0 001

88 0.102 2 -3 95 0 0099 1 007

88 0.102 9 -4 95 0 0010 0.101

88 0.102 7 -2.20 0 5552 56.635

88 0 102 5 -6.27 0.0000 0.005

ВеР)" 66 0.136 3 -4.53 0.0019 0.265

66 0 136 10 -5.34 0.0003 0 041

66 0.136 8 -3 67 0 0141 1.919

66 0.136 6 -З.Х0 00105 1.423

ВеР/- 85 0.106 4 -5.48 0.0003 0.030

85 0 106 10 -5.34 0.0004 0041

85 0.106 8 -3.67 0.0182 1.926

85 0 106 6 -3.80 0.0135 1.428

с фенакитом и кварцем и СОз2" (Wood, 1992).

растворе, при 300 °С в зависимости от

видим, мадофтористые растворы способны транспортировать Ве только в виде фторкарбонатных комплексов, однако их растворимость крайне низка даже при высокой активности СО-/'. В высокофтористых растворах растворимость Ве в основном обеспечивается фторокомплексами ВеР3~ и ВеР42~, а при высокой активности иона С032~ - фторкарбонатным комплексом ВеС03Г".

Очевидно также, что с увеличением кислотности и щелочности растворимость обсуждаемых комплексов резко уменьшается. Чтобы продемонстрировать влияние этого фактора, на диаграмме штриховыми линиями нанесены значения рН, примерно соответствующие нейтральной точке воды при 300 °С, а также щелочным (Ь2) и кислым (ЬЗ) растворам. Согласно диаграмме, при фиксированных параметрах Т = 300°С, а¥' = Ю-1 т, аСОъ' = 10"4 и 10~' ш, из- за разницы в рН растворимость Ве в околонейтральных растворах Ы должна быть максимальной (в основном за счет комплекса ВеС03Р), в щелочных растворах Ь2 - минимальный (вклад всех комплексов примерно одинаков), а в кислых растворах ЬЗ -промежуточный (б основном за счет комплекса ВеР3~). С учетом считанных с диаграммы значений концентраций комплексов в соответствующих точках (номера з кружках) они обеспечивают суммарное содержание Ве в растворах Ы около 60 ррт, зЬ2- 0.2 ррт, в ЬЗ - 0.3 ррт (таблица на рис. 8) или 0.06, 0.0002 и 0.0003 г/кг раствора.

Хотя автор обсуждаемой диаграммы допускает, что из-за неточности использованных термодинамических констант результаты расчетов могут иметь погрешность в пределах порядка величин (\Vood, 1992, р. 273), указанные выше оценки растворимости Ве в сотни-тысячи раз ниже максимальных концентраций Ве в растворах проанализированных ФВ (см. рис. 7). Следует, однако, принять во внимание, что использованная диаграмма основана на расчетах, выполненных для растворов с содержанием фтора 0.1 моль/кг Н20. Для более высокофтористых растворов выполнено всего несколько расчетов, но они, на наш взгляд, позволяют сгладить обсуждаемое противоречие (табл. 5).

Таблица 5. Влияние активности F на растворимость основных фторокомплексов Ве при 300 "С, по расчетным данным (Wood, 1992)._

Активность F", моль/кг Н20 Максимальная концентрация Ве, ррт (г/кг раствора), за счег комплексов:

BeF4J" BeF3" BeC03F~

0.100 2 (0.002) 2 (0.002) 89 (0.089)

0.316 1130(1.13) 280 (0.28) нет данных

Как видно из таблицы, с увеличением активности F от 0.1 до 0.3 моль/кг Н20, концентрация Be за счет резкого роста растворимости фторокомплексов, повышается в сотни-тысячи раз и вплотную приближается к результатам аналитического определения СВе в ФВ. Аналогичный, но более слабый (?) эффект ожидаем и в отношении фторкарбонатного комплекса BeCOjF', хотя для его количественной оценки расчетные данные отсутствуют. Тем не менее, вышеизложенное дает основание считать, что различия между растворами L1-L3 в содержании С02 (С032~) и рН влияли на концентрацию в них Be в гораздо меньшей степени, чем содержание F, которое, по-видимому, достигало значений 0.3-0.4 т.

Следует отметить, что несмотря на интенсивное развитие новейших методов анализа ФВ (Р1ХЕ, PIGE, SXRF, LA-ICP-MS), в соответствующей литературе отсутствуют аналитические оценки концентрации Be во включениях рудообразующих растворов месторождений этого элемента. Нет их и в последней сводке по Be (Beryllium, 2003), если не считать ссылки на результаты, полученные по Ермаковскому месторождению методом АЭС-JIB (см Barton, Young, 2003). Поэтому трудно судить, насколько полученные нами значения Све характерны для растворов других месторождений Be. Данные о содержании Be в гидротермах месторождений иного рудного профиля немногочисленны и также получены в ГИН СО РАН методом АЭС-ЛВ.

На основании изложенного в 5 главе выдвигается третье защищаемое положение:

Несмотря на различия в кислотности-щелочности и содержании С02, растворы, поступавшие к месту рудоотложения в пределах I, II и XII рудных зон обладали высокой (до 2-7 г/кг раствора) концентрацией Be. Это не противоречит имеющимся прогнозным оценкам растворимости фторидных и фтор-карбонатных комплексов Be при условии, что активность F в растворах L1-L3 была не ниже 0.3 моля/кг

н2о.

Глава 6. Факторы, влиявшие на эффективность осаждения Be из

растворов

Как было сказано выше, гидротермальное минералообразование на месторождении осуществлялось двумя способами: путем отложения во флюидопроводяших каналах и посредством метасоматического замещения пород разного состава. В первом случае, благодаря интенсивному притоку свежих растворов из источника, их состав оставался почти неизменным и

почти не зависел от литологии боковых пород (флюидодоминирующий режим - ФДР) Во втором, при недостаточно быстрой смене растворов, их состав существенно изменялся в результате взаимодействия с породами, игравшими роль химического буфера (порододоминирующий режим - ПДР). Хотя растворы всех изученных рудных зон имели высокую и примерно одинаковую концентрацию Ве, содержание фенакита и/или бертрандита в гидротермалитах, формировавшихся в условиях ФДР и ПДР (ассоциации выполнения и замещения), варьируют в широких пределах - содержание ВеО от 11.3 до 0.006%.

6. /. Гпавные факторы рудоотложения в условиях флюидодоминирующего режима

Устойчивость состава прожилков выполнения каждого рассматриваемого типа вне зависимости от литологии боковых пород предполагает, что эффективность осаждения Ве во флюидогтроводящих трещинах вызывалась изменением физико-химических параметров соответствующих растворов. Согласно полученным данным, наибольшие изменения в процессе формирования ассоциаций выполнения характерны для Р и Т (рис. 4, табл. 2, 3).

На флуктуации давления от > 100 до -30 МПа указывают признаки эпизодического вскипания растворов, сопровождаемого массовым выделением микрокристаллов, среди которых доминирует манганокальцит, встречается апатит, но ни разу не встречены фенакит или бертрандит. Это позволяет считать, что флуктуации давления не оказывали существенного влияния на эффективность осаждения Ве из растворов.

Для оценки влияния температурного фактора на эффективность осаждения Ве из растворов Ы-1Д различающихся щелочностью и содержанием С02, воспользуемся расчетными данными (У/ооб, 1992). Часть этих данных, представленных в графической форме для Т = 300 "С, подробно рассмотрена ранее (рис. 8) В данном случае для анализа потребуются диаграммы для разных температур Поскольку по термометрическим данным отложение минералов, в том числе и минералов Ве, для всех трех типов минерализации происходило при Т < 380 °С, на рис. 9 представлены расчетные данные для 300 и 200 °С.

б. 1.1. Околонейтральные растворы Ы (Iрудная зона)

Влияние температуры на растворимость Ве в высокофтористых растворах Ь1, обогащенных С02 демонстрируют секторы д н д.' диаграммы. Как видно на рис. 9, при околонейтральном значении рН и Т = 300 °С доминирующими являются фтор-карбонатные комплексы, которые обеспечивают практически максимальную растворимость Ве. При снижении

температуры до 200 °С растворимость этих комплексов падает почти на 2 порядка (сектор d, стрелка 1). Растворимость фторидных комплексов при 300 "С значительно ниже, чем фтор-карбонатных, и она еще более уменьшается с понижением температуры до 200 °С (стрелка 2). Следовательно, для эффективного осаждения Ве из растворов L1 достаточно их охлаждения всего на 100 "С.

6 12 Растворы повышенной щелочности L2 (II рудная зона)

Секторы диаграммы b и Ь' характеризуют высокофтористые растворы L2 обедненные ССЬ и, следовательно, С032'. В данном случае, в условиях повышенной щелочности (фиолетовый пунктир, рН = 7-8), растворимость фтор-карбонатных комплексов Ве значительно ниже (на 2 порядка), чем в предыдущем, (сектор Ь'). С понижением температуры до 200 °С их растворимость падает на 3 порядка (стрелка 3). Растворимость фторидных комплексов Ве при таких же условиях очень низка и практически не влияет на рудоносность растворов Таким образом, охлаждение растворов L2 тоже должно способствовать эффективному осаждению Ве.

б 1 3 Растворы повышенной кислотности L3 (XIIрудная зона)

Растворимость Ве в высокофтористых растворах L3, обедненных С02 и, следовательно, С032", также демонстрируется секторами b и Ь\ Как видно на рисунке 9. в условиях повышенной кислотности растворов (рН~4) при температуре 300 °С (сектор Ь') растворимость фтор-карбонатных комплексов Ве очень низка и при понижении температуры падает более чем на порядок (стрелка 4) Растворимость фторидных комплексов Ве при температуре 300 °С невысока, но при понижении температуры (сектор Ь) увеличивается в несколько раз (стрелка 5). Поэтому охлаждение кислых Ве-носных растворов не способствует осаждению этого элемента, что согласуется с почти полным отсутствием минералов Ве в ассоциациях выполнения XII рудной зоны.

-2 -4

-6 j

log a, I

' -4

-5 I

-9 1

lF=10'm r~ZF=10'm

ZF-101 m ; EF=10'm

! 200°C

!B1Lit

; F^l4 I

r 4И;:

tBefeo,f

:зоо°с

£ cF

BcCO.F

if ft B%Tri"

iBcj?;

BeCQ,E C'

BcOOjF

i юг:

HeC 0,F

-J-V

SCO,2

10 m

10'm

8 10 4 68 10 246 8 10 4

6 8 10

Рис. 9. Соотношение комплексных соединений Be в растворе, равновесном с фенакитом и кварцем при 200 и 300 °С в зависимости от активности F и С032 (Wood, 1992) Пунктир - примерные значения рН растворов: левый - повышенной кислотности, средний - околонейтральных, правый - повышенной щелочности Log а, - логарифм (активности) комплекса, моль/кг раствора.

Таким образом, охлаждение щелочных и околонейтральных Ве-носных растворов способствовало эффективному рудоотложению во флюидопроводящих каналах, но не вызывало осаждения Be из кислых растворов.

6.2. Главные факторы рудоотложения в условиях порододоминируюшего режима (ПДР)

Несмотря на то, что в условиях ПДР состав растворов существенно изменяется в результате взаимодействия с вмещающими породами, это не всегда сопровождается осаждением Be. Чтобы разобраться в причинах этого, мы изучали минеральные ассоциации замещения (A3) как в карбонатных (известняки), так и в алюмосиликатных (сланцы, сиениты) породах месторождения. По содержанию фенакита/бертрандита ассоциации замещения (A3), образованные по породам разного состава, существенно различаются и поэтому требуют отдельного рассмотрения

6 2 1 Карбонатные породы

Основная часть богатых Ве руд месторождения залегает в известняках и, по всей видимости, сформировалась за счет их инфильтрационно-метасоматического замещения высокофтористыми Ве-носными растворами. Околопрожилковые диффузионно-метасоматические оторочки I и II рудных зон, обогащенные минералами Ве, также образуются только в известняках. Аналогично, ассоциации замещения XII рудной зоны содержат минералы Ве именно на контакте с карбонатными породами. Считается, что при замещении известняков фторокомплексы Ве разрушаются из-за связывания Р с Са, вызывая осаждение минералов Ве.

Чтобы раскрыть суть и некоторые детали этого процесса, рассмотрим с помощью рис. 9 условия образования диффузионно-мегасоматических околопрожилковых оторочек в известняках. В данном случае речь идет о диффузионном массообмене между поровым раствором известняков, изначально равновесным с неизмененной породой, и высокофтористым Ве-носным флюидом, заполняющим трещину и постоянно обновляемым. рН эндогенных флюидов изученных рудных зон различна, а поровые растворы известняков, согласно расчетам, характеризуются околонейтральными значениями рН (Рыженко и др., 2000).

Для удобства рассмотрения примем, что по трещине фильтруются С02-содержащие растворы Ы (секторы <1 и сГ). Благодаря наличию градиента концентраций, многие компоненты Ы, в том числе Р и Ве, должны диффундировать в поровые растворы. При этом большая часть поступающего в них Р связывается в труднорастворимый флюорит, из-за чего активность И в поровых растворах остается стабильно низкой, за исключением тыловой зоны диффузионно-метасоматической колонки, когда кальцит в ней полностью замещается флюоритом.

Диффузия Ве в поровые растворы должна привести к появлению в них фтор-карбонатного комплекса ВеС03Р~, максимальная растворимость которого зависит от температуры (секторы с и с'). По достижении их предельной растворимости в поровом пространстве должно начаться осаждение Ве в виде фенакита или бертрандита. Для Т = 300 °С эту ситуацию отражают смежные секторы с' (поровый раствор) и сГ (Ы в трешине). Их сопоставление говорит о следующем.

Даже после насыщения поровых растворов в отношении ВеСОзР" и начала отложения из них фенакита, между взаимодействующими системами сохраняется значительный (около двух порядков величины) градиент концентрации этой частицы. Следовательно, фтор-карбонатный комплекс ВеС03Р" будет продолжать диффундировать в поровый раствор, а осаждение из него Ве будет продолжаться, пока поток Ы в трещине не иссякнет.

Поскольку в низкофтористых поровых растворах комплексы ВеР42- и ВеР3" не стабильны и, следовательно, разрушаются, градиент их концентраций между поровым и трещинным растворами весьма высок, что способствует постоянной диффузии этих частиц из флюидопроводящей трещины. Однако в силу низкой растворимости фторокомплексов ВеРз" и ВеР42" в эндогенном растворе вклад диффузионного потока этих частиц в общий баланс Ве, привнесенного при 300 °С в околопрожилковую оторочку, относительно невелик.

Рассмотрение этой же системы при Т = 200 °С (секторы с и с!) указывает на- уменьшение градиента концентраций как фтор-карбонатного, так и фторидных комплексов, те. на ослабление их диффузионного притока в поровые растворы. Таким образом, если с понижением температуры отложение минералов Ве во флюидопроводящей трещине усиливается, то в околотрещинных метасоматитах ослабевает.

Опуская детальное рассмотрение вариантов с растворами повышенной щелочности (Ь2) и кислотности (ЬЗ), укажем, что отмеченные тенденции в целом сохраняются, особенно цля фтор-карбонатного комплекса ВеС03Р. Растворимость фторидных комплексов Ве в Ь2 и в ЬЗ изначально находится на очень низком уровне (секторы <1 и сГ), за исключением растворов повышенной кислотности ЬЗ при Т = 200 °С. где их растворимость практически достигает максимума.

Таким образом, при ПДР взаимодействия высокофтористых Ве-носных растворов с известняками эффективность осаждения Ве высока даже в изотермических условиях. При понижении температуры отложение минералов Ве в околожильных метасоматитах ослабевает независимо от рН растворов.

6.2.2 Апюмосшикатные породы

В алюмосиликатных породах оклопрожилковые диффузионяо-метасоматические оторочки имеют небольшие мощности, максимум до 5 мм в сланцах, а в сиенитах они визуально не различаются. Вследствие редкой встречаемости Са-содержащих минералов в этих породах, доля флюорита в продуктах их метасоматического замещения мала, а содержание Р в других новообразованных минералах (количественно подчиненные слюды, апатит) не достигает 9 %. Из этого следует, что только небольшая часть диффундирующего в поровые растворы фтора поглощается минералами, не вызывая разрушения фторокомплексов Ве и ощутимого осаждения последнего. В итоге активность Р и комплексов Ве в поровых растворах устанавливается примерно на том же уровне, что и в растворах, фильтрующихся по трещинам (рис. 9, секторы Ь\ Ь или с!',с1, в зависимости от состава растворов) Снижение температуры должно вызывать отложение

минералов Ве из поровых растворов, однако из-за низкой пористости пород это вряд ли может привести к осаждению значительного количества Ве в зонах диффузионно-метасоматического и, вероятно, инфильтрационно-метасоматического замещения. Видимо, именно поэтому метасоматиты по алюмосиликатным породам практически безрудны, хотя и образованы Ве-носными растворами.

На основе изложенного выдвигается четвертое защищаемое положение:

Отложение Ве в условиях флюидодоминирующего и порододоминирукнцего режимов определялось разными факторами: во флюидопроводящих трещинах Ве осаждался из щелочных и околонейтральных растворов в результате уменьшения растворимости фторокомплексов с понижением температуры, а при образовании метасоматических апокарбонатных руд - в результате разрушения фторокомплексов Ве из-за снижения активности Р. Осаждение небольшого количества Ве в поровых растворах алюмосиликатнмх пород вызывалось понижением температуры.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Для выявления факторов, влиявших на эффективность переноса и отложения Ве из рудообразующих растворов Ермаковского Р-Ве месторождения, исследованы особенности строения и состава трех рудных зон, различающихся размерами существенно флюоритовых залежей и содержанием ВеО в них. В I рудной зоне заключено около 65% разведанных запасов руд месторождения с высоким (> 1 мас.%) содержанием ВеО. Ресурсы богатых руд II рудной зоны меньше, но она также имеет промышленное значение, тогда как Кв-Флр залежь XII рудной зоны отличается очень низким средним содержанием ВеО (-0.1 мас.%) и небольшими запасами. При этом исходили из того, что для выявления специфики растворов, транспортировавших рудное вещество из магматического источника к месту отложения наиболее пригодны прожилки выполнения, состав которых при пересечении контрастных по химизму пород (известняки, алюмосиликатные сланцы) остается неизменным. Минеральный состав этих прожилков и околопрожилковых диффузионно-метасоматических оторочек в литологически различных породах использован как источник информации о кислотности щелочности растворов и их макрокомпонентном составе. Концентрация солевых и рудных компонентов в растворах, минимальные и/или истинные температуры их консервации, определены посредством термометрии и микроанализа первичных флюидных включений.

Установлено, что изученные рудные зоны месторождения формировались высокофтористыми (не менее 0.6 мас.% Р) слабосолеными

растворами, которые различались кислотностью и содержанием СОг, но обладали близкой и относительно высокой концентрацией Ве, достигающей 5-8 г/кг раствора. Гидротермальное минералообразование в потоке этих растворов происходило двумя способами: путем метасоматического замещения пород и путем выполнения фяюидопроводящих каналов.

При метасоматическом замещении пород интенсивность осаждения Ве определялась литологическим фактором: в алюмосиликатной среде из растворов отлагалась только незначительная часть переносимого Ве, тогда как в карбонатной среде эффективность его осаждения была максимальной и практически не зависела от литологии боковых пород. Из кислых и щелочных растворов Ве на данном уровне почти не осаждался.

Раскрытие физико-химической сущности выявленных эмпирических закономерностей позволяет понять и прогнозировать особенности строения не только Ермаковского, но и других месторождений подобного типа.

Список опубликованных работ по теме диссертации: !. Дамдинова Л.Б., Рейф Ф.Г. Особенности формирования разнотипной прожилковой бериллиевой минерализации на Ермаковском Р-Ве месторождении (Западное Забайкалье) Ч Геология и геофизика. 2004. т.45. №8. С. 679-991.

2. Дамдинова Л.Б., Рейф Ф.Г. Тайниолит в рудах Ермаковского Р-Ве месторождения: закономерности распространения, условия формирования // Геология рудных месторождений. 2005. №2. С. 164-173.

3. Рейф Ф.Г., Дамдинова Л.Б., Ишков Ю.М., Карманов Н.С. Разная рудная специализация флюидных потоков, одновременно выделяемых единой гранитной интрузией // Прикладная геохимия. №7. Книга 2 - Генетические типы месторождений. М.: ИМГРЭ, 2005, с. 162-174.

4. Дамдинова Л.Б. Условия совместного переноса Са и Р при формировании фенакит-флюоритовой минерализации в алюмосиликатных породах Ермаковского Р-Ве месторождения // Тр. X Междунар. конфер. по термобарогеохимии. Александров, ВНИИСИМС, 2001, с. 262-272.

5. Дамдинова Л.Б., Рейф Ф.Г. Влияние С02, температуры и литологии на характер прожилковой фенакит-флюоритовой минерализации на Ермаковском фтор-бериллиевом месторождении // Геология, геохимия и геофизика: материалы Всероссийской научной конференции, посвященной 10-летию РФФИ. Иркутск, Институт земной коры СО РАН, 2002, с. 227-229.

6. Дамдинова Л.Б. Состав растворов, сформировавших прожилковое фенакит-флюоритовое оруденение в биотитовых сланцах Ермаковского месторождения // Матер. ХЬ Междунар. научной студенческой конференции "Студент и научно-технический прогресс". Новосибирск, НГУ, 2002, с. 5152.

7. L.B. Damdinova, F.G. Reyf, Y.M Ishkov, S.V. Kanakin. The effect of fluid composition on mineralogy and structural peculiarities of the F-Be stockworks at the Yermakovka deposit, Transbaikalia, Russia // Metallogeny of the pacific northwest: Tectonics, magmatism and metallogeny of active continental margins. Proceedings of the interim IAGOD conference. Dalnauka, 2004, p. 284287.

8 F.G. Reyf , L.B. Damdinova, Y.M. Ishkov, N.S. Karmanov. Diverse specialization of ore-forming fluid flows, simultaneously produced by a single granite intrusion (the Yermakovka F-Be deposit, Transbaikalia, Russia). // Metallogeny of the pacific northwest: Tectonics, magmatism and metallogeny of active continental margins. Proceedings of the interim IAGOD conference. Dalnauka, 2004, p. 314-317.

9. Дамдинова Л.Б. Условия совместного переноса Са и F при формировании фенакит-флюоритовой минерализации в алюмосиликатных породах Ермаковского F-Be месторождения (тез. докл.). Александров, ВНИИСИМС, 2001, с. 108-111.

10. Дамдинова Л.Б. Условия формирования фенакит-флюоритовой минерализации в малокальциевых породах Ермаковского фтор-бериллиевого месторождения // Строение литосферы и геодинамика (тез. докл. XIX Всероссийской молодежной конф.). Иркутск, ИЗК СО РАН, 2001, с. 164-165.

11. L.B. Damdinova The composition of hydrothermal fluids responsible for the formation of ore stockworks at the Yermakovka F-Be deposit (Transbaikalia, Russia), as evidenced by fluid inclusion. // 32nd IGC Florence 2004 - Scientific Sessions: abstracts (part 1). 2004. p. 183.

12. L.B. Damdinova. Compositional peculiarities of the solutions which formed different types of F-Be ores at the Yermakovka deposit in Western Transbaikalia // ECROFI XVIII, Siena, 2005 - CD-Abstract.

Подписано в печать 17.11.2005 г. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Объем 1,8 печ. л. Тираж 100. Заказ № 126.

Отпечатано в типографии Изд-ва БНЦ СО РАН 670047 г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6.

»24 6 6 3

РЫБ Русский фонд

2006-4 27269

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Дамдинова, Людмила Борисовна

ВВЕДЕНИЕ.

Актуальность исследования.

Цель и задачи исследования.

Объекты исследования.

Фактический материал.

Методы исследования.

17 Научная новизна результатов.

Практическая значимость работы.

Основные защищаемые положения.

Апробация работы и публикации.

Объем и структура диссертации.

Список сокращений минералов

Глава 1. Основные проблемы образования месторождений Be и их современное состояние.

1.1. Ресурсы берилливвого сырья и типы промышленных месторождений.

1.2. Главные минералы руд и условия их образования.

1.2.1. Многообразие Be минералов.

1.2.2. Области стабильности основных минералов Be, физико-химические факторы их стабильности.

1.3. Концентрирование Be в магматическом процессе.

1.3.1. Содержание Be в магмах, кристаллизационная дифференциация, образование пегматитов.

1.3.2. Возможность отделения Ве-носных магматических флюидов, расчетные содержания Be в ига.

1.3.3. Прямые определения концентрации Be во включениях магматического флюида, сопоставление с расчетными.

1.4. Перенос и осаждение Be в гидротермальных условиях.

1 ., 1.4.1. Формы переноса Be в гидротермальных растворах.

1.4.2. Содержание Be во включениях палеогидротерм.

1.5. Выводы по главе.

Глава 2. Геологическое строение месторождения.

2.1. Интрузивные породы.

2.2. Рудо вмещающая толща.

2.3. Дорудные метасоматиты.

2.4. Флюорит-бериллиевые руды.

Глава 3. Особенности минеральных ассоциаций, возникших путем выполнения флюидопроводящих каналов и метасоматического замещения пород разного состава.

3.1. Фенакит-микроклин-флюоритовый тип.

3.1.1. Состав прожилков.

3.1.2. Состав околопрожилковых метасоматитов.

3.1.3. Вероятная длительность формирования прожилков.

3.2. Микроклиновый тип.

3.2.1. Состав прожилков.

3.2.2. Состав околопрожилковых метасоматитов.

3.2.3. Состав слюд.

3.3. Кварц-флюоритовый тип. ij 3.3.1. Особенности состава минеральной ассоциации

V'- выполнения (АВ).

3.3.2. Особенности состава минеральной ассоциации замещения (A3).

Глава 4. Включения минералообразующих растворов.

4.1. Фенакит-микроклин-флюоритовый тип оруденения.

4.1.1. Термометрия включений, условия их образования и состав

4.1.2. Металлоносность растворов.

4.2. Микроклиновый тип.

4.2.1. Термометрия включений, условия их образования и состав

4.2.2. Металлоносность растворов.

4.3. Кварц-флюоритовый тип.

4.3.1. Термометрия включений, условия га образования и состав.

4.3.2. Металлоносность растворов.

4.4. Сопоставление свойств растворов трех рудных зон.

Глава 5. Бериллиеносность рудообразующих растворов.

Глава 6. Факторы, влиявшие на эффективность осаждения Be из растворов.

6.1. Главные факторы рудоотложения в условиях флюидодоминирующего режима.

6.2. Главные факторы рудоотложения в условиях порододоминирующего режима.

6.2.1. Карбонатные породы. v 6.2.2. Аномосиликатные породы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Условия и факторы, влиявшие на эффективность переноса и отложения ВЕ из рудоносных растворов Ермаковского F-BE месторождения"

Актуальность исследования

Выяснение условий переноса рудного вещества гидротермальными растворами и факторов, способствующих концентрированному рудоотложению, - одна из центральных проблем гидротермального рудообразования. За последние десятилетия значительный прогресс в решении этой проблемы достигнут на пути экспериментального изучения упрощенных флюидных систем и термодинамических расчетов. Полученные результаты свидетельствуют о том, что эффективность переноса и отложения рудного вещества зависит от множества физических, химических, гидродинамических, кинетических факторов, от конкретных значений тех или иных параметров. Выявленные закономерности служат важным ориентиром при расшифровке условий и механизмов природного рудообразования, но только при условии достоверной реконструкции основных параметров изучаемых гидротермальных систем, которые к тому же отличаются от модельных большей сложностью и динамикой развития. Целенаправленное изучение конкретных месторождений, таким образом, является необходимым и существенным компонентом исследования процессов переноса металлов и концентрированного рудоотложения в природных условиях.

В этом отношении особый интерес представляет расположенное в Забайкалье Ермаковское F-Be месторождение (Генетические типы., 1975; Новикова и др., 1994), выделяющееся среди аналогов самым высоким в мире средним содержанием ВеО (1.3%) в бертрандит-фенакитовых рудах (Kremenetsky et al., 2000; Barton et al., 2003). Вместе с тем Be оруденение на этом месторождении проявлено в разных формах, в той или иной степени различающихся составом жильных минералов и содержанием Be. Это может быть обусловлено как спецификой рудообразующих растворов, так и особенностями их взаимодействия с вмещающими породами, которые представлены известняками, алюмосиликатными сланцами, скарнами (Гинзбург и др., 1975; Новикова и др., 1994). В такой ситуации различия в параметрах растворов с наибольшей четкостью должны проявиться при локализации разнотипной Be минерализации в породах одинакового состава. Наоборот, вариации состава Be оруденения одного типа в литологически разнородной среде скорее всего отражают влияние химизма вмещающих пород. Следовательно, выделение специфических, надежно диагностируемых типов Be оруденения и выявление их изменчивости в зависимости от состава вмещающих пород дает возможность оценить рудогенетическую роль отдельных факторов.

Цель и задачи исследования

Целью настоящей работы является изучение условий и факторов, влиявших на эффективность переноса и отложения Be из рудоносных растворов Ермаковского F-Be месторождения.

Для достижения намеченной цели потребовалось решение следующих задач:

1) Выяснить, какие типы Be минерализации, различающиеся содержанием ВеО, распространены и в известняках, и в алюмосиликатных породах.

2) Для каждого выделенного типа Be оруденения определить состав минеральных парагенезисов в зависимости от способа образования (выполнение / замещение) и состава вмещающих пород.

4) Выявить зависимость между газово-солевым составом, кислотностью -щелочностью палеорастворов и концентрацией в них бериллия (Све); между содержанием Be минералов в гидротермалитах и способом их образования, составом вмещающих пород, температурой и Ве-носностью растворов.

Объекты исследования

Объектами исследования являются руды трех рудных зон (I, II и XII) Ермаковского F-Be месторождения, отличающиеся друг от друга рядом специфических особенностей, в том числе содержанием главного полезного компонента.

Фактический материал

В основу работы положены материалы, собранные автором в полевые сезоны 2001 и 2005 г.г., а также имеющаяся в лаборатории петро- и рудогенеза ГИН СО РАН коллекция образцов, шлифов и пластинок Ф.Г. Рейфа и К.З. Стельмачонка. Проведено геологическое исследование главных рудных зон Ермаковского месторождения.

Определен минеральный и химический состав основных разновидностей пород и руд.

Проведено микрозондовое и электронно-микроскопическое исследование породообразующих, акцессорных, рудных минералов, спектроскопия флюидных включений.

Всего в работе использовано 452 анализов ФВ, в том числе 110 термометрических, 100 криометрических, 132 волюмометрических исследований, а также 110 результатов атомно-эмиссионной спектроскопии с лазерным вскрытием включений.

Методы исследования

Общий химический анализ пород был проведен в ГИН СО РАН, г. Улан-Удэ (аналитики Г.И. Булдаева, В.А. Иванова, И.В. Боржонова, И.В. Бардамова, А.А. Цыренова), содержания БЮг, ТЮ2, AI2O3, Р2О5 определялись фотометрическим методом; CaO, MgO, МпО, РегОз -атомно-абсорбционным; FeO, СО2 - титриметрическим; S -гравиметрическим; F - потенциометрическим; Na20, К2О - пламенно-фотометрическим. Анализы проведены на атомно-абсорбционном спектрофотометре AAS-1N, спектрофотометре СФ-46, иономере И-120.

Содержания элементов примесей Be, Li, Rb, Cs, Ba, Sr, Cr, Co, Ni, V, Pb, Zn определялись рентгено-флюоресцентным (ГИН CO РАН, аналитик Б.Ж. Жалсараев), а также атомно-абсорбционным и пламенно-фотометрическим методами (Э.М Татьянкина).

Электронно-зондовый микроанализ (ЕРМА) минералов проведен Н.С. Кармановым и С.В. Канакиным (ГРЕН СО РАН, г.Улан-Удэ) на автоматизированном ими анализаторе МАР-3 Красногорского механического завода, работающем под управлением программы MARS HELL, и с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM

EDS) на установке LEO 1430 VP с энерго-дисперсионным спектрометром ГЫСА energy 300.

Для оценки концентрации рудных элементов, в том числе Be, в палеорастворах использован метод атомно-эмиссионной спектроскопии флюидных включений, вскрываемых лазером (АЭС-JIB), разработанный Ю.М. Ишковым и Ф.Г. Рейфом (Ишков, Рейф, 1990; Reyf, 1997). Анализ флюидных включений проведен Ю.М. Ишковым на адаптированном для этих целей анализаторе LMA-10 (ГИН СО РАН).

Состав газовой фазы в части флюидных включений определялся А.П. Шебаниным (ОИГТМ СО РАН, г. Новосибирск) на одноканальном КР-спектрометре JOBIN YVON с газовым (аргоновым) лазером.

Для термометрического изучения флюидных включений использована термокамера с силитовым нагревателем в комплекте с микроскопом МБИ-6, милливольтметром В7-40, водяным охлаждением объектива, Pt/PtRh термопарой, откалиброванной по синтетическим включениям, синтезированным при известных Р, Т-параметрах, а также по точкам плавления серы и семи химически чистых солей и металлов. Отклонение градуировочной кривой от экспериментальных точек не превышает 4-5 °С.

Криометрические исследования проводились с помощью криокамеры, медь-константановая термопара которой откалибрована по точкам гомогенизации СО2 во включениях, предварительно изученных в водяной среде с ртутным термометром (точность ±0.2 °С), точкам плавления эвтектики водных растворов пяти химически чистых солей и тройной точке СО2 во включениях известного состава.

Приблизительная оценка содержания солей во включениях (экв. NaCl), плотности, давления рассчитывалась с помощью программы FLINCOR (Brown, 1989) по уравнениям Bowers & Helgeson для системы H20-C02-NaCl и Brown & Lamb для системы H20-NaCl.

Научная новизна результатов

• В рудах месторождения впервые идентифицированы магнезиальные А1-дефицитные слюды тайниолит и "сподиофиллитя", обоснована возможность их использования в качестве индикаторов повышенной щелочности растворов.

• Впервые установлено, что разные рудные тела Ермаковского месторождения формировались Ве-носными растворами, различающимися кислотностью-щелочностью и содержанием СОг.

• На основе микроанализа флюидных включений создана сводка данных о концентрации Be в гидротермальных рудообразующих растворах, восполняющая дефицит такой информации в научной литературе.

• Дана оценка эффективности осаждения Be из растворов в зависимости от ряда физико-химических параметров (Т, Р, рН, Cf, Ссог) и способа минералоотложения (замещение/выполнение).

Практическая значимость работы

Выявленные геологические и физико-химические закономерности формирования F-Be руд могут быть использованы при поисках и оценке оруденения подобного типа. В частности, важную роль в прогнозной оценке Be оруденения могут сыграть наши данные о том, что при алюмосиликатном составе вмещающих пород минерализованные метасоматиты должны обладать низким содержанием ВеО, а богатые руды могут формироваться только путем выполнения флюидопроводящих каналов, преимущественно при околонейтральном характере растворов. Минеральным индикатором высокой щелочности могут служить А1-дефицитные магнезиальные слюды тайниолит и "сподиофиллит".

Основные защищаемые положения:

1) Изученные рудные зоны существенно различаются составом минеральных ассоциаций выполнения, в которых, независимо от химизма вмещающих пород, доминируют: либо Флр и Фнк или Брт, (2-4% Be, зона I), либо КПШ (0.05-0.09% Be, зона II), либо Флр и Кв (<0.01% Be, зона XII).

Это свидетельствует о разнообразии растворов, формировавших месторождение.

2) Выделенные типы руд формировались в сходных температурных (70-380°С) и барических условиях (150-70 МПа) слабосолеными (2-13.7 мае. % экв. NaCl) F-носными Ве-содержащими растворами, которые различались щелочностью и содержанием СО2.

3) Несмотря на различия в кислотности-щелочности и содержании СО2, растворы, поступавшие к месту рудоотложения в пределах I, II и XII f рудных зон обладали высокой (до 2-7 г/кг раствора) концентрацией Be.

Это не противоречит имеющимся прогнозным оценкам растворимости фторидных и фтор-карбонатных комплексов Be при условии, что активность F в растворах L1-L3 была не ниже 0.3 моля/кг Н2О.

4) Отложение Be в условиях флюидодоминирующего и порододоминирующего режимов определялось разными факторами: во флюидопроводящих трещинах Be осаждался из щелочных и околонейтральных растворов в результате уменьшения растворимости фторокомплексов с понижением температуры, а при образовании метасоматических апокарбонатных руд - в результате разрушения фторокомплексов Be из-за снижения активности F. Осаждение небольшого количества Be в поровых растворах алюмосиликатных пород вызывалось понижением температуры.

Апробация работы и публикации

Отдельные положения данной работы докладывались и обсуждались на конференциях и совещаниях:

• Молодежная конференция «Строение литосферы и геодинамика». Иркутск: ИЗК СО РАН, 2001 г.

• X Международная конференция по термобарогеохимии. Александров: ВНИИСИМС, 2001 г.

Всероссийская научная конференция, посвященная 10-летию Российского фонда фундаментальных исследований. Иркутск: ИЗК СО РАН, 2002 г.

• Metallogeny of the pacific northwest: Tectonics, magmatism and metallogeny of active continental margins. Proceedings of the interim IAGOD conference. Владивосток, 2004 г.

• European Current Research on Fluid Inclusions (E.C.R.O.F.I XVIII). Siena, Г Italy, 2005 r.

• Ежегодные научные сессии ГИН СО РАН, 2001, 2002, 2004, 2005 г г.

Улан-Удэ.

По теме диссертации опубликованы две статьи в реферируемых журналах ("Геология и геофизика" и "Геология рудных месторождений") и две статьи в российских сборниках, а также 8 тезисов докладов.

Объем и структура диссертации

Объем работы 148 страниц. Диссертация состоит из шести глав, введения, заключения, списка литературы. В работе приведены 15 таблиц, 30 рисунков. В списке литературы 72 источника.

Работа выполнена в лаборатории петро- и рудогенеза ГИН СО РАН под руководством д.г.-м.н. Ф.Г. Рейфа, которому автор выражает искреннюю благодарность за постановку задач исследований, всестороннюю помощь и поддержку на всех этапах работы, а также за терпение и понимание. Автор весьма благодарен Ю.М. Ишкову за спектральный анализ индивидуальных флюидных включений и выражает свою признательность Н.С. Карманову, С.В. Канакину и Г.Н. Загузину за проведение электронно-зондовых анализов минералов, А.П. Шебанину (ОИГГМ) за КР-спектроскопию флюидных включений, A.M. Огурцову за рентгеноструктурный анализ, а также Л.И. Рейф за полезные советы и помощь в оформлении работы. Аналитические работы выполняли Э.М. Татьянкина, А.А. Цыренова, Б.Ж. Жалсараев, В.А. Иванова, И.В. Боржонова, Г.И. Булдаева, И.В. Бардамова и другие сотрудники лабораторий ФМА и ХСМА Геологического института СО РАН. Шлифы и пластинки изготовлены Л.М. Воробьевым, Н.М. Ковалык, Н.Ф. Паданиной. Всем перечисленным коллегам автор весьма благодарен. Кроме того, автор признателен Г.С. Риппу за критические замечания, высказанные во время предварительного рассмотрения диссертации.

Список сокращений названий минералов:

Флр - флюорит, Фнк - фенакит, Брт - бертрандит, Ми - микроклин, Аб - альбит, Дол - доломит, Анк - анкерит, Кал - кальцит, МнКал -манганокальцит, Ап - апатит, Кв - кварц, Би - биотит, Флг - флогопит,

Пи - пирит, Тнл -тайниолит, Спо - "сподиофиллит", Эг - эгирин, Риб -рибекит, Бает -бастнезит, Флор - флоренсит, Мон - монацит.

Поскольку сподиофиллит не принят Международной комиссией как самостоятельный минерал, его название в диссертации дано в кавычках.

Заключение Диссертация по теме "Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения", Дамдинова, Людмила Борисовна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Для выявления факторов, влиявших на эффективность переноса и отложения Be из рудообразующих растворов Ермаковского F-Be месторождения, исследованы особенности строения и состава трех рудных зон, различающихся размерами существенно флюоритовых залежей и содержанием ВеО в них. В I рудной зоне заключено около 65% разведанных запасов руд месторождения с высоким (> 1 мас.%) содержанием ВеО. Ресурсы, богатых руд II рудной зоны меньше, но она также имеет промышленное значение, тогда как Кв-Флр залежь XII рудной зоны отличается очень низким средним содержанием ВеО (-0.1 мас.%) и небольшими запасами. При этом исходили из того, что для выявления специфики растворов, транспортировавших рудное вещество из магматического источника к месту отложения наиболее пригодны прожилки выполнения, состав которых при пересечении контрастных по химизму пород (известняки, алюмосиликатные сланцы) остается неизменным. Минеральный состав этих прожилков и околопрожилковых диффузионно-метасоматических оторочек в литологически различных породах использован как источник информации о кислотности щелочности растворов и их микрокомпонентном составе. Концентрация солевых и рудных компонентов в растворах, минимальные и/или истинные температуры их консервации, определены посредством термометрии и микроанализа первичных флюидных включений.

Установлено, что изученные рудные зоны месторождения формировались высокофтористыми (не менее 0.6 мас.% F) слабосолеными растворами, которые различались кислотностью и содержанием СОг, но обладали близкой и относительно высокой концентрацией Be, достигающей 5-8 г/кг раствора. Гидротермальное минералообразование в потоке этих растворов происходило двумя способами: путем метасоматического замещения пород и путем выполнения флюидопроводящих каналов.

При метасоматическом замещении пород интенсивность осаждения Be определялась литологическим фактором: в алюмосиликатной среде из растворов отлагалась только незначительная часть переносимого Be, тогда как в карбонатной среде эффективность его осаждения была максимальной и практически не зависела от температуры и кислотности растворов.

При формировании жил выполнения главной причиной осаждения Be из растворов являлось их охлаждение, а эффективность осаждения определялась кислотностью растворов и практически не зависела от литологии боковых пород. Из кислых и щелочных растворов Be на данном уровне почти не отлагался.

Раскрытие физико химической сущности выявленных эмпирических закономерностей позволяет понять и прогнозировать особенности строения не только Ермаковского, но и других месторождений подобного типа.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Дамдинова, Людмила Борисовна, Улан-Удэ

1. Беус А.А. Роль комплексных соединений в переносе и концентрации редких элементов в эндогенных растворах // Геохимия. 1958. № 4. С. 388-397.

2. Беус А.А. Геохимия бериллия и генетические типы бериллиевых месторождений. М.: Изд-во АН СССР, 1960. 329 с.

3. Беус А.А., Соболев Б.П., Диков Ю.П. Геохимия бериллия в высокотемпературной постмагматической минерализации // Геохимия. 1963. № 3. С. 316-323.

4. Беус А.А. Геохимия бериллия в процессах эндогенного минералообразования (на основе гидротермального эксперимента) / Под ред. А.А. Беуса, Ю.П. Дикова. М.: Недра, 1967. 159 с.

5. Борисенко А.С. Анализ солевого состава газово-жидких включений в минералах методом криометрии // Использование методов термобарогеохимии при поисках и изучении рудных месторождений. М.: Недра, 1982, с. 37-47.

6. Букин Г.В. Условия кристаллизации ассоциации фенакит-бертрандит-кварц (экспериментальные данные) // Доклады АН СССР. 1968. Т. 176. С. 121-123.

7. Виноградов А. П. Среднее содержание химических элементов в главных типах изверженных горных пород земной коры // Геохимия. 1962. № 7. С. 555-571.

8. Гальченко В.И., Булнаев К.Б. Условия локализации и особенности генезиса одного из ркдкометально-флюоритовых месторождений Забайкалья // Минералого-петрографические очерки Забайкалья. Улан-Удэ, 1968, с. 112-123.

9. Генетические типы гидротермальных месторождений бериллия / Под. ред. А.И. Гинзбурга. М.: Недра, 1975. 248 с.

10. Гинзбург А.И., Заболотная Н.П., Куприянова И.И и др.

11. Бертрандит-фенакитовые месторождения новый тип бериллиевого сырья // Геология месторождений редких элементов. Вып. 27. М.: Недра, 1965, с. 234.

12. Гинзбург А.И., Заболотная Н.П., Новикова М.И., Гальченко

13. B.И. Генетические особенности флюорит-фенакит-бертрандитового оруденения // Разведка и охрана недр. 1969. № 1.1. C. 3-10.

14. Гинзбург А.И., Новикова М.И., Гальченко В.И. Эвдидимит в месторождениях флюорит-бертрандит-фенакитовой формации // Докл. АН СССР. 1979; Т. 246. № 6. С. 1453-1457.

15. Гусев Г.С., Хаин В.Е. О соотношениях Байкало-Витимского, Алдано-Станового и Монголо-Охотского террейнов. (юг средней Сибири) // Геотектоника. 1995. Т. 35. № 7-8. С. 59-76.

16. Дамдинова Л.Б. Условия совместного переноса Са и F при формировании фенакит-флюоритовой минерализации в алюмосиликатных породах Ермаковского F-Be месторождения. // Труды X Междунар. конф. по термобарогеохимии. Александров: ВНИИСИМС, 2001, с. 262-272.

17. Дамдинова Л.Б., Рейф Ф. Г. Особенности формирования разнотипной прожилковой бериллиевой минерализации на Ермаковском месторождении (Западное Забайкалье) // Геология и геофизика 2004. Т. 45. № 8. С. 979-991.

18. Дамдинова Л.Б., Рейф Ф. Г. Тайниолит в рудах Ермаковского F-Ве месторождения: закономерности распространения, условия формирования // Геология рудных месторождений. 2005. № 2. С. 164-173.

19. Дир У.А., Хауи Р.А., Зусман Дж. Породообразующие минералы. Т. 3 Листовые силикаты. М.: Мир, 1996. 320 с.

20. Заболотная Н.П. Месторождения бериллия // Рудные месторождения СССР. М.: Недра, 1974, с. 303-353.

21. Закономерности формирования гидротермальных месторождений бериллия / Под ред. А.И. Гинзбурга и др. М.: Недра, 1977. 230 с.

22. Зарайский Г. П. Зональность и условия образования метасоматических пород. М.: Наука, 1989. 345 с.

23. Ишков Ю.М., Рейф Ф.Г. Лазерно-спектральный анализ включений рудоносных флюидов в минералах. Новосисибирск: Наука, 1990. 93 с.

24. Канакин С.В., Карманов Н.С. Программное обеспечение РСМА на приборе МАР-3 // Тез. докл., Российское совещ. по локальным методам исследования вещества. Суздаль: ИГЕМ, 1993, с. 19-20.

25. Карманов Н.С., Канакин С.В. Блок автоматизации электронно-зондового микроанализатора МАР-3 // Тез. докл. Российского совещ. по локальным методам исследования вещества. Суздаль: ИГЕМ, 1993, с. 6-7.

26. Киргинцев А.Н., Трушникова Л.Н., Лаврентьева В.Г. Растворимость неорганических веществ в воде: Справочник. Л.: Химия, 1972. 248 с.

27. Киселева И. А., Шурыга Т.Н. Новые данные о термодинамических свойствах фенакита // Геохимия. № 2. 1983. С. 310-313.

28. Киселева И.А., Мельчакова Л.В., Огородова Л.П., Куприянова

29. И.И. Термодинамические параметры бериллиевых минералов: хризоберилл, берилл, эвклаз и бертрандит // Геохимия. № 23. 1986. С. 129-141.

30. Козьменко О.А., Белеванцев В.И., Пещевитский Б.И.

31. Растворимость ВеО в водном растворе HF при 250 и 350 °С // Геохимия. № 25. 1988. С. 135-138;

32. Комарова Г.Н. Стадийность минерализации и зональность флюоритовых месторождений // Стадийность минерализации и зональность гидротермальных месторождений. М.: Наука, 1979, с. 222-277.

33. Косалс Я.А., Дмитриева А.Н., Архипчук Р.З., Гальченко В.И.

34. Последовательность и температурные условия формирования флюорит-фенакит-бертрандитового оруденения // Геология и геофизика. 1978. № 4. С. 42-53.

35. Коструков В.Н., Костылев Ф.А., Саморуков О.П., Саморукова Н.К., Чесалина JI.A. Термодинамические свойства гидроокиси бериллия // Физическая химия. 1977. Т. 51. С. 1015-1028.

36. Лебедев А.С., Рагозина Т.П. Фазовые отношения между фенакитом и бертрандитом в системе Be0-Si02-HCl-HF-H20 при 400-600 °С //Геохимия. 1984. № 19. С. 59-65.

37. Минералы (справочник). Т. IV. Вып.1 Слоистые силикаты. М.: Наука, 1992, с. 543-550.

38. Новикова М.И., Сидоренко Г.А., Шацкая В.Т. О составе и структурных особенностях мелинофана // Минералы и парагенезисы минералов эндогенных месторождений. М.: Наука, 1975, с. 49-52.

39. Новикова М.И., Шпанов Е.П., Куприянова И.И. Петрография Ермаковского бериллиевого месторождения, Западное Забайкалье // Петрология. 1994. Т. 2. № 1. С. 114-127.

40. Новикова М.И., Куприянова И.И., Кукушкина О.А., Шпанов Е.П., Кувшинова К. А. Индикаторные свойства флюорита Ермаковского флюорит-бериллиевого месторождения (Бурятия, Россия) // Геол. рудн. месторожд. 1998. Т. 40. № 5. С. 459-476.

41. Рыженко Б.Н., Барсуков Викт.Л., Крайнов С.Р., Шваров Ю.В. Флюиды земной коры: химические свойства (состав, рН, Ен) и определяющие их факторы // Петрология. 2000. Т. 8. № 6. С. 620633.

42. Самчук А.И., Митцкевич Б.Ф. Комплексообразование бериллия в карбонатных растворах // Геохимия. 1980. № 17. С. 62-66.

43. Соболева Г.И., Тугаринов И.А., Калинина В.Ф., Ходаковский И.Л. Исследования равновесий в системе ВеО-КаОН-НЫОз-НгО в интервале температур 25-250 °С // Геохимия. 1966. № 7. С. 10131024.

44. Соболева Г.И., Тугаринов И.А., Голицина Н.С., Ходаковский

45. И.Л. Изучение поведения бериллия в фтор-содержащих гидротермальных растворах при 150-250 °С // Геохимия. 1984. № 7. С. 812-822.

46. Солодов Н.А. Минерагения литофильных редких металлов. М: Недра, 1978. 175 с.

47. Стельмачонок К.З., Ишков Ю.М. Металлоносность рудообразующих растворов Ермаковского бериллиевого месторождения // Геология и геофизика. 2001. Т. 42. № 5. С. 802— 814.

48. Рейф Ф.Г., Дамдинова Л.Б., Ишков Ю.М., Карманов Н.С.

49. Разная рудная специализация флюидных потоков, одновременно выделяемых единой гранитной интрузией // Прикладная геохимия. №7. Книга 2 Генетические типы месторождений. М.: ИМГРЭ, 2005, с. 162-174.

50. Рейф Ф.Г., Ишков Ю.М. Ве-носные сульфатно-фторидные рассолы продукт дистилляции остаточных пегматитов щелочно-гранитной интрузии (Ермаковское F-Be месторождение, Забайкалье) // Геохимия. 1999. № 10. С. 1096-1111.

51. Рейф Ф.Г., Ишков Ю.М. Несмесимые фазы гетерогенного магматического флюида, их рудная специализация и раздельная миграция при формировании Ермаковского F-Be месторождения // Доклады АН. 2003. Т. 390. № 3. С. 1-3.

52. Швадус М.И. Петрология материнских гранитоидов фтор-редкометальных месторождений Западного Забайкалья. Новосибирск: Наука, 1979. 72 с.

53. Шергина Ю. П., Мурина Г.М., Козубова Л. А., Лебедев П.Б. Возраст и некоторые генетические особенности пород куналейского комплекса в Западном Забайкалье по данным Rb-Sr метода//Докл. АН СССР. 1979. Т. 246. № 5. С. 1199-1202.

54. Barnes H.L. Solubilities of ore minerals // Geochemistry of hydrothermal ore deposits (2nd end). New York: John Wiley & Sons, 1979, p. 404-460.

55. Barton M.D. Phase equilibria and thermodynamic properties of minerals in the Be0-Al203-Si02-H20 (BASH) system, with petrologic applications // Amer. Mineral. 1986. V. 71. P. 277-300.

56. Barton M.D., Young S. Non-pegmatitic deposit of beryllium: Mineralogy, geology, phase equilibria and origin // Rev. Miner. Geochem. 2002. V. 50. P. 591-691.

57. Berrillium: mineralogy, petrology, and geochemistry // Reviews in mineralogy and geochemistry. V. 50. Washington, DC: Mineralogical society of America, 2002. 691 c.

58. Brown P.E. FLINCOR: A microcomputer program for the reduction and investigation of fluid-inclusion data // Amer. Mineral. 1989. V. 74. P. 1390-1393.

59. Burt D.M. Beryllium mineral stabilities in the model system CaO-Be0-Si02-P205-Fe203 and the breakdown of beryl // Econ. Geol. V. 70. P. 1279-1292.

60. Burt D.M. Multisystems analysis of beryllium mineral stabilities: the system Be0-Al203-Si02-H20 // Amer. Mineral. 1978. V. 63. P. 664676.

61. Diamond L.W. Introduction to phase relations of CO2-H2O fluid inclusions // Vivo B.D., Frezzotti M.L. (eds.) Fluid inclusions in minerals: Methods and applications. Blacksburg: Virginia Tech, 1995, p. 131-158.

62. Evensen J.M., London D., Wendlandt R.F. Solubility and stability of beryl in granitic melts // Am. Mineral. 1999. V. 84. P. 733-745.

63. Franz G, Morteani G. The system Be0-Al203-Si02-H20: hydrothermal investigation of the stability of beryl and euclase in the range from 1 to 6 kb and 400 to 800 °C // N Jahrb Mineral Abh. 1981. V. 140. P. 273-299.

64. Hsu L.C. Some phase relationships in the system Be0-Al203-Si02-H2O with comments on effects of HF // Mem. Geol. Soc. China. 1983. V. 5. P. 33^6.

65. Gilbert R.A., Garrett A.B., The equilibria of the metastable crystalline from of beryllium hydroxide, Be(OH)2 in hidrochloric acid, perchloric acid and sodium hydroxide solutions at 25 °C // Am. Chem. Soc. 1956. V. 78. P. 5501-5505.

66. London D., Hervig R.L., Morgan G.B. VI. Melt-vapor solubilities and elemental partitioning in peraluminous granite-pegmatite systems: experimental results with Macusani glass at 200 MPa // Contrib. Mineral. Petrol. 1988. V. 99. P. 360-373.

67. London D., J.M. Evensen. Beryllium in silicic magmas and the origin of beryl-bearing pegmatites // Rev. Miner. Geochem. 2002. V. 50. P. 591-691.

68. Manier-GIavinaz V., Couty R, Lagache M. Experimental study of the equilibrium between a natural beryl and hydrothermal fluids, geochemical inferences // Chem. Geol. 1988. V. 70 P. 162 (abstr).

69. Pichavant M., Ramboz C., Weisbrod A. Fluid immiscibility in natural processes: Use and misuse of fluid inclusion data. 1. Phaseequilibria analysis a theoretical and geometrical approach // Chem. Geol. 1982. V. 37. P. 1-27.

70. Renders P.J., Anderson G.M. Solubility of kaolinite and beryl to 573 К // Appl. Geochem. 1987. V. 2. P. 193-203.

71. Reyf F.G. Direct evolution of W-rich brines from crystallizing melt within the Mariktikan granite pluton, west Transbaikalia // Mineral. Depos. 1997. V. 32. P. 475-490.

72. Reyf, F.G. Immiscible phases of magmatic fluid and their relation to Be and Mo mineralization at the Yermakovka F-Be deposit, Transbaikalia, Russia // Chemical Geology. 2004. V. 210. P. 49-71.

73. Syromyatnikov F.V., Makarova A.P., Kupriyanova I.I. Experimental studies of stability of beryl and phenakite in aqueous solutions// Intl. Geol. Rev. 1972. C. 837-839.

74. Webster J.D., Holloway J.R., Hervig R.L. Partitioning of lithophile trace elements between H20 and H2O+CO2 fluids and topaz rhyolite melt // Econ. Geol. 1989. V. 84. P. 116-133.

75. Wood S.A. Theoretical prediction of. speciation and solubility of beryllium in hydrothermal solutions to 300° С at saturated vapor pressure: Application to bertrandite/phenakite deposits // Ore geology reviews. 1992. V. 7. P. 249-278.

Информация о работе

Дамдинова, Людмила Борисовна
кандидата геолого-минералогических наук
Улан-Удэ, 2005
ВАК 25.00.11

Диссертация

Условия и факторы, влиявшие на эффективность переноса и отложения ВЕ из рудоносных растворов Ермаковского F-BE месторождения - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Условия и факторы, влиявшие на эффективность переноса и отложения ВЕ из рудоносных растворов Ермаковского F-BE месторождения - тема автореферата по наукам о земле, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы