Условия и факторы, влиявшие на эффективность переноса и отложения ВЕ из рудоносных растворов Ермаковского F-BE месторождения: По результатам изучения флюидных включений

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.

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

4) Выявить зависимость между газово-солевым составом, кислотностьющелочностью 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.

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 петрои рудогенеза ГИН СО РАН коллекция образцов, шлифов и пластинок Ф. Г. Рейфа и К. З. Стельмачонка. Проведено геологическое исследование главных рудных зон Ермаковского месторождения.

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.

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 методомCaO, MgO, МпО, РегОзатомно-абсорбционнымFeO, СО2 — титриметрическимSгравиметрическимF — потенциометрическимNa20, 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.

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

• 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 петрои 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, МнКалманганокальцит, Ап — апатит, Кв — кварц, Би — биотит, Флг — флогопит,.

Пи — пирит, Тнлтайниолит, Спо — «сподиофиллит», Эг — эгирин, Рибрибекит, Баетбастнезит, Флор — флоренсит, Мон — монацит.

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

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.