Введение.
Актуальность исследований. Явление магматической
расслоенности в гранитоидах является в настоящее время одной из наиболее актуальных тем
магматической петрологии (Повилайтис 1990, Webber et al. 1997, Morgan & London 1999). Это
связано с многообразием полосчатых гранитных текстур и недостатком теоретических и экспериментальных
данных для развития универсальных моделей расслоения. В данной работе детально рассматриваются
строение и состав расслоенных пород гранитного состава и связь их формирования с общей дифференциацией
гранитной магмы и оруденением на примере Орловского и Этыкинского массивов Восточного Забайкалья.
До сих пор эти месторождения изучались в свете взаимоотношений разных
минералогических типов и их геохимические и петрологические особенности (Коваленко 1977,
Бескин и др. 1994, Гребенников 1995). Однако, не проводилось детального рассмотрения расслоенных
пород с высокими концентрациями рудных компонентов и их связи с общей эволюцией гранитных
комплексов, чему и посвящена данная работа.
Экспериментальное развитие этого направления крайне интересно с
точки зрения получения новых данных при конкретных условиях и сравнения их с результатами
по численному моделированию (Балашов, Зарайский, в печати) и детальному геохимическому и
петрографическому исследованиям, составляющими основную часть диссертации. Полученные к
настоящему моменту предварительные экспериментальные данные позволят создать универсальную
методику моделирования ритмично-полосчатых текстур, характерных для обогащенных летучими
компонентами и редкими металлами конечных дифференциатов гранитной магмы.
Цель и задачи исследований. Основной целью данного исследования
является установление генезиса и механизма кристаллизации расслоенных гранитных тел на танталовых
месторождениях Орловка и Этыка Восточного Забайкалья и их связи с редкометальным оруденением.
Были поставлены следующие задачи:
- Построение геохимических трендов, могущих прояснить последовательность
кристаллизации Li-F гранитоидов Орловки и Этыки во взаимосвязи с обычными гранитами соответственно
Хангилайского и Олдандинского массивов.
- Определение минеральных соотношений отдельных зон в расслоенных
аплитовидных гранитах; петрографическое исследование характерных для литий-фтористых гранитов
магматических структур.
- Оценка физико-химических параметров образования расслоенных
пород и связанного с ними танталового оруденения.
- Экспериментальное изучение эволюции гранитных систем с повышенными
концентрациями фтора и фосфора и моделирование образования полосчатых текстур.
Научная новизна работы. Выявлена связь магматической дифференциации
гранитной магмы с формированием расслоенных гранитных пород и оруденением на танталовых
месторождениях Орловка и Этыка. Экспериментально и теоретически оценено влияние фтора и
фосфора на расслоение в магматических системах на примере изучаемых комплексов.
Практическая значимость. Показано, что литий-фтористые граниты
формируются на наиболее поздних стадиях магматической дифференциации, характеризующихся
накоплением высоких концентраций редких элементов, таких как Та, Nb, Pb, Sn, Li, Rb и др.
Поскольку полосчатые гранитные текстуры, как и редкометальное оруденение, сосредоточены
в апикальных частях гранитных куполов и непосредственно связаны между собой, изучение наиболее
дифференцированных разновидностей литий-фтористых гранитов, в частности расслоенных тел,
может служить ключом для выявления механизмов рудонакопления на конечных этапах магматической
эволюции.
Основные защищаемые положения.
- Геохимические особенности исследованных гранитных комплексов
позволили на базе вовлечения в аналитику большего, чем ранее, числа компонентов подтвердить
единый тренд дифференциации: биотитовые граниты - лейкограниты - литий-фтористые граниты,
включающие расслоенные аплитовидные разновидности (разделы 2.3.2 и 2.4).
- Определяющим условием образования танталовых месторождений Орловка
и Этыка служила глубокая дифференциация безрудного гранитного расплава, в процессе которой
остаточный гранитный расплав обогащался Ta, Nb, Li, Rb, Pb, Mo, Na, F и обеднялся Ca,
Ba, Sr, K, P, РЗЭ. Главными показателями степени магматической дифференциации помимо концентрирования
редких металлов являются:
a) Zr/Hf фракционирование: высокие значения этого отношения (25-30) соответствуют
безрудным гранитным породам, тогда как низкие значения (<5) отвечают наиболее высокодифференцированным
литий-фтористым гранитам, включая их расслоенные аплитовидные разновидности (раздел 2.3.2);
б) повышенные содержания F, Li, Si в слюдах и Rb, Pb в полевых шпатах (раздел 2.4).
- Геохимические и экспериментальные данные позволяют предположить
в качестве наиболее вероятных следующие механизмы расслоения в жильных телах гранит-аплитов
и пегматит-аплитов месторождений Орловка и Этыка, (разделы 2.3, 2.5, 2.6, 3):
a) осцилляция флюидного давления при дегазации кремнекислого силикатного расплава;
б) попеременное пересыщение остаточного расплава избыточными компонентами на фронте кристаллизации;
в) спинодальный распад в условиях неравновесной кристаллизации.
- Впервые экспериментально доказана определяющая роль фтора и
фосфора в образовании ритмично-полосчатых текстур при кристаллизации высокодифференцированных
гранитных расплавов в условиях значительного переохлаждения (раздел 3).
Фактическая основа и методы исследований. Образцы гранитов
и вмещающих пород из забайкальских месторождений тантала Орловка и Этыка (всего около 300),
преимущественно мелкозернистых слоистых разновидностей, отобранных в 1996 г. (частично в
1977 г.) в полевых условиях Г.П. Зарайским, Ю.Б. Шаповаловым, А.М. Аксюком, В.Ю. Чевычеловым
и И.П. Ивановым послужили исходным материалом. Штуфы расслоенных разновидностей распиливались,
полировались, сравнивались, классифицировались, изучались, фотографировались. Из них извлекались
характерные фрагменты, подвергавшиеся далее отдельному рассмотрению в шлифах, анализу разными
методами. В основу понимания геологической позиции отобранных образцов помимо личных наблюдений
положены геологические материалы И.Н. Тимофеева, Л.Г. Фельдмана, С.М. Бескина, В.В. Матиаса,
А.М. Гребенникова, И.И. Курсинова А.Е. Цыганова и др., опубликованные в журналах Петрология
(1994, ? 1) и Геология рудных месторождений (1994, ? 4), а также в книге "Редкометальные
граниты и проблемы магматической дифференциации". Полученные геохимические данные, трансформированные
в диаграммы, послужили основой самостоятельных петрологических выводов, которые сравнивались
с выводами предшественников. Эксперименты проводились на гидротермальных установках высокого
давления, газовых бомбах с внутренним нагревом (ИЭМ РАН) и автоклавах с быстрой закалкой
(rapid quench autoclaves, Потсдам, Германия). Продукты экспериментов детально изучались
при помощи микрозонда точечными анализами и методом площадного сканирования. Определение
валового химического состава массивных и расслоенных гранитов по зонам проводилось с помощью
ICP MS, INAA, XRF, ISE. Составы и зональность слюд, полевых шпатов и топазов анализировались
на микрозонде CAMECA SX-50/SX-100 (Потсдам, Германия), CAMEBAX (ИЭМ РАН, Черноголовка).
Наиболее представительные структуры и текстуры гранитов фотографировались в отраженных лучах
(CAMECA SX-100) и в катодолюминесцентном свете на сканирующем электронном микроскопе Zeiss
DSM962 (Потсдам, Германия). Выполнено около 2500 микрозондовских анализов минералов гранитовых
пород месторождений Орловка, Этыка и Спокойнинское.
Личный вклад автора. Автором выполнялись описанные выше работы
со штуфами и пробами каменного материала, в том числе исследования в шлифах порфировидных
вкрапленников породообразующих минералов. Им же проводилось построение и интерпретация геохимических
диаграмм. Часть аналитических работ также проводилась автором. Так валовый анализ фтора
выполнялся им ионно-селективным методом в геохимической лаборатории Геологического Центра
в Потсдаме. Микрозондовские анализы минералов пород в некоторых шлифах, а также экспериментальных
продуктов проводились автором в том же Центре и в ИЭМ РАН в Черноголовке. Лично автором
проведены эксперименты по изучению системы Ab-Or-HF-H2O и совместно с Н.И. Безменом и Г.П.
Зарайским - по моделированию полосчатых текстур. Решению поставленных задач способствовала
экскурсия автора в карьер Орловского месторождения летом 1999 года для личного ознакомления
с проявлениями полосчатых текстур в литий-фтористых гранитах.
Апробация работы. Результаты по основным аспектам диссертации
докладывались на Международной конференции "Проблемы генезиса магматических и метаморфических
пород" (Санкт-Петербург, 25-27 мая 1998 г.), на конференции по расплавным и флюидным включениям
в минералах (ECROFI XV, GFZ Potsdam, 21-24 июня 1999), симпозиуме IAGOD (Лондон, 22-25 августа
1999 г.) и Международном Симпозиуме по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии
(Бергамо, Италия, 16-19 апреля 2000 г). По теме диссертации опубликовано 14 работ.
Содержание и объем работы. Диссертация состоит из введения,
трех глав и заключения. Работа изложена на 160 страницах, включая 57 рисунков, 14 таблиц
и списка литературы из 106 названий.
Благодарности. Работа выполнялась в коллективе лаборатории
моделей рудных месторождений ИЭМ РАН в рамках темы "Физико-химические условия образования
альбититовых и грейзеновых месторождений, связанных с редкометальными гранитами". В рамках
совместного русско-немецкого проекта РФФИ-DFG по ритмично-полосчатым текстурам в гранитах
проводились неоднократные поездки в Геологический Исследовательский Центр в Потсдаме для
аналитических и дополнительных экспериментальных исследований.
Автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю
Г.П. Зарайскому за предложенные идеи в развитии нового направления и помощь в подготовке
и проведении экспериментов. Образцы гранитов забайкальских месторождений Орловка и Этыка,
привезенные Г.П. Зарайским, Ю.Б. Шаповаловым, А.М. Аксюком, В.Ю. Чевычеловым и И.П. Ивановым
послужили фактическим материалом для геохимических и петрографических исследований. Успешной
работе в рамках проекта способствовало доброжелательное отношение немецких коллег др. Р.
Зельтманна, проф. П. Меллера, обеспечивших условия для аналитических измерений и проф. В.
Хайнриха и др. С. Мельцера в проведении экспериментов в Геологическом Центре в Потсдаме.
Автор весьма признателен доктору В.В. Шатову за предоставленные количественные данные по
минеральным соотношениям в породах и доктору Н.И. Безмену, при содействии которого проводились
эксперименты в ИЭМ РАН.
|