Введение к работе
Актуальность исследований. Разработка теории рудообразования является актуальной проблемой в учении о рудных месторождениях. Как и несколько десятилетий назад основные дискуссии ведутся по следующим направлениям: (I) природа и происхождение минералообразуюшего флюида; (2) способы переноса рудообразуюишх компонентов гидротермальными растворами; (3) причины, механизмы и условия отложения минералов из флюида. Основные успехи последних лет связаны с интенсивным внедрением в геологические исследования достижений в области изучения флюидных включений, изотопной геохимии, термодинамического и экспериментального моделированіш. Однако особенность процессов минере іообразовашія состоит в том, что они представляют собоіі физико-химические процессы, протекающие в земной коре в определенной исторической последовательности. Поэтому дли правильного их понимании требуется использование такого подхода, который позволил бы определить эволюцию отложения минералов и выяснить механизмы, причины и параметры, при которых происходило отложение минералов; Таким метолом является парагенетический анализ минеральных ассоциаций, который включает решение двух задач:
-
расшифровку возрастных соотношений минеральных агрегатов и закономерностей изменения минерального состава при отложении руд путем изучения их вещественного состава и текстурно-структурных особенностей;
-
выявление зависимостей химического состава минералов, соотношения стабильных изотопов в них и минеральных ассоциаций от физико-химических параметров и поведения различных компонентов в мииералообразуютем процессе.
Исследованию факторов и механизмов, контролирующих сосга» минеральных ассоциаций, распределение элементов-примесей, фракционирование стабильных изотопов и прнполиших к образованию различных текстур и сфумур
руд носвяшено много работ (Ьетсхтнн и др., 1958; 1964; Коржинский, 1973; Жариков, 1976; Рунлквисг. 1968; Гснкин и др., 1984; Гриценко, Гриненко, 1968; Еремин, 1983; Barton, 1991; Barton, Skitmcr.1979; Scott, 1976; Craig, Vaughan, 1981; Olimoto, 1986; Toulmiu ct al., 1991).
Тем не менее, происхождение многих структур срастания до сих пор является предметом дискуссии, что в ряде случаев делает крайне трудной задачей реконструкцию истории огложения руд и выделение в них парагенетических минеральных ассоциаций (Креііг, Вогаи, 1983; Вапоп, 1991; Bottnikov et al., 1992). В петрологии чрезвычайно плодотворным для оценки условий образования горных пород охазалось использование метода фазового соответствия, в основе которого лежит изучение закономерностей распределения изоморфных компонентов между сосуществующими минералами (Перчук, 1970; Перчук, Рябчиков, 1976 и др.). Если породообразующие минералы в этом отношении исследованы достаточно хорошо, то данные о составе сосуществующих сульфидов пока фрагментарны и недостаточны. Неоднократно отмечалась сложность применения сосуществующих пар сульфидов для целей геотермометрии и барометрии (например, Toulmin ct al., 1991). Использование для расшифровки физико-химических условий отложении руд экспериментальных и термодинамических данных во многих случаях не дает ожидаемых результатов (Бартон, Скнниер, 1982). Это связывается с недостаточной надежностью критериев выделения равновесных и неравновесных минеральных ассоциаций (Гснкин и др., 1984; Бортников, Гснкин, 1987) или недостижением равновесия при отложении минералов или его нарушением при последующігх процессах (Ohnioto, 1986; Toulmin et al., 1991). Подчеркивалась недостаточность текстурно-структурных критериев при гыделении равновесных ассоциаций минералов. В последние годы наметилась тенденция к реконструкциям условий образования месторождений главным образом на основании результатов изучения только флюидных включений или нютонных данных, хотя многими исследователями подчеркивалось, что это .іо.іжно проводиться при сочетании микроскопических наблюдений с деталь-нмми исследованиями химического состава сосуществующих минералов и интер-'ij'.-іпчнм наблюдаемых текстурно-структурньгх соотношений на основе экспе-'пч:,.'|гиып,!х данных о стабильных фазовых соотношениях рудных минералов. :<п»1 «чрелслясгся актуальность тех вопросоп, которые рассматриваются нами в
І'Ч--ГЧЧ:\ІИП(І |?лГ>ОТС.
Цель н задачи исследования. Основная цель проводившегося исследования — реконструкции условий минералообразовзния п гидротермальных месторожде-нинх цветных и благородных металлов на основе анализа результатов изучения текстур и структур руд и минеральных парагемезисов, химического состава минералов, соотношения в них изотопов.
Дли достижения поставленной пели автор предпринял попытку изучить н проанализировать наиболее типичные структуры срастания и минеральные ассоциации с участием обычных рудообразующих минералов в большом числе месторождений различных генетических типов (от фейзеновых до стратиформных) и возраста (от докембрийских золоторудных и колчеданных месторождении в зеле-нокаменных поясах до современных сульфидных руд, образующихся на дне Мирового Океана). Кроме того, автор провел детальный анализ последовательности формирования минеральных ассоциаций, химического состава, соопюшсііші стабильных изотопов и флюидных включений в минералах в типичных месторождениях некоторых генетических типов: мезотерманьных золоторудных, эпи-термальных цветных и благородных металлов, современных сульфидных постройках. При изучении природных объектов главное внимание было уделено анализу равновесия в реальных минералообразуюшнч системах. Дли выяснения условий образования минеральных ассоциаций автор также провел экспериментальное іпученік; фазовых соотношений некоторых сульфидных систем и термодинамический анализ минеральных равновесий.
При проведении исследований решались следующие задачи:
-
выяснилось происхождение структур срастания, включающих основные рудообразуюшие минералы, и особенности поведения химических элементов при формировании этих структур;
-
изучались особенности изменения химического состава, распределения элементов-примесей и фракционировании стабильных изотопов между сосуществующими минералами в различных минеральных ассоциациях разных типов месторождений цветных и благородных металлов;
-
сопоставлялись ретультоты определения физико-химических параметров, главным образом, температуры, полученных при помощи различных минеральных термометров, и результаты изучении температур гомогенизации флюидных включений;
-
проводился термодинамический анализ минеральных равновесий в гидротермальных месторождениях цветных и благородных металлов;
-
экспериментально изучались фазовые соотношения в сульфидных системах, разрабатывались генетические модели конкрешнх шнротермаиьных месторождении цветных п блаюродных металлов;
-
анализировались проблемы, связанные с приложением чкснерименіаль-ных данных к річі'іьнмм минеральным системам.
Новизна »і научная значимость диссертации состоит в решении крупної научной задачи — реконструкции условий образования гидротермальных ру; цветных и благородных металлов в условиях малых и больших глубин и на дні современного океана на основе изучения минеральных парагеиезисов и анализ: природных минеральных равновесий.
На основании проведенных исследований предложена новая иитерпретани: условий и механизмов образования структур срастаний минералов, считавшихся ранее классическими показателями распада высокотемпературных минеральны твердых растворов. К числу таких образований относятся мельчайшие включени халькопирита в сфалерите, "звездочки" сфалерита в халькопирите, решетчатые I мнрмскитовые структуры срастания сульфидов и сульфосолей. Показано, что и образование может происходить в результате разных процессов. Выявлено ратли чиє в поведении металлов при формировании одних и тех же структур срастаниі Изменение температуры, не может рассматриваться как главная причина образо вашій этих структур, как это считалось ранее; в большинстве случаев их возник новение в гидротермальных рудах обусловлено процессами замещения при измс нении активностей рудообразутощих компонентов и сокристаллизаиии из мине ралообразующих растворов.
При изучении химическою состава и распределения элементов-примесс между сосуществующими сульфидами (арсенопирита в ассоциации с сульфіщам железа и сфалеритом, стапнина и сфалерита, галенита и сфалерита, самородної золота, блеклых руд и др.) выявлена взаимосвязь их с составом минералы» ассоциаций. Обоснована достоверность арсенопиритового, кадмиевого галешг сфалеритового и станнин-сфалеритового геотермометров в области высок) температур (>250С). Составы сосуществующих сфалерита и арсенопирита и раї пределение марганца между галенитом и сфалеритом не рекомендованы к и пользованию как геотермомстры. В большом числе образцов установлено несоо ветстьие температур, рассчитанных на основании экспериментальных и теорел ческих уравнений фракционирования изотопов серы между сосушествующиь сульфидами, с температурами гомогенизации флюидных включений.
Впервые были получены сведения об устойчивости и фазовых соотношени ряда сульфидных минералов.
Предложены оригинальные генетические модели образования эпитермал ных месторождений Cu-Bi-Ag-Fb в Алрасманском районе и мезотермальт месторождений золога Чармитан, Нежданннское, Делига и современных суг фидных руд в задуговых бассейнах Тихого океана Манус п Лау.
Практическая значимость работы определяется следующим;
получены сведения о формах нахождения полезных компонентов (золою, :еребро, висмут) и срастаниях промышленных минералов в ряде гилротермаль-шх месторождений цветных и благородных металлов;
выявлены поля устойчивости и условия синтеза минералов, имеющих ірименснис в различных областях техники;
- предложены генетические модели месгорождений, которые могут исполь-юваться при разработке их критериев прогноза и оценки.
Достоверное гь научных положений работы определяется соотнесением результатов полевых и микроскопических наблюдений с данными экспериментальных и теоретических исследований, применением комплекса методов, с привлечением наиболее точных и современных из них: рентгеноспектрального, элек-гронпо-микроскопического, млсс-спектромегрического, термобарогеохимнческо-го, нонно-масс-спектрометрического, протонного анализов, экспериментальною изучения фазовых соотношении и термодинамических расчетов.
Исходные материалы и личный вклпд автора. В основу диссертационной работы положены материалы, полученные автором в результате двадцатилетних полевых и лабораторных исследований при разработке плановых тем в Институте геологии рудных месторождении, петрографии, минералогии и геохимии РАН: "Разработка теоретических основ гиломорфизма минералов" (1976-1983), "Мине-ралого-геохимические, текстурные особенности руд гидротермальных месторождений цветных и благородных металлов и условия их образования" (1983-1985), "Минеральные парагенетические ассошшшпі в гидротермальных рудах цветных и благородных металлов" (1986-1990), "Закономерности формирования минеральных парагенезнсов в эндогенных процессах" (1991-1994), "Происхождение текстур и структур и парагенетнческих ассоциаций минералов в рудах цветных и благородных месгорождений" (1994-1995). Некоторые исследования проводились в рамках Государственных научно-технических программ: по проектам "Рудоге-нез" ГНТП "Комплексное исследование океана и морей, Арктики и Антарктики" и "Золото" ГНТП "Ресурсосберегающие технологии...".
Исследования, материалы которых включены в диссертацию, выполнены частью лично авюром, частью в соавторстве. Автором сформулированы задачи, раїрабоганьї подходы, собран и проанализирован фактический материал, обобщены результат. Сделанные выводы пилносімо іцниг.шмїжлі ;«н«ру и он один
IB'lV) DiblMv'tlteHHltVlh УЛ НИХ.
Анробация работы. Основные положения диссертации докладывалнс различных международных и российских совещаниях. Среди них сессии Me народного Геологического конгресса (1979, 1984), Международной минера/ ческоіі ассоциации ,(1978, 1982, 1994), Международной ассоциации по rem рудных месторождений (1982, 1990), съезде Международного общества по ге тин рудных месторождений (1991, 1993), Международной геохимической ко рентні (1994), Международном симпозиуме по тектонике плит (1991), па В< юзных совещаниях по моделям рудных формаций (1986, 1990), Годичной се Всероссийского минералогического общества (1994), сессиях Австрийского логического общества (1992, 1993).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 80 статей и 25 тез
докладов.
Благодарности. Автор искренне признателен член-корреспонденту И.Я.Некрасову и канд. геол.-мни. наук А.Д.Генкину, оказавших огромное в пие на выбор направления исследований и многолетнюю подлержк) благодарен член-корреспонденту РАН Ю.Г.Сафонову за помощь при изучі медно-внемутовых И золоторудных месторождений н плодотворные дискуссн их гене псе. Автор благодарен академику В.А.Жарикову, привившего' паї физико-хнмическсго анализа парагенезисов минералов в период моего обучі в аспирантуре ИЭМ РАН. Первые шаги п научных исследованиях автор ел поя руководством Р.М.Константинова. Память о нем — замечательном зна рудных месторождений - навсегда сохранилась в моем сердце.
Исследования проводились в тесном сотрудничестве с коллегами по лаб тории минераграфни проф. Т.Н.Шадлун, В.В.Дистлсром, к.г.-м.н. М.Г.До Вольской, ТЛ.Евстигнеевой, В.А.Коваленкером, О.Н.Заозериной и Н.В.Разд ной. Я благодарен всем коллегам за помощь, ішодогворное обсуждение и от псиный обмен мнениями. Очень плодотворным было мое научное сотру, честно с коллегами из ИЭМ РАН В.И.Сорокиным, Н.С.Горбачевым, Е.Г.С чим, Т.Н.Докиной. Отдельные разделы выполнялись вместе с акад. А.П сиимнмм, д. г.-м. наук Г.Н.Гамяшшым, И.В.Чернышевым, Н.Н.Мозгп Н.Л.Озеровой, к. г.-м. наук Ю.С.Бородаепым, Д.Т.Федоровым, Г.В.Моралеї И.Н.Нпкенгьсвым, К.Г.Муравьевым, Л.Г.Крапивой, А.В.Борисенко, Г.Н.І ловой. Х.Л.Крамером (Куба), проф. В.Брескопекой (Болгария), и
А.Мукерджн (Индия), др. К.Басу-Саньял и Мишра (Индия), И.Моело (Фрак цня). Изучение флюидных включений проводилось совместно с В.Б.Наумовым, В.В.Шапенко и В.Ю.Прокофьевым.
Ббльшал часть аналитических исследовании выполнена в И ГЕМ РАН. Ана лизы проводились В.С.Маловым, Т.И.Головановой, Г.Н.Муравнцкой, И.ПЛапу тиной, Н.В.Троневой, А.И.Цепииым, Л.П.Носнком, А.А.Агаповой, И ВЛрубки-ным, О.В.Кузьминой, Е.А.Кориной, Г.Е.Калннчук. Я признателен им за кропотливую и тщательную работу. Часть аналитических исследований была проведена в Московском Государственном Университете, Институте геологии ЯФ РАН, Институте геологии и геофизики СО РАН, Центре по синтезу минералов (Орлеан, Франция), Зальцбургском университете (Австрия) и Университете Западноги Онтарио (Лондон, Канада).
Огдельные аспекты проводившихся исследований обсуждались с академії ком А.П.Лисицыным, проф. Ю.А. Богдановым, проф. С.Скоттом (Канала), проф. Г.Р.Колонинмм, проф. В Пиаром (Австрия), проф. В.Туффаром (ФРГ), проф. А Муке| їжм (Индия), проф. Дж.Крсйсом (США), проф. X.Парисом (США), проф. Л.Кабрн (Канада), проф. И.В.Чернышевым, проф. А.Ю.Леіін, проф. Л.И.Горшковым, д-ром П.Ветке (США), проф. Т.Сьюардом (Швейцария), лр. М.Кзтлнно (Франция), др. С.Колжнма (Япония), проф, К.Амштуием (ФРГ). Я признателен им за конструктивные советы. Особую благодарность я бы хотел выразить др. П.Бартоку-мл. за интерес и острую, но исключительно доброжелательную критику некоторых моих представлений, что заставило меня искать дополшиельную аргументацию моих выводов.
Я признателен рудничным геологам, кто помогал мне в сборе коллекций дли исследований на месторождениях Средней Азии, Приморья, Забайкалья, Урала, Якутии. Пользуясь случаем я благодарю Министерство науки РФ за финансовую поддержку исследований в 1991-94 г. Финансовая поддержка была оказана шпору Зальибургским Университетом (Австрия). Я благодарен за это проф. В. Напру и Г.Лмтауэру (Австрия).
Офомнук) помощь н окончательной нодіотовке рукописи была оказана мне Н.Н.Ратошной, Г.ІІ.Мо(млеимм, В.Н Мнклчсвым
Трудно 1К'|1С(Н(спінь лолгоіерпенис и вдбогу моей жены в период написании лой работ.