книги из ГПНТБ / Лисицын А.Е. Геологические основы поисков эндогенных месторождений бора

57

'ностям изоморфизма бора в них. Однако есть указание на то, что количество бора в гранатах иногда заметно увеличивается, в соответствии с возрастанием в них роли андрадитовой моле­ кулы (Сухоруков. 1965).

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ КАЛЬЦИЕВЫХ БОРОСИЛИКАТОВ И БОРАТОВ

На известковоскариовых месторождениях и проявлениях бора обращает внимание преимущественная обособленность в локализации боросиликатного и боратиого минеральных ти­ пов. Так, в пределах бороспликатных месторождений и рудопроявлений, как правило, отсутствуют бораты. Даже в преде­ лах единого рудного поля в одном из районов Урала датолит, интенсивно развитый на одном из месторождений, совершенно ■отсутствует на другом, где установлена боратовая минерализа­ ция. Вместе с тем в участках распространения датолитовой -минерализации не содержится даже незначительных выделений боратов.

Аналогично разобщена боросиликатная и первичная борат­ ная— сибирскптовая — минерализация на одном из месторож­ дений Сибири (Василькова, 1962). Однако здесь развита и другая форма проявления сибирскнта, где он представлен про­ дуктом гистерогенного изменения датолнта.

Иной характер локализации, по-видимому, свойствен борату олова и кальция — норденшельдину. Судя по размещению норденшельднна на боро-оловорудном месторождении Средней Азии, где этот минерал установлен в скарнированных рогови­ ках, он локализуется непосредственно в зонах развития боросиликатов — данбурита, датолита, турмалина.

Другой интересной особенностью месторождений бора рас­ сматриваемой формации является часто .весьма заметная обо­ собленность в локализации большей частью датолнтового и данбуритового оруденения. Большинство известных месторож­ дений и проявлений боросиликатных руд представлено либо существенно датолитовой, либо только датолитовой минерали­ зацией. Подавляющее большинство боросиликатных месторож­ дений по минеральному типу является датолитовыми и совер­ шенно лишены дапбуритовой минерализации. В таком лее коли­ чественном соотношении находятся даибурит и датолит в боро­ оловорудном месторождении Средней Азин.

Отмеченные выше особенности проявления борной минера­ лизации имеют важное практическое значение для поисков и оценки подобных месторождений и, по-видимому, связаны в ос­ новном с различными физико-химическими условиями образо­ вания борных минералов.

58

Д а вл ен и е является одним из наиболее важных параметров, определяющих образование борных минералов вообще и каль­ циевых боросиликатов и боратов в частности.

О сравнительно невысоких величинах давления, при кото­ рых образуются в природе кальциевые боросиликаты и бораты, свидетельствуют данные экспериментальных исследований. Так, данбурит и датолит были получены воздействием раство­ ра буры, CaClo, HCl и метасиликата натрия или кварца на из­ вестняк при давлении 350 атм и температуре 360—400° С (Бар­ суков, Дерюгина, 1961). Американские исследователи показали, что при давлении 1000 бар данбурит устойчив при температу­ рах 290—800° С и более, а при давлении 2000 бар верхний пре­ дел устойчивости датолита в ассоциации с кварцем ■составляет примерно 500° С (Eugster, Wisei, 1963). Синтез и изучение нолей устойчивости кальциборита и химических аналогов спбирскита и коржинскита проводились И. Я- Некрасовым идр. («Изучение...», 1970). Эти соединения были получены при раз­ личных температурах и концентрациях борного ангидрида в растворах при давлении около 1000 атм.

Геологические условия нахождения кальциевых боратов и боросиликатов также свидетельствуют о сравнительно невысо­ ком давлении при их образовании, поскольку эти минералы характерны для ска,рновых месторождений гипабиссальной фации. Очевидно, кальциевые бораты и боросиликаты могут быть отнесены к типичным абиссофобным минералам, а в появ­ лении боратного или боросиликатного типа борной минерали­ зации фактор давления, вероятно, не играет заметной роли.

■Примером месторождения бора, где можно произвести не­ которую относительную количественную оценку глубины фор­ мирования (давления) борной минерализации, является сред­ неазиатское боро-оловорудное месторождение. Выше было по­ казано, что на этом месторождении в скарнированных рогови­ ках наблюдается тесная, очевидно, паратенетическая ассоциа­ ция данбурита и скаполита. В то же время здесь встречаются в роговиках сосуществующие скаполиты и плагиоклазы. На ос­ нове установленной В. А. Жариковым (1966з) зависимости со­ ставов сосуществующих скаполитов и плагиоклазов от глубин­ ности сделан соответствующий расчет. Выявлено, что на место­ рождении сосуществуют плагиоклаз, содержащий 40% анорти­ товой составляющей, со скаполитом, имеющим 22% мейонитовой молекулы, а плагиоклаз с 60% анортитового минала сосу­ ществует со скаполитом, содержащим 30% мейоінитовой моле­ кулы. Константы равновесия, вычисленные по формуле, пред­

59 ,

парагенетических ассоциаций соответственно, равны 0,29' и 0,42. Вероятно, на месторождении имеет место сосуществованиеминералов такого состава, которые характеризуются промежу­ точными величинами константы равновесия. Полученные зна­ чения константы равновесия отвечают образованию минералов в условиях наименьших глубин гипабиесальной фации, где вследствие низкого давления углекислоты скаполит оказывает­ ся более кислым, чем сосуществующий с ним плагиоклаз.. Взаимоотношения скаполита с данбуритом и последнего с дру­ гими борными минералами этого месторождения (датолитом,,

Температура образования кальциевых боросилнкатов может быть оценена по данным термометрического анализа и гидро­

репитации боросилнкатов и некоторых кальциевых боратов. Из данных этой таблицы следует, что диапазон температур декре­ питации включений в аксините из разных месторождений сос­

60

следовательностн: аксинит (320°С), данбурит (280°С), датолит (170°С).

Аналогичная, но более четкая картина температурной по­ следовательности выделения боросиликатов выявляется при сравнении температур декрепитации включений в этих минера­ лах в пределах отдельного месторождения (табл. 14).

Таблица 14 Температура декрепитации (в ° С) газово-жидких

Температуры декрепитации жидких включений кальциевых боратов соответствуют наблюдаемым взаимоотношениям этих минералов, т. е. последовательность их образования согласует­ ся с общим снижением температуры (см. табл. 13).

■Температурные пределы гидротермального синтеза датоли-

данные согласуются с результатами термометрических опреде­ лений.

Гидротермальный синтез кальциевых боратов, проведенный И. Я. Некрасовым и другими («Изучение...», 1970), показал, что температурный предел устойчивости кальциборита превы­

felder, Herzog, 1958). Гидротермальный синтез норденшельдина осуществлен при температуре 350—700° (Диман, Некрасов, 1965).

Данные экспериментальных исследований по синтезу бора­ тов согласуются как с последовательностью минералообразования, которая намечается по ассоциациям борных минералов и их взаимоотношениям, так и с результатами термометрических исследований.

Таким образом, наиболее высокотемпературными являются данбурит, аксинит, турмалин, норденшельдин, основная масса которых образовалась в диапазоне от 300—350 до 450—500°С, низкотемпературными—-водные метабораты кальция, форми­

61

рующиеся при температурах от 100— 150 До 300—350° С. Датолиту и кальцибориту свойствен более широкий температурный диапазон образования — от 250 до 450—500° С.

Поскольку главная масса известковых скарнов формируется в температурных условиях 400—800°С (Жариков, 1968), можно полагать, что образование боросиликатов и высокотемператур­ ных боратов — кальциборита и нордеишельдина — начинается еще в конце скарнового этапа, однако основная масса борного оруденения формируется в постскарновый этап.

Кислотность — щелочность растворов, по-видимому, являет­ ся одним .из главных параметров постмагматического процесса,, в значительной мере определяющих тот или иной минеральный тип борного месторождения в нзвестковоскариовой формации.

Работами Д. С. Коржинского показано, что режим кислот­ ности— щелочности гидротермальных растворов определенным образом эволюционирует в соответствии с опережающей вол­ ной кислотных компонентов на фоне общего снижения темпера­ тур постмагматического процесса. В общем плане примени­ тельно к месторождениям нзвестковоскариовой формации эта эволюция выражается в том, что в процессе известкового скарнообразовання, происходящего в раннюю щелочную стадию, в силу указанных выше причин, а также в результате взаимо­ действия растворов с породами, через которые они просачива­ ются, растворы постепенно нейтрализуются, после чего, уже в постскарновый этап, кислотность их увеличивается. Дальней­

лочного режима постмагматических растворов оказывает хими­ ческий состав родоначальных интрузий и литологический сос­ тав среды, в которой происходят гидротермальные процессы (Жариков, Омельяненко, 1965). Наиболее полно процессы ран­ ней щелочной стадии, в которую формируются собственно скарны (в известковых контактах) проявляются в связи со средними, основными и щелочными интрузиями. В случае кис­ лых гранитоидов процессы этой стадии не только смещены во времени, но и менее интенсивны и сравнительно быстро сменя­ ются кислотным выщелачиванием. Несомненно также большое влияние, которое оказывает химизм вмещающей среды на ха­ рактер эволюции постмагматических растворов. Так, кислые вмещающие породы, естественно, способствуют более интенсив­ ному развитию стадии кислотного выщелачивания. Богатая основаниями вмещающая среда, наоборот, нейтрализует поток кислых компонентов, что приводит к слабому проявлению ста­ дии возрастающей кислотности.

Рассмотрим несколько месторождений бора известковбскарновой формации, характеризующихся разными типами борной

62

минерализации, что обусловлено главным образом изменением- кислотно-щелочного режима минералообразующих растворов. В этом отношении уральское месторождение с боратной мине­ рализацией и боро-оловорудное месторождение Средней Азии служат примером проявления двух крайних случаев эволюции иостмагматических растворов.

На уральском месторождении боратная минерализация при­ урочена к слабо скарнироваінным кальцитовым мраморам, примыкающим к зоне массивных пироксен-гранатовых скарновмощностью 20—50 м, развитой на контакте мраморов с кварце­ выми диоритами. Борная минерализация здесь представлена боратами кальция.

Изученные ранее соотношения различных боратов, а также боратов и ассоциирующих с «ими минералов (Малиико, 19631),

дополненные данными термометрического анализа (Малинко, I960), позволяют наметить следующую смену минеральных ас­ социаций в зоне скарниро'ваниых мраморов: диопсид и гранат,, магнетит; кальциборит и близкие к нему по времени доломит;, анкерит, ангидрит и пирит; сибирскит, ссайбелиит и антигорит;- гипс и водные метабораты кальция — коржинскит, уралборит, вимсит, нифонтовит, фроловит, пентагидроборит. Новообразо­ вания кальцита завершали процесс минералообразования наместорождении.

На боро-оловорудном месторождении -Средней Азии борная минерализация развита в экзоконтакте массива лейкократовых биотитовых гранитов, локализуясь в ороговикованіных и слабо скарнированных переслаивающихся алевролитах, песчаниках и известняках. Наибольшим распространением борная минерали­ зация пользуется в зонах скарнированных роговиков или скарноидов. Борная минерализация представлена данбуритом, датолитом, аксинитом, турмалином и норденшельдииом. Соотно­ шение борных минералов, а также соотношение их с касситери­ том и другими минералами были охарактеризованы выше. Оносвидетельствует о том, что вслед за образованием скарновых минералов происходило выделение бороалчомосиликатов, данбурита, скаполита, норденшельдина и касситерита, сменившее­ ся ркварцеванием, а затем появлением датолита. Наиболеепоздними сформировались' кальцит и флюорит.

Геологические условия возникновения характерных мине­ ральных ассоциаций этих двух месторождений и смена их вовремени позволяют предполагать существенные различия в об­ разовании месторождений, явившиеся результатом разного хода кислотно-щелочной эволюции постмагматических раст­ воров. ■

На уральском месторождении гранитолды повышенной ос­ новности (кварцевые диориты) в совокупности с богатой осно­ ваниями вмещающей средой (известняки) способствовали интенсивному развитию ранней щелочной стадии, вырааившей-

63

ся в образовании мощных зон пироксен-гранатовых скарнов. Тс же причины привели к быстрой нейтрализации потока кис-

.лотных компонентов, в результате чего стадия возрастающей кислотности проявилась незначительно, о чем свидетельствует -отсутствие кварца. Вероятно, формирование борной минерали­ зации в существенно карбонатной (кальциевой) среде в усло­ виях низкого химического потенциала кремния в растворах не создавало благоприятных условий для образования здесь дато­ лита и других бороснлнкатов, но способствовало развитию кальциевых боратов.

На боро-оловорудном месторождении Средней Азии пост­ магматический процесс имел иной характер. Кислый состав интрузии (лейкократовые биотптовые граниты) и преимуще­ ственно кислый характер вмещающих пород (ороговикованные алевролиты), очевидно, способствовали быстрому повышению кислотности потока постмагматических растворов. Вследствие этого процессы ранней щелочной стадии на месторождении оказались слабо проявленными, что выразилось в незначитель­ ном скарнирова-нин пород. Быстрая нейтрализация потока слабощелочных растворов и дальнейшее повышение их кислот­ ности в данной геологической ситуации привели к интенсивно­ му развитию на месторождении стадии кислотного выщелачи­ вания. Поэтому здесь распространена кислотофильная мииера- ■лизация. Она выражена в скаполитизации, образовании касси­ терита и борной минерализации в виде аксннита, турмалина, норденшельдина и особенно широко данбурита. Последнее сви­ детельствует о возрастании активности бора в растворах одно­ временно с увеличением их кислотности. Интенсивное выделе­ ние данбурита, по-видимому, послужило своего рода разгруз­ кой бороносных растворов, в связи с чем последующее минералообразование происходило без значительного выделения борных минералов. Сильное окварцевание вслед за данбуритизацией явилось заключительным моментом стадии возрастаю­ щей кислотности на данном месторождении. Дальнейшее минералообразование, которое протекало на фоне понижения тем­ ператур и кислотности постмагматических растворов, приво­ дило к разложению норденшельдина и данбурита, неустойчи­ вых в этих условиях, с замещением первого ассоциацией касси­ терита и датолита, а второго— датолитом.

Образования кальциевых боратов в стадию повышающейся щелочности здесь не происходило, вероятно, в связи со слабым развитием процессов этой стадии на месторождении и недоста­ точно высоким химическим потенциалом бора в растворах конечных этапов постмагматической деятельности.

<64

диаграмма, предложенная Л. И. Шабыниным (Шабынин, Пер­ цев, Малинко, 1964), и величины условных потенциалов иони­ зации минералов, рассчитанные В. А. Жариковым (1967) и дополненные автором для боратов и некоторых других минера­ лов. Подобная диаграмма не является точным отражением процесса минералообразования, но' в целом она показывает общую его тенденцию и, кроме того, позволяет более или менее наглядно представить некоторые особенности формирования борной минерализации на основе изученных взаимоотношений

Y

Рис. 13. Схема борного минералообразования в месторождениях известковоскарновой формации в ходе эволюции кислотности — щелочности постмагматическнх растворов.

борных минералов, их ассоциаций и данных по температурам образования.

■Кривая 1 нф схеме (см. рис. 13) отражает постмагматиче­ ский процесс со слабо развитой стадией кислотного выщелачи­ вания на участке локализации боратной минерализации ураль­ ского месторождения, кривая 2 соответствует ходу постмагма­ тического процесса в условиях интенсивного проявления стадии кислотного выщелачивания и иллюстрирует процесс минералообразования в породах среднеазиатского месторождения.

В первом случае стадия кислотного выщелачивания, сменя­ ющая іскарновую щелочную стадию, по существу проявлена образованием единственного минерала — кальциборита, харак­ теризующегося наиболее высоким значением условного потен­ циала ионизации по сравнению со всеми другими минералами, развитыми на данном месторождении. Поэтому появление кальциборита соответствует этапу максимального развития здесь стадии кислотного выщелачивания. Устойчивость кальци­ борита в широком диапазоне температур при относительно вы­ соких концентрациях бора в растворе, как показывают экспе­

цибо.ріита послужило разгрузкой боронооных растворов, в ре­ зультате чего дальнейшее борное минералообразование в ос­ новном шло за счет переотложения бора, содержащегося в кальцігборите. Остальные бораты, установленные на месторо­ ждении— ссайбелиит, сибирскит и водные метаборатьЕ каль­ ция— образовались позднее, о чем свидетельствуют их взаимо­ отношения с кальциборитом, а также данные термометрическо­ го анализа. Выделение этих минералов, по-видимому, происхо­

рис. 13, кривая 2 ). Максимальное развитие стадии кислотного выщелачивания выразилось здесь интенсивным окварцеванием. Более позднее минералообразование заключалось в выделении датолита, в основном развивающегося за счет замещений дан­ бурита без существенного привнося бора растворами.

Рассмотренные примеры отражают два крайних случая, ха­ рактеризующихся различными кислотно-щелочными условиями формирования борной минерализации в известковоскарновом комплексе. Фактический материал по большинству месторож­ дений бора известковоскарновой формации свидетельствует о том, что их образование происходило в условиях кислотно­ сти— щелочности, которые можно назвать промежуточными относительно указанных выше. Для них характерно развитие боросиликатов, отсутствие боратов, слабое окварцеваиие. Повидимому, кривая, отражающая тенденцию изменения кислот­ ности— щелочности растворов при борном ' минералообразовании этих месторождений, близка к пунктирной линии на рис. 13.

оруденения также выявляется при сравнении других месторож­ дений и проявлений бора известковоскарновой формации, лока­ лизующихся в различных условиях. Так, в непосредственной близости от упомянутого ранее месторождения с боратной ми­ нерализацией на Урале в пределах единого скарноворудного поля находится боросиликатное месторождение, в котором вся борная минерализация представлена одним минералом — дато­ литом. Сравнивая эти месторождения, можно полагать, что со­ став гидротермальных растворов, поступавших из единого маг­ матического очага, был примерно одинаковым, а различные типы их борной минерализации объясняются сильным влия­ нием состава вмещающих пород. Действительно, боратная ми­ нерализация на первом месторождении локализуется в слабо скарнированных известняках, т. е. в основной среде. Образова­ ние ее происходило, очевидно, при очень низком химическом потенциале кремния и высокой активности бора в растворах.

66