книги из ГПНТБ / Тугаринов А.И. Общая геохимия. Краткий курс учеб. пособие

другие щелочи в заключительных дериватах гранитных интрузий. Концентрация другого компонента — рубидия, —• всегда сле­ дующего за калием в виде примеси, с которым он образует постоян­ ное соотношение, равное 130—140 в большинстве пород, заметно возрастает к концу магматического процесса в кислых его раз­

ностях.

Краткий очерк геохимии гранитов можно закончить следующим выводом: граниты, несмотря на свое широкое распространение в пре­ делах континентов, представляют исключительное явление для нашей планеты; их образование, состав и другие факты позволяют утверждать, что граниты являются неотъемлемой частью биосферы, без которой никогда не могли бы возникнуть.

§ 7 . Р А С П Р Е Д Е Л Е Н И Е М А Л О Р А С П Р О С Т Р А Н Е Н Н Ы Х Э Л Е М Е Н Т О В В Щ Е Л О Ч Н Ы Х И Н Т Р У З И Я Х

Щелочные породы встречаются в виде лакколитов и плутонов небольшого масштаба. Они разделяются по составу на два типа:

коэффициентом агпаитности. Для агпаитовых пород этот коэф­ фициент равен 1,18—1,34, а для миасскитовых — 0,88.

В некоторых районах развития миасскитов агпаитовые породы представлены пегматитовыми жилами, что подтверждает их при­ надлежность к завершающему этапу дифференциации миасскито­ вых пород. Так, например, Л. Н. Когарко утверждает на основании экспериментальных исследований, что нефелиновые сиениты пред­ ставляют собой конечные дифференциаты щелочно-оливиновой ба­ зальтовой магмы.

Наиболее яркими примерами пород агпаитового состава являют­ ся Ловозерские интрузии (Кольский п-ов) и Ильмауссакский мас­ сив (Гренландия). Ловозерский массив представляет собой округ-

торым допущением можно рассмотреть протокристаллизацию как путь к образованию ультраосновных пород (табл. 50, 51).

Для этих пород характерно присутствие углерода (иногда в виде алмаза), указывающее на большой дефицит кислорода при их кри­ сталлизации, и наличие большого числа ионов с малыми радиусами

ских решеток и широком развитии изоморфизма (оливины, авгиты и др.).

Т а б л и ц а 51

С о д е р ж а н и е р е д к и х э л е м е н т о в в н е к о т о р ы х и з в е р ж е н н ы х г о р н ы х п о р о д а х ,

Ряд кристаллизации начинается с окислов и завершается алю­ мосиликатами: окислы железа и титана, оливины, пироксены, амфи­ болы, слюды, полевые шпаты. Однако в большинстве случаев кри­ сталлизация заканчивается на амфиболах или пироксенах, что указывает на остаточный характер магм.

Среди ультраосновных пород могут быть выделены дуниты (90—100% оливина), гарцбургиты (70—90% оливина, 30—10% пироксена), лерцолиты (60% оливина, остальное — ромбический пироксен).

Для глубинных пород рифтовых зон океана Л. В. Дмитриев дает следующую схему выплавления базальтов из вещества мантии: исходный лерцолитовый состав мантии (47% MgFeO, 4% Ас20 3, 2,3% СаО) разделяется на базальтовую магму, выплавляющуюся в верхние зоны, и гарцбургиты (52% MgFeO, 1,7%А120 3, 0,7%СаО), представляющие собой остаточную ультраосновную магму. Это подтверждается тем, что полученные составы всех трех пород ложат­

торами гипербазитов являются хром, никель, кобальт, платиноиды, титан, ванадий и иттрий. Хром встречается в виде хромшпинелидов (содержание достигает 10%). В хромитоносных интрузиях содержит­ ся обычно0,40% хрома. Никель присутствует главным образом в си­ ликатах: в оливине до 0,5% и в пироксенах до 0,0п%. Содержание кобальта не превышает 0,015%. В платиноносных интрузиях Урала содержание никеля падает по сравнению с другими гипербазитами, и в то же время концентрация его заметно увеличивается в участках, содержащих сульфиды. По-видимому, всякое незначительное обо­ гащение серой таких магм, ведущее к частичной ликвации и удале­ нию никеля из расплава, связано с возрастанием концентрации платиноидов.

Платина ассоциирует с хромшпинелидами. В участках хромо­ вого оруденения концентрация ее достигает 50 г/m; при этом обра­ зуется самостоятельный минерал поликсен Pt Fe. В оливинах платина содержится в количестве 10~5%. В уральских гипербазитах ее содержание составляет примерно 10_5%, а палладия — около 0,2-10_5% (0,1 обычной концентрации этих металлов в хондритах).

В медноникелевых рудах Монче-тундры наблюдается незначи­ тельное увеличение концентрации платиноидов, по сравнению с их содержанием в интрузивах, сопровождающееся их частичным разделением.

Титан образует самостоятельный минерал титано-магнетит. В нем же содержится ванадий (около 0,015%).

ЭНДОГЕННОЕ РУДООБРАЗОВАНИЕ

Образование эндогенных рудных месторождений — высококон­ центрированных скоплений соединений металлов — большинство ученых объясняет рудоотложеннем из водных горячих растворов. Спорным остается вопрос о том, что представляли собой подобные природные растворы в момент рудоотложения, т. е. каковы формы переноса компонентов и источники рудного вещества в растворах.

Геологические исследования показывают, что рудные залежи располагаются всегда в относительной близости от гранитных ин­ трузий, поэтому связь месторождений с магматическим процессом была признана в качестве обязательного тезиса любой гипотезы рудообразования. Мы находим на это прямое указание в работах И. Брейтгаупта (середина XIX в). Особенно четко этот взгляд был изложен в работах Ч. Линдгрена, посвятившего более 20 лет изуче­ нию рудных месторождений, в особенности Запада США, где подоб­ ная связь была достаточно хорошо заметна.

Каких взглядов на гидротермальное рудообразование придер­ живается большинство ученых в настоящее время?

Охлаждающийся магматический очаг по мере консолидации гранитного тела обогащается летучими компонентами (Н20, С 02, F, С1 и др.), часть из которых образует при этом соединения с тяже­ лыми металлами, также отличающиеся высокой летучестью (SnF4, UC14 и т. д.). По мере развития подобного процесса в магматическом очаге начинает обособляться остаточный флюидный расплав, внут­ реннее давление в котором интенсивно возрастает.

Становление гранитных интрузий обычно происходит на фоне орогенических, складчатых движений. Следовательно, можно пред­ полагать, что в результате возникновения тектонических дислока­ ций внешнее давление вокруг подобного интрузива заметно снизит­ ся, в то время как давление образующегося остаточного расплава заметно превысит первоначальное внутреннее давление магматиче­ ского субстрата. В этом случае вполне вероятно вскипание остаточ­ ного расплава с удалением его за пределы магматического тела, т. е. вынос наиболее обогащенного рудными компонентами флюи­ да во вмещающие породы. Из этого флюида затем будет происходить последовательное рудоотложение по мере того, как отдельные пор­ ции раствора будут удаляться в наиболее отдаленные от разогре­ того участка материнской интрузии области, в которых перепад внешнего давления будет значительным и приведет к вскипанию

рудоносного раствора и удалению из него газовой составляющей (рис. 78).

Возникающее пересыщение раствора рудными компонентами приведет к последовательному их выделению в зависимости от энер­ гии кристаллической решетки, теплоты образования соответствую­ щих минералов.

Часто наблюдающаяся зональность рудных полей вокруг гра­

ласно этой теории, магматический очаг в течение достаточно дли­ тельного периода остывания и связанной с этим дифференциации состава выделяет обогащенный летучими остаточный флюид, тем­ пература которого постепенно понижается. Таким образом, каждая рудная минерализация имеет свой источник, свои растворы. Кроме того, С. С. Смирнов и X. М. Абдуллаев разработали гипотезу спе­ циализации рудной магмы, которая объясняла аномалии в распре­ делении рудных залежей обогащением исходных родоначальных магм компонентами в результате ассимиляции ими осадочных толщ.

Все эти концепции предполагают тесную генетическую связь гидротермального оруденения с магматическим процессом, в част­ ности, с образованием гранитов, но по-разному истолковывают механизм отделения растворов и условия выделения из них

РУД-

Согласно ранее высказанному предположению, что остаточный флюид был обогащен галогенидами тяжелых металлов, остается сделать вывод, что первые порции наиболее высокотемпературных образований выделялись в раннюю стадию из весьма кислых раст­ воров, глубокое проникновение которых во вмещающие породы было весьма маловероятно, так как эти соединения должны были быстро реагировать с вмещающими породами. Зто неизбежно долж­ но было вести к перерождению растворов, их нейтрализации и даже приобретению ими слабо щелочных свойств.

Последний вывод невольно ставит вопрос о том, что большая часть металлов, когда-либо покидавшая магматический расплав, должна быть представлена по крайней мере двумя типами соедине­ ний — устойчивым при кислотном режиме ранних растворов и отли­ чавшимся значительными растворимостями при слабощелочном ха­ рактере растворов и температурах порядка 400—50° С (см. гл. 10).

Как же данный вопрос разрешается современной геохимией? Обратимся для этого к нескольким примерам.

§ 1. О Л О В О

Согласно ранее изложенной схеме, касситерит является высо­ котемпературным минералом — он выделяется из раствора при тем­ пературах около 300° С. В виде касситерита олово может встречать­ ся в грейзенах, с которыми связаны его достаточно крупные место­ рождения; в кварцевых жилах — совместно с вольфрамитом, бора­ тами, литиевыми и фтористыми минералами. В то же время кас­ ситерит является типичным минералом сульфидных месторожде­ ний, где он встречается в ассоциациях с пиритом, пирротином, халь­ копиритом, сфалеритом и галенитом. В отдельных случаях кас­ ситерит полностью замещается станнином (Cu2Fe SnS4). В последнем случае среди вмещающих пород часто заметна достаточно интенсив­ ная альбитизация, а среди вторичных слюд появляются фторсодер­ жащие разности.

В. Л. Барсуковым была предложена форма переноса олова в ви­ де комплексного соединения Na2 [Sn (ОН, F)]6. Это соединение отличается достаточно высокой растворимостью (48 гіл) в преде­ лах pH = 6—8.

Подобное соединение могло вполне объяснить как значительные расстояния, на которые должен был мигрировать раствор от гранитоидов в случае образования касситерит-сульфидных место­ рождений, так и характерный парагенезис, возникавший при осаж­ дении окисла олова (альбит- и фторсодержащие слюды). Характер­ но, что фтор при этом отличался несколько повышенной мигра­ ционной способностью (например, в виде NaF). Поэтому при возник­ новении касситеритовой залежи вокруг нее создавался более ши­ рокий ореол фтора, фиксируемый при химических анализах пород.

На примере пород Дальнего Востока можно утверждать, что вертикальный размах такого ореола достигает нескольких сот ме­

тров, что помогает организации поисков олова по сопутствующему компоненту — фтору. В случае обнаружения на поверхности, в районе разлома, повышенных концентраций фтора, даже при полном отсутствии прямых признаков олова и касситерита, задан­ ные на таких участках скважины пересекали касситеритовую залежь на глубине 200—300 м ниже выявленной аномалии.

Очевидно, что в данном примере весьма важную роль в осажде­ нии олова играли вмещающие породы, если они оказывались недосыщенными на натрий и фтор. Это обстоятельство, как увидим дальше, существенно изменяло ранние представления о выделении минералов из растворов только при снижении температур и давле­ ния, внося важные коррективы в законы образования рудных про­ винций.

Вопрос об источнике олова в рудоносных растворах в данном случае разрешался не совсем обычно. Из геохимии гранитов мы знаем, что минералами-концентраторами олова являлись биотит и сфен. Если такого рода гранит подвергался постмагматическому изменению, в частности, сопровождавшемуся мусковитизацией ран­ него биотита, то нетрудно было заметить, что содержание олова при этом падало в замещаемом биотите в 10 раз. В отдельных случаях можно было даже наблюдать мельчайшие зерна касситерита, выде­ лившиеся в самостоятельную фазу. Это было вызвано тем, что при замещении биотита мусковитом с высвобождающимся при этом железом покидало решетку и олово, изоморфно связанное с железом (Fe2+, Fe3+ -*■ Sn4+, Li+); комплекс типа Na2[Sn-(OH, F)e]

предела, при котором раствор становился пересыщенным, и олово выпадало в осадок в виде гидрата окиси.

Данная точка зрения отнюдь не утверждает необходимость одно­ временного образования оловянных месторождений с гранитами, а говорит о более позднем формировании оловянных месторожде­ ний, чем гранитных интрузий.

Образование станнина вместо касситерита связано с повыше­ нием парциального давления PH2S над Рог, которое всегда насту­ пает к концу гидротермального процесса. При этом следует учесть, что теплота образования окисленных минералов намного превосхо­ дит теплоту образования сульфидов. Поэтому процесс рудоотложения по мере снижения температуры образования руд будет выра­ жаться в последовательном отложении окислов, затем сульфидов и карбонатов: золото, касситерит, вольфрамит, шеелит, кварц мо­ либденит, арсенопирит, пирит, халькопирит, станнин, сфалерит, галенит, аурипигмент, киноварь и, наконец, кальцит, сопровож­ дающий рудные минералы на протяжении всей сульфидной стадии.

В связи с этим имеет смысл рассмотреть поведение в гидротер­ мальном процессе ряда других металлов: молибдена, вольфрама, урана, свинца, ртути, сурьмы.

Обычная ассоциация вольфраматов железа, марганца и кальция с молибденом, типичная для месторождений гипотермальной зоны, весьма редко сопровождается тунгстенитом WS2 и повеллитом СаМо04.

Причина подобного парагенезиса, по мнению В. С. Урусова, Г. Ф. Ивановой и И. Л. Ходаковского, заключается в том, что реакция Мо03 + W S2 = MoS2 + W 03 протекает с большим теп­ ловым эффектом (31 ккал). Поэтому в природных процессах смеще­ ние данного равновесия всег­

кать незначительные скопления тунгстенита. Соответственно при увеличении щелочности раствора и исчезновении H 2S будет воз­ никать повеллит.

Формы переноса молибдена и вольфрама не раз обсуждались в литературе. Предполагалась форма миграции вольфрама в виде Na2W 04 в щелочной обстановке. Это косвенно подтверждалось скоплениями шеелита в скарнах, обычно приуроченными к местам распространения Са-минералов — диопсида, плагиоклаза, — по которым метасоматически шло выделение шеелита в сопровождении альбита, согласно предполагаемой реакции

CaAl2Si20 8 + Na2\V04 + 4Si02 -+■CaW04 + 2NaAlSi30 8.

Впоследние годы были получены экспериментальные данные

оприсутствии в рудоносных растворах высокорастворимых форм

молибдена в виде ионов HMoOj.

Состав вольфрамитов (соотношение в них Fe/Mn) не зависит от вмещающих пород и температуры образования. Вольфрамита раз­ ного состава (Fe/Mn) образуются в изотермических условиях. Глав­ ным фактором, обусловливающим состав вольфрамита, является ве-

личина окислительно-восстановительного потенциала и pH гидро­ терм, определяющих активность Fe2+ и Мп2+ в растворах при 320° С, установленную на основании изучения жидких вклю­ чений.

Однако в ряде случаев более поздние вольфрамиты бывают обо­ гащены марганцем, хотя возникновение всего ряда вольфрамитов происходило при одной и той же температуре. Причина заключается в том, что FeW04 менее растворим, чем MnW04, поэтому соотно­ шение Fe/Mn определяется произведением растворимости FeW04 и MnW04.

§ 3 . У Р А Н

В гл. 10 мы указывали на двойственное положение окислов ура­ на в гидротермальном процессе. Уранинит (кристаллическая разно­ видность окисла урана, образующая правильные кубики) в отличие от настурана или урановой смолки (дающих колломорфные выделе­ ния) относится к высокотемпературным образованиям, отличаю­ щимся значительной глубинностью образования (300° С и 1600 атм). В то же время урановая смолка, будучи того же химического соста­ ва, что и уранинит (U3Og), типична для широкого круга низкотем­ пературных урановых месторождений, возникших при давлении,

Эти данные, полученные по газово-жидким включениям, объяс­ няют большую распространенность урановых месторождений, отме­ чаемых практически в любом интервале температурной зонально­ сти руд.

В чем причина подобного «космополитизма» урановой смолки? Если 10—15 лет назад в нашей литературе, посвященной проис­ хождению рудных месторождений, вполне серьезно указывалось на миграцию урана в виде UC14, UF4 и т. д., то в настоящее время ни для кого не является секретом преимущественный перенос урана в гидротермальных растворах в виде шестивалентных его соеди­ нений, в форме комплексных карбонатных соединений типа Na4[U02(C03)3] (трикарбонатуранил), впервые установленных

в природе в составе океанической воды.

Действительно, если галогениды урана сравнительно легко гид­ ролизуются и не в состоянии мигрировать во вмещающие породы, то их превращение в легко растворимые щелочные карбонаты урана вполне объясняют их перенос.

На рис. 80 дана диаграмма, иллюстрирующая равновесие между

(т. е. концентрации С 02 в растворе) неминуемо ведет к осаждению U 02. При этом вероятны следующие случаи: если понижение кон­ центрации С 02 происходит в водной среде в присутствии H 2Si03,