Автор: Бородулин Глеб Павлович
Название работы: Дифференциация Ta и Nb в процессе гранитоидного магматизма: экспериментальные исследования
|
Присвоенная ученая степень: кандидат геолого-минералогических наук
Специальность: 25.00.04 - петрология, вулканология
Классификационный индекс:
Ведущая организация: Санкт-Петербургский государственный университет, геологический факультет
Руководитель:
кандидат геолого-минералогических наук Чевычелов Виталий Юрьевич ;
Оппонент:
доктор геолого-минералогических наук Котельников Алексей Рэдович ;
доктор геолого-минералогических наук Луканин Олег Александрович ;
Место защиты: Геологический факультет МГУ, ауд. 415
Дата защиты: 2011-06-03 14:30
Издательство: Москва
Количество страниц: 151
Язык: русский
Содержание работы:
Общая характеристика работы.
Глава 2. Растворимость колумбита в кислых алюмосиликатных расплавах.
Глава 3. распределение Ta и Nb между кислыми расплавами и F-содержащим флюидом.
Глава 4. Приложение экспериментальных данных к природным объектам.
Заключение.
Публикации по теме диссертации.
|
Реферат:
Общая характеристика работы.
Актуальность темы. Многие принципиальные вопросы генезиса редкометальных месторождений, связанных с гранитоидным магматизмом, остаются недостаточно ясными. Экспериментальные
исследования позволяют получать количественные данные о физико-химических условиях генезиса и эволюции магматических комплексов, об условиях образования рудоносных флюидов,
распределении редких элементов и т.п. Поэтому актуальность данной работы определяется необходимостью экспериментального исследования физико-химических условий эволюции редкометальных
гранитоидов для разработки количественных критериев прогноза их рудоносности.
Определение величины коэффициентов распределения микроэлементов между флюидными фазами и магматическим расплавом или между магматическим расплавом и минералами является актуальным
для моделирования магматической и постмагматической эволюции гранитоидных массивов. Фундаментальные исследования распределения рудных компонентов во флюидно-магматических
системах безусловно представляют интерес для геологии рудных месторождений. Вынос и перенос рудных элементов летучими компонентами при "отщеплении" последних от магматического
очага и выделении в собственную флюидную фазу может рассматриваться в качестве одного из механизмов образования рудоносных флюидов и впоследствии растворов.
Подавляющая часть мировых запасов ниобия и тантала приходится на магматогенные месторождения. Среди них танталовые месторождения, связанные с редкометальными литий-фтористыми
гранитами, представляют большой интерес, так как руды этих месторождений обычно богаты танталом (Nb/Ta отношение меньше единицы), и сами месторождения локализованы в верхних
частях небольших куполов редкометальных гранитов и поэтому удобны для разработки карьерным способом.
Цель работы состояла в экспериментальном исследовании растворимости тантало-ниобатов в гранитоидных расплавах в зависимости от Т-Р параметров и состава расплава, а также в
изучении межфазового распределения рудных элементов во флюидно-магматической системе для моделирования условий образования танталовых месторождений.
Для реализации этой цели были определены задачи работы: (1) наплавление из гелевых смесей кислых алюмосиликатных расплавов с различной глинозёмистостью, насыщение их водным
раствором, введение микродобавок и изучение растворимости колумбита в гранитоидном расплаве при Т = 650, 750, 850oC и Р = 30, 100, 400 МПа; (2) введение в исходные расплавы
микродобавок Nb и Ta и определение коэффициентов распределения Nb, Та, Mn и F между водным фтор-содержащим флюидом и гранитными расплавами различного состава при Т = 650,
750, 850oC и Р = 100 МПа; (3) сопоставление полученных экспериментальных результатов с данными по природным объектам; оценка физико-химических условий на магматическом этапе
образования танталовых месторождений, связанных с редкометальными литий-фтористыми гранитами.
Защищаемые положения
1. Экспериментально установлено, что растворимость колумбита в водонасыщенных гранитных расплавах максимально зависит от состава расплава и в меньшей степени от температуры
и давления. Содержание Та и Nb в агпаитовом расплаве достигают 1.8 и 4.7 мас.%, в расплаве субнормального состава уменьшаются на порядок, а в плюмазитовом расплаве еще снижаются
до 0.15 и 0.08 мас.%. Температурная зависимость наиболее четко выражена в расплаве субнормального состава, в котором с понижением температуры от 850 до 650oC содержания Ta
уменьшаются от 0.55 до 0.16, а содержания Nb от 0.76 до 0.06 мас.%.
2. Впервые экспериментально определено распределение Ta и Nb между водным фторсодержащим флюидом и гранитными расплавами при T = 650-850oC и P = 100 МПа, которое резко смещено
в пользу расплава (fluid/meltDNb,Ta = 0.001-0.022). Коэффициенты распределения возрастают с уменьшением щелочности расплава и ростом температуры, причем для Nb они в 2-3 раза
выше, чем для Ta, а у F меньше единицы (fluid/meltDF = 0.1-0.7).
3. На основе экспериментальных и геохимических данных оценены физико-химические параметры процесса эволюции редкометальных гранитных комплексов и условия образования связанных
с ними танталовых месторождений в Восточном Забайкалье. Доказано, что с понижением температуры Та и Nb накапливаются в магматическом расплаве, практически не переходя во флюид,
при этом концентрация насыщения гранитного субнормального расплава ниобием уменьшается в 4 раза сильнее, чем для Та. С этим связано заметное уменьшение Nb/Ta отношения в расплаве,
что соответствует общей закономерности, наблюдаемой в последовательных дифференциатах редкометальной гранитной магмы.
Научная новизна работы. В работе представлены новые количественные данные по концентрациям насыщения танталом и ниобием модельных гранитоидных расплавов агпаитового, субнормального
и плюмазитового состава, полученные в экспериментах по растворимости колумбита при температуре 650-850oС и давлении 30-400 МПа. Изучено совместное влияние состава расплава,
температуры и давления на содержание этих металлов. Впервые получены количественные экспериментальные данные по распределению Ta, Nb, Mn и F между водным фторидным флюидом
и гранитными расплавами различного состава при температуре 650-850oС и давлении 100 МПа.
>Практическая значимость работы состоит в возможности использования полученных экспериментальных данных для решения вопросов генезиса танталовых месторождений, связанных с
гранитами. Результаты экспериментов однозначно показывают, что Nb и Ta на магматической стадии не могут переходить из расплава в отделяющийся водный флюид в количествах, достаточных
для формирования гидротермальных месторождений. Они остаются в гранитном расплаве, из последних порций которого могут кристаллизоваться в виде акцессорной вкрапленности колумбита-танталита
и других собственных минералов. Экспериментально полученное при понижении температуры значительное уменьшение Nb/Ta отношения (от 1.4 до 0.4) в субнормальном составе расплава
позволяет объяснить эмпирическую закономерность уменьшения Nb/Ta отношения в последовательных дифференциатах гранитной магмы. Nb/Та отношение, наряду с Zr/Hf, может быть использовано
в качестве индикатора степени дифференциации гранитов и их перспективности на танталовое оруденение.
Фактическая основа работы и методы исследования. Описываемые в данной работе результаты основаны на серии из 70 экспериментов, проведённых в 2005-2007 гг, из которых две трети
эксперименты по изучению растворимости колумбита в расплавах, остальные - по изучению распределения Nb и Та между расплавом и раствором. Основные эксперименты были проведены
на установке УВГД-10000 ("газовая бомба") в ИЭМ РАН.
Твёрдые продукты опытов анализировали методом локального рентгеноспектрального микроанализа. Общий анализ выполнялся на сканирующем электронном микроскопе, оснащенном энергодисперсионным
рентгеновским спектрометром, содержания Ta, Nb и Mn в алюмосиликатных стёклах определяли с помощью волновых спектрометров. Состав растворов определяли методами ICP-MS и ICP-AES.
Апробация работы. Результаты исследований, положенных в основу диссертации, докладывались в 2003 г. на конференции "Минералогия Урала-2003" (г. Миасс), в 2005 г. на молодёжной
конференции "Строение литосферы и геодинамика" (г. Иркутск), в 2006 и 2007 гг. на "Хитариаде" (ЕСЭМПГ) в ГЕОХИ РАН (г. Москва), на молодёжных совещаниях памяти чл.-корр. К.О.
Кратца в 2006 и 2009 гг. (г. Петрозаводск) и 2007 г. (г. Санкт-Петербург), в 2007 г. на международном совещания "Щелочной магматизм Земли и его рудоносность" (г. Донецк) и
на Всероссийской научной конференции "Геология и минерагения Кольского региона" (г. Апатиты), в 2008 г. на 33-м Международном геологическом конгрессе (IGC-33, г. Осло, Норвегия),
на конференции, посвященной 100-летию со дня рождения академика Ф.В. Чухрова в ИГЕМ РАН (г. Москва), а также на I международной конференции "Граниты и эволюция Земли: геодинамическая
позиция, петрогенезис и рудоносность гранитоидных батолитов" (г. Улан-Удэ). Результаты представленных в диссертации исследований опубликованы в рецензируемых журналах "Геохимия"
(Чевычелов и др., 2010) и "Доклады Академии Наук" (Бородулин и др., 2009); результаты сопоставления полученных экспериментальных данных с природными представлены в сборнике
трудов ИЭМ РАН за 2003-2008 гг. "Экспериментальные исследования эндогенных процессов" (Зарайский и др., 2008б). Результаты изучения природной редкометальной минерализации
приводятся в статьях в "Записках РМО" (Васильев и др., 2008) и в "Сыктывкарском минералогическом сборнике" (Удоратина и др., 2007).
Структура и объем работы: Диссертация изложена на 151 странице, состоит из 5 глав, включая введение и заключение, списка цитируемой литературы из 141 наименования и приложения;
содержит 31 рисунок и 14 таблиц (2 из них в приложении).
Благодарности: Автор выражает благодарность своим научным руководителям: проф. дгмн Г.П. Зарайскому и кгмн В.Ю. Чевычелову; научным сотрудникам ИЭМ РАН: дгмн А.Р. Котельникову,
кхн А.Ф. Редькину, дгмн О.Г. Сафонову, кхн В.С. Коржинской, М.В. Воронину, Н.В. Васильеву, А.А. Конышеву; техническому персоналу ИЭМ РАН: Л.Т. Дмитренко, М.В. Фокееву, Г.Н.
Чернышевой; аналитикам: А.Н. Некрасову (ИЭМ РАН) и ктн А.А. Вирюс (ИЭМ РАН), ктн С.Е. Борисовскому (ИГЕМ РАН), кгмн И.А. Брызгалову (геол. ф-т МГУ), кхн В.К. Карандашеву (АСЦ
ИПТМ РАН), ктн Г.Н. Нечелюстову (ВИМС); специалистам ПК ИЭМ РАН: Д.М. Султанову и Д.А. Варламову; аспирантам: Е.А. Зубкову (ИЭМ РАН) и Е.В. Сизовой (ETH Zurich).
|
Библиография:
СТАТЬИ: 1. Чевычелов В.Ю., Зарайский Г.П., Бородулин Г.П., Удоратина О.В., Ефимов В.Ф., Некрасов А.Н. О двух типах тантало-ниобиевой минерализации в гранитах на примере месторождений Тайкеу (Полярный Урал) и Этыкинского (Восточное Забайкалье) // "Минералогия Урала-2003". Т. 1. Общие вопросы минералогии и кристаллографии: Научное издание. 2003. Миасс: ИМин УрО РАН. С.135-142. 2. Бородулин Г.П., Чевычелов В.Ю., Некрасов А.Н. Сравнение рудной минерализации на двух типах танталовых месторождений в гранитах (Тайкеу, Полярный Урал и Этыкинское, Восточное Забайкалье) // "Минералогия Урала-2003". Т. 1. Общие вопросы минералогии и кристаллографии: Научное издание. 2003. Миасс: ИМин УрО РАН. С.142-145. 3. Чевычелов В.Ю., Зарайский Г.П., Бородулин Г.П. Экспериментальное исследование влияния щелочности расплава, температуры и давления на растворимость редких металлов (Ta, Nb) в гранитоидном расплаве // "Щелочной магматизм Земли и его рудоносность". Материалы международного совещания. г. Донецк. 2007. Киев. С.259-263. 4. Удоратина О.В., Зарайский Г.П., Чевычелов В.Ю., Бородулин Г.П., Васильев Н.В. Особенности химического состава фергусонитов месторождения Тайкеу (Полярный Урал) // "Сыктывкарский минералогический сборник". 35. (Труды Ин-та геологии Коми науч. центра УрО РАН. вып. 122). 2007. Сыктывкар. С.67-80. 5. Васильев Н.В., Чевычелов В.Ю., Зарайский Г.П., Бородулин Г.П., Удоратина О.В. Особенности тантало-ниобиевой минерализации Тайкеуского рудного узла (Полярный Урал) // Записки Российского Минералогического Общества. 2008. Ч. 137. 5. С.1-16. 6. Зарайский Г.П., Аксюк А.М., Чевычелов В.Ю., Коржинская В.С., Котова Н.П., Бородулин Г.П., Удоратина О.В. Физико-химическая модель генезиса месторождений тантала, связанных с литий-фтористыми гранитами // "Проблемы геологии рудных месторождений, минералогии, петрологии и геохимии". Материалы научной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения академика Ф.В. Чухрова. 2008а. М.: ИГЕМ РАН. С.74-77. 7. Чевычелов В.Ю., Бородулин Г.П., Зарайский Г.П. Влияние состава расплава и P-T условий на растворимость и распределение Ta и Nb в системе водный флюид гранитоидный расплав: экспериментальные данные. Chevychelov V.Yu., Borodulin G.P., Zaraisky G.P. Influence of the melt composition and T-P conditions on solubility and partitioning of Ta and Nb in the system of aqueous fluid granitoid melt: experimental data // "Граниты и эволюция Земли: геодинамическая позиция, петрогенезис и рудоносность гранитоидных батолитов". Материалы I международной конференции. 2008. Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН. С.419-423. 8. Зарайский Г.П., Чевычелов В.Ю., Аксюк А.М., Коржинская В.С., Котова Н.П., Редькин А.Ф., Бородулин Г.П. Экспериментальное обоснование физико-химической модели образования месторождений тантала, связанных с литий-фтористыми гранитами // "Экспериментальные исследования эндогенных процессов. Памяти академика В.А. Жарикова". 2008б. Черноголовка. Ред.-изд. отдел ИПХФ РАН. C.86-109. 9. Бородулин Г.П., Чевычелов В.Ю., Зарайский Г.П. Экспериментальное исследование распределения тантала, ниобия, марганца и фтора между водным фторсодержащим флюидом и гранитным и щелочным расплавами // Доклады Академии Наук. 2009. Т. 427. 2. С.233-238. 10. Чевычелов В.Ю., Бородулин Г.П., Зарайский Г.П. Растворимость колумбита (Mn,Fe)(Nb,Ta)2O6 в гранитоидных и щелочных расплавах при 650-850oC и 30-400 МПа: экспериментальные исследования // Геохимия. 2010. 5. С. 485-495. ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ: 11. Бородулин Г.П., Удоратина О.В., Чевычелов В.Ю. Химический состав фергусонитов месторождения Тайкеу (Полярный Урал) // "Строение литосферы и геодинамика". Материалы XXI Всероссийской молодежной конференции. 2005. Иркутск: Институт земной коры СО РАН. С.115-116. 12. Бородулин Г.П., Чевычелов В.Ю., Зарайский Г.П., Борисовский С.Е. Экспериментальное исследование растворимости кристаллического колумбита в гранитных расплавах глиноземистого (A/NK ~1.7), нормального (A/NK ~1.1) и щелочного (A/NK ~0.64) состава при Т =650-850oC и Р =0.3 -4 кбар: первые результаты // "Ежегодный семинар по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии (ЕСЭМПГ-2006)". Тезисы докладов. ГЕОХИ. 2006а. Москва. С.10-11. 13. Бородулин Г.П., Чевычелов В.Ю., Зарайский Г.П., Борисовский С.Е. Экспериментальное исследование растворимости кристаллического колумбита в гранитных расплавах глиноземистого (A/NK ~1.7), нормального (A/NK ~1.1) и щелочного (A/NK ~0.64) состава при Т =650-850oC и Р =0.3 -4 кбар: первые результаты. Borodulin G.P., Chevychelov V.Yu., Zaraisky G.P., Borisovsky S.E. Experimental study of crystal columbite solubility in granitic melts of peraluminous (A/NK ~1.7), normal (A/NK ~1.1) and peralkaline (A/NK ~0.64) compositions at T = 650-850oC and P = 0.3-4 kbar: the first results // Электронный научно-информационный журнал "Вестник Отделения наук о Земле РАН". 1 (24)'. 2006б. раздел "Информационный бюллетень". М.: ИФЗ РАН. URL: http://www.scgis.ru/russian/cp1251/h_dgggms/1-2006/informbul-1_2006/term-32.pdf URL: http://www.scgis.ru/russian/cp1251/h_dgggms/1-2006/informbul-1_2006/term-32e.pdf 14. Бородулин Г.П., Чевычелов В.Ю., Зарайский Г.П. Растворимость Ta и Nb в магматических расплавах по экспериментальным данным // "Геология, полезные ископаемые и геоэкология северо-запада России". Материалы XVII молодежной научной конференции, посвященной памяти К.О. Кратца. 2006в. Петрозаводск: Институт геологии КарелНЦ РАН. С.73-76. 15. Бородулин Г.П., Чевычелов В.Ю., Зарайский Г.П. Распределение Ta и Nb между водным фторидным флюидом и гаплогранитными расплавами с различным содержанием глинозема и щелочей при Т =650-850oC и Р =100 МПа // "Ежегодный семинар по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии (ЕСЭМПГ-2007)". Тезисы докладов. ГЕОХИ. 2007а. Москва. С.12. 16. Бородулин Г.П., Чевычелов В.Ю., Зарайский Г.П. Распределение Ta и Nb между водным фторидным флюидом и кислыми расплавами с различным содержанием глинозема и щелочей при Т =650-850oC и Р =100 МПа. Borodulin G.P., Chevychelov V.Yu., Zaraisky G.P. Partitioning of Ta and Nb between aqueous fluoride fluid and granitic melts with the various contents of alumina and alkalis at T =650-850oC and P =100 MPa // Электронный научно-информационный журнал "Вестник Отделения наук о Земле РАН". 1 (25)'. 2007б. раздел "Информационный бюллетень". М.: ИФЗ РАН. URL: http://www.scgis.ru/russian/cp1251/h_dgggms/1-2007/informbul-1_2007/term-22.pdf 17. Васильев Н.В., Бородулин Г.П., Сук Н.И. Зональность пирохлоров Ловозерского массива // "Геология и минерагения Кольского региона". Труды Всероссийской (с международным участием) научной конференции и IV Ферсмановской научной сессии. г. Апатиты. 2007. Апатиты: Изд-во K & M. С.140-142. 18. Бородулин Г.П., Чевычелов В.Ю., Зарайский Г.П. Распределение Ta и Nb между гранитным расплавом и фторидным флюидом по экспериментальным данным (Т =650-850oC и Р =1 кбар) // "Актуальные проблемы геологии докембрия, геофизики и геоэкологии". Материалы XVIII молодежной научной конференции, посвященной памяти К.О. Кратца. Санкт-Петербург. 2007в. С.43-45. 19. Васильев Н.В., Бородулин Г.П. Влияние среды минералообразования на состав пирохлора по экспериментальным данным // "Актуальные проблемы геологии докембрия, геофизики и геоэкологии". Материалы XVIII молодежной научной конференции, посвященной памяти К.О. Кратца. Санкт-Петербург. 2007. С.122-124. 20. Borodulin G., Chevychelov V., Zaraisky G. Experimental study of crystal columbite solubility in granitic melts at T =650-850oC and P =0.3-4 kbar // "The 33rd International Geological Congress (The 33rd IGC)". Abstracts. 2008. Oslo, Norway. MPM-06 Melts and glasses in mineralogy and petrology.
|
|
