Геохимическая эволюция и расслоенность литий-фтористых гранитов танталовых месторождений Орловка и Этыка Восточного Забайкалья

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:

    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.

    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, N 1) и Геология рудных месторождений (1994, N 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. Мёллера, 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.