|
Е.Н. Граменицкий, Т.И.Щекина, В.Н.Девятова.
Содержание
1.2. Постановка вопроса на языке химии.
Концентрация и рассеяние компонентов в минералах и горных породах регулируется законами их распределения между фазами . Слово "фазы" в данном случае используется в химическом смысле для обозначения гомогенных (по составу и свойствам) частей химической системы, отграниченных друг от друга поверхностями раздела. В магматических процессах обычно имеют в виду три типа фаз: расплав (магму), выделяющиеся из нее кристаллы (минералы) и сосуществующий с ними надкритический пар (флюид). По-видимому, впервые вскрыл и использовал для решения петрологических задач закономерности распределения элементов между сосуществующими фазами Г.Рамберг [ Ramberg & De Vore , 1951; Ramberg , 1952]. На необходимость изучения коэффициентов распределения элементов-примесей между расплавами, растворами и кристаллизующимися из них минералами в природных образованиях, а также в продуктах эксперимента обратил внимание М.Г.Валяшко в выступлении на Всесоюзном геохимическом симпозиуме в 1957 г.
Наиболее подробно экспериментально изучены взаимоотношения магмы с выделяющимися из нее минералами. При кристаллизации (равновесие расплав - кристаллы ) в зависимости от коэффициента разделения К Р , равного отношению концентрации элемента в расплаве к его концентрации в кристаллизующихся минералах, принято различать два вида компонентов. Одни, "совместимые" ( compatible , КР < 1), накапливаются в породообразующих минералах, обедняя при этом расплав. Почти все элементы, которые дают эндогенные руды, связанные с гранитным магматизмом (Sn, W, Mo, Be, Li, Pb, Zn, REE, Y , Ta, Nb, Zr), относятся к несовместимым ( incompatible , КР > 1) компонентам. Они накапливаются в остаточном после кристаллизации главных минералов расплаве. Коэффициенты разделения расплав / кристаллы использовались во многих цитированных в предыдущем разделе работах для объяснения эмпирических закономерностей концентрации рудных элементов (коэффициенты накопления, комбинированные коэффициенты распределения и др.). Однако концентрирование редких элементов с помощью подобного механизма обычно прекращается выпадением акцессорных минералов: расплав ими уже насыщен. Бедные вкрапленные руды иногда действительно образуются по этому механизму, но отрабатывают их обычно как попутное сырье. Такова упрощенная модель поведения редких элементов при кристаллизационной дифференциации. В основном (но не всегда в деталях) она подтверждается работами геохимиков. Например, если прослеживать содержания несовместимых элементов по сериям горных пород - результатам кристаллизации последовательных порций магмы, то их увеличение действительно прослеживается почти до конца, однако часто в самых последних продуктах дифференциации и в пегматитах сменяется противоположной тенденцией. Есть и другие противоречия. В заключительные стадии дифференциации иногда возрастает отношение калия к натрию в породах, что невозможно объяснить никакими эффектами, связанными с кристаллизацией. Следовательно, для реализации накопленных концентраций рудных элементов необходим другой механизм.
Не поняты до конца и различия накопления или рассеяния элементов, имеющих близкие химические свойства (Ta и Nb, Zr и Hf, K и Rb , легкие и тяжелые РЗЭ, и др.). Отношения их содержаний в различных горных породах меняются закономерно и используются в качестве эмпирических <геохимических индикаторов>, но во многих случаях не находят объяснения.
В учении о генезисе рудных месторождений довлеет гипотеза, согласно которой рудные элементы выносятся из магматических пород в составе гидротермальных растворов . Их отщепление от магмы (равновесие расплав-флюид ) связано с ограниченной растворимостью летучих компонентов (прежде всего, воды) в силикатных расплавах и происходит во время и в связи с кристаллизацией (<ретроградное кипение>). Слабое место гипотезы - очень низкие концентрации как рудных, так и породообразующих компонентов в растворах. Известны подсчеты, что формирование даже ординарных рудных жил требует прохождения по трещине нереально огромных масс воды, которые разные авторы сравнивают с многолетними стоками крупных рек или объемами морей [Смирнов, 1982]. Тем более, для формирования месторождений недостаточно всей воды, которая может быть растворена во всем объеме рудоносной интрузии.
Не проходит этот механизм концентрации и с точки зрения распределения компонентов между силикатным расплавом и водным флюидом . В последние десятилетия опубликовано несколько десятков экспериментальных работ [Хитаров и др., 1967, 1982; Holland , 1972; Flinn & Burnham , 1978; Соболев, 1982; Мэннинг и Пишован, 1984; Candela & Holland , 1984; Эпельбаум и Салова, 1985; London et al ., 1988; Чевычелов, 1998; Чевычелов и др., 1994 и многие другие]. Часть этих данных обобщены на диаграмме (рис. 1).
 |
| Рис. 1. Изменение логарифма коэффициента разделения металлов расплав/флюид в зависимости от содержания солей (преимущественно хлоридов) в исходной смеси |
По вертикальной оси нанесены логарифмы коэффициентов разделения элементов силикатный расплав / флюид. Логарифмическая форма удобна для сравнения величин, отличающихся на порядки, и, особенно, отношений больших и меньших единицы. Горизонтальная линия lgKP = 0 (KP = 1) делит диаграмму на области накопления элементов в расплаве (KP > 1) и во флюиде (KP < 1). По горизонтали отложены концентрации ( M ) солей (в большинстве случаев NaCl ), введенных в систему при эксперименте. Начало горизонтальной оси координат отвечает опытам с чистой водой. Все изученные компоненты концентрируются в расплаве, за исключением самых летучих (Cl, B , CO2), распределяющихся в пользу флюида, и щелочных металлов, имеющих коэффициенты разделения, близкие к единице. Отношения концентраций компонентов в расплаве к концентрации во флюиде (коэффициенты разделения КР), составляют десятки и сотни единиц. Они несколько снижаются, если в систему входят соли. Этот эффект, а также особые, сравнительно редкие случаи коэффициентов разделения меньших единицы (т.е. в пользу флюида) обсудим в следующем разделе.
Назад Содержание Вперед
|
