Геологическое строение и условия формирования Шумиловского вольфрамового месторождения: Забайкалье, Россия тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.11, кандидат геолого-минералогических наук Ступак, Дмитрий Федорович

• Ступак, Дмитрий Федорович
• кандидат геолого-минералогических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат геолого-минералогических наук Ступак, Дмитрий Федорович

Введение

Глава 1. Краткая географическая и геологическая характеристика района

Глава 2. Геология Шумиловского месторождения

2.1.Геологическое строение

2.2. Структурная позиция рудоносных грейзенов и строение рудных тел

2.3.Минеральный состав грейзенов

2.4. Геохимическая характеристика гранитов, грейзенов и руд месторождения

Глава 3. Физико-химические условия формирования лити1ь фтористых гранитов, грейзенов и руд

3.1.Условия кристаллизации и флюиды литий-фтористых гранитов

3.2.Физико-химические условия рудообразования и состав рудообразующих флюидов

Глава 4. Экспериментальные исследования

4.1. Экспериментальное изучение растворимости вольфрамита

4.2. Экспериментальное моделирование грейзенизации

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Геологическое строение и условия формирования Шумиловского вольфрамового месторождения: Забайкалье, Россия»

Актуальность исследований. Вольфрам является стратегическим металлом в индустриально развитых странах. Шумиловское оловянно-вольфрамовое месторождение относится к известному в мире, но редкому в нашей стране типу грейзеноворудных месторождений, генетически связанному с литий-фтористыми гранитамн [12; 9]. Геологическая изученность месторождения недостаточна. Поэтому изучение условий образования руд вольфрама, причин и закономерностей его концентрирования в рудных телах, являет собой важную задачу в теоретическом и практическом аспектах.

Цели и задачи исследования.

1. Изучение геологической позиции и строения Шумиловского месторождения, последовательности формирования рудных минералов и соотношения вольфрамового оруденения и литий-фтористых гранитов.

2. Исследование физико-химических параметров формирования вмещающих гранитоидов и вольфрамовоносных грейзенов Шумиловского месторождения, последовательности образования рудных минералов.

3. Определение физико-химических условия отложения минералов вольфрама и геохимических особенностей состава рудообразующих флюидов.

4. Экспериментальная оценка растворимости вольфрамита в гидротермальных системах разного состава (с хлором, фтором и бором) и моделирование процесса образования вольфрамоносньтх грейзенов и руд для последующей разработки генетической модели рудообразующего процесса на Шумиловском месторождении.

Научная новизна работы. На основе исследования флюидных включений и экспериментальных работ показана геохимическая и генетическая связь вольфрамоносньтх грейзенов Шумиловского месторождения с литий-фтористыми гранитами. Получены первые оценки концентраций воды в расплаве литий-фтористых гранитов Шумиловского массива и рассчитано флюидное давление. Впервые изучены флюидные включения в минералах руд Шумиловского месторождения, установлены физико-химические параметры формирования вольфрамовой минерализации и состав рудообразующих флюидов месторождения. Экспериментально установлена высокая растворимость вольфрама в богатых фтором гидротермальных флюидах, достаточная для его переноса и отложения в промышленных количествах и концентрациях. Экспериментально воспроизведен процесс грейзенизации гранита с одновременным отложением вольфрамита в грейзеновых зонах. Разработана генетическая модель рудообразующего процесса на Шумиловском месторождении.

Практическая значимость работы. Получены новые данные, которые свидетельствуют о генерации рудообразующих гидротермальных флюидов при кристаллизации Li-F гранитов и говорят в пользу именно такой модели рудообразующего процесса. Физико-химические параметры рудоносных Li-F гранитов Шумиловского месторождения обнаруживают большое сходство с гранитоидами Спокойнинского массива, с которым связано крупное одноименное месторождение вольфрама, и свидетельствуют о высокой степени дифференциации расплава на магматическом этапе и накоплении большого количества водного флюида, что могло обеспечить высокую продуктивность Шумиловской флюидно-магматической системы. Полученные данные говорят о возможности обнаружения новых грейзеноворудных залежей в пределах Шумиловского рудного поля и позволяют рекомендовать проведение дополнительных разведочных работ с целью переоценки вольфрамового оруденения Шумиловского месторождения в сторону увеличения запасов.

Защищаемые положения.

1. Грейзены и оловянно-вольфрамовые руды Шумиловского месторождения явились результатом метасоматического преобразования Li-F гранитов III фазы и лейкогранитов II фазы под воздействием гидротермальных растворов, выделившихся при кристаллизации Li-F гранитов III фазы.

2. При формировании Шумиловского интрузива Li-F гранитный расплав характеризовался высокими концентрациями (до 7.6 мае. %) и высокими давлениями (3.1-5.2 кбар) воды. На заключительных стадиях магматического этапа при кристаллизации расплава произошло накопление водного флюида, который стал основой вольфрамоносных рудообразующих флюидов, обеспечивших высокую продуктивность Шумиловской флюидно-магматической системы.

3. Вольфрамитсодержащие руды кристаллизовались из нагретых фторидно-хлоридиых угликислотно-водных флюидов при температуре 355-260°С и давлении 1.40.6 кбар. Рудообразующие флюиды характеризовались высокими концентрациями лития, рубидия и бора, что свидетельствует о связи их с магматическим очагом Li-F-гранитов. В составе флюидов важную роль играл фтор, концентрация которого достигала Iff2—КГ1 моль/кг HjO.

4. Экспериментально установлено, что при формировании вольфрамоносных кварц-слюдистых грейзенов с минералами редких элементов, редких земель и халькофильных элементов при взаимодействии кислых фторидно-хлоридных флюидов с гранитом лейкограниты с высокожелезистым биотитом (до 26% FeO) являлись более благоприятной средой для формирования вольфрамитовых руд, чем< менее железистый Li-F-гранит. Генетическая связь месторождений вольфрама с Li-F-гранитами подтверждена увеличением растворимости вольфрамита в гидротермальном флюиде при повышении концентраций F и Li в нем.

5. Главными факторами формирования вольфрамитовых руд Шумиловского месторождения являлись понижение температуры и нейтрализация кислого гидротермального раствора в процессе грейзенизации гранита.

Фактический материал и методы исследования. Образцы гранитов, грейзенов и руд месторождения (около 50), отобранные автором, и любезно предоставленные из коллекций Г.П.Зарайского и Т.И. Гетманской, послужили исходным материалом исследования. Было изготовлено около 40 прозрачно-полированных пластин для исследования флюидных включений, выполнено более 200 химических анализов всех типов пород и руд месторождения. Пробы анализировали на петрогенные элементы и фтор методами мокрой химии и XRF-анализа (Геологический ин-т Коми НЦ УрО РАН, г. Сыктывкар и Аналитический центр ВИМС, г. Москва), а на малые элементы методом ICP/MS-AES в Институте проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов (ИПТМ РАН, г. Черноголовка, рук. лаб. В.К. Карандашев). Определение химического состава породообразующих, акцессорных и рудных минералов производилось в ИЭМ РАН на электронном микрозонде - цифровом сканирующеем электронном микроскопе TS-5130MM с энергодисперсионным спектрометром и Si(Li) полупроводниковым детектором INKA Energy-350.

Исследование расплавных включений и флюидных включений в кварце производились в лабораториях ИГЕМ РАН при помощи микротермокамеры THMSG-600 фирмы "Linkanr'. Концентрацию солей оценивали по температуре плавления льда, с использованием данных из работы [41]. Давление определялось для гетерогенного флюида по сингенетичным существенно газовым и газо во-жидким флюидным включениям как сумма парциальных давлений паров воды и давления СОг [33].

Эксперименты по моделированию грейзенизации лейкогранита и Li-F гранита Шумиловского месторождения и проводились в автоклавах по методике моделирования диффузионной метасоматической зональности [17]. Так же автоклавным методом было выполнено экспериментальное изучение растворимости вольфрамита. Продукты экспериментов анализировались на редкие и малые элементы масс-спектрометрическим методом ICP-MS/AES. Строение, химический и минеральный, состав зон экспериментальных грейзеновых метасоматических колонок изучали на электронном микрозонде (ИЭМ РАН). Валовой химический состав метасоматических зон анализировали методом сканирования по площади, а химический состав минералов определяли точечно узким электронным пучком.

В работе использованы геологические материалы Чикоконской поисково-съемочной и Лево-Шумиловской геолого-разведочной партий ПГО «Читагеология», а также опубликованные работы, приведенные в списке литературы.

Личный вклад автора. Геологическое строение Шумиловского месторождения исследовано автором в ходе экспедиционных работ в 2004 году в составе отряда ИЭМ РАН под руководством Зарайского Г.П. Автором выполнялось петрографическое изучение прозрачных и полированых шлифов пород и руд на кафедре геологии и геохимии полезных ископаемых геологического факультета МГУ (зав. кафедрой д.г.-м.н., профессор Старостин В.И.). Упомянутые выше исследования расплавных и флюидных включений в кварце и эксперименты по моделированию грейзенизации гранитов и изучению растворимости вольфрамита были выполнены автором, соответственно, в лаборатории геологии рудных месторождений ИГЕМ РАН (под руководством д.г.-м.н., профессора Прокофьева В.Ю.) и в лаборатории «Моделей рудных месторождений» ИЭМ РАН (иод руковдством д.г.-м.н., профессора Зарайского Г.П.).

Публикации и апробация работы. По теме диссертации опубликовано 2 статьи в рецензируемых журналах, 2 статьи в сборниках материалов конференций и одни тезисы докладов. Материалы диссертации были доложены на Международной конференции студентов и аспирантов «Ломоносов-2006» (Москва, МГУ), и на XIII Международной конференции по термобарогеохимии (Москва, 2008).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, 100 страниц текста, 23 таблиц, 49 рисунков и списка литературы из 52 наименований.

Заключение диссертации по теме «Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения», Ступак, Дмитрий Федорович

Выводы.

1. В процессе экспериментальной грейзенизации лейкогранита и литий фтористого гранита при Т = 450°С> Р = 1000 бар под воздействием кислого раствора, содержащего HF, LiF и НС1, а также рудные металлы: W. Sn, Mo, Та, Nb, Zr, Hf, Се, Yb, Y, Fe, Zn, Cu, Pb, S и P, происходило замещение гранитов кварц-слюдистым грейзеном с полным замещением полевых шпатов слюдами и кварцем. По лейкограниту образуются преимущественно кварц-мусковитовые грейзены, а по Li-F граниту - кварц-циннвальдитовые. В обоих типах метасоматических колонок слюдами замещается в первую очередь калиевый полевой шпат, а затем альбит гранитов. Установлен устойчивый вынос из гранита Si02, Na20, СаО и накопление в зонах колонки А120з, отчасти FeO и К20. Противоположное поведение натрия и калия связано с вхождением последнего в основной новообразованный минерал - мусковит и вытеснением натрия в раствор.

2. Экспериментально полученные грейзены значительно обогащены по отношению к исходному лейкограниту такими характерными для редкометальных месторождений элементами как: W, Mo, Та, Sn, некоторыми халькофильными металлами: Pb, Zn, Си, радиоактивными элементами (U, Th), тяжелыми (Gd, Tb, Dy, Eu, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) и легкими редкими землями (La, Се, Рг, Nd, Sm), сидерофильными металлами: Ni, Cr, Со, редкими металлами: Zr, Hf, Nb, а также Sc. Одновременно с этим грейзены оказались обеднены Rb, Sr, Tl, Cs, Bi. Относительное обогащение рудными и другими металлами грейзеновых зон экспериментальной колонки, полученной по Li-F граниту, оказалось слабее, чем в грейзеновой колонке по лейкограниту- почти по всем элементам.

3. Экспериментальное моделирование показало, что почти все рудные минералы, характерные для Шумиловского месторождения, могут отлагаться в процессе грейзенизации гранита из тех же растворов, которые производят грейзен изацию. Поскольку температура и давление в течение опыта не изменялись, главной причиной кристаллизации рудных минералов являлась нейтрализация кислых растворов (повышение рН) при взаимодействии с породой, что приводило к распаду водных комплексов металлов в растворах и выпадению рудных металлов из растворов с образованием собственных минералов.

4. В качестве новообразованных рудных минералов, отлагавшихся в процессе грейзенизации гранитов, установлены редкометальные, редкоземельные и сульфидные минералы: вольфрамит, шеелит, вольфрамо-иксиолит, стрюверит, касситерит, колумбит, пирохлор, циркон, монацит, ксенотим, флюоцерит, апатит, торит, галенит, халькопирит.

5. Доказано, что вольфрам, наряду с другими рудными элементами, в условиях эксперимента может привноситься раствором и отлагаться в виде собственных минералов, преимущественно вольфрамита, а также шеелита, штольцита, вольфрамо-иксиолита. Экспериментально установлено, что для формирования вольфрамитовых руд и отложения друпгх рудных минералов, в состав которых входит железо, лейкогранит, содержащий высокожелезистый биотит (до 26% FeO), является более благоприятной замещаемой породой, чем менее железистый литий-фтористый гранит.

Резюмируя вышесказанное, можно сформулировать четвертое защищаемое положение: Экспериментально установлено, что при формировании вольфрамоносных кварц-слюдистых грейзенов с минералами редких элементов, редких земель и халькофильиых элементов при взаимодействии кислых фторидно-хлоридных флюидов с гранитом лейкограииты с высокожелезистым биотитом (до

26% FeO) являлись более благоприятной средой для формирования вольфрамитовых руд, чем менее железистый Li-F-гранит. Генетическая связь месторождений вольфрама с Li-F-гранитами подтверждена увеличением растворимости вольфрамита в гидротермальном флюиде при повышении концентраций F и Li в нем.

Подводя итог всему комплексу проведенных исследований по Шумиловскому месторождению можно сформулировать пятое защищаемое положение: Главными факторами формирования вольфрамитовых руд Шумиловского месторождения являлись понижение температуры и нейтрализация кислого гидротермального раствора в процессе грейзенизации гранита.

Заключение

Изучена геологическая позиция Шумиловского месторождения, последовательность формирования рудных минералов и соотношение вольфрамового оруденения и Li-F- гранитов. Предложена схема последовательности кристаллизации минеральных ассоциаций вольфрамовых руд.

Показано, что основным источником вольфрамоносных рудообразующих флюидов месторождения являлся магматический очаг редкометальных Li-F-гранитов, который вследствие значительного обогащения гранитного расплава водой (до 7.6 мае. %) должен был обеспечить высокую продуктивность Шумиловской флюи дно-магматической системы. Установлены физико-химические параметры формирования грейзенов и рудных жил, а также химический состав рудообразующего флюидов.

Экспериментально установлено влияние фтора и лития на значительное повышение растворимости вольфрамита в гидротермальных водных растворах.

Экспериментально воспроизведено формирование вольфрамитсодержащих грейзенов по Li-F граниту и по лейкограниту Шумиловского месторождения.

Обоснована комплексом исследований генетическая связь месторождений вольфрама с очагами Li-F-гранитов и экспериментально доказана роль понижения температуры и нейтрализации кислого раствора при грейзенизации гранита в качестве главных факторов формирования вольфрамовых руд.

Список литературы диссертационного исследования кандидат геолого-минералогических наук Ступак, Дмитрий Федорович, 2010 год

1. Опубликованная:

2. Абушкевич Е.А. Онгониты Шумиловского гранитного интрузива // материалы XXI Всероссийского семинара по геохимии магматических пород, Апатиты, 2003

3. Абушкевич Е.А. Магматический генезис редкометальных гранитов Шумиловского интрузива (Ц. Забайкалье). // Материалы X Всероссийского петрографического совещания "Петрография в XXI веке", Апатиты, 2005

4. Амантов В.А. Тектоника и формации Забайкалья и Северной Монголии. — Л., Недра, 1975

5. Амантов В.А., Котляр Г.В., Попеко Л.И. Стратиграфия и палеогеография верхнего палеозоя Забайкалья и Монголии. Изв. Забайк. Фил. Геогр. Общества СССР. Чита, 1966, т.2, вып.4

6. Бескин С.М., Гребенников A.M., Матиас В.В. Хангилайский гранитный плутон и связанное с ним Орловское месторождение тантала в Забайкалье // Петрология. 1994. Т. 2. № 1. С. 68-87.

7. Борисенко А. С. Изучение солевого состава газово-жидких включений в минералах методом криометрин // Геология и геофизика. 1977. №8. С. 16-27.

8. Бубнов Е.Т. Редкометальное рудообразование в геодинамической истории земной коры (на примере гранитных интрузий Забайкалья). Иркутск: Изд ИГУ, 1995. 264с.

9. Васильев Н.В., Муханова А.А., Зарайский Г. П. Расчет содержания лития в слюде по данным микрозондового анализа // Электронный научно-информационный журнал «Вестник Отделения наук о Земле РАН» №1 (25), 2007

10. Гайворонский Б.А Шумиловское месторождение // В кн. Месторождения Забайкалья», т.1, кн.1, ЧИПР СО РАН, 1995.

11. Гайворонский Б.А., Сапожников В.П. О внутриинтрузивном типе редкометального грейзенового оруденения Забайкалья и Монголии. // Геология полезных ископаемых Забайкалья и смежных территорий. Чита, изд-во Заб. филиала Геогр. об-ва СССР, 1981

12. Геологическое строение Читинской области. Объяснительная записка к геологической карте масштаба 1:500 000. Чита, 1997.-239 с.

13. Гетманская Т.И., Чернов Б.С. Оловянно-вольфрамовая формация». // Условия образования и критерии поисков промышленных вольфрамовых месторождений Забайкалья. М., 1976,- с. 68-131

14. Гетманская Т.И., Бородаев Ю.С., Мозгова Н.Н., Рябева Е.Г., Могилевкин С.Б. Висмутовая минерализация Шумиловского оловянно-вольфрамового грейзенового месторождения (Центральное Забайкалье) // Геология рудных месторождений», №3, 1986, с.36-46.

15. Григорьев И.Ф. Геология и минералогия Шумиловского и Молодежного олово-вольфрамовых месторождений в Зап. Забайкалье, 1949.

16. Григорьев И.Ф. Геология, минералогия и генезис оловянных и олово-вольфрамовых месторождений Забайкалья, 1957.

17. Деньгин Ю.П. Геология западной части варисского подвижного пояса Юго-Восточного Забайкалья, НТК - М.: Мингео СССР, 1956,- 86с. Зарайский Г.П. Зональность и условия образования метасоматических пород. Изд. "Наука", М. 1989

18. Зарайский Г.П. Эксперимент в решении проблем метасоматизма, Москва, ГЕОС, 2007

19. Классификация и номенклатура магматических горных пород, 1981

20. Коваленко В.И. Коваленко Н.И. Онгониты — субвулканические аналогиредкометальных литий-фтористых гранитов, М. Наука. 1976

21. Кряжев С.Г., Прокофьев В.Ю., Васюта Ю.В. Использование метода ICP MS при анализе состава рудообразующих флюидов // Вестник МГУ. Серия 4 Геология. 2006. №4. С. 30-36.

22. Летников Ф.А. Топазовые граниты массива Тотогуз, Северный Казахстан. Петрология, т. 16, № 4, Июль^ Август 2008, С. 339-355

23. Нагибина М.С. Тектоника и магматизм Монголо-Охотского пояса. — М., изд-во АН СССР. 1963,464с.

24. Наумов В.Б. Термометрическое исследование включений расплава во вкрапленниках кварца кварцевых порфиров // Геохимия. 1969. № 4. С. 494^498.

25. Наумов В.Б. Определение концентрации и давления летучих компонентов в магматических расплавах по включениям в минералах // Геохимия. 1979. № 7. Стр. 997-1007.

26. Омельяненко С.А., Кулагашев Л.И., Голев В.К. Некоторые поисковые признаки внутриинтрузивных очагов на примере Шумиловского олово-вольфрамового месторождения. // Геология, разведка и оценка месторождений Забайкалья. — Чита, 1973

27. Прокофьев В. Ю. Типы гидротермальных рудообразующих систем (по данным исследования флюидных включений) // Геология рудных месторождений. 1998. № 6. С. 514-528.

28. Прокофьев В.Ю., Кигай И.Н. Практическая термобарогеохимия. Современные методы изучения флюидных включений в минералах. М.: ИГЕМ РАН, МГГА, 1999.

29. Радкевнч Е.А. Формации месторождений олова и вольфрама и условия их образования // В кн. Рудные провинции и генетические типы месторождений олова и вольфрама. Новосибирск, Наука, 1975, с. 3-16.

30. Рундквист Д.В., Денисенко В.К., Павлова И.Г. Грейзеновые месторождения (онтогенез и филогенез). М.: Недра. 1971. 328с.

31. Старченко В.В., Краснов В.П. Объяснительная записка к металлогенической карте Центрального Забайкалья масштаба 1:200 00 Отчет тематической партии №57 за 1966-69 гг. Чита, ЧГУ, 1969, 880с.

32. Сырицо Л.Ф. Мезозойские гранитоиды Вост. Забайкалья и проблемы редкометалыюго рудообразования, С-Пб Ун-т, 2002, 288с.

33. Тейлор С.Р., Мак-Леннан С.М. Континентальная кора: ее состав и эволюция. М., Мир, 1988, 379с.

34. Рейф Ф. Г. Рудообразующий потенциал гранитов и условия его реализации. М.: Наука, 1990. 181с.

35. Рейф Ф. Г., Бажеев Е. Д. Магматический процесс и вольфрамовое оруденение. Новосибирск: Наука, 1982. 159с.

36. Федькин А. В. Геохимическая эволюция и расслоенность литий-фтористых гранитов танталовых месторождений Орловка и Этыка Восточного Забайкалья. Дисс. к.г.-м.н., Черноголовка, 2000

37. Bodnar R. J., Vityk М. О. Fluid inclusions in minerals: methods and applications. Pontignano: Siena, 1994. P. 117-130.

38. Claypool G. M., Kaplan J. R. The origin and distribution of methane in marine sediments // Natural gases in marine sediments. New York and London: Plenum Press, 1974. V. 3.

39. Thiery R., Kerkhof A. M, and Dubessy J. vX properties of CH4-CO2 and C02-N2 fluid inclusions: modeling for T < 31 °C and P < 400 bars // Eur. J. Miner. 1994. N6. P. 753771.

40. Tischendorf G. Silicic Magmatism and Metallogenesis of the Ersgebirge. Potsdam: Central Institute for Physics of the Earth, 1989. 316p.1. Фондовая:

41. Дворядкин В.Ф., Махдумов Ф.Н., Харламов А.И. Геологическое строение и полезные ископаемые восточной части Асакан-Шумиловского рудного района. М-49-68 А, В, Г. Окончательный отчет Чикоконской поисково-съемочной партии за 1971-1974гг. Чита, 1775, 372с.

42. Голев В.К., Добровольская Л.Д., Кудрина К.Я. Отчет по поисково-разведочным и геолого-поисковым работам Шумиловской партии за 1970-72 г., Чита, ЧТУ, 1973,

43. Синявин В:И., Никитин Н.К., ГГилягин В.П. и др. Отчет Лево-Шумиловской партии о результатах 1 этапа предварительной разведки на Шумиловском месторождении за 1990- 1995 гг. Чита, 1996г.1. Р. 132.234с.