УДК
НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ
ІНСТИТУТ ГЕОХІМІЇ, МІНЕРАЛОГІЇ ТА РУДОУТВОРЕННЯ
ЛАЗАРЕВА Ірина Іванівна
УДК 550.4
ГЕОХІМІЯ ПРОЦЕСІВ ФОРМУВАННЯ МЕТАСОМАТИТІВ СУЩАНО-ПЕРЖАНСЬКОЇ ЗОНИ ТА ЇХ НАЙБІЛЬШ РОЗПОВСЮДЖЕНИХ АКЦЕСОРНИХ МІНЕРАЛІВ (УКРАЇНСЬКИЙ ЩИТ)
Спеціальність 04.00.02 – геохімія
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата геологічних наук
Київ – 2006
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана на кафедрі мінералогії, геохімії та петрографії геологічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка.
Науковий керівник: доктор геологічних наук, доцент
Шнюков Сергій Євгенович
Київський національний університет імені Тараса Шевченка, геологічний факультет, завідувач кафедри мінералогії, геохімії та петрографії.
Офіційні опоненти: доктор геолого-мінералогічних наук
Нечаєв Сергій Валентинович,
Український державний геологорозвідувальний інститут, провідний науковий співробітник, м. Київ;
кандидат геолого-мінералогічних наук,
Мельников Володимир Степанович,
Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення НАН України, провідний науковий співробітник, м.Київ.
ё
Провідна установа: Інститут геохімії навколишнього середовища НАН
та МНС України, м. Київ.
Захист відбудеться “28”вересня 2006 р. о 1400 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д .203.01 при Інституті геохімії, мінералогії та рудоутворення НАН України за адресою: 03680, м. Київ-142, проспект Акад. Палладіна, .
З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту геохімії, мінералогії та рудоутворення НАН України за адресою: 03680, м. Київ-142, проспект Акад. Палладіна, .
Автореферат розісланий “23” серпня 2006 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради,
кандидат геологічних наук Д.С. Черниш
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Для вибору перспективних площ та постановки першочергових пошуково-розвідувальних робіт при вивченні метасоматично-змінених порід, які зазвичай містять важливу промислову мінералізацію або розглядаються в якості важливої пошукової ознаки родовищ різних типів, необхідне надійне вирішення наступних завдань: 1) визначення їх формаційної приналежності; 2) оцінка потенційної рудоносності; 3) дослідження стадійності формування, а звідси, розподілу рудних компонентів в об’єктах; 4) встановлення джерела рудної речовини; 5) встановлення зв’язку з процесами магматизму, особливо у випадках, коли метасоматити просторово асоціюють з магматичними комплексами.
Відсутність остаточного вирішення перелічених типових проблем, особливо проблеми джерела рудної речовини, для рудоносних метасоматичних утворень Сущано-Пержанської зони (СПЗ), що просторово асоціюють з докембрійським (1,7-1,8 млрд. р.) Коростенським плутоном (КП), зумовила вибір об’єкту дослідження. Просторова наближеність та близький вік утворення обох об’єктів (1760_ млн. р.) (Щербак и др., ) у поєднанні із закономірним зниженням рудного навантаження метасоматитів, по мірі їх просторової віддаленості від КП, вказують на високу імовірність генетичного зв’язку магматичного та метасоматичного процесів. Доведення правомірності цієї гіпотези можливе шляхом поєднання всебічного аналізу широкого спектру аналітичних даних (в тому числі даних про мікроелементний склад найважливіших акцесорних мінералів — НАМ), геохімічного моделювання мікроелементного складу на різному рівні (породному та мінеральному) і порівняння модельних оцінок з концентраціями, отриманими аналітично. Актуальність даної роботи зумовлена необхідністю пошуку додаткових засобів для вирішення означених типових задач.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана в період 1997-2005 р.р. в межах декількох держбюджетних науково-дослідних тем за планом науково-дослідних робіт Київського національного університету імені Тараса Шевченка (програма ”Надра”): “Розробка теоретичних та апаратурно-методичних основ дослідження Українського щита з метою визначення головних етапів його розвитку, комплексної оцінки їх петрологічного складу і мінерагенічного навантаження” (№ U003159) (1997-2000 р.р.), “Розробка новітніх технологій петролого-геохімічного, петрофізичного, структурно-тектонічного і біостратиграфічного моделювання еволюції геологічних формацій з ціллю оцінки перспектив їх рудоносності” (№ БФ049-01), розділ 1 “Розробка новітніх методів і технологій дослідження головних етапів розвитку геоблоків Українського щита (УЩ), створення петролого-мінерало-геохімічних моделей найважливіших ендогенних систем і їх мінерагенічної оцінки” (2001-2005 р.р.), а також госпдоговірної теми “Розробка нових методів та технологій оцінки потенційної рудоносності магматичних і гідротермально-метасоматичних комплексів протерозойських масивів Українського щита” (№ 03 ДП 049-02) (2003-2005 р.р.). Автор приймав участь у виконанні робіт у якості виконавця, відповідального за самостійні розділи. При виконанні робіт за госпдоговірною тематикою автор був відповідальним виконавцем.
Мета і задачі досліджень. Мета роботи полягає у підтвердженні гіпотези про генетичний зв’язок гідротермально-метасоматичних утворень СПЗ з магматичною системою гранітоїдів КП шляхом геохімічого моделювання, а також виборі комплексу мінерало-геохімічних критеріїв для встановлення загальної стадійності формування метасоматитів. При цьому вирішувались наступні завдання: 1) систематичне вивчення та проведення геохімічної типізації провідних мінеральних типів метасоматитів СПЗ; 2) вивчення домішкового складу НАМ з досліджених мінеральних типів метасоматитів СПЗ; 3) розробка критеріїв геохімічної типізації НАМ та встановлення зв’язку виділених геохімічних типів із загальною стадійністю формування метасоматитів СПЗ; 4) геохімічне моделювання функціювання гідротермально-метасоматичної системи гранітоїдів КП з розрахунком модельного складу її продуктів метасоматитів та їх акцесорних мінералів; 5) встановлення генетичного зв’язку метасоматичних утворень СПЗ з гранітоїдами КП шляхом порівняння модельних і модальних композицій метасоматитів на рівнях: порода, асоціації та домішковий склад НАМ.
Об’єкт дослідження — метасоматити СПЗ, валовий хімічний та мінеральний склад їх найбільш розповсюджених мінеральних типів, елементи-домішки у мікрокристалах НАМ (цирконі, монациті, флюориті).
Предмет дослідження — поведінка петрогенних та домішкових хімічних елементів у процесі формування метасоматитів СПЗ та їх НАМ.
Фактичний матеріал. В основу роботи покладено колекцію, створену, при безпосередній участі автора, співробітниками кафедри мінералогії, геохімії та петрографії КНУ імені Тараса Шевченка (КНУТШ) під керівництвом канд. геол.-мін. наук О.В. Зінченка. Колекція характеризує головні мінеральні типи метасоматитів СПЗ. Кожний мінеральний різновид репрезентований серією рядових геохімічних проб (n = 20-25) та однією опорною мінерало-геохімічною (всього більше ніж 200 проб).
Методи досліджень. Комплекс методів і методик [9] включав: 1) підготовку та вивчення мінералого-геохімічних проб; 2) мікроскопічнe вивчення мономінеральних фракцій НАМ; 3) дослідження складу гірських порід кількісним рентген-флуоресцентним методом (XRF) у варіантах з хвильовою та енергетичною дисперсією; 4) дослідження елементного складу поодиноких зерен НАМ — циркону, монациту та флюориту за допомогою енергодисперсійного рентгено-флуоресцентного методу (XRF_MP/SG) [5, ].
Усі лабораторні та аналітичні дослідження проводились в лабораторії кафедри мінералогії, геохімії та петрографії геологічного факультету КНУТШ.
Наукова новизна отриманих результатів.
1. Вперше виконано геохімічну типізацію провідних мінеральних типів метасоматитів СПЗ. Виділено два переважаючі геохімічні типи метасоматитів. Встановлено, що перший з них характеризується привносом Zr та F, відсутністю накопичення Р і незвичайним циркон-флюоритовим видовим складом наскрізної асоціації акцесорних мінералів.
2. Вперше отримано великий обсяг даних про домішковий склад поодиноких зерен циркону, монациту, флюориту з їх репрезентативних вибірок (n=50-250), які характеризують кожен з досліджених мінеральних типів метасоматитів.
3. Запропоновано критерії геохімічної типізації зерен НАМ та встановлено зв’язок їх виділених геохімічних типів із загальною стадійністю формування метасоматитів СПЗ.
4. Cтворено геохімічну модель функціювання пов’язаної з КП гідротермально-метасоматичної системи і розраховано склад продуктів її діяльності.
5. Встановлено генетичний зв’язок метасоматитів СПЗ з гранітоїдами КП.
Практичне значення одержаних результатів. Можна виділити наступні напрямки практичного застосування одержаних результатів і, особливо, запропонованого в роботі підходу: 1) встановлення джерела рудної речовини гідротермально-метасоматичних родовищ; 2)цінка потенційної рудоносності магматичних комплексів; 3) визначення формаційної приналежності слабковивчених проявів, що забезпечує вірну оцінку типу потенційного зруденіння при виконанні прогнозно-пошукових робіт. Такі можливості дозволяють розглядати запропонований підхід як перспективний засіб регіональних геологічних досліджень. Результати використовуються автором в педагогічній діяльності.
Основні положення, що захищаються:
1. Серед метасоматитів СПЗ виділяються два переважаючих геохімічних типи: — K _ _ _ _ та ін.) — “пержанські граніти”, кварц-альбіт-польовошпатові, польовошпатові, сидерофіліт-польовошпатові та сидерофілітові метасоматити; 2 — _ та ін.) — кварц-мусковітові грейзени. Перший, домінуючий, тип, який детально і розглянутий в роботі, характеризується привносом Zr та F, відсутністю накопичення Р і незвичайним циркон-флюоритовим (переважно безфосфатним) видовим складом наскрізної асоціації акцесорних мінералів.
2. Геохімічні особливості акцесорних мінералів з метасоматитів СПЗ (концентрації Hf, Y, Th, U, Pb в цирконах; Sr та Y у флюоритах; LREE, Y, Th, U, Pb в монацитах, а також Се/Се* в останніх) є чутливим індикатором стадійності гідротермально-метасоматичного процесу. Вказані особливості цирконів, вкупі з видовим складом асоціації акцесорних мінералів, можуть розглядатися в якості надійного критерію відмінності метасоматитів цього типу від деяких інших рідкіснометальних метасоматичних утворень УЩ.
3. Узгодженість оцінок модельного складу метасоматитів, одержаних у результаті геохімічного моделювання магматогенно-гідротермальної системи гранітоїдів КП з аналогічними даними про реальний склад рудоносних метасоматитів СПЗ (геохімічні особливості їх головних мінеральних типів, видовий склад акцесорних мінералів, концентрації індикаторних елементів-домішок у монацитах, цирконах та флюоритах) свідчить про наявність генетичного зв’язку останніх з гранітоїдами КП.
Особистий внесок здобувача. Представлені у дисертаційній роботі результати досліджень одержані особисто автором, або при його безпосередній участі. Особистий внесок автора полягає в наступному: 1) участь у формулюванні мети роботи, постановці задач та в розробці методики досліджень [1_,9 _]; 2) виконання повного обсягу мінералогічних досліджень [ , , , ]; 3) створення банків аналітичних даних “мінерального” та “породного” рівнів з їх подальшим аналізом [1-6, 10_]; 4) проведення геохімічної типізації метасоматитів та їх акцесорних мінералів [1-3, ]; 5) побудова геохімічної моделі магматогенно-гідротермальної системи і формування її продуктів метасоматитів та їх акцесорних мінералів, виходячи з існуючої (Шнюков, 2001, 2002, 2003) геохімічної моделі магматичної системи гранітоїдів КП [1_, _]; 6) зіставлення розрахованих модельних композицій з одержаними даними про реальний склад рудоносних метасоматитів СПЗ [1_, _]; 7) інтерпретація результатів досліджень. У спільних публікаціях внесок дисертанта та співавторів носить рівноправний характер.
Обсяг і структура роботи. Дисертаційна робота складається з шести розділів, вступу та висновків, що викладені на 140 сторінках тексту. Робота включає 54 рисунка, 7 таблиць і перелік використаних джерел зі 153 найменувань на 17 сторінках.
Апробація результатів роботи. Основні положення роботи доповідалися на: наукових конференціях “Актуальні проблеми геології України” геологічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка (Київ, 1999, 2002); міжнародних конференціях програми GEODE - 2nd and 3rd annual GEODE-Fennoscandian Shield workshop on Palaeoproterozoic and Archaean greenstone belts and VMS districts in the Fennoscandian Shield (28 August – 1 September, 2000, Gallivare-Kiruna Sweden; Sept. th – th, 2001,Karelia); науково-технічній нараді “Геологія і генезис рудних родовищ України (сучасний стан, нові підходи, проблеми та рішення)” Департаменту Державної геологічної служби Державного комітету природних ресурсів України (Київ, 2004); 2-й українській антарктичній конференції “Antarctic Peninsula: key region for environment change study” (2nd Ukrainian Antarctic Meeting 2UAM2004, June 22-23, 2004, Kyiv, Ukraine).
Публікації. За темою дисертації опубліковано 16 робіт, з них 5 статей у фахових наукових виданнях, тез і доповідей на конференціях — 9.
Подяки. Дисертаційна робота виконана на кафедрі мінералогії, геохімії і петрографії геологічного факультету КНУ імені Тараса Шевченка під керівництвом завідувача кафедри, доцента, доктора геологічних наук Сергія Євгеновича Шнюкова, якому автор висловлює подяку за постійну допомогу на всіх етапах підготовки роботи і високу професійну вимогливість. Особливо вдячний автор ст. наук. співр. О.В. Зінченку (ІТІГП НАНУ) за надання необхідних у ході роботи консультацій та участь у створенні колекції. Важливу допомогу в отриманні аналітичних даних надано ст. наук. співробітниками О.В.Андреєвим та В.В.Загороднім (КНУТШ), асистентом С.П.Савенок (КНУТШ), інженерами О.Д.Омельчук, І.І.Ашировою, О.А.Хлонь, І.І.Сотниковою, О.В. Білан (КНУТШ), аспірантами О.Л.Бункевич та О.О.Андреєвим (КНУТШ). Крім того, проведенню роботи сприяли консультації, критичні зауваження і підтримка проф. В.Г.Молявка, проф. В.Ф.Грінченка, зав. лаб. В.О.Синицина, інж О.Л.Доценко, ст. наук. співр. В.Р.Морозенка, доц. Г.Г.Павлова, інж. О.О.Павлової (КНУТШ), заст. директора ІГМР, чл.-кор. НАНУ О.М. Пономаренка та пров. наук. співр. Д.М. Щербака (ІГМР НАНУ), ст. наук. співр. С.В.Бухарєва (ІГНС). Всім названим колегам автор щиро вдячний.
КОРОТКИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
1. ВИВЧЕНІСТЬ МЕТАСОМАТИТІВ СУЩАНО-ПЕРЖАНСЬКОЇ ЗОНИ ТА ЇХ АКЦЕСОРНИХ МІНЕРАЛІВ. ЗАДАЧА ДОСЛІДЖЕНЬ
СПЗ, завдяки наявності в її межах унікального рідкіснометалевого зруденіння, вивчалася багатьма дослідниками з початку XX сторіччя (Безбородько, 1929; Лучицкий, 1939; Ткачук,1948). В подальші роки активно вивчалися такі питання, як стадійність процесу утворення метасоматичнозмінених порід та їх формаційна приналежність (Галецкий, 1968, 1970, 1974; Металиди и Нечаев, 1983; Зубков и др. 1976 тощо), мінеральний склад та умови утворення метасоматитів, серед яких особливе місце займають, так звані, ”пержанські граніти” (Половинкина, 1957; Гурвич и др., 1962; Зубков и др., 1966, 1976; Галецький, 1970; Безпалько, 1957, 1965, 1970, 1972,1978; Кривдик и др., 1985; Нечаев и др., 1986, 1993, 1990 тощо). Велику кількість робіт присвячено вивченню типоморфних особливостей окремих мінералів (Зинченко,1970; Гуров, 1971; Зубков, Галецкий, 1966, 1976; Юрк, 1973; Павлишин, 1983; Нечаев и др., 1985, 1986, 1987, 1993; Марченко, 1976, 1978, 1987 тощо), а також віковим і генетичним співвідносинам порід Пержанського комплексу з іншими комплексами північного заходу Українського щита (УЩ) (Ткачук, 1954; Галецкий, 1974; Комаров, 1980; Нечаев и др., 1986; Скобелев, 1987).
Але не всі питання генезису є остаточно вирішеними, а з деяких із них склалися протирічні погляди. Найгірше вивчено питання про джерело рудоносного флюїду, що спричинив поліетапне метасоматичне перетворення первинних порід. На думку автора, недостатньо вивчався і домішковий склад таких акцесорних мінералів як циркон і флюорит з метасоматитів СПЗ, особливо з погляду на встановлення стадійності процесу метасоматичного перетворення, а такий мінерал як монацит взагалі залишився майже по за увагою дослідників. На вирішення саме цих питань і спрямована дана робота.
2. МЕТОДИКА ОТРИМАННЯ ПЕРВИННИХ ФАКТИЧНИХ ДАНИХ
Комплекс методів і методик [1, , , ] одержання геохімічних даних включав:
· Методики підготовки та вивчення репрезентативних мінералого-геохімічних проб, які, за рахунок застосування магнітогідростатичної та фотолюмінесцентної сепарації, а також сучасних інструментальних діагностичних засобів (електронно-зондовий мікроаналіз, люмінесцентна мікроскопія, рентгено-флуоресцентний (XRF) та рентгеноструктурний (XRD) аналізи) забезпечили: мінімальні втрати при виділенні мономінеральних фракцій акцесорних мінералів, надійну діагностику фаз, попередню типізацію індивідів за фотолюмінесцентними і морфологічними ознаками, відбір репрезентативних статистичних вибірок зерен та мінімізацію зараження домішками, що заважають елементному аналізу.
· Аналітичні методи дослідження складу гірських порід (всього більше 200 проб) за допомогою кількісного XRF у варіантах з хвильовою та енергетичною дисперсією, які забезпечили визначення концентрацій всіх петрогенних оксидів та найважливіших мікроелементів (SiO2, TiO2, Al2O3, Fe2O3total (FeOtotal), MnO, MgO, CaO, Na2O, K2O, P2O5, S , Cl, Zr, Sr, Ba, Rb, Y, La, Ce, Nd, Nb, Th, Ga, Pb, Zn, Cu). Контроль систематичної похибки визначень забезпечувався паралельним аналізом комплекту спеціально підібраних стандартних зразків. Аналіз декількох аналітичних наважок кожної проби з подальшим осередненням одержаних даних для кожного з елементів забезпечив оцінку і мінімізацію випадкової похибки. Такий підхід дозволив підвищити точність одержаних результатів.
· Аналітичні методи дослідження елементного складу НАМ [5]. Кількісне визначення концентрацій головних індикаторних елементів-домішок (Hf, Y, LREE, Sr, Th, U, Pb тощо) в поодиноких зернах циркону (n=554), монациту (n=759), флюориту (n=390) проводилось за допомогою спеціалізованого варіанту енергодисперсійного рентгено-флуоресцентного методу (milliprobe/singleXfluorescence analysis: XRFякий, крім того, дозволив інструментально визначити масу кожного зерна НАМ, що проаналізовано.
Після формування взаємоузгоджених банків геохімічних даних використано стандартні прийоми статистичної обробки та розроблену методологію кількісного геохімічного моделювання складу рудоносних гідротермально-метасоматичних утворень.
3. ГЕОЛОГІЧНА ПОЗИЦІЯ РУДОНОСНИХ МЕТАСОМАТИТІВ СУЩАНО-ПЕРЖАНСЬКОЇ ЗОНИ
Cтруктурне положення СПЗ в загальному плані Волинського блоку розглядається як (Галецкий, 1974; Металиди и Нечаев, 1983; Білоус, 1994 тощо): 1) великої міжблокової структури, оскільки вона розташована в зоні стикування різновікових блоків земної кори (Осницький, Новоград-Волинський та Коростенський), що розрізняються за часом закладення і тектонічному режиму розвитку; 2) типової зони активізації докембрійського фундаменту, що просторово співпадає з однойменним глибинним розломом. Також охарактеризовано склад вмісних порід.
Особливу увагу в розділі приділено характеристиці магматичних утворень КП, гіпотезу про генетичний зв’язок з яким розглянуто в представленій роботі [1, , , , ]. Крім того, описано будову і склад тіл рудоносних метасоматитів СПЗ, які контролюються серією розломів північно-східного простягання (Галецкий, 1974; Металиди, Нечаев, 1983 тощо).
4. ГЕОХІМІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ ТА АКЦЕСОРНА МІНЕРАЛІЗАЦІЯ МЕТАСОМАТИТІВ СУЩАНО-ПЕРЖАНСЬКОЇ ЗОНИ
За мінеральним та хімічним складом серед найбільш розповсюджених петротипів метасоматитів СПЗ (Галецкий, 1974; Зубков и др. 1976; Металиди, Нечаев, 1983 тощо) виділено два ряди різновидів, що, імовірно, послідовно заміщують один одного [1, _].
До першого ряду входять: метасоматичні (Половинкина, 1957; Галецкий,1970; Беспалько,1978; Бучинская, Нечаев,1990 тощо) “граніти” пержанського типу (серед них, за низкою ознак, обокремлюється два підтипи — без накладених змін і з накладеними змінами); “пержанські граніти” із зливним кварцом; кварц-альбіт-мікроклінові метасоматити; польовошпатові метасоматити, серед яких, в залежності від співвідношення первинного мікрокліну та вторинного альбіту, виділяються альбіт-мікроклінові, мікроклін-альбітові та альбітові (альбітити-I) відміни; cлюдисто-польовошпатові метасоматити (альбіт-мікроклінові та мікроклін-альбітові відміни); cидерофілітові метасоматити.
Другий ряд репрезентований лише кварц-мусковітовими грейзенами.
Особливе місце серед досліджених петротипів займають альбітити-II. Їх взаємовідношення з іншими типами метасоматитів остаточно не визначені. Головним акцесорним мінералом тут є каситерит, вміст якого досягає рудних значень. В цій роботі альбітити-II умовно віднесені до ряду 1а.
З метою урахування зміни щільності порід для дослідження поведінки елементів у метасоматичному процесі, їх масові концентрації були перетворені в оцінки кількості відповідних атомів (Ni) у стандартному об’ємі породи (V -26 м3) [1] (Казицын, Рудник, 1968): Ni Aid /16,6де d — густина породи (г/см3), а Ai розраховується як Ai 1000niCi / Mi (Ci — концентрація оксиду елемента i, мас.; Mi — його молекулярна маса; ni — кількість атомів елемента i в формулі оксиду).
Найбільш контрастна та закономірна поведінка властива Si, який найбільш однозначно характеризує напрямок та ступінь метасоматичної переробки. Тому дані, одержані для інших петрогенних та рідкісних-розсіяних елементів, узагальнені на графіках їх поведінки у залежності від зміни NSi. Найважливіші з них наведені на рисунку 1. Ці графіки, побудовані для наведених і інших (Al, Sr, Ba, Rb, Th, Y, La, Ce, Nd) елементів, відображають головні особливості балансу мас у формуванні рудоносних метасоматитів СПЗ та дозволяють виділити за елементами групи привнесення геохімічні типи процесів їх формування: 1) K _ _ _ _ та ін.) — “пержанські граніти”, кварц-альбіт-мікроклінові, польовошпатові, сидерофіліт-польовошпатові та сидерофілітові метасоматити; 1а?) – тощо) — альбітити; 2) _ та ін.) — кварц-мусковітові грейзени.
Набір породних різновидів кожного з геохімічних типів узгоджується з рядами метасоматитів, наведеними вище за петрографічними та геологічними даними. Це підтверджує достовірність геохімічної типізації метасоматичних процесів. Метасоматити першого геохімічного типу просторово домінують в межах СПЗ та несуть переважаюче рудне навантаження, тому саме їх середні композиції використано нижче (розділ ) для порівняння з результатами геохімічного моделювання.
При дослідженні мінерального складу перелічених породних різновидів метасоматитів виявилось, що концентрації більшості акцесорних мінералів у них варіюють в досить широких межах, а іноді досягають рудного рівня (каситерит у альбітитах-ІІ). Спостерігаються також локальні розбіжності у видовому складі асоціацій акцесорних мінералів у межах одного мінерального типу (наприклад, поява у складі деяких різновидів “пержанських гранітів” мінералів з, імовірно, різною температурою кристалізації).
Але, у видовому складі усіх вивчених метасоматитів існує і важлива закономірність, а саме — усі мінеральні типи характеризуються незвичайним, переважно циркон-флюоритовим (майже безфосфатним) [2_, ] видовим складом наскрізної акцесорно-мінералогічної асоціації. Саме цим метасоматити СПЗ принципово відрізняються від інших типів рідкіснометалевих метасоматитів УЩ, наприклад альбітитів зон діафторезу (Шнюков, 1988; Синицын, 1991; Ходоровский, 1992; Белевцев, 1995) та фенітів карбонатитових (Глевасский, Кривдик, 1979, 1981; Шнюков, 1983, 1984) і лужних комплексів, що містять наскрізні апатит–цирконові та апатит–сфен–цирконові асоціації.
Рис. . Загальна типізація метасоматичних процесів СПЗ (номери трендів відповідають їх виділеним геохімічним типам), представлена на діаграмах [Na+K] –(а), [Ca+Mg+Fe] (б), [Zn+Pb+Nb] –(в), [Zr] –(г), [P] –(д) та [F] –(e) (в одиницях Ni). Перший геохімічний тип : 1 — незмінені коростенські граніти; 2_ — відповідно, “пержанські граніти”, їх різновиди з перевідкладеним кварцом та метасоматити кварц-альбіт-мікроклінового складу; 5-7 — відповідно, альбіт-мікроклінові, мікроклін-альбітові метасоматити та альбітити-I; 8, — відповідно, сидерофіліт-альбіт-мікроклінові та сидерофіліт-мікроклін-альбітові метасоматити; 10 — сидерофілітові метасоматити; 11 — альбітити-II (тип 1а ?). Другий геохімічний тип: 12 — слабкозмінені коростенські граніти; 13 — кварц-мусковітові грейзени.
5. ЕЛЕМЕНТИ-ДОМІШКИ В НАЙБІЛЬШ РОЗПОВСЮДЖЕНИХ ТА ІНФОРМАТИВНИХ АКЦЕСОРНИХ МІНЕРАЛАХ РУДОНОСНИХ МЕТАСОМАТИТІВ СУЩАНО-ПЕРЖАНСЬКОЇ ЗОНИ
Проведено інтерпретацію даних щодо мікроелементного складу циркону, монациту і флюориту з метасоматитів СПЗ. Для кожного з названих мінералів одержано новий блок даних з розподілу: Y, U, Th, Sr, Pb та LREE — у монациті (N=759); Y, U, Th, Hf, Pb — у цирконі (N=554); Y та Sr — у флюориті (N=390). Дослідження домішкового складу перелічених мінералів [3, , , ] окремо для кожного з вивчених мінеральних різновидів метасоматитів СПЗ виявили, що у складі породи можуть бути присутні групи індивідів кожного мінералу (2 або 3 у кожному типі метасоматитів), які майже в усіх розглянутих координатах утворюють дискретні композиційні поля. Як видно з рисунку 2, при узагальненні комплектація груп кожного мінералу з усіх мінеральних типів метасоматитів витримується. Така розбіжність у домішковому складі дає підставу виділити три окремі геохімічні типи для кожного мінералу. |
Рис. . Узагальнена геохімічна типізація вивчених монацитів (а) цирконів (б) та флюоритів (в) з метасоматитів СПЗ в координатах UUта Srвідповідно. Римськими цифрами підписані композиційні поля відповідних геохімічних типів мінералів. Умовні позначки: 1 — мінерали з гранітоїдів КП; 2 — монацити з флювіогляціальних та льодовикових відкладів (Савенок и др.,2005); І, ІІ та ІІІ — зерна віднесені до І, ІІ та ІІІ геохімічних типів, відповідно.
Найкраща дискримінація виділених типів для монациту, циркону та флюориту спостерігається, відповідно, в наступних координатах: YYUCe/Ce*та Ce/Ce*(Се та Се* — модальна і нормативна концентрації елемента, відповідно; де та — хондритнормалізовані [Anders & Grevesse, 1989] концентрації La i Nd, a — концентрація Се в хондриті [Anders & Grevesse, 1989]); HfUThта [Y•Hf]•U]; Sr
Окремо для кожного з виділених геохімічних типів монациту в кожному з мінеральних типів метасоматитів одержані [5] орієнтовні оцінки віку методом “загального свинцю” (Андреєв, 1992). Вони підтвердили результати геохімічної типізації та складають (рис. , a): І геохімічний тип — 1850+80 та 2000+60 млн. р. (“пержанські граніти” без накладених змін і сидерофілітові метасоматити, відповідно); II 1675+20 та 1660+60 млн. р. (“пержанські граніти” з накладеними змінами та сидерофілітові метасоматити, відповідно); ІІІ 1540+20 млн. р. (“пержанські граніти” з накладеними змінами, в яких можна припустити два додаткових етапи — 1230+30? та 670+50? млн. р., причому віднесені до них зерна подібні за домішковим складом до монацитів ІІ і ІІІ геохімічних типів). Достатня для проведення геохімічної типізації зерен коректність таких оцінок віку підтверджується відповідністю оцінки даних, одержаних для монациту, вилученого з гранітоїдів КП (1770+30 млн. р.) тим же методом, даним ізотопного датування (1770+15 млн. р.) (Щербак и др., 1989).
Рис. . Залежності Pb від 238Ue для монацитів з усіх досліджених мінеральних типів метасоматитів (а) та розподіл значень позернових визначень оціночного віку для цирконів (б) із метасоматитів СПЗ, віднесених до І, ІІ та ІІІ геохімічних типів. Жирні лінії відповідають головним ізохронам для ІІ і ІІІ геохімічних типів монацитів (а) та виборці циркону відповідного типу (б). Для порівняння тонкими лініями наведені гістограми віку аналогічних типів монациту (вказані оцінки віку). То — оціночний вік (млн. років) зерен, розрахований методом “загального свинцю”.
Таким чином: зерна І типу є, безперечно, реліктовими (їх вік сходиться з віком утворення КП і монацитвміщуючих (Зинченко и др., 1986) [4, , ] порід, що оточують СПЗ (житомирський комплекс, тетерівська серія); оцінка віку зерен ІІ типу наближена до віку утворення метасоматитів, за даними ізотопного датування — 1760+5 млн. р. (Щербак и др., 1989), і складає 1660+60 млн. р., тому їх можна вважати синпетрогенними утворенню метасоматитів; зерна ІІІ типу пов’язані, імовірно, з процесами пізнішої гідротермальної переробки (за оцінками методом “загального свинцю” — 1540+20 млн. р.).
Оцінки віку зерен циркону кожного з геохімічних типів методом “загального свинцю” не є настільки однозначними як у випадку монациту внаслідок високого ступеню порушеності їх Th-U-Pb систем. Однак, як і для монациту, спостерігається закономірне зниження вікових оцінок в ряду І_ІІ_ІІІ тип (рис. , б). Тому можна, з достатньою ступінню імовірності, вважати що виділені геохімічні типи монациту та циркону корелюють між собою і відповідають різним стадіям мінералоутворення.
Аналогічно до монациту і циркону, у випадку флюориту до І геохімічного типу віднесені зерна, що за складом відповідають флюоритам з гранітоїдів КП. Композиційне поле ІІІ геохімічного типу відповідає складу зерен, що присутні серед "пержанських гранітів" з накладеними змінами, де спостерігаються зерна циркону і монациту тільки І та ІІІ геохімічних типів. Другий тип відповідає композиції флюоритів з тих різновидів метасоматитів, в яких не зафіксовано присутності зерен інших мінералів третього типу.
Крім питань стадійності, домішковий склад циркону дозволяє визначення і формаційної приналежності слабковивчених метасоматичних проявів, що забезпечує вірну оцінку типу потенційного зруденіння при виконанні прогнозно-пошукових робіт. Використання індикаторної пари Hf—Y [3] (Шнюков, 1988, 2003) дозволяє надійно диференціювати дві контрастні за складом групи цирконів (рис. ): перша відповідає фенітам (Глевасский и др., 1979, 1981; Шнюков, 1983, тощо) з P, Nb, LREE мінералізацією (Чернігівський карбонатитовий комплекс — ЧКК), а друга — метасоматитам СПЗ та альбітитам (Ходоровский, 1992; Синицын, 1991; Белевцев и др., 1995) натрій-уранової формації (Кіровоградський блок УЩ). Крім того, метасоматити СПЗ мають незвичайний циркон-флюоритовий (майже безфосфатний) склад наскрізної асоціації акцесорних мінералів, на відміну від такого у альбітитах (циркон-апатит) і фенітах (циркон-апатит-сфен).
Рис. . Зіставлення домішкового складу акцесорних цирконів з метасоматитів різної формаційної приналежності і вмісних порід УЩ: 1 — з метаморфічних і магматичних утворень вапняково-лужного ряду; 2 — циркони з фенітів ЧКК; 3 — з альбітитів (Кіровоградський блок); 4 — з метасоматитів СПЗ (синпетрогенні). Римськими цифрами на дискримінантній діаграмі Hf—Y (Шнюков, 2003) вказані статистично обумовлені поля складу цирконів з: І — ультраосновних, основних і безкварцових середніх порід, ІІ —кварцвміщуючих порід середнього і помірно кремнекислого складу, ІІІ —гранітів підвищеної кремнекислотності і їх гідротермально змінених різновидів, ІV — грейзенів, V — карбонатитів, VІ — лужних порід, фенітів і карбонатитів деяких типів, VІІ — кімберлітів; N — кількість вивчених зразків. | Комбінація двох охарактеризованих критеріїв дозволяє діагностувати подібні переліченим метасоматичні утворення серед недостатньо вивчених метасоматичних проявів.
6. ГЕОХІМІЧНА МОДЕЛЬ ФОРМУВАННЯ РУДОНОСНИХ МЕТАСОМАТИТІВ СУЩАНО-ПЕРЖАНСЬКОЇ ЗОНИ ТА ЇХ АКЦЕСОРНОЇ МІНЕРАЛІЗАЦІЇ
Вихідні дані для моделювання складу рудоносних гідротермально-метасоматичних утворень, що розглянуті в даній роботі [1, , , ], надала геохімічна модель формування гранітоїдної серії КП (Шнюков, 2001_), в якій за провідний механізм магматичної еволюції прийнято фракційну кристалізацію гранітоїдного розплаву в глибинній магматичній камері. Крім того використано: 1) дані щодо розподілу петрогенних та мікроелементів в серії гранітоїдів КП; 2) експериментальні дані (Harrison & Watson, 1983, 1984; Montel, 1993) щодо розчинності апатиту, циркону та монациту, а також H2O в розплавах; 3) температурну залежність (Шнюков, 2001, 2002) розподілу Y між парагенними апатитом та цирконом. Поведінка мікроелементів (рис. ) в залежності від f (масової частки залишкового розплаву) апроксимована рівняннями релеєвського типу: C C0f_), де концентрація елементу в залишковому розплаві, початкова концентрація елементу в первинному розплаві, ефективний комбінований коефіцієнт розподілу елементу (D =S / CL, CS та CL концентрації елементу в твердій фазі та розплаві, відповідно).
Рис. . Результати геохімічного моделювання магматичної системи гранітоїдів КП (Шнюков, 2001, 2002, 2003). Зміна концентрацій мікроелементів в залишковому розплаві у процесі фракційної диференціації.
Модель дозволила оцінити: Pумови та флюїдний режим магматичної еволюції; величину finv., якій відповідає зумовлена відокремленням флюїду інверсійна зміна | поведінки мікроелементів; ефективні значення їх комбінованих коефіцієнтів розподілу кристалізат/розплав до ( f >inv.) та після ( f < finv.) інверсії — Di та Di*, відповідно.
Моделювання магматогенно-гідротермальної системи та її продуктів передбачало розрахунок коефіцієнтів розподілу флюїд/розплав для мікроелементів [1, , , _]: , де , вміст елементу у флюїді, та його концентрації у залишковому розплаві згідно модельних рівнянь для f >inv. та f < finv., відповідно. при Di* = Di. Для мікроелементів: . Для петрогенних елементів прийняті експериментальні (Чевычелов, 1985). Модельні концентрації елементів у найбільш високо- та низькотемпературних продуктах взаємодії флюїду з вмісними породами (лінії 1 і 2 на рис. , відповідно): та , відповідно ( коефіцієнт розподілу флюїд/порода за експериментальними даними, сума , ppm). Розрахунки, виконані для Zr,Зіставлення модельних композицій із складом реальних метасоматитів СПЗ демонструє їх добру узгодженість.
Рис. . Результати геохімічного моделювання магматогенно-гідротермальної системи гранітоїдів КП стосовно Zr (a), P (б), F (в) та Y (г): 1 кварц-мусковітові грейзени, 2 коростенські граніти, 3 “пержанські граніти” з накладеними змінами, 4 кварц-польовошпатові метасоматити, 5 сидерофілітові метасоматити, 6 “пержанські граніти” без накладених змін, 7 “пержанські граніти” із зливним кварцом, 8 альбітити ІІ, 9 слюдисто-польовошпатові метасоматити, 10 польовошпатові метасоматити; L тренд зміни та ; ПШ, Amf вміст елементів у польових шпатах та амфіболах, відповідно, M модельна композиція метасоматитів; 1 та 2 графіки зміни та , відповідно. Стрілки — напрямок зниження температури.
Розраховані для Zn+Pb+Nb, Zr та F композиційні області модельних метасоматитів відповідають такому рівню концентрацій, який гарантовано забезпечує присутність їх власних мінеральних фаз у модальному складі порід. Для P (рис. , б) більша (високотемпературна) частина композиційної області виключає формування модальних фосфатів. Тому продукти взаємодії магматогенного флюїду з вміщуючими породами, згідно розробленої моделі, повинні містити саме циркон-флюоритову наскрізну асоціацію акцесорних мінералів. Її поповнення фосфатами, згідно моделі, можливе лише на низькотемпературних стадіях метасоматичного процесу. Модальний мінеральний склад метасоматитів СПЗ, загалом, відповідає моделі [2, ].
Для розрахунку модельного домішкового складу акцесорних мінералів (монациту — (LREE, Y, Thn, Can) [PO4], циркону — (Zr, Hf, Y) [(Si1-n, Pn) O4], флюориту — (Са,n)2+n) з високотемпературних метасоматитів приймається [4, , ], що флюїд насичений відносно цих фаз з початку свого відокремлення від залишкового розплаву магматичної системи. В цьому випадку: , де концентрація елемента і в мінералі N, а його коефіцієнт розподілу мінерал/флюїд (, де коефіцієнт розподілу мінерал/розплав, що оцінюється окремо в кожному випадку.
Для розрахунку модельного домішкового складу НАМ з низькотемпературних метасоматитів, що досліджуються у роботі, згідно розробленої моделі, приймається, що низькотемпературні метасоматити є результатом повного осадження елементів, екстрагованих флюїдом з розплаву, а мінерал, склад якого моделюється, є єдиним мінералом-концентратором головних мінералоутворюючих компонентів. Тоді, користуючись відомими схемами ізоморфізму: 1)визначаємо, які компоненти модельного флюїду можуть увійти до структури даного мінералу і на які катіонні та аніонні позиції; 2) розраховуємо атомні кількості кожного з елементів катіонної частини мінералу за виразом: Ai CiF / Mi (CiF — концентрація елемента i, мас.; Mi — його атомна маса); 3) визначаємо їх атомні співвідношення у межах кожної катіонної позиції (, де Xi — атомна частка елементу в складі катіонної частини, n —кількість елементів у даній катіонній позиції; 4) одержані значення для катіонів та стехіометричні коефіцієнти елементів аніонної частини, за ідеалізованою формулою мінералу, множимо на їх атомні маси; 5) розраховуємо масові частки кожного елементу в мінералі.
Наведена методика використана для моделювання мікроелементного складу монациту, циркону, флюориту з гіпотетичних метасоматитів, які генетично пов’язані з магматичною системою гранітоїдів КП. Результати зіставлення одержаних модельних композицій монациту, циркону та флюориту з модальним складом цих мінералів з метасоматитів СПЗ, наведені на рис. , .
Крім того, для монациту змодельована зміна відношення Се/Се* в залежності від ступеня окисненості Се в розплаві магматичної системи гранітоїдів КП. Припущено, що деяка частина Се в розплаві перебуває у чотиривалентному стані і буде себе поводити подібно до Th4+. Тому, для розрахунку зміни концентрації Ce4+ у складі залишкового розплаву, модельного флюїду і монациту з високо- та низькотемпературних метасоматитів, можна скористатися значеннями — , , , , що отримані в ході моделювання для Th. Рівняння типу C C0f_) (), яке надає модель магматичної еволюції, дає змогу окремо розрахувати концентрації Се3+ та Се4+ у складі залишкового розплаву, а далі, наведеним способом, — монациту для декількох випадків складу первинного розплаву [Се4+/(Се3++Се4+)=0,005-0,04]. Модальний склад сингенетичних монацитів СПЗ повністю відповідає модельній області при Се4+/(Ce3++Се4+) .04 (рис. , б). Це значення добре узгоджується з існуючими незалежними оцінками ступеня окисненості Се в магматичних розплавах (Hanchar @ Hoskin, 2003).
Рис. . Зіставлення модельного домішкового складу монацитів з реальним складом монацитів з метасоматитів СПЗ в координатах Th-Y (а) та Се/Се* (б) [для випадку Се4+/(Се3++Се4+)=0,04]: КП Ї з гранітоїдів КП; I, ІІ та ІІІ Ї І, ІІ та ІІІ геохімічних типів. Інші пояснення див. рис.6.
Рис. . Зіставлення модельного домішкового складу цирконів (а) та флюоритів (б) з середніми композиціями реальних цирконів і флюоритів, віднесених до ІІ геохімічного типу. Овали — композиційні поля цирконів І та ІІІ геохімічних типів. Умовні позначки див. рис. ; інші пояснення — рис. .
Необхідно наголосити, що зіставлення модельних і модальних композицій монациту (Mnz), циркону (Zrn) та флюориту (Fl) (рис. , ), яке в усіх випадках дало позитивний результат, проводилося лише для зерен, які після проведеної геохімічної типізації вважаються сингенетичними метасоматитам (другий геохімічний тип).
В якості останнього тесту, для проб, в яких одержані дані дозволяють припустити синхронне формування флюоритів і цирконів ІІ типу (за розташуванням в модельних полях), встановлена лінійна залежність від зворотної температури. Наявність такої залежності, яка є досить типовою для мікроелементів між парагенними мінералами (Хендерсон, 1985; Шнюков, 2002, 2003), підтверджує коректність всіх модельних побудов та висновків, які винесені у положення, що захищаються у роботі. Зроблено спробу оцінки температури мінералоутворення для пари циркон-флюорит третього геохімічного типу.
Рис. . Залежність — 1000/Т для парагенних, за припущенням, пар Fl – Zrn другого геохімічного типу (чорні позначки). Ap/Zrn — аналогічна залежність для коефіцієнту розподілу Y між апатитом та цирконом (Шнюков, 2002, 2003). Незалита позначка відповідає парі флюорит – циркон третього геохімічного типу з "пержанських гранітів" з накладеними змінами. | Одержана оцінка — o C (рис. ) узгоджується з термобарогеохімічними дослідженнями температури кристалізації алюмофторидів (150–200 оС) та флюориту (140-170 оС) з метасоматитів СПЗ, що може розглядатися як підтвердження поліетапності її формування (Вынар, 1972; Зубков и др.,1976).
ВИСНОВКИ
Робота присвячена дослідженню геохімії процесів формування метасоматитів Сущано-Пержанської зони та їх найбільш розповсюджених акцесорних мінералів, а також доведенню правомірності гіпотези про генетичний зв’язок гідротермально-метасоматичних утворень СПЗ з гранітоїдною серією Коростенського плутону. В результаті було встановлено:
1. Серед метасоматитів Сущано-Пержанської зони виділяються два переважаючих геохімічних типи: 1 — K _ _ _ _ та ін.) — “пержанські граніти”, кварц-альбіт-польовошпатові, польовошпатові, сидерофіліт-польовошпатові та сидерофілітові метасоматити; 2 — _ та ін.) — кварц-мусковітові грейзени. Перший, домінуючий, тип детально розглянутий в роботі.
2. Усі досліджені мінеральні типи метасоматитів характеризуються незвичайним, переважно циркон-флюоритовим (майже безфосфатним) видовим складом наскрізної асоціації акцесорних мінералів, що принципово відрізняє їх від інших типів метасоматитів УЩ (фенітів, альбітитів), для яких типовою є присутність фосфатів, а саме — апатиту.
3. Зафіксовано локальні розбіжності у видовому складі асоціацій акцесорних мінералів у межах одного мінерального типу метасоматитів при збереженні загальних тенденцій зміни хімічного складу, що свідчить на користь думки про загальну генетичну єдність перетворень, з одного боку, та про багатоетапну активізацію СПЗ, з другого.
3. Геохімічні особливості акцесорних мінералів з метасоматитів СПЗ (концентрації Hf, Y, Th, U, Pb в цирконах; Sr та Y у флюоритах; LREE, Y, Th, U, Pb в монацитах, а також Се/Се* в останніх) є чутливим індикатором стадійності гідротермально-метасоматичного процесу. Розроблені критерії геохімічної типізації цих мінералів. Виокремлений за співвідношеннями всіх досліджених елементів-домішок другий геохімічний тип монациту, циркону та флюориту за одержаними для монациту віковими оцінками (1660+60 млн. р.) відповідає існуючим ізотопним оцінкам віку формування СПЗ (1760+5 млн. р. — Щербак и др., 1989), що дозволяє вважати його таким, що відповідає головному етапу формування метасоматитів.
4. Геохімічні особливості цирконів (співвідношення Hf-Y), вкупі з видовим складом асоціації акцесорних мінералів, можуть розглядатися в якості надійного критерію відмінності метасоматитів цього типу від деяких інших рідкіснометалевих метасоматичних утворень УЩ.
5. Позитивні результати зіставлення розрахункового та спостереженого складу головних акцесорних мінералів метасоматитів СПЗ поряд із встановленою узгодженістю модельних і модальних композицій метасоматитів та асоціацій їх акцесорних мінералів[1_, _], а також встановлена лінійна залежність від зворотної температури підтверджують як гіпотезу про генетичний зв’язок рудоносних утворень СПЗ з гранітоїдами КП, так і достовірність розробленої для них геохімічної моделі. Запропонований в роботі підхід, розширює можливості методів геохімічного моделювання і дозволяє розглядати його в якості перспективного засобу регіональних геологічних досліджень.
ПЕРЕЛІК РОБІТ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Шнюков С.Є., Лазарева І.І. Геохімічне моделювання в дослідженні генетичного зв’язку магматичних комплексів та просторово асоціюючих з ними гідротермально-метасома-тичних рудних родовищ // Зб. наук. праць УкрДГРІ. — 2002. — № . — С. 128-143.
2. Шнюков С.Є., Лазарева І.І. Наскрізна акцесорно-мінералогічна асоціація метасоматитів Сущано-Пержанської зони (Український щит): зіставлення результатів геохімічного моделювання та модального складу // Вісник Київськ. ун-ту. Геологія. — 2003. — Вип. 25. — С. 56-59.
3. Шнюков С.Є., Лазарева І.І. Элементы-примеси ассоциирующих цирконов, апатитов и сфенов как критерий формационной принадлежности и зональности метасоматитовГеол. журн. — 2003. — № . — С. .
4. Шнюков С.Є., Лазарева І.І. Модельна оцінка мікроелементного складу акцесорних мінералів метасоматитів, пов’язаних з магматичними комплексами // Зб. наук. праць УкрДГРІ. — 2004. — № . — С. 116-122.
5. Лазарева І.І., Шнюков С.Є., Андреєв О.В., Савенок С.П., Андреєв О.О., Бункевич О.Л. Геохімічне дослідження акцесорних мінералів метасоматитів як засіб встановлення їх генетичного
