ГЕОЛОГИЯ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ, 2010, том 52, № 3, с. 241-259
УДК 553.48:553.061
ФЛЮИДНЫЙ ПЕРЕНОС ЗОЛОТА, ПАЛЛАДИЯ, РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И ГЕНЕЗИС РУДОПРОЯВЛЕНИЙ ПРИПОЛЯРНОГО УРАЛА © 2010 г. Н. С. Горбачев*, Т. П. Дадзе*, Г. А. Каширцева*, А. Ф. Кунц**
*Институт экспериментальной минералогии РАН 142432, Московская обл., Черноголовка, ул. Институтская, 4 **Институт геологии КНЦУрО РАН 167982, Сыктывкар, ул. Первомайская, 48 Поступила в редакцию 03.07.2009 г.
Для оценки поведения золота, палладия, редкоземельных элементов и иттрия в магматическом и постмагматическом процессах выполнен комплекс экспериментальных исследований по растворимости благородных металлов и редкоземельных элементов в магмах, магматическом флюиде и гидротермальных растворах в широком интервале температур и давлений (300—400°С, 860—1350°С, 1—14 кбар). Определены коэффициенты распределения (О^) Аи и Рё между флюидом и толеитовым расплавом, которые в зависимости от физико-химических условий (Р, Т и состава системы) варьируют для Аи от 1 до 11, для Рё от 0.02 до 1. Изучена растворимость Аи и Рё методом растворимости в гидротермальном флюиде. Оценены влияние температуры, состава и кислотности флюида на растворимость. Установлена высокая растворимость этих металлов в хлоридных растворах: при Т = 300°С — Аи от 28 до 803 мг/кг, Рё - от 40 до 126 мг/кг; Т = 350°С - Аи от 305 до 1123 мг/кг, Рё - от 62 до 152 мг/кг; Т = 400°С - Аи от 330 до 1400 мг/кг, Рё - от 20 до 210 мг/кг. Определены коэффициенты распределения (Бр/Ъ) РЗЭ и иттрия между флюидом и толеитовым и щелочным расплавами. В зависимости от Р, Т состава флюида они варьируют от 0.00п до 2. Экспериментальные данные по растворимости Аи и Рё в растворах и маг-матогенных флюидах, широкие вариации РЗЭ между флюидом и расплавом свидетельствуют об эффективности магматических и гидротермальных флюидов в переносе и фракционировании Аи, Рё и РЗЭ. Полученные экспериментальные данные использовались при выяснении источников и роли флюидов в генезисе золото-палладий-редкоземельного рудопроявления Приполярного Урала.
ВВЕДЕНИЕ
Экспериментальное изучение процессов эндогенного рудообразования — мобилизации, переноса и отложения рудного вещества — один из надежных путей получения количественных физико-химических данных, необходимых для разработки генетических моделей рудообразующих систем как основы прогноза и поисков рудных месторождений. Особое значение такие исследования имеют для выяснения генезиса магматогенного полиметального орудене-ния, геохимическая специализация которого несет типоморфные признаки, характерные как для кислого, так и для основного и ультраосновного магматизма. К их числу, в частности, относятся уникальные по геохимической специализации, вещественно-структурным особенностям комплексные золото-палладий-редкоземельные месторождения и рудопроявления Приполярного Урала Республики Коми — Чудное, Нестеровское и др. Наряду с главными рудообразующими элементами—Au, Pd, РЗЭ, характерными для кислых магм, в формировании минерализации важная роль принадлежала хрому,
Адрес для переписки: Г.А. Каширцева. E-mail: kash@iem.ac.ru
характерному для основных и ультраосновных магм. Эти особенности свидетельствуют о различных источниках рудообразующих элементов, полицикличном, многостадийном развитии рудообразующего процесса с участием флюидно-магматического, гидротермального, метасоматического, метаморфоген-ного факторов. Для выяснения роли магматогенных флюидов в мобилизации и переносе элементов при формировании Аи-Рё-РЗЭ-минерализации был выполнен комплекс экспериментальных исследований геохимического поведения Аи и Рё, РЗЭ и иттрия в магматическом и постмагматическом процессах с участием надкритического магматогенного и докритического гидротермального флюидов.
Экспериментальные исследования охватывали магматический и гидротермальный этапы развития рудообразующей системы - мобилизацию золота, платиновых металлов, РЗЭ магматогенным флюидом в процессе дегазации магм, растворимость, формы переноса и физико-химические условия отложения золота и палладия в гидротермальных системах.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Опыты проводились в ИЭМ РАН на установках высокого давления с внутренним нагревом по многоампульной методике с водородной поддержкой (Горбачев, 1989). Навески тонких порошков исходных веществ в ожелезненных, слегка пережатых или перфорированных платиновых или золо-то-палладиевых ампулах помещали в герметически завариваемую "рабочую" ампулу с исходным раствором. Эта ампула помещалась во внешнюю, "буферную", герметически завариваемую ампулу с №-№0-Н20-буфером и ампулой с добавочным источником водорода для продления "жизни" буфера. После закалки ампулы вскрывали, раствор с закалочными фазами вымывали дистиллятом, выпаривали на водяной бане и доводили до постоянного веса в сушильном шкафу при температуре 110°С. "Сухой" остаток флюида и в различной степени раскристаллизованные при закалке силикатные стекла изучали оптическими и рентгеновскими методами, благородные металлы определяли методом ИННА, редкоземельные элементы методом ICP-MS в геохимической лаборатории Геологической службы Онтарио (Канада) с относительной ошибкой, не превышающей 5 отн.%. Сходимость результатов определяли параллельными опытами, правильность — анализом стандартов (Горбачев и др., 1993, 1994; Жариков и др., 1999).
При изучении поведения благородных металлов в F/L-системе флюид-силикатный расплав исходным материалом служили тонкие порошки базальта. При близсолидусных температурах к исходному базальту в качестве акцессорных минералов добавляли железо-медно-никелевые сульфиды, хромит, оливин, (модель пикритового габбро-долерита). Благородные металлы в систему вводили в виде растворов хлористоводородных солей, а также в виде чистых металлов и их сплавов. Флюидная фаза была представлена водно-хлоридными растворами. При изучении F/L-распределения РЗЭ исходным материалом служили тонкие порошки базальта или лампроита. Редкоземельные элементы задавались специально приготовленными РЗЭ-содержащими водными растворами HCl (1.0—0.5 М) с исходной концентрацией каждого из РЗЭ 100 и 50 г/т. Исходное соотношение силикат/раствор — 1 : 1. Длительность опытов составляла не менее 48 ч при T = 1100°С, 18 ч при T > 1200°С. Считалось, что концентрация элементов в силикатной матрице после опыта отвечала концентрации в расплаве. Концентрация элементов во флюиде определялась, исходя из их концентрации в сухом остатке, путем пересчета на массу флюида после опыта, выраженную как сумму масс исходного флюида и сухого остатка без учета растворимости флюида в расплаве. Коэффициенты распределения i-элемента равны:
= СГ/С^,
где СГ — концентрация элемента во флюиде, С^ — концентрация элемента в расплаве. Коэффициенты разделения 2-х элементов 1 и ^
K
d( F/L) i/j
F/L /тл F/L
= (CF/q)/(CL/CL) = df/l/D;
между флюидом F и расплавом L.
Для количественной оценки влияния температуры и давления на распределение РЗЭ между флюидом и расплавом были предложены барические
[DF/L(P)] и термические [DF/L(T)] коэффициенты распределения одного и того же элемента при двух различных давлениях или температурах:
Di (P) = Df/l (р)/Df/l (P2); и Di( T) = Df/l( h)/Df/l( T2).
Математическое выражение Di(P) и Di(T) сходно с коэффициентом разделения двух элементов i и j. Геохимический смысл этих параметров заключается
Р d( F/L)
в том, что если Ki/j количественно характеризуют гидрофильные и магмафильные свойства 2-х элементов при заданных Т и Р, которые определяются свойствами каждого из элементов, то DF/L( P)
и Df/l( T) количественно характеризуют влияние Т и Р на гидрофильные и магмафильные свойства одного и того же элемента. Использование барических и термических коэффициентов распределения удобно для сравнения влияния давления и температуры на распределение (Жариков, Горбачев, 2004).
Растворимость Au и Pd в гидротермальных условиях изучалась в HCl и H^-содержащих водных растворах, а также в чистой воде при температурах 300, 350, 400°С, давлении 1 кбар. Опыты по растворимости Au и Pd в гидротермальных растворах проводили в титановых автоклавах из сплава ВТ-8 объемом 20 см3, предварительно пассивированных 20% HNO3 при 400°С в течение суток. Продолжительность эксперимента составляла 10 сут. Давление в автоклавах и объем растворов определяли расчетным путем по PVT-данным для воды. Для получения H2S определенной концентрации в автоклав помещали элементарную серу. Для этого рассчитывали такое количество серы, чтобы она в условиях нашего эксперимента (при известных ^р_ра, P, T), во-первых, полностью растворялась и, во-вторых, при этом образовывалось такое количество H2S, которое соответствовало бы заданной концентрации (Дадзе, Сорокин, 1993). Пластинку сплава Au74Pd26 подвешивали на обтюраторе в верхней части автоклава. Количество Au и Pd в закалочных растворах определяли атомно-абсорбционным методом в пламени ацетилен — воздух на приборе "AAS-N", оптимальная длина волны X для опреде-
ления Au составляла 242.8 нм, для Pd — 244.9 нм (аналитик — Г. Ахмеджанова). Кроме того, в опытах с чистой водой и HCl суммарную растворимость Au и Pd контролировали по потере веса пластинки Au-Pd-сплава. Состав твердых фаз (пластинки Au-Pd-сплава и продуктов их переотложения) изучали на цифровом электронном сканирующем микроскопе "CamScan MV2300" (VEGA TS 5130MM).
ПОВЕДЕНИЕ ЗОЛОТА И ПАЛЛАДИЯ В ФЛЮИДНО-МАГМАТИЧЕСКИХ И ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ СИСТЕМАХ
Флюидно-магматические системы
Для оценки потенциальной рудоносности маг-матогенного флюида, условий мобилизации и переноса Au и Pd надкритическим флюидом в магматических и постмагматических условиях была изучена растворимость и распределение Au и Pd между вод-но-хлоридным флюидом и сосуществующим базальтовым расплавом при Р = 5 кбар, в интервале температуры от 1100 до 1350°С (Горбачев и др. 1993, 1994). Кроме того, была изучена растворимость этих металлов в водно-хлоридном флюиде, сосуществующем с силикатным субстратом многофазового состава (силикатные минералы, сульфиды, хромит, силикатное стекло) при близсолидусных температурах, определены комбинированные
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.