ГЕОЛОГИЯ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ, 2009, том 51, № 4, с. 325-341
УДК 550.42
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МОДЕЛЬНОГО Е-СОДЕРЖАЩЕГО КИСЛОГО РАСПЛАВА С ХЛОРИДНЫМ ФЛЮИДОМ, УРАНИНИТОМ И КОЛУМБИТОМ ПРИ 750°С И 1000-2000 БАР ДЛЯ ОЦЕНКИ РУДОГЕНЕРИРУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ВЕРХНЕКОРОВОГО ОЧАГА ПОД СТРЕЛЬЦОВСКОЙ КАЛЬДЕРОЙ
(ВОСТОЧНОЕ ЗАБАЙКАЛЬЕ)
© 2009 г. А. Ф. Редькин*, В. И. Величкин**, А. П. Алешин**, Г. П. Бородулин*
*Институт экспериментальной минералогии РАН 142432, Черноголовка, Московской обл., ул. Институтская, 4 **Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН 119017, Москва, Ж-17, Старомонетный пер., 35 Поступила в редакцию 20.02.2008 г.
Экспериментальные исследования системы: кислый F-содержащий расплав - минералы и, №Ь, Ta - хло-ридно-фторидный флюид, направлены на изучение генезиса урановых месторождений, пространственно связанных с кислым внутриплитным вулканизмом. Проведена первая серия экспериментов по растворимости урана в кислых расплавах, близких по составу к рудовмещающим риолитам уникального по запасам урана Mo-U-Cтрельцовского рудного поля, с целью уточнения генезиса данных руд. Эксперименты выполнены с модельным гомогенным стеклом состава (мас. %): SiO2 72.18, А1203 12.19, FeO 1.02, MgO 0.2, СаО 0.33, №а20 4.78, К20 3.82, Ы20 1.44, F 2.4 (Ш, №аБ, КБ, СаБ2, MgF2), синтетическими и02 и и03 • 0.33Н20 и природным колумбитом. Исходные растворы содержали 1.0 т С1 и 10-2 т Б. Опыты при давлении 1000 бар проводили на газовой бомбе, а при 2000 бар на гидротермальной установке высокого давления. Фугитивность 02 (Н2) задавалась буферами №-№0, Со-СоО, Бе3О4-Бе203 и Си-Си20. Установлено, что равновесие между расплавом и раствором по главным породообразующим элементам наступает в течение первых суток, тогда как для рудных элементов (и, №Ь, Та) необходимо 5-7 сут. Растворимость №Ь и в особенности Та в С1-Б-растворах, равновесных со Б-содержащими расплавами, очень низкая. Растворимость и значительно выше и составляет 10-4-10-5 моль/кг Н20. Энергодисперсионный анализ продуктов опытов позволил установить, что колумбит растворялся в расплаве стекла инконгру-энтно с образованием и и Б содержащих пирохлоров. Проведенные эксперименты показали, что урано-носный кислый расплав, близкий по составу к риолитовой магме Стрельцовской кальдеры, в условиях существования флюида 1-го типа (при относительно невысоких давлениях) не способен генерировать постмагматические рудообразующие растворы с содержанием урана более 10-6-10-5 моль/кг Н20. Оценка количества урана, который мог отложиться в зоне рудообразования из этого магматогенного флюида, варьирует в пределах 216-9000 т, что в среднем на два порядка меньше общих запасов урановых месторождений в Стрельцовской кальдере. Это не позволяет рассматривать верхнекоровый очаг кислой магмы в качестве потенциального источника урана для Мо-и-месторождений Стрельцовского рудного поля.
ВВЕДЕНИЕ
Проблема источника рудного вещества для многих эндогенных месторождений редких и радиоактивных элементов, приуроченных к зонам внутриплитного магматизма, является актуальной, многофакторной и пока далека от разрешения (Абрамович, 2004). Особенно важной представляется аргументация генетической связи между магматизмом и рудообразованием при реконструкции условий формирования крупнейших гидротермальных месторождений урана. А.И.Тугаринов (1963) утверждал, что "...изверженная порода, особенно
Адрес для переписки: А. Ф. Редькин. E-mail: redkin@iem.ac.ru
ураноносная, является могилой урана и не способна генерировать рудную залежь за счет содержащегося в ней металла". Вместе с тем хорошо известна пространственно-временная связь многих гидротермальных урановых месторождений с гранитными интрузивами, содержащими высокие концентрации урана и других литофильных элементов (Та, №Ь, 8п). Этот факт свидетельствует в пользу генетической связи данных интрузивов и ураноносных растворов.
Природные наблюдения и лабораторные эксперименты обосновывают концепцию последовательного накопления урана в остаточном расплаве в процессе эволюции кислой магмы в глубинных очагах.
В тех случаях, когда концентрация урана в лейкогра-нитной магме достигает насыщения, кристаллизуется акцессорный уранинит. Однако вопрос о концентрациях урана во флюиде, отщепляющемся от остаточного расплава, до сих пор однозначно не решен. По данным Ш. Пейфферт и др. (Peiffert et al, 1996), концентрация урана в одномоляльном хлоридном флюиде, равновесном с апогранитным расплавом и оксидом урана, составляет 4 х 10-4 -1 х 10-3 моль/кг H2O. Несколько более низкие значения растворимости урана (2 х 10-4 моль/кг H2O) были получены С.В. Юдинцевым (1989). Тем не менее на основании этих данных нельзя однозначно решить - достаточно ли этих концентраций для формирования урановых руд или нет, поскольку отложение рудной минерализации может происходить из растворов с различным содержанием рудного компонента при наличии соответствующих геохимических барьеров.
Вопрос о потенциальной возможности генерации рудного компонента магматическим очагом в количестве, достаточном для формирования известных месторождений, может быть решен при наличии представлений о концентрации рудного вещества во флюиде, количестве флюида, а также количестве рудного вещества, рассеянного при транспортировке от источника к зоне рудоотложения и потерянного на геохимических барьерах.
Целью серии проводимых экспериментальных исследований является определение условий, наиболее благоприятных для отделения урана от кислого магматического расплава во флюидную фазу, и оценка на этой основе наиболее вероятного источника урана для Mo-U-месторождений Стрельцов-ского рудного поля (Восточное Забайкалье). Для этого предполагается изучить распределение урана между магматическим расплавом и гидротермальным флюидом и затем определить предельные концентрации рудного компонента во флюиде с учетом данных по растворимости уранинита в гидротермальных растворах.
В качестве модельного объекта выбраны молибден-урановые месторождения уникального по запасам урана Стрельцовского рудного поля в Восточном Забайкалье. Генетическая связь между рудами этих месторождений и кислым познемезозойским магматизмом предполагалась ранее Ф.И. Вольфсо-ном и др. (Ищукова и др., 1998). Последние исследования (Алешин и др., 2007) подтвердили данное предположение и позволили уточнить некоторые аспекты этой связи. Предполагается, что источником урана мог явиться очаг кислой магмы, обогащенной ураном и фтором, аналогичный верхнеко-ровому очагу, расположенному, согласно геофизическим данным, под Стрельцовской кальдерой. Исследования А. Шабирон и др. (Chabiron et al, 2001) показали, что риолиты, излившиеся из этого очага, содержали 15-25 г/т урана и 1.5-3 мас. % фтора. Учитывая эти данные, в качестве модельного был
принят кислый расплав из верхнекоровой магматической камеры, состав которого реконструирован на основании изучения расплавных включений в риолитах Стрельцовской кальдеры. Состав, геохимическая специализация и изотопный возраст этих риолитов близки к аналогичным параметрам, присущим широко распространенным в Восточном Забайкалье редкометальным Li-F-гранитам и субвулканическим онгонитам (Кузнецов и др., 2004; Badan-та в1 а1. , 2004, 2006). С лейкократовыми гранитами связаны месторождения Та, № (Этыкинское, Ор-ловка), W (Спокойнинское), а также другие редко-метальные месторождения. Эти редкометальные граниты характеризуются повышенными содержаниями урана (до 30 г/т). Тем не менее комплексные редкометально-урановые руды, генетически связанные с подобными гранитами, в Восточном Забайкалье неизвестны. Тесная геохимическая ассоциация урана и редких металлов в кислых расплавах, с одной стороны, и отстутствие комплексных руд, с другой, позволили поставить задачу по изучению совместной растворимости уранинита и колумбита в магматогенных флюидах.
В серии экспериментов предполагается провести изучение распределения урана между расплавом и флюидами двух типов в различных условиях. В настоящей публикации приведены результаты изучения системы с флюидом 1-го типа (с одной критической точкой), которая изучалась в однофазной области при Т = 750°С и Р = 2000 бар, и в двухфазной области при Т = 750°С и Р = 1000 бар. Систему с флюидом 2-го типа (с двумя критическими точками) предполагается изучать при температуре выше 750°С и давлении более 2000 бар.
Экспериментальные исследования, проведенные в условиях, близких к рассмотренным в данной статье, выявили коэффициент распределения урана расплав/флюид в целом не в пользу последнего (Ре-Шей вга1, 1996; Жариков и др., 1987; Юдинцев, 1990). Тем не менее было решено повторить эксперимент для расплава, аналогичного по составу верхнекоро-вому магматическому очагу под Стрельцовской кальдерой, с целью наиболее точного выявления всех условий отделения урана от конкретного магматического расплава. Этот очаг залегает под Стрельцовской кальдерой на глубине около 5 км в условиях существования флюида 1-го типа. Полученные результаты позволили наиболее корректно оценить количество магматогенного урана, который потенциально мог участвовать в формировании месторождений.
Эти результаты могут уточнить модель уранового магматогенного рудообразования и способствовать выработке дополнительных поисково-оценочных критериев.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Эксперименты по растворимости и, Та и №Ь в модельном расплаве и хлоридно-фторидном растворе проводили на установке высокого газового давления и на гидротермальных сосудах (УВД-6М) при температуре 750 ± 5°С и давлениях 1000 ± 50 и 2000 ±100 бар. Парциальное давление кислорода (водорода) в системе задавалось соответствующими металл-оксидными смесями (№-№0, Со-Со0, Бе304-Бе203, Си-Си20) с водой. В опытах было использовано стекло, полученное плавлением в Р1-ам-пулах при 1300°С тщательно перетертой смеси (мас. %): альбита - 35.66, микроклина - 28.39, 8Ю2 -30.34, MgF2 - 0.077, - 0.38, СаБ2 - 0.28, ПБ - 2.5, Бе203 - 1.02. Состав стекла выбран в соответствии с данными анализа расплавных включений в кварце риолитовой магмы. Согласно (СИаЫгоп в1 а1., 2001, 2003), э
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.