ГЕОЛОГИЯ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ, 2008, том 50, № 3, с. 217-224
УДК 553.061.11
ОЦЕНКА ВРЕМЕНИ ЗАСТЫВАНИЯ МАГМАТИЧЕСКОЙ КАМЕРЫ ПОД СТРЕЛЬЦОВСКОЙ КАЛЬДЕРОЙ И ЕЕ ВЛИЯНИЯ НА НЕСТАЦИОНАРНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУР В ВЕРХНЕЙ ЧАСТИ ЗЕМНОЙ КОРЫ (ВОСТОЧНОЕ ЗАБАЙКАЛЬЕ, РОССИЯ)
© 2008 г. В. И. Мальковский, А. А. Пэк, А. П. Алешин, В. И. Величкин
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН 119017, Москва, Ж-17, Старомонетный пер., 35 Поступила в редакцию 11.07.2007 г.
Гидротермальные молибден-урановые месторождения уникального по запасам Стрельцовского рудного поля локализованы в одноименной кальдере позднемезозойского возраста. Анализ геохимических процессов, определявших перенос урана рудоносными флюидами и его осаждение в рудных телах, показал, что нестационарное распределение температур могло оказывать значительное влияние на процесс рудообразования. В статье рассмотрены температурные условия, сложившиеся в Стрельцовской кальдере к началу рудной стадии, обусловленные наличием под кальдерой малоглубинной магматической камеры. Задача решалась методами математического моделирования. Использовалась одномерная нестационарная модель термокондуктивного теплопереноса с учетом скрытой теплоты кристаллизации магматического расплава. Задача решалась численно конечно-разностными методами. Установлено, что при оптимальных параметрах модели полная кристаллизация расплава в магматической камере должна произойти за 56 тыс. лет, а максимальная оценка времени застывания очага - 133 тыс. лет. Через 3 млн. лет после внедрения гранитного интрузива вызванная им термальная аномалия в верхней части земной коры должна полностью рассеяться. Полученные результаты свидетельствуют, что кислый расплав данного очага не мог быть источником ураноносных растворов, сформировавших месторождения рудного поля через 5 млн. лет после завершения магматической активности.
ВВЕДЕНИЕ
В Стрельцовской кальдере площадью около 150 км2, находящейся в Восточном Забайкалье, выявлено и разведано 19 гидротермальных молибден-урановых месторождений с суммарными запасами урана более 250 тыс. т (Алешин и др., 2007). Фундамент кальдеры сложен в основном позднепалеозойскими биотитовыми гранитами и каледонскими гранито-гнейсами. Кальдера заполнена позднемезозойской осадочно-вулкано-генной толщей, включающей андезиты, дациты, базальты, липариты, прослои туфов, конгломератов, песчаников. Месторождения Стрельцовского рудного поля локализованы как в интрузивных и метаморфических породах фундамента, так и в осадочно-вулканогенных породах кальдеры в интервале глубин от 100 до 900 м (Ищукова и др., 1998).
В настоящее время не существует единой общепринятой генетической модели формирования месторождений рудного поля. Согласно магмато-генной гипотезе, развиваемой Ф.И. Вольфсоном
Адрес для переписки: В.И. Мальковский. E-mail: malk@ig-em.ru
и его сотрудниками, источником урана являлся кислый расплав верхнекоровой магматической камеры, расположенной на глубине около 5 км под кальдерой, излияния риолитовой магмы из которой и привели к образованию кальдеры (Ищукова и др., 1998). Дайки граносиенит-порфи-ров, внедрившиеся по бортовым разломам кальдеры, а также поздние экструзивные тела жерло-вых фаций риолитов имеют К-Аг-изотопный возраст 145-140 млн. лет. Возраст уранового оруденения, согласно и-РЪ-датированию настура-на, составляет 135 ± 2 млн. лет (Чернышев, Голубев, 1996). Таким образом, между завершением магматической активности и рудообразованием существует временной разрыв как минимум 5 млн. лет. Этот интервал может соответствовать времени остывания расплава глубинного очага площадью до нескольких тысяч квадратных километров. Однако в локальной близповерхност-ной камере, какой является магматический очаг под Стрельцовской кальдерой, существование остаточного расплава столь длительное время может быть маловероятно. Решение этого вопроса явилось одной из задач проведенных исследований.
В решении проблем уранового рудообразова-ния большое значение имеют данные о механизмах переноса урана рудоносными флюидами и его отложения в рудных телах. Модели формирования многих урановых гидротермальных месторождений, в том числе Стрельцовского рудного поля, основываются на гипотезе, согласно которой уран переносится рудоносными флюидами в виде уранил-карбонатных комплексов (Наумов, 1998), устойчивых при температуре до 300-200°С (Ромбергер, 1988). Предполагается, что осаждение урана осуществляется вследствие дегазации углекислоты, распада уранил-карбонатных комплексов и восстановления и6+ до и4+. В ходе последних исследований флюидных включений в кварце урановорудной стадии из месторождений Стрельцовского рудного поля установлено практически полное отсутствие в растворах углекислоты, а также отсутствие признаков вскипания (дегазации) растворов (Кгу1оуа et а1, 2006). Анализ флюидных включений в кварце, сингенетич-ном с урановыми минералами, показал, что процесс отложения урана из рудоносных флюидов на рудной стадии проходил при относительно высоких температурах. Микрозернистый кварц первой генерации содержит включения с температурой гомогенизации Т = 530-500°С, кварц второй генерации, предшествующей отложению первичных урановых минералов, формировался при более низкой температуре 4б0-300°С (Кгу1оуа et а1., 2006; Алешин и др., 2007). Очевидно, что температура ураноносных растворов в области их генерации и транзита до зоны рудоотложения была заведомо выше измеренных температур. Таким образом, "карбонатная" модель гидротермального рудообразования не соответствует условиям формирования месторождений Стрельцовского рудного поля (Кгу1оуа et а1., 2002).
Согласно существующим представлениям, эффективным механизмом отложения урана из рудоносных флюидов является его осаждение на восстановительных барьерах за счет перехода содержащегося во флюиде и(У1) в и(1У) (Перель-ман, 1972). Осаждение урана в результате окислительно-восстановительных взаимодействий в системе вода-порода играет определяющую роль при формировании экзогенно-эпигенетических пласто-во-инфильтрационных месторождений (Максимова, Шмариович, 1993) и месторождений "типа несогласия" (Еяйешрещег, вагуеп, 19951, 2). Однако на месторождениях Стрельцовского рудного поля не отмечены признаки, свидетельствующие об отложении основной массы урана по механизму окислительно-восстановительных взаимодействий (Алешин и др., 2007).
Таким образом, гипотеза о переносе урана в виде карбонатных комплексов и его осаждении на восстановительном барьере не находят достаточного подтверждения в случае месторождений
Стрельцовское и Антей. Это дает основание предложить в качестве альтернативы гипотезу, согласно которой как перенос, так и отложение урана осуществляются в четырехвалентной форме, т.е. без смены его валентного состояния (Алешин и др., 2007). В качестве основной причины рудоотложения предполагается снижение температуры рудоносных флюидов. Это предположение согласуется с результатами экспериментального исследования растворимости комплексов и(1У) в галоидных растворах (Жариков и др., 1987; Редькин и др., 1988; Ре1йег1 et а1, 1996).
Таким образом, оценка распределения температур в кальдере и ее фундаменте имеет важное значение для обсуждения гипотез формирования месторождений этого уникального урановоруд-ного поля. При этом очевидным является вопрос о том, какое влияние оказывает на температуру рудообразования магматическая камера, существовавшая под кальдерой в период ее формирования.
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Для расчета температурного поля, обусловленного наличием под кальдерой магматического очага, необходимо определить его геометрические характеристики: горизонтальные размеры, глубину кровли и вертикальную мощность.
Согласно результатам моделирования процесса формирования вулканических кальдер с учетом хрупко-упруго-пластичного поведения пород (виИ-1ои-Ргойег et а1., 2000), бортовые разломы трассируют горизонтальные размеры магматической камеры под кальдерой. Образование бортовых разломов начинается до обрушения кальдеры на этапе воздымания территории под влиянием давления магмы, внедряющейся в малоглубинную магматическую камеру. Критическое значение размеров очага, при котором происходит образование бортовых разломов, оценивается авторами статьи в В/й > 5, где В - диаметр очага, й - глубина его кровли. Принимая для Стрельцовской кальдеры значение В ~ 12 км, получаем в качестве оценки глубины расположения магматической камеры под дном кальдеры й ~ 2.5 км. Вертикальная амплитуда смещений по бортовым разломам достигает 700 м, мощность заполняющей кальдеру вулканогенно-осадочной толщи достигает 1000 м, пострудный эрозионный срез территории Стрель-цовского района оценивается в первые сотни метров (Ищукова и др., 1998 , 2005). С учетом этих данных и приведенных выше результатов расчетов из статьи (ОиШои-Ргойег et а1., 2000), глубина расположения магматической камеры под современной земной поверхностью может быть оценена в ~4 км. Эта оценка соответствует результатам структурно-геофизических исследований, согласно которым "магматическая камера находилась
Поверхность Земли
на глубине не более 5 км" (Ищукова и др., 1998). При расчете температурного поля магматического очага будем исходить из оценки глубины его кровли ~5 км.
Более проблематичен вопрос о вертикальной мощности магматической камеры. Ее оценка проводилась на основании размеров Шерловогорско-го массива редкометальных Ы-Р-гранитов кукуль-бейского комплекса, расположенного примерно в 150 км к западу от Стрельцовского рудного поля. Время образования, состав и геохимическая специализация этих гранитов близки риолитам Стрель-цовской кальдеры. Согласно геофизическим исследованиям А.А. Духовского и др. (1979), отношение горизонтальных размеров этого массива к вертикальной мощности составляет около 3 : 1. Сходные соотношения получены для редкометальных гранитов Центрального Казахстана (Ду-ховский, 1980).
Средний диаметр магматической камеры под Стрельцовской кальдерой оценен в 10 км, исходя из среднего диаметра кальдеры (12 км) и угла наклона бортовых кальдерных разломов
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.