2010 |
| ||||||||||||||
|
Дифференциация тантала и ниобия во флюидно-магматических (щелочной и гранитной) системах (экспериментальные данные) Чевычелов В.Ю. Институт экспериментальной минералогии, Черноголовка, Московская обл., Россия chev@iem.ac.ru
Многие принципиальные вопросы генезиса редкометальных месторождений, связанных с гранитоидным и щелочным магматизмом, до настоящего времени остаются недостаточно ясными. Экспериментальные исследования могут помочь получить более четкие представления о физико-химических условиях их образования (Зарайский, 2004; Чевычелов и др., 2005). Геологические данные свидетельствуют о важной роли магматических факторов при образовании альбититовых, грейзеновых и других генетических типов редкометальных месторождений Ta, Nb, Sn, W, Mo и др. По своим химическим свойствам эти металлы имеют высокое сродство к кислороду и к магматическому расплаву, благодаря чему накапливаются в остаточном расплаве, обогащая собой поздние дифференциаты эволюционных гранитных серий. Такие месторождения, как правило, связаны с высоко дифференцированными многофазными гранитными плутонами. Для моделирования возможных условий образования месторождений тантала и ниобия подобного типа в настоящем докладе рассматриваются полученные количественные данные по растворимости колумбита (Mn,Fe)(Nb,Ta)2O6 в магматических расплавах различной щелочности и глиноземистости и по распределению Ta и Nb в процессе флюидно-магматического взаимодействия. Установлено, что состав расплава оказывает очень сильное влияние на растворимость колумбита. В щелочном расплаве растворимость максимальна (до ~2 мас. % Ta и до ~5 мас. % Nb при P =100 МПа). В расплаве близ нормального состава предельные содержания Ta и Nb уменьшаются на порядок и более и, наконец, в обогащенном глиноземом расплаве эти содержания часто снижаются еще в 2-6 раз. При этом в щелочном расплаве выше концентрация Nb, а в плюмазитовом – Ta (рис. 1). Температурная зависимость растворимости положительная, но выражена слабее, чем влияние состава. Она наиболее заметно проявлена в расплаве близ нормального состава, в котором с понижением температуры от 850 до 650оС предельные концентрации Ta и Nb уменьшаются от ~0.5-0.8 до 0.14-0.05 мас. %. При этом тантал становится более растворимым в расплаве, чем ниобий. Влияние давления на растворимость в изученном диапазоне 30-400 МПа является менее выраженным. Однако с уменьшением давления до 30 МПа максимальные содержания Ta и Nb в гранитных расплавах могут уменьшаться в 3-6 раз (Чевычелов и др., 2010). В изученных условиях коэффициенты диффузии Ta, Nb и Mn в расплаве составляют ~n·10-8- n·10-11 см2/сек. При этом коэффициенты диффузии для Ta минимальны, для Nb обычно на полпорядка выше, а для Mn еще выше примерно на столько же (рис. 2). Отмечается более заметное влияние изменения давления и особенно состава расплава на величину коэффициентов диффузии по сравнению с влиянием температуры. Показано, что коэффициенты распределения Ta, Nb и Mn между флюидом и гранитным расплавом (весовое отношение fluidCi/meltCi = fluid/meltDi) при изученных условиях имеют очень низкие значения (0.001–0.008 для Ta, 0.001–0.022 для Nb и 0.002–0.010 для Mn); то есть распределение этих металлов резко смещено в пользу расплава (рис. 3). В целом, коэффициенты fluid/meltDTa и fluid/meltDNb возрастают как с увеличением коэффициента глиноземистости в составе стекла, так и с ростом температуры. В изученных условиях фтор преимущественно концентрируется в расплаве: коэффициенты распределения F меньше единицы и находятся в пределах 0.1-0.7. Стекла плюмазитового состава максимально обогащены фтором (до ~4.5 -6 мас. %), а в щелочных стеклах содержание F снижается до ~0.5 -2 мас. % (Бородулин и др., 2009). Таким образом, Ta и Nb, благодаря высокому сродству к расплаву, не могут перейти в водный флюид в заметных количествах и при его отделении остаются в расплаве. Экспериментально показано, что растворимость колумбита в близ нормальном и плюмазитовом гранитном расплаве имеет сильно выраженную положительную температурную зависимость, то есть с понижением температуры предельные содержания ниобия и, в особенности, тантала в этих расплавах резко уменьшаются, причем в расплаве природного Li-F гранита с A/NK ~1.3 значительно сильнее, чем для модельных расплавов. Но все же растворимость колумбита в гранитных расплавах остается достаточно высокой, особенно в щелочных магмах. Она значительно выше по концентрации Ta и Nb, чем содержание этих элементов даже в наиболее обогащенных ими гранитных породах. Можно с уверенностью заключить, что кристаллизация колумбита на ликвидусе как в агпаитовых, так и в плюмазитовых магмах невозможна. Ta и Nb, по-видимому, выделяются из расплава в самом конце кристаллизации расплава при температуре солидуса (550-600oC) с образованием мельчайшей акцессорной вкрапленности танталита-колумбита в межзерновом пространстве наиболее поздних конечных дифференциатов Li-F гранитов. Однако содержание магматогенного тантала в Li-F гранитах и онгонитах кукульбейского комплекса Восточного Забайкалья и других редкометальных регионов - в несколько раз ниже промышленного. Обычно оно не превышает 30-50 ppm, при принятом бортовом содержании Ta2O5 в рудных телах Орловки и Этыки 90 ppm и среднем содержании в рудах 130-140 ppm. По-видимому, дальнейшее концентрирование Ta до промышленного уровня 100-350 ppm происходит гидротермально-метасоматическим путем в процессе грейзенизации и альбитизации Li-F гранитов постмагматическими флюидами с переотложением ранее кристаллизовавшихся акцессорных тантало-ниобатов в верхней части гранитных куполов под экраном ороговикованной сланцевой кровли (Чевычелов и др., 2005; Зарайский и др., 2008).
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ грант № 08-05-00865-a.
Рис. 1. Предельные концентрации Ta и Nb в расплаве на границе с колумбитом в зависимости от температуры (черные значки). Коэффициент глиноземистости Al2O3/(Na2O +K2O+MnO+FeO) в составе расплава (сокращенно A/NKMF) изменяется от 0.6-0.8 (а) до 2.0-2.2 (в). Для сравнения в качестве репера добавлены наши прежние результаты для расплава природного Li-F гранита с A/NK ~1.3 (незакрашенные значки, штриховые линии).
Рис. 2. Коэффициенты диффузии Ta, Nb и Mn в расплаве в зависимости от состава расплава.
Рис. 3. Коэффициенты распределения Ta и Nb между флюидом и гранитным расплавом в зависимости от температуры. Литература Зарайский Г.П. Условия образования редкометальных месторождений, связанных с гранитным магматизмом / Смирновский сборник - 2004. Гл. ред. Старостин В.И. М.: Фонд им. акад. В.И. Смирнова, 2004. С. 105-192. Чевычелов В.Ю., Зарайский Г.П., Борисовский С.Е., Борков Д.А. Влияние состава расплава и температуры на распределение Ta, Nb, Mn и F между гранитным (щелочным) расплавом и фторсодержащим водным флюидом: фракционирование Ta, Nb и условия рудообразования в редкометальных гранитах // Петрология. 2005. Т. 13. № 4. С. 339-357. Зарайский Г.П., Чевычелов В.Ю., Аксюк А.М., Коржинская В.С., Котова Н.П., Редкин А.Ф., Бородулин Г.П. Экспериментальное обоснование физико-химической модели образования месторождений тантала, связанных с литий-фтористыми гранитами / Экспериментальные исследования эндогенных процессов. Памяти академика В.А. Жарикова. Черноголовка: Редакционно-издательский отдел ИПХФ РАН, 2008. С. 86-109. Бородулин Г.П., Чевычелов В.Ю., Зарайский Г.П. Экспериментальное исследование распределения тантала, ниобия, марганца и фтора между водным фторсодержащим флюидом и гранитным и щелочным расплавами // Докл. РАН. 2009. Т. 427. № 2. С. 233-238. Чевычелов В.Ю., Бородулин Г.П., Зарайский Г.П. Растворимость колумбита (Mn,Fe)(Nb,Ta)2O6 в гранитоидных и щелочных расплавах при 650-850oC и 30-400 МПа: экспериментальные исследования // Геохимия. 2010. № 5. С. 485-495. |