ГлавнаяПространственно-временной анализ распределения фторовых и фторсодержащих минералов показывает их приуроченность к определенным магматическим и связанным с ними метасоматическим и жильным образованиям. Минеральные формы проявления фтора разнообразны. Это — флюорит, топаз, криолит, виллиомит, селлаит, апатит, фторкарбонаты редких земель и др. Парагенетические фторсодержащие ассоциации и генетические особенности месторождений обусловлены составом магматических расплавов, степенью и условиями их дифференциации и кристаллизации.
При кристаллизации агпаитовых магм фтор накапливался в остаточных расплавах, так как сильные связи со щелочами препятствовали его отделению в газовую фазу. Значительное количество фтора, по данным Л.Н. Когарко и Л.Д. Кригмана, вызывает ликвацию на щелочно-фторидный и силикатный расплавы. В результате их обособления и кристаллизации возникли вкрапленность и линзы виллиомита в луявритах, обособления криолитовых руд и фторапатитовые залежи.
В карбонатитах, ассоциирующих с ультраосновными и щелочными породами, фтор концентрировался главным образом в поздних разностях в виде фторкарбонатов редких земель и флюорита, образовав в ряде случаев промышленные месторождения. В щелочных гранитах и сиенитах фтор входит в состав щелочных амфиболов и слюд, акцессорного криолита, а крупные концентрации образует в скарнах и фельдшпатолитах в виде гагаринита и флюорита в ассоциации с редкими металлами и редкими землями.
Значительные концентрации фтора характерны для некоторых разностей лейкократовых гранитов и аляскитов — так называемых литий-фтористых гранитов, которые образовались из насыщенных фтором (~0,5%) расплавов. Последние возникали в результате дифференциации гранитной магмы, в ходе перемещения их в верхние части магматического очага экстрагировались значительные количества лития, рубидия, таллия и других элементов. В приповерхностных условиях кристаллизации такой магмы образовались онгониты или эльваны.
Главными концентраторами фтора в этих породах являются топаз (до 10%) и флюорит (до 2—3%). В результате постмагматических процессов основная масса фтора концентрируется в виде флюорита в скарнах, апокарбонатных грейзенах и низкотемпературных жилах.
Фторовое оруденение в связи с эффузивами кислого и контрастного кисло-основного состава представлено главным образом флюоритом и обнаруживает парагенетическую связь с вулканитами. Высокие содержания фтора в магме обусловливают образование сферолитовых разностей пород, содержащих флюорит, а также вкрапленность и выделения флюорита в виде литофиз в липаритах и игнимбритах, заполнение им миндалин базальтов. В вулканических областях фтор выносился, по-видимому, из мантии и выделялся неоднократно. В период активных извержений он сорбировался пеплами в виде легко растворимых соединений, во время гидротермально-фумарольной деятельности отлагался в виде возгонов фторидов, фторсодержащих травертинов, тонкозернистых агрегатов флюорита в кальдерных озерах, а в поствулканический гидротермальный этап формировались жильные и брекчиевые флюоритовые тела.
Эмпирически наблюдаемые связи фтора с магматическими породами подтверждаются результатами экспериментальных исследований фторсиликатных систем и объясняются высоким сродством к фтору щелочей, кремния, алюминия, литофильных редкометалльных и редкоземельных элементов.
Анализ геологических обстановок, в которых реализуются рудные объекты, позволяет выделить определенные магматические формации и соотнести с каждой из них фтор- или флюоритсодержащую формацию: 1) формация агпаитовых нефелиновых сиенитов — фторапатит-редкоземельно-редкометалльная формация; 2) щелочно-ультраосновных пород с карбонатитами — ниобий-редкоземельно-флюоритовая; 3) щелочных граносиенитов и нефелиновых сиенитов — железо-редкоземельно-флюоритовая; 4) лейкогранитовая и гранитов рапакиви — олово-редкометалльно-фторовая; 5) аляскитовая — вольфрам-молибден-флюоритовая; 6) щелочных гранитов и сиенитов — бериллий-флюоритовая; 7) трахиандезито-вая — полиметаллически-флюоритовая стратиформная; 8) трахилипаритовая — полиметаллически-флюоритовая жильная; 9) липарит-базальтовая и трахибазальтовая — флюоритовая. Месторождения, ассоциирующие с различными магматическими формациями, отличаются рядом типоморфных особенностей — специфичными вмещающими породами, их метасоматическими изменениями, условиями залегания и морфологией рудных тел, типами руд и сопутствующими компонентами, которые частично показаны в табл. 1. Магматический фактор выступает в качестве определяющего при рассмотрении положения флюоритового оруденения большинства формационных типов в геологических структурах земной коры, поэтому выделение типовых геологических обстановок проявления флюоритового оруденения и создание на их основе геолого-генетических моделей рудных формаций базируются в первую очередь на установлении характера связей (генетических или парагенетических) рудных и магматических образований.
В качестве частного примера изучения таких связей и построения геолого-генетических моделей рассмотрим редкометалльно-флюоритовую группу формаций, являющуюся одним из главных в промышленном отношении типов флюоритового оруденения.
Редкометалльно-флюоритовое оруденение образуется на всех стадиях поздне- и постмагматического процесса, связанного с определенными типами гранитоидов (табл. 2). Главными разновидностями постмагматических образований в пределах рудных полей являются: пегматитоподобные метасоматиты, скарны, альбитизированные граниты, грейзены, флюорит-полевошпатовые метасоматиты и поздние собственно гидротермальные жилы кварц-карбонат-флюоритового состава.
Характер парагенетических ассоциаций минералов позволяет выделить три основные стадии постмагматического рудообразующего процесса: раннюю щелочную, кислотную и позднюю щелочную. В пределах рудных полей отмечается зональное распределение разных типов оруденения по отношению к гранитовым интрузивам (рис. 1). В гранитах локализуются эндогрейзены и флюорит-полевошпатовые метасоматиты, а в экзоконтакте интрузивов, по мере удаления от контакта,— скарновые тела, экзогрейзены, кварц-карбонат-флюоритовые жилы.
Изучение условий минералообразования, состава включений, температуры их гомогенизации и декрепитации в лабораториях ВСЕГЕИ и ВИМС, привлечение результатов исследований других авторов по редкометалльно-флюоритовым объектам позволили определить некоторые физико-химические условия флюоритообразования. Температура минералообразования закономерно снижается от ранних к поздним стадиям минерализации (см. табл. 2). Состав вакуольных растворов во флюорите скарнов существенно гидрокарбонатно-калиевый, грейзеновых и полевошпатовых образований — хлоридно-натровый, а кварц-карбонат-флюоритовых жил — гидрокарбонатно-сульфатно-натровый. Основные стадии постмагматического процесса характеризуются своим набором новообразований, их геохимической специализацией и оруденением, а также температурами и составом минералообразующих растворов.
Фтор присутствует в постмагматических образованиях в составе флюорита, который является сквозным минералом всех стадий, а также различных фторовых и фторсодержащих минералов (везувиана, топаза, селлаита, апофиллита, мусковита). Постмагматический процесс характеризуется тенденцией увеличения содержаний флюорита от ранних стадий к более поздним: в пегматитоподобных образованиях — до 5%, в скарнах и эндогрейзенах — до 10 % (за исключением флюорит-везувиановых скарнов, где его содержание достигает 30%), в апокарбонатных и апоскарновых грейзенах — до 40 %, во флюорит-полевошпатовых метасоматитах — до 40—50% и в кварц-карбонат-флюоритовых жилах — до 70—80%.
Пространственная приуроченность редкометалльно-флюоритовых полей и отдельных флюоритовых рудных тел к выходам гранитов, зональное размещение разных типов минерализации по отношению к интрузивам, установленные корреляционные связи фтора с рядом петрогенных компонентов в гранитах, постепенное накопление фтора и фторсодержащих минералов в гранитах и постмагматических образованиях свидетельствуют о генетической связи флюоритового оруденения рассматриваемого типа с гранитами.
Комплекс рассмотренных характеристик, включающих состав, генетические особенности, а также распределение во времени и пространстве всех типов минерализации, связанной с единым сложным процессом постмагматического рудообразования, и составляет основу модели фторсодержащей редкометалльно-флюоритовой формации. Изображение или описание модели может быть представлено в разной форме. Оптимальной формой для восприятия представляется графическое изображение элементов рудной формации в комплексе с табличными данными, раскрывающими главные связи рудных и геологических образований.
Главными элементами таких моделей являются их геологические, морфологические, минералогические, геохимические, петрохимические характеристики. На основе многомерных статистических методов проведена оценка силы связи этих характеристик и определены векторы свойств, отражающих однородность элементов геолого-генетических моделей на примере месторождений Средней Азии и Казахстана. В качестве опытного полигона был избран Чаткало-Кураминский регион, где исследовались характеристики минерального и химического состава 14 массивов аляскитовой формации пермского возраста. Они обнаруживают ряд сходных черт: а) малую глиноземистость — коэффициент агпаитности от 0,9 до 1,0; б) калиевую специализацию — отношение K/Na всегда >1; в) сравнительно высокую железистость с преобладанием закисного железа над окисным. В несколько повышенных концентрациях (кларк концентрации >1) встречаются F, Rb, Nb, а пониженный кларк концентрации (<1) отмечен для Ba, Sr, Cu, Zn, V, Cr. Для гранитов с известным флюоритовым оруденением отмечаются повышенные концентрации редких щелочей, а также Y и Mo. Вместе с тем вся эта разнообразная и обширная петро-и геохимическая информация не позволяла однозначно выделить потенциально рудоносные массивы, в силу чего была предпринята попытка многомерного статистического анализа для проверки целостности модели. Введение многомерных статистических характеристик дает возможность не только количественно оценить состав и интенсивность проявления тех или иных геолого-геохимических обстановок рудолокализации, но также сформулировать общие критерии потенциальной рудоносности магматических формаций и способствовать созданию интегральной модели рудоносной формации.
Основным методом исследования был метод главных компонент.
В качестве ведущего статистического фактора (СФ) с «весом» 36 % выступает ассоциация кремнекислоты с контрастно проявленной по отношению к ней группой элементов, охватывающей мафическую составляющую пород. В соответствии с ранее полученными данными эта ассоциация может интерпретироваться как проявление ведущего процесса становления интрузивных массивов — кристаллизационной дифференциации. II и III СФ, включающие щелочи и CaO, отражают характер щелочной дифференциации, а значительные положительные нагрузки IV СФ приходятся на FeO и MnO — компоненты-индикаторы фемической составляющей пород, в первую очередь биотита. Рассмотрение значений СФ для каждого из отдельных интрузивов позволяет прийти к выводу о том, что для всех них характерен нормальный ход процесса кристаллизационной дифференциации. Они составляют на диаграмме общую совокупность, подтверждая справедливость отнесения их к одной формации.
Возможность выделения потенциально рудоносных массивов с помощью многомерного статистического анализа подтверждается рассмотрением значений II и IV СФ (рис. 2). Точки, характеризующие значения факторов для большинства интрузивных массивов, образуют основное поле в центре диаграммы, но точки значений факторов для флюоритоносных гранитов имеют тенденцию к группировке в области положительных значений обоих факторов, отражающих связь соотношения щелочей, Mn, закисного железа, т. е. фемических и салических составляющих пород. В эту группу попадают граниты Баркракского, Туюкского интрузивов и взятого в качестве эталонного Караобинского массива (Казахстан). Полярную группу образуют поля отрицательных значений обоих факторов, отвечающие породам Шайданского и Сокурбельского массивов, для которых процесс флюоритообразования не характерен.
При анализе структуры матрицы факторных нагрузок для малых элементов гранитов выявляется антагонизм группы элементов фтора, редких щелочей, редких элементов и щелочно-земельных элементов — Sr и Ba (I СФ с «весом» 56 %). II СФ отражает ту же полярную ассоциацию. Интерпретировать эту ассоциацию можно как отражение процесса эманационной дифференциации, которая способствует накоплению фтора и других компонентов и возникновению их устойчивых связей. Максимально эта ассоциация проявляется в породах потенциально флюоритоносных интрузивов, минимально — в безрудных (см. рис. 2).
Анализ объединенной выборки петрогенных, малых и редких элементов и фтора подтверждает характер отмеченных выше процессов и позволяет более надежно выделить флюоритоносные массивы.
В качестве варианта модели полиметаллически-флюоритовой жильной формации можно рассматривать вулканотектоническую структуру (BTC) с флюоритовым оруденением. Эта модель учитывает преимущественно структурные параметры: тип вулканической структуры (кальдера проседания или купол), фации вулканитов (туфы, лавы, субвулканические тела и др.), пространственное положение флюоритового оруденения, а также состав магматических пород, характер метасоматических изменений и вещественный состав рудных тел и их генетические особенности.
Небольшой размер статьи не позволяет нам рассмотреть модели остальных флюоритсодержащих формаций и сопоставить их между собой. Сейчас важно отметить лишь, что объем и сложность геолого-генетических флюоритсодержащих моделей определяется характером связи оруденения с магматизмом. В случае тесной (генетической) связи рудных и магматических образований типовая обстановка проявления оруденения в большинстве случаев может быть представлена в ранге рудного поля, где развитие процессов, вызванных внедрением интрузивного тела, приводит к образованию конкретных рудных тел. Более отдаленные парагенетические связи рудных образований с магматизмом обусловливают построение более крупных и сложных моделей в ранге рудных узлов и зон. Создание и дальнейшая проверка моделей фторсодержащих формаций должны проходить в двух аспектах:
1) детальное геолого-минералого-геохимическое изучение копкретпых рудных полей с использованием геофизических методов и построение объемных моделей с отражением интенсивности проявления рудного и метасоматического процессов;
2) количественная характеристика конкретных моделей рудных полей и определение силы связей их элементов — геологических, петрохимических, минералогических, геохимических, геофизических и других па основе информационных и математических методов.
Внутриформационное сопоставление моделей конкретных рудных полей позволит в теоретическом плане уточнить общую геолого-генетическую модель формации, а в практическом — найти количественные зависимости между интенсивностью и характером проявления магматизма — метасоматизма и оруденения, необходимые для расчета прогнозных ресурсов по категориям P3 и P2.
Межформационное сопоставление рудных полей и рудных узлов будет способствовать в теоретическом плане дальнейшему уточнению процессов фторообразования, оценке мобилизующей и рудогенерирующей роли фтора в различных геологических обстановках.
Анализ моделей различных фторсодержащих формаций в пределах одного региона позволит выявить металлогеническую роль фтора и использовать ее для оценки минерагенического потенциала фтора и связанных с ним лито- и халькофильных элементов.