Геохімія елементів-домішок в найбільш розповсюджених акцесорних мінералах - Автореферат

Основною метою досліджень було встановлення найважливіших закономірностей формування домішкового складу НАМ та розробка комплексу критеріїв для його використання при дослідженні ендогенних і екзогенних геологічних утворень, а також апробація цього комплексу на прикладі типових геологічних обєктів. встановлення звязку концентрацій елементів-домішок у НАМ з умовами їх кристалізації і визначення геохімічних ознак апатитів, цирконів і сфенів, типоморфних для різних геологічних утворень, особливо практично важливих (руди); розробка критеріїв вирішення зворотної задачі, яка для ендогенних геологічних утворень складається в реставрації умов їхнього утворення, а для осадових - у визначенні джерел зносу НТМ; Обєкт дослідження: елементи-домішки індивідуальних та асоціюючих НАМ (циркону, апатиту, а також сфену) з спеціально створених еталонних колекцій, які репрезентативно характеризують провідні типи ендогенних гірських порід і руд; геохімія НАМ, їх асоціацій, парагенезисів, а також вміщуючих петротипів різноманітних ендогенних комплексів Українського щита (УЩ) (гранітоїди Коростенського плутону, альбітити Кіровоградського блоку, феніти Чернігівського карбонатитового масиву) та інших регіонів (гранітоїди Словаччини, карбонатити і супутні породи Татарського масиву Єнісейського кряжу і Ковдорського масиву Кольського півострова, магматити Криму та ін.); геохімія НАМ-НТМ з “німих” теригенних товщ (таврійська серія Криму, четвертинні відклади Індоло-Кубанського прогину та ін.), а також механічних потоків розсіяння, повязаних з алмазоносними кімберлітами (шельф Гвінеї) та апатит-рідкіснометальними карбонатитами (Приазовя). Використано спеціалізований комплекс, до якого входили методи: репрезентативного опробування і підготовки проб; вивчення їх мінерального складу, вилучення і дослідження поодиноких зерен НАМ (НТМ) та інших мінералів (магнітогідростатична і ФЛ-сепарація, ФЛ-мікроскопія, електронно-зондовий мікроаналіз, XRF, XRD тощо); аналізу гірських порід на петрогенні і мікроелементи (енерго-та хвильоводисперсійний XRF); аналізу індивідуальних зерен і мікронаважок НАМ (НТМ) на провідні елементи-домішки - спеціалізовані варіанти енергодисперсійного XRF (XRF-MP/SG і XRF-MP) (Чебуркін и др., 1984; Андреєв, 1992; Cheburkin et al., 1997; [16]). Наукова новизна одержаних результатів: У роботі розроблена геохімічна класифікація циркону та апатиту (а також сфену) з провідних типів ендогенних гірських порід і руд, яка базується на великому фактичному матеріалі та запропонованих для цих мінералів найбільш простих у використанні і максимально ефективних індикаторних парах ізоморфних елементів-домішок (Hf-Y та Sr-Y відповідно).Запропоновано нові індикаторні пари ізоморфних елементів-домішок циркону (Hf-Y), а також апатиту і сфену (Sr-Y), що найбільш прості у використанні і максимально ефективні в геохімічних дослідженнях. Запропоновано геохімічні класифікації апатитів і цирконів з провідних типів ендогенних гірських порід і руд, які засновані на запропонованих автором індикаторних парах елементів-домішок (Hf-Y, Sr-Y). Для неї встановлений лінійний характер в умовах одночасного насичення розплаву обома мінералами і виконане емпіричне калібрування, що дозволило запропонувати рівняння для рішення зворотної задачі - оцінки T. Крім того, до складу моделі входить ряд запропонованих автором нових базових компонентів: 1) рівняння для оцінки температурних умов кристалізації апатит-цирконових парагенезисів за значеннями , що використовується для контролю отриманих значень Tmodel (головний вхідний параметр для більшості розрахунків); 2) рівняння для розрахунку коефіцієнтів розподілу мікроелементів флюїд/розплав і модельного елементного складу продуктів магматогенно-гідротермальної стадії розвитку системи; 3) системи рівнянь і процедури для ідентифікації комагматичних серій порід і формування обєднаних моделей складних магматичних комплексів, визначення рівня генерації первинного розплаву з оцінкою відповідного ступеня часткового плавлення його джерела. Розроблений і апробований комплекс ефективних методів і методик, що ґрунтуються на геохімічних індикаторних ознаках НАМ-НТМ і дозволяють визначати області живлення осадочних басейнів, реконструювати їх петрофонд, виконувати стратиграфічне розчленування і кореляцію “німих” теригенних товщ, проводити прогнозування і пошуки корінних і розсипних родовищ алмазу, фосфатної сировини та рідкісних металів.

У роботі встановлені закономірності формування домішкового складу найбільш розповсюджених (“наскрізних”) акцесорних мінералів (НАМ), розроблений і апробований комплекс критеріїв його використання при дослідженні ендогенних і екзогенних геологічних утворень. При цьому отримані наступні результати : Проаналізовано геохімічну інформативність елементів-домішок НАМ і сформульовані критерії вибору їх індикаторних пар. Запропоновано нові індикаторні пари ізоморфних елементів-домішок циркону (Hf-Y), а також апатиту і сфену (Sr-Y), що найбільш прості у використанні і максимально ефективні в геохімічних дослідженнях.

Запропоновано геохімічні класифікації апатитів і цирконів з провідних типів ендогенних гірських порід і руд, які засновані на запропонованих автором індикаторних парах елементів-домішок (Hf-Y, Sr-Y). Показано, що вони дозволяють вирішувати зворотну задачу - ідентифікувати ендогенні вміщуючі (материнські) породи і руди за домішковим складом НАМ.

Продемонстровано можливість геотермометрії за розподілом Y між апатитом і цирконом, заснованої на залежності від . Для неї встановлений лінійний характер в умовах одночасного насичення розплаву обома мінералами і виконане емпіричне калібрування, що дозволило запропонувати рівняння для рішення зворотної задачі - оцінки T.

Запропоновано кількісну геохімічну модель формування магматичних систем і їхнього подальшого розвитку, який включає магматогенно-гідротермальну рудогенеруючу стадію. Вихідними для її побудови слугують взаємоповязані геохімічні банки даних “породного” і “мінерального” (ассоціюючі НАМ) рівнів. У якості першого базового компонента моделі використані відомі рівняння, що описують поведінку мікроелементів у процесах кристалізації/часткового плавлення (Релей - Рябчиков - Шоу) і розчинність НАМ у силікатних розплавах (Ватсон - Харрисон - Монтел). Їхнє обєднання автором в оригінальні системи, дозволило доповнити традиційні модельні побудови принципово важливими оцінками температурного (Tmodel) і флюїдного режимів магматичної еволюції. Крім того, до складу моделі входить ряд запропонованих автором нових базових компонентів: 1) рівняння для оцінки температурних умов кристалізації апатит-цирконових парагенезисів за значеннями , що використовується для контролю отриманих значень Tmodel (головний вхідний параметр для більшості розрахунків); 2) рівняння для розрахунку коефіцієнтів розподілу мікроелементів флюїд/розплав і модельного елементного складу продуктів магматогенно-гідротермальної стадії розвитку системи; 3) системи рівнянь і процедури для ідентифікації комагматичних серій порід і формування обєднаних моделей складних магматичних комплексів, визначення рівня генерації первинного розплаву з оцінкою відповідного ступеня часткового плавлення його джерела.

Генералізований варіант запропонованої моделі реалізований на прикладі гранітоїдної серії Коростенського плутону. Показано, що перелічені оновлені традиційні і запропоновані автором її нові базові компоненти принципово розширюють можливості геохімічного моделювання у відношенні оцінок фізико-хімічних параметрів і потенційної рудоносності магматичних і магматогенно-гідротермальних систем (температурний і флюїдний режими, , Ptotal , , , , тощо), а також значно підвищують надійність усіх модельних оцінок.

Розроблений і апробований комплекс ефективних методів і методик, що ґрунтуються на геохімічних індикаторних ознаках НАМ-НТМ і дозволяють визначати області живлення осадочних басейнів, реконструювати їх петрофонд, виконувати стратиграфічне розчленування і кореляцію “німих” теригенних товщ, проводити прогнозування і пошуки корінних і розсипних родовищ алмазу, фосфатної сировини та рідкісних металів.

Обгрунтована можливість та запропонована методологія використання великих теригенних популяцій циркону для дослідження історії формування континентальної земної кори. Запропонована модель її росту, яка може бути використана для узгодження геохімічних моделей магматичних систем і системи кора - мантія між собою і з геофізичними моделями геосфер.

Охарактеризовані в роботі широкі можливості, які надає практична реалізація отриманих наукових результатів, дозволяють розглядати їх як основу для розробки перспективних технологій регіональних геологічних досліджень і прогнозно-пошукових робіт.

ОСНОВНЫЕ РАБОТЫ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Шнюков С.Е. Поведение фосфора в палингенно-метасоматическом процессе кремнево-калиевой специализации и возможные типы рудных концентраций апатита // Процессы и закономерности метаморфогенного рудообразования - К: Наук. думка, 1988. - С. 168-175.

Скаржинский В.И., Голосов А.А., Павлов Г.Г., Добрянский Ю.Е., Шнюков С.Е. Вопросы методики попутных поисков месторождений апатитовых руд при геологической съемке в условиях Украинского щита // Вестн. Киев. ун-та. Геология. - 1988. - № 7. - С. 3-10.

Чебуркин А.К., Шнюков С.Е., Андреев А.В., Курзель Е.И. Выделение питающих провинций при изучении осадкообразования по типохимическим особенностям терригенных цирконов, сфенов и апатитов (на примере шельфа Гвинеи) // Морская геология Западной и Центральной Африки (Докл. ЮНЕСКО по мор. наукам; Вып. 50). - ЮНЕСКО, 1988. - С. 75-100.

Шнюков С.Е. Геохимия фосфора и перспективы дальнейшего изучения апатитоносности докембрийских образований Украинского щита // Геохимия и рудообразование. - 1989. - № 17. - С. 24-31.

Шнюков С.Е., Чебуркин А.К., Андреев А.В. Геохимия "сквозных" сосуществующих акцессорных минералов и ее роль в исследовании эндо- и экзогенных геологических процессов // Геол. журн. - 1989. - № 2. - С. 107-114.

Шнюков С.Е., Чебуркин А.К., Андреев А.В. Перспективы, проблемы и возможная методика терригенно-минералогических исследований с использованием типохимических особенностей "сквозных" терригенных минералов // Геол. журн. - 1991. - № 6. - C. 100-115.

Фурдуй Р.С., Николаєнко Б.О., Шнюков С.Є., Веселов В.М. Структурний контроль фосфорного зруденіння Приазовського блоку // Вісн. Київ. ун-ту. Хіміко-біологічні науки та науки про Землю. - 1992. - № 5. - С. 58-63.

Шнюков С.Е., Гатар Й., Андреев А.В., Грегуш Я., Чебуркин А.К., Савенок С.П. Петрологический анализ геохимии акцессорных цирконов и апатитов из гранитоидов Роховецкой интрузии (Словакия) // Геол. журн. - 1993. - № 1. - С. 30-41.

Андреев А.В., Шнюкова Е.Е., Шнюков С.Е., Чебуркин А.К., Белоусова Е.А., Савенок С.П. Геохимические особенности и возраст гетерогенных популяций циркона из гранитов гальки юрских конгломератов Горного Крыма // Геол. журн. - 1993. - № 6. - С. 128-135.

Шнюков С.Е., Савенок С.П., Андреев А.В., Сиденко О.Г., Чайковский Б.П., Белоусова Е.А., Проскурка К.С. Реконструкция областей питания и критерии стратиграфического расчленения терригенных образований таврической серии Крыма по данным исследования вещественного состава песчаников. Статья 1: Результаты петрогеохимических и терригенно-минералогических исследований // Геол. журн. - 1997. - № 1-2. - С. 93-99.

Андреев А.В., Шнюков С.Е., Савенок С.П., Белоусова Е.А., Чебуркин А.К. Реконструкция областей питания и критерии стратиграфического расчленения терригенных образований таврической серии Крыма по данным исследования вещественного состава песчаников. Статья 2: Результаты геохимического изучения терригенных цирконов из песчаников таврической серии // Геол. журн. - 1998. - № 3-4. - С. 66-74.

Шнюков С.Е., Савенок С.П., Андреев А.В. Определение источников сноса терригенных цирконов по их геохимическим особенностям как основа прогноза рудоносности осадочных формаций Азово-Черноморского бассейна // Геология и полезные ископаемые Черного моря. - К.: ОМГОР ННПМ НАНУ, 1999. - С. 262-268.

Шнюков С.Е., Савенок С.П., Андреев А.В. Возможности рентген-флуоресцентного анализа микрокристаллов минералов в исследовании терригенных отложений Черноморского региона // Геология Черного и Азовского морей - К.: ОМГОР ННПМ НАНУ, 2000. - С. 50-58.

Шнюков С.Е. Геохимия сквозных акцессорных минералов в терригенно-минералогических и прогнозно-поисковых исследованиях // Геологические проблемы Черного моря. - К.: ОМГОР ННПМ НАНУ, 2001. - С. 55-78.

Шнюков С.Є. Наскрізні акцесорні мінерали в геохімічному моделюванні магматичних процесів // Зб. наук. праць УКРДГРІ. - 2001. - № 1-2. -С. 41-53.

Шнюков С.Е., Андреев А.В., Белоусова Е.А., Савенок С.П. Рентгено-флуоресцентный анализ микроколичеств вещества в геохимии акцессорных минералов: исследовательские возможности в сопоставлении с локальными аналитическими методами // Минерал. журн. - 2002. - № 1. - C. 80-95.

Шнюков С.Є., Чебуркін А.К., Андреєв О.В. Джерела зносу теригенного матеріалу та прогнозна оцінка донних відкладів шельфа Гвінеї за даними геохімічного вивчення теригенних цирконів // Аспекти геології металевих і неметалевих корисних копалин. - К.: ІГН НАНУ, 2002. - С. 143-157.

Щербак Д.Н., Шнюков С.Е. Проблеми періодизації рудоутворення в геологічній історії Землі // Вісн. Київ. ун-ту. Геологія. - 2002 - № 22. - С. 74-79.

Шнюков С.Е., Андреев А.В., Заяц О.В., Савенок С.П., Маргулев В.М. Прецизионный учет фоновых условий как основа технологии раннего обнаружения, мониторинга и прогноза развития техногенных геохимических аномалий // Екологія довкілля та безпека життєдіяльності. - 2002. - № 3. - С. 6-10.

Шнюков С.Є. Геохимические модели эволюции магматических систем и земной коры: потенциальный источник петрофизической и рудогенети-ческой информации // Геофиз. журн. - 2002 - № 6. - С. 201-219.

Шнюков С.Є., Лазарева І.І. Геохімічне моделювання в дослідженні генетичного звязку магматичних комплексів та просторово асоціюючих з ними гідротермально-метасоматичних рудних родовищ // Зб. наук. праць УКРДГРІ. - 2002. - № 1-2. - С. 128-143.

Шнюков С.Е., Андреев А.В., Савенок С.П., Проскурка К.С. , Маргулев В.М. Оптимальное аналитическое обеспечение формирования современных баз данных эколого-геохимического, прогнозно-поискового и петролого-геохимического назначения // Екологія довкілля та безпека життєдіяльності - 2002. - № 5-6. - C. 89-94.

Шнюков С.Є., Зінченко О.В., Доценко О.Л. Співвідношення Sr, Y та Hf в апатитах та цирконах з лужних метасоматитів Українського щита як критерій визначення їхньої генетичної належності та шліхо-мінералогічних пошуків // Матеріали наук. конф. “Проблеми геологічної науки та освіти в Україні” (Львів, 19-21 жовтня 1995 р.). - Львів, 1996. - С. 180-192.

Shyukov S.E., Andreev A.V., Savenok S.P. Admixture Elements in Zircons and Apatites: A Tool for Provenance Studies of Terrigenous Sedimentary Rocks // EUG 9, Strasbourg (France), 23-27 March 1997. - Terra Nova. - 1997. - Vol. 9, Abstract Supplement №1. - P. 597.

Хлонь Е.А., Шнюков С.Е., Андреев А.В., Загородний В.В., Савенок С.П. Геохімія Zr та P в гранітоїдах складного Коростенського плутону (Український щит) // Матеріали наук. конф. “Актуальні проблеми геології України” геол. ф-ту Київ. ун-ту (13-14 травня 1999 р.) - К.: ГІКУ, 1999. - С. 31-32.

Лазарева І.І., Шнюков С.Є., Андреев О.В., Загородній В.В., Савенок С.П. Методика мінерало-геохімічного дослідження метасоматитів Сущано-Пержанської зони (Український щит) // Там же. - С. 17-18.

Нелюб Н.В., Шнюков С.Є., Савенок С.П., Андреєв О.В. Сучасні алювіальні відклади басейну р. Тетерів як “середня проба” дренуємої ділянки Українського щита // Там же. - С. 26-27.

Шнюков С.Є., Андреєв О.В., Савенок С.П., Загородний В.В. Інструментальна оцінка геохімічного фону як основа виявлення слабких аномалій в пошуковій та екологічній геохімії // Матеріали наук.-техн. семінару “Проблеми прикладної геохімії” (Київ, 1-2 квітня 1999 р.) - К., 1999. - С. 50.

Шнюков С.Є., Хлонь О.А., Андреєв О.В., Загородній В.В., Савенок С.П. Цирконій, фосфор та легкі рідкісноземельні елементи в гранітоїдах Коростенського плутону (Український щит) // Матеріали IV Всеукраїнської міжвідомчої наради “Геологія і магматизм Українського щита” - К.: ІГМР НАНУ, 2000. - С. 233-234.

Shnyukov S.E., Andreev A.V., Zinchenko O.V., Khlon E.A., Lazareva I.I., Zagorodny V.V., Grinchenko A.V. Geochemical modelling of PRECAMBRIAN granitoid evolution in Ukrainian Shield: petrogenetic aspects and genesis of complex rare metal, polymetalic and gold mineralization in neighbouring metasomatic zones (Korosten anorthosite-rapakivigranite pluton as an example) // Abstract volume & Field trip guidebook, 2nd annual GEODE-Fennoscandian Shield workshop on Palaeoproterozoic and Archaean greenstone belts and VMS districts in the Fennoscandian Shield (Gallivare-Kiruna, Sweden, 28 August -1 September 2000). - Lulea: University of Technology, 2000. - P. 37-40.

Шнюков С.Е., Сергиенко И.А. Геохимическая модель кристаллизации пегматитового расплава (на примере пегматитов Коростенского плутона, Украинский щит) // Материалы 12-й конф. памяти К.О.Кратца “Геология и геоэкология Феноскандинавского щита, Восточно-Европейской платформы и их обрамления” (С.-Петербург, 23-25 апреля 2001 г.) - СПБ, 2001. - С. 57-58.

Шнюков С.Е., Андреев А.В., Заяц О.В., Савенок С.П. Инструментальный учет фоновых условий при геохимическом картировании литологически неоднородных территорий (на примере участка дна Черного моря) // Там же. - С. 159-161.

Shnyukov S.E. , Andreev A.V., Savenok S.P. Technique of an estimation of a structure, age and potential ore-bearings of subgliacial geologic formations of Antarctica // First Ukrainian Antarctic Meeting (1UAM2001 June 4-7, 2001, Kyiv, Ukraine). Abstracts. - Kyiv, 2001. - P. 105.

Сергиенко И.А., Шнюков С.Е. Растворимость циркона и монацита - индикатор температуры кристаллизации и содержания воды в пегматитовом расплаве // Материалы междунар. конф. “Кристаллогенез и минералогия” (С.-Петербург, Россия, 17-21 сентября 2001 г.) - СПБ, 2001. - С. 334-335.

Шнюков С.Е. Распределение иттрия в апатит-цирконовых парагенезисах: зависимость от температуры и возможность ее использования в геохимическом моделировании магматических процессов // Там же. - С. 352.

Shnyukov S.E., Sergienko I.A., Zinchenko O.V., Mitrokhin A.V., Lasareva I.I., Andreev A.V., Grinchenko A.V. & Khlon E.A. Precambrian Korosten pluton (Ukrainian Shield) as a magmatic-hydrothermal ore-forming system: some contributions to a generalized geochemical model // Abstract volume & Field trip guidebook, 3rd annual GEODE-Fennoscandian Shield workshop on Palaeoproterozoic and Archaean greenstone belts and VMS districts in the Fennoscandian Shield (Sept. 10th - 16th, 2001, Russian Karelia). - St. Petersburg: SC “Mineral”, 2001. - P. 74-81.

Lasareva I.I., Shnyukov S.E., Zinchenko O.V. & Grinchenko A.V. Genetic relationships between mineralizations in Precambrian metasomatites of the Perga Area and the Korosten pluton granitoids (Ukrainian Shield): source of metal-bearing fluids based on geochemical modelling // Там же. - P. 62-65.

Sergienko I.A., Shnyukov S.E., Grinchenko A.V. & Zinchenko O.V. Pegmatites within the Precambrian Korosten pluton region (Ukr. Shield): geochemistry, ore mineralization and position in granitoids magmatic evolution// Там же. - P.69-72.

Sukach V.V., Grinchenko A.V. & Shnyukov S.E. Sura structure as an Archean rift-phase greenstone belt of Ukr. Shield: Economic gold-bearing metasomatites and possible sources of ore fluids within the greenstone // Там же. - P. 81-82.

Лазарева І.І., Шнюков С.Є. Геохімічне моделювання в дослідженні потенційної рудоносності магматогенно-гідротермальних систем // Матеріали наук. конф. “Актуальні проблеми геології України” геол. ф-ту Київ. ун-ту (18 квітня 2002 р.) - К.: Київський університет, 2002. - С. 19-20.

Shnyukov S.E. , Andreev A.V., Savenok S.P. Monitoring of the region-scale geological/metallogenic events on a basis of single-grain trace element geochemistry of zircon, monazite and apatite large detrital populations: Ukrainian Shield and some other regions as an example // International Symposium “Metallogeny of Precambrian Shields” (Kyiv, Ukraine, September 13-26, 2002).