ФТОР В ГРАНИТНЫХ ФЛЮИДАХ ПО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМ ОЦЕНКАМ

Аксюк А.М., Зарайский Г.П.

Институт Экспериментальной минералогии РАН, Черноголовка, Московская обл., Россия aksyuk@iem.ac.ru

Граниты формируются в различных геолого-тектонических обстановках при активном участии водного флюида, содержащего в своем составе другие активные компоненты: CO₂, Cl, F и др. При образовании редкометалльных гранитов, пегматитов и месторождений – фтор является одним из важнейших параметров их формирования, так как он не только влияет на плавление расплавов, но и принимает активное участие в переносе и отложении многих рудных элементов. Роль фтора в геологических флюидах остается еще недостаточно охарактеризованной с количественной стороны. Для получения количественных оценок концентраций фтора в гранитных флюидах была разработана система экспериментально обоснованных минеральных геофториметров (Аксюк, 2002), включающая биотитовый (Bt), мусковитовый (Ms), Li-слюдистый (Li-mica), апатитовый (Ap) и топазовый (Toz) геофториметры. Геофториметры учитывают сложный состав природных минералов – твердых растворов и различное сродство к фтору их основных миналов. Они позволяют по составу минерала со сложным анионным и катионным изоморфизмом и Р-Т параметрам их формирования получать значения концентраций фтора во флюидах, бывших в равновесии с этими минералами. Биотитовый и Li-слюдистый геофториметры имеют вид:

lg M_HF(Bt, Li-mica)=lg (X_F/(1-X_F))_Bt-1722/T(K)-1,107*X_Mg+0,216(Al-2)+0,8958+lg a_H2O,

где Т(К) – абсолютная температура в градусах по Кельвину; М_HF – концентрация нейтральной частицы HF^o во флюиде, равновесном со слюдой, в моль/дм³; X_F=F/4, X_Mg.Li=(Mg+Li)/Σoct; F, Mg, Li, Al означают числа этих химических элементов в кристаллохимической формуле биотита, рассчитанной на 44 отрицательных электрических заряда; Σoct – сумма октаэдрических мест в кристаллохимической формуле биотита. а_H2O – активность воды во флюиде, учитывающая сложность природного флюида. Другие геофториметры имеют аналогичный вид:

lg M_HF(Ms)=lg(X_F/(1-X_F))_Ms-1722/T(K)-0,272*(Li+Mg)+0,216(6-Si)+0,185(Fe+Si-6)+1,419+lg a_H2O

lg M_HF(Ap) = lg (X_F/(1-X_F))_Ap – [3657- 5,246 P(кбар)]/T(K) + 0,7 + lg a_H2O.

lg M_HF(Toz) = lg (X_F/(1-X_F))_Toz - 2580/T(K) + 0.85 + lg a_H2O.

Молярная концентрация М_HF будет близка к валовой концентрации HF в растворе при температурах выше 500^оС и давлениях до 5 кбар. При наличии щелочей в растворе необходимо учитывать вклад их фторидов во флюиде в валовую концентрацию. Молярная концентрация растворенного вещества в разбавленном растворе, к которым относится большинство природных флюидов, при повышенных Р и Т может быть принята, в первом приближении, равной: M_HF^T,P = m_HF * ρ_sol^T,P, где m_HF –моляльная концентрация (моль/кг H₂O) и ρ_sol^T,P – плотность раствора, кг/дм³. Плотность раствора можно для большинства природных флюидов принимать по воде (HGK модель).

Анализ режима фтора с помощью разработанных геофториметров выявил три различных уровня в lg M_HF-T трендах, характерных для гранитов, с которыми связаны различные типы месторождений (рис. 1). Относительно низкие концентрации фтора типичны для безрудных гранитов (Урал) и гранитов, с которыми ассоциируют Cu-порфировые месторождения (Аксуг, Шахтома, Санта Рита). С понижением температуры концентрация фтора во флюидах заметно снижается. Относительно высокие концентрации (до 0,1 моль/дм³ HF) типичны для редкометалльных (W-Mo-Sn) месторождений типа Акчатау (Восточный Казахстан), Спокойнинское (В. Забайкалье), где концентрация HF во флюидах трех основных фаз гранитов, пегматитов и грейзенов остается почти на одном достаточно высоком уровне при снижении температуры от 800^о до 500^о С.

И, наконец, высокие концентрации HF (до 2 моль/дм³) характерны для флюидов, связанных с формированием Ta-Nb месторождений типа Орловки и Этыки (Восточное Забайкалье) и развитых там «апогранитов», а также для топазсодержащих гранитоидных пород и онгонитов. Уровень концентраций фтора во флюидах и Zr/Hf отношение в редкометалльных гранитах, характеризующее их дифференциацию, тесно коррелируют друг с другом, являясь дополнительным индикатором типа месторождений и их продуктивности на руду (рис. 2, таблица).

Работа поддержана РФФИ гранты: 06-0564980, 08-0500835 и НШ- 3763.2008.5

   Рис. 1. Связь lg M_HF во флюиде с температурой формирования слюды на месторождениях различного типа.