ВЛИЯНИЕ СОСТАВА РАСПЛАВА И Р-Т УСЛОВИЙ НА РАСТВОРИМОСТЬ И

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ Ta И Nb В СИСТЕМЕ ВОДНЫЙ ФЛЮИД – ГРАНИТОИДНЫЙ РАСПЛАВ: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ

Чевычелов В.Ю., Бородулин Г.П., Зарайский Г.П.

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

В последние годы появляется все больше геологических и экспериментальных свидетельств того, что тантал-ниобиевое оруденение в редкометалльных литий-фтористых гранитах (месторождения Орловское, Этыкинское и другие) в большой степени связано с магматическим этапом формирования этих гранитных массивов. Для моделирования возможных условий образования танталовых месторождений подобного типа необходимы количественные данные о растворимости Ta и Nb в гранитных расплавах и распределении этих элементов в процессе флюидно-магматического взаимодействия.

Получены количественные экспериментальные данные по растворимости колумбита (Mn,Fe)(Nb,Ta)₂O₆ в обогащенном Li и F гаплогранитном расплаве в широком диапазоне изменения давления (30-400 МПа), температуры (650-850^оС) и глиноземистости-щелочности расплава (исх. A/NK (мол. Al₂O₃/(Na₂O+K₂O)) – 0.64, 1.1 и 1.7) (Чевычелов и др., 2007). Изменение состава расплава оказывает наибольшее влияние на величину растворимости колумбита по сравнению с температурой и давлением. Содержания Ta и Nb максимальны в щелочном расплаве (до ~1.2-1.9 мас.% Ta и ~2.1-4.7 мас.% Nb), уменьшаются почти на порядок в расплаве нормального состава (до ~0.1-0.6 мас.% Ta и ~0.06-0.8 мас.% Nb; рис. 1) и продолжают уменьшаться с увеличением глиноземистости расплава (до ~0.04-0.31 мас.% Ta и ~0.05-0.17 мас.% Nb). С понижением температуры Nb/Ta отношение в расплаве, как правило, уменьшается. Это связано с более быстрым уменьшением растворимости Nb в гранитном расплаве с падением температуры по сравнению с Ta. Положительная температурная зависимость растворимости колумбита сильнее выражена в гранитном расплаве с A/NK ~1.1 (рис. 1) по сравнению со щелочным и глиноземистым составами. При Р =100 МПа и T =650-850^оС в глиноземистом расплаве содержание Ta всегда выше, чем Nb (Nb/Ta ~0.5). В щелочном расплаве соотношение обратное (Nb/Ta ~1.25-2.0), а в расплаве с A/NK ~1.1 при 650^oC содержится больше Ta, а при 750-850^oC – больше Nb (рис. 1). Изменение давления в исследованном диапазоне оказывает более слабое влияние на растворимость колумбита по сравнению с влиянием состава расплава. Можно предположить, что при Р =100 МПа содержание Nb в гранитном расплаве достигает своего максимума.

Также экспериментально получены количественные данные по распределению Ta и Nb между водным фторидным флюидом и обогащенными Li и F гаплогранитными расплавами с различным содержанием глинозема и щелочей при Т =650–850^oC и Р =100 МПа (Бородулин и др., 2007). Установлено, что коэффициенты распределения Ta и Nb между флюидом и гранитным расплавом (^fluid/meltD =^fluidC/^meltC) при изученных условиях имеют очень низкие значения (0.001–0.007 для Ta и 0.004–0.017 для Nb). То есть распределение этих металлов резко смещено в пользу расплава. Коэффициенты распределения для тантала в целом в 1.5–3 раза ниже, чем для ниобия (рис. 2). Температура оказывает определенное влияние на распределение Ta и Nb, наиболее явно выраженное для расплава обогащенного глиноземом. Для этого состава с уменьшением температуры от 850 до 650^oC величины ^fluid/meltD_{Ta и Nb} уменьшаются приблизительно в 4.5-5 раз. В целом, коэффициенты распределения Nb уменьшаются с температурой сильнее по сравнению с Ta (рис. 2). Похоже, что состав расплава при одинаковой температуре не оказывает заметного влияния на распределение Ta и Nb в изученной системе. По крайней мере, имеющиеся данные не позволяют однозначно оценить такое влияние.

Полученные результаты показывают, что при флюидно-магматическом взаимодействии ниобий и, в особенности, тантал при понижении температуры до конца сохраняются в гранитном расплаве, не переходя во флюид, и в процессе кристаллизационной дифференциации концентрируются в расплаве. Можно предположить, что колумбит может кристаллизоваться непосредственно из расплава на заключительных субсолидусных стадиях при высокой степени раскристаллизации глубоко дифференцированных низкотемпературных расплавов (Reyf et al., 2000; Зарайский, 2004; Чевычелов и др., 2005). Экспериментально установленный факт повышения содержания тантала в расплаве по отношению к ниобию при снижении температуры может быть причиной известной эмпирической закономерности уменьшения Nb/Ta отношения в последовательных дифференциатах гранитной магмы.

Работа выполнена при поддержке РФФИ - №№ 08-05-00865, 08-05-00835, «Ведущей научной школы» - НШ-3763.2008.5 и «Фонда содействия отечественной науке».

Литература

Бородулин Г.П., Чевычелов В.Ю., Зарайский Г.П. Распределение Ta и Nb между водным фторидным флюидом и кислыми расплавами с различным содержанием глинозема и щелочей при Т=650-850^oC и Р=100 МПа // Электрон. науч.-информ. журнал "Вестник Отделения наук о Земле РАН", №1(25)' 2007, М.: ИФЗ РАН, 2007. URL: http://www.scgis.ru/russian/cp1251/h_dgggms/1-2007/informbul-1_2007/term-22.pdf

Зарайский Г.П. Условия образования редкометалльных 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 редкометалльных гранитах // Петрология. 2005. том 13. № 4. С.339-357.

Чевычелов В.Ю., Зарайский Г.П., Бородулин Г.П. Экспериментальное исследование влияния щелочности расплава, температуры и давления на растворимость редких металлов (Ta, Nb) в гранитоидном расплаве // Щелочной магматизм Земли и его рудоносность: Материалы международного совещания. Донецк, Киев, 2007. С.259-263.

Reyf F.G., Seltmann R., Zaraisky G.P. The role of magmatic processes in the formation of banded Li,F-enriched granites from the Orlovka tantalum deposit, Transbaikalia, Russia: microthermometric evidence // The Canadian Mineralogist., 2000. V. 38. P.915-936.