Динамическая модель формирования месторождений редких металлов центрального казахстана

На правах рукописи

ИСАЕВА ЛЮДМИЛА ДЖАНДУЙСЕНОВНА Динамическая модель формирования месторождений редких металлов Центрального Казахстана 25.00.11 – Геология, поиски и разведка месторождений твердых полезных ископаемых;

минерагения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук

Республика Казахстан Алматы, 2010

Работа выполнена в Казахском национальном техническом университете имени К.И. Сатпаева Министерства образования и науки Республики Казахстан

Официальные оппоненты: академик НАН РК, доктор геолого минералогических наук, профессор Б.А.Дьячков академик НАН РК, доктор геолого минералогических наук, профессор М.М. Бакенов доктор геолого-минералогических наук, профессор Б.М. Ракишев

Ведущая организация: Институт геологии и геофизики им.

Х.М. Абдуллаева АН Республики Узбекистан (г. Ташкент)

Защита состоится «24» декабря 2010 года в 15-00 часов на заседании диссертационного совета Д 14.15.07 при Казахском национальном техническом университете имени К.И. Сатпаева в 813 НК по адресу: 050013, город Алматы, ул. Сатпаева 22, Факс: 8(3272) 92-60-25.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Казахского национального технического университета имени К.И. Сатпаева, по адресу: ул.

Сатпаева 22 или на сайте www.kazntu.kz, раздел научная работа.

Автореферат разослан « 23 » ноября 2010 года

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор Д.М. Шейх-Али ВВЕДЕНИЕ Актуальность исследования. В настоящее время в Республике Казахстан возрос интерес горнодобывающих компаний к месторождениям редких металлов и редкоземельных элементов. Все возрастающий спрос обусловливает расширение и создание в Республике собственной редкометалльно редкоземельной сырьевой базы. Решение этого вопроса приобретает все возрастающую актуальность.

Несмотря на то, что Республика Казахстан обладает большим потенциалом на эти виды металлов, разведанные запасы легко открываемых, близповерхностных месторождений исчерпываются. Это обусловливает переориентацию прогнозно-поисковых работ на так называемые «слепые», глубокие по условиям залегания месторождений редких металлов.

Приоритетным с точки зрения инвестиций является проведение исследований на прилегающих территориях, или на флангах уже известных, открытых месторождений и рудных полей. Всестороннее исследование комплексных факторов процесса формирования оруденений и особенностей их взаимосвязи с геологической вмещающей средой, геолого-термодинамическими и термобарогеохимическими условиями образования редкометалльных месторождений Центрального Казахстана имеет актуальное значение при разработке новых поисково-прогнозных критериев.

Цель и задачи исследования. Целью исследования является усовершенствование научной основы и методологии прогнозирования перспективности площадей рудного района на промышленные руды. Оценка научно-практического значения проведенных исследований и возможности их применения в решении металлогенических задач.

Задачами исследования являются:

- термобарогеохимическое изучение рудных минералов;

- анализ качественных и количественных методов изучения процесса рудообразования и оценка их информативности;

- определение критериев применения количественного метода исследования и оценка их эффективности в исследовании генезиса редкометалльных оруденений;

- создание модели кондуктивных и конвективных тепловых потоков для рудообразующих и рудолокализующих систем, и оценка термодинамической обстановки геологической среды на различных этапах рудообразования;

- построение динамической модели формирования для редкометалльных месторождений Центрального Казахстана и оценка продолжительности их образования;

- изучение особенностей включения редких и редкоземельных элементов в составе рудных минералов на примере редкометалльных месторождений Центрального Казахстана;

- геолого-генетические и динамические модели формирования редкометалльных месторождений и их прогнозные критерии.

Научная новизна и практическая значимость работы.

Усовершенствована научная основа моделирования процесса рудообразования на месторождениях редких металлов. Предложен количественный метод для исследования редкометалльных месторождений Центрального Казахстана.

Построены динамические модели формирования редкометалльных оруденений с определением термодинамического состояния интрузив-надинтрузивной зоны. Определена эволюция температурного режима при формировании редкометалльных оруденений, продолжительность и масштабы проявления процесса рудообразования на различных этапах его развития. Создана тепловая модель формирования рудных тел (жильных и штокверковых типов). Дана оценка метасоматической и рудной зональности в грейзеново-рудных телах.

Определены термодинамические условия кристаллизации рудных минералов с концентрацией редкоземельных и редких элементов.

Полученные результаты диссертационной работы дополняют научную базу развития теории рудообразования эндогенных месторождений редкометалльной рудной формации и будут использованы для усовершенствования научной основы прогнозирования оруденений редких металлов. Результаты проведенных исследований будут рекомендованы для применения их в других рудных районах.

Основные защищаемые положения:

1. Усовершенствование научно-методической основы для исследования образований эндогенных месторождений редких металлов Центрального Казахстана. Определение критериев применения количественного и аналитического методов исследования и оценка их эффективности в исследованиях генезиса редкометалльных оруденений.

2. Обоснование определяющей роли теплового поля рудоносных гранитных массивов редкометалльных месторождений Центрального Казахстана, как основного фактора, определяющего характер рудообразования на всех этапах проявления этого процесса. Рудообразующая и рудолокализующая системы на каждом этапе формирования месторождений характеризуются не только пространственно-временными, но и термодинамическими параметрами. Оценка динамики, продолжительности и направленности рудообразования, а также перспективных областей минерализации на базе выявленных параметров.

3. Выявление закономерностей тепломассопереноса в пределах распространения околожильных грейзенов, вертикальных градиентов температур и закономерностей распространения рудных элементов по вертикали и по горизонтали рудных жил, а также уточнение температуры образования рудных минералов на основе термобарогеохимического исследования и модельных построений формирования грейзоново кварцевожильных и штокверковых типов месторождений.

4. Установление тепловой неравновесности, вызванной изменениями температур рудолокализующих и рудообразующих систем, которая предопределяет ход развития и интесивность процесса рудообразования, раскрывает механизм включения в состав рудных минералов (молибденит, вольфрамит) редких (рений, скандий) и редкоземельных элементов (иттриевые и церриевые подгруппы).

5. Усовершенствование критериев прогнозирования эндогенных промышленных руд на флангах и в глубоких горизонтах известных месторождений, а также в пределах рудных полей и районов на примере построения динамических моделей формирования месторождений редких металлов Центрального Казахстана.

Фактический материал и методы исследований. В период 1982-2010гг.

автором собраны и проанализированы геологические, минералогические, геохимические, геофизические материалы и карты 1:100000;

1:50 000;

1:25 000;

1:10 000 масштабов по месторождениям редких металлов Казахстана (Г.Н.Щерба, Т.М.Лаумулин, Ф.Г.Губайдулин, Б.М.Ракишев, Н.И.Степаненко, Ю.П.Иванов, А.П.Гуляев, Н.Л.Раденко, С.А.Акылбеков и многие др.) и ситематизированы результаты минералогических и термобарогеохимических исследований в Казахстане и за рубежом. Автором лично проведены термобарогеохимические исследования минералов, в том числе: более определений по температуре гомогенизации включений в минералах, определений по криометрии включений, и 500 термовакуумометрических анализов, а также использованы результаты термометрических исследований (В.А.Кормушин), химического анализа водных вытяжек (З.М.Липова) и газохроматографического анализа (А.Б.Дарбадаев).

Апробация работы. Научные и практические результаты работ опубликованы за рубежем (Португалия,1987, США, 1989, Россия, 2001, 2005, Украина, 2008, Болгария, 2010) в различных Республиканских изданиях, совещаниях и конференциях, а так же в отчете по программе фундаментальных исследований МОиН РК: «Разработать динамическую модель эндогенных рудообразующих систем месторождений редких и цветных металлов Казахстана» (№ 699.Ф.06/4, 2006-2008г.), где автор был ее ответственным исполнителем. Автор диссертации с 2009 года участвует в исследовательской работе по научной теме: УГМ -723.09 «Научное обоснование развития и создания собственной минерально-сырьевой базы редких и редкоземельных элементов в Казахстане».

По теме диссертации выполнено 33 работы, все они опубликованы.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 170 страниц, 9 таблиц, 50 рисунков и список литературы из 98 наименований.

Работа выполнена в Геологоразведочном институте имени К.Турысова КазНТУ имени К.И.Сатпаева.

Благодарности. Автор искренне признателен академику НАН РК Г.Н.Щербе, докторам геолого-минералогических наук, профессорам Ф.Г.

Губайдуллину, Х.А.Беспаеву, Т.М.Лаумулину, Б.М. Ракишеву, А.Е.

Бекмухамедову за научные консультации и советы в ходе выполнения работы.

Автор выражает искреннюю благодарность заведующему кафедрой КазНТУ им. Сатпаева, ныне директору ИГН им.К.И.Сатпаева доктору геолго минерал.наук, профессору Г.Ж.Жолтаеву, академику НАН РК Х.А.Абдрахманову за поддержку и советы во время работы над диссертацией.

В процессе работы в КазНТУ им. К.И.Сатпаева автор тесно сотрудничал с профессорами Н.С.Сеитовым, А.Н.Нурмагамбетовым, О.Б.Бейсеевым, зав.

кафедрами А.А.Жунусовым и Е.М.Ахметовым и выражает им cвою благодарность за их советы и помощь. Автор выражает глубокую признательность всем специалистам, принявшим участие в обсуждении данной работы.

Основная часть 1 Обзор проведенных исследований Редкометалльные месторождения Центрального Казахстана, пространственно и генетически, связаны с лейкократовыми и аляскитовыми гранитами пермского возраста, приурочены к их купольным частям и апофизам. По данным исследователей (Косалс Я.А., Колесник Т.Б., Артемьева Л.В., 1994), температура образования гранитоидных интрузий Центрального Казахстана определена в пределах 8900 - 7500С. Эти фактические данные свидетельствуют о том, что на формирование этих месторождений огромное влияние оказывал кондуктивный тепловой поток от остывающего рудоносного массива, который производил перераспределение температуры в околоинтрузивном пространстве. В связи со сказанным в данной работе термодинамическая обстановка среды рудообразования определена с решением задач теории теплопроводности.

В середине прошлого столетия Д.Н.Казанли и Г.Н. Щерба путем применения уравнения теплопроводности, делали количественные расчеты температурных полей интрузивных тел простых форм и изучали их воздействие на формирование рудной зональности и в целом на процесс рудообразования.

В 70 годы прошлого столетия, многие исследователи (В.Н. Шарапов, В.Н.

Дударев, В.С. Голубев, В.Г. Меламед и др.) рассматривали тепло-массообмен в магматогенных процессах на более высоком уровне, с использованием численных методов решений уравнений тепло- и массопереноса.

Изучались случаи многократного внедрения магматических расплавов по одним и тем же тектоническим нарушениям (Калинин А.С., Кошелев А.А.).

Путем моделирования тепловых потоков гранитоидов Южного Урала В.И.Сначев и Ю.И.Демин оценили длительность их кристаллизации, определили динамику развития палеотемпературных полей гранитоидных массивов в трехмерном пространстве. Наиболее интересные результаты моделирования по выяснению проблемных вопросов теории рудообразования и термодинамической обстановки среды рудообразования были получены исследователями (В.А.Жариков, А.О.Гордеева и др., 1999, В.В. Ревердатто, В.Н. Шарапов, А.Э. Конторович, И.И. Лиханов, А.А. Тен, А.В. Хоменко и др, С.М.Александров, 2000, Г.П.Зарайский, 2004).

Интересные результаты моделирования были получены В.А.Жариковым (1988) и Г.П.Зарайским (2004) при рассмотрении условий генерации, кристаллизации и фракционирования редкометалльных гранитов [18,19].

Рассматриваемые ими граниты принадлежат к активизационной известково щелочной гранит-лейкогранитовой формации. Их гипабиссальные интрузии контролируются глубинными разломами, рассекающими толщи пород ранее консолидированных областей завершенной складчатости. К числу нерешенных вопросов относится причина связи месторождений определенной группы редких металлов (W, Sn, Mo, Be, Bi, Ta, Nb, Li) исключительно с гранитами этой формации. В качестве геологических объектов выбраны хорошо изученные грейзеновые W-Mo месторождения и гранитные массивы акшатауского комплекса Центрального Казахстана (Р1), и альбититовые (Ta, Nb, Li) и грейзеновые (Sn, W, Be) месторождения кукульбейского комплекса (J3) Восточного Забайкалья (Зарайский Г.П. 2004). Отсутствие в гранитных массивах обоих комплексов более основных производных, чем биотитовые граниты (редко гранодиориты), а так же данные изотопных исследований и петрогеохимические особенности рудопродуктивных гранитов, свидетельствуют о выплавлении материнского расплава из гранитогнейсового субстрата верхней коры.

Результаты анализа проведенных исследований показали, что кондуктивный тепловой поток при рудообразовании достаточно детально изучен для месторождений полезных ископаемых. При этом решались задачи по определению температур тех или иных процессов рудообразования.

Однако, некоторые вопросы теории рудообразования, такие как продолжительность рудообразования, эволюция рудообразующих систем и т.д.

оставались открытыми. Решение таких задач для конкретных месторождений полезных ископаемых возможно при случае рассмотрения взаимоотношений всех тепловых потоков, участвующихся в процессе рудообразования. Как известно, в процессе отложения рудных веществ также принимает участие конвективный тепловой поток рудообразующих растворов, который требует к себе такого же внимания как кондуктивный тепловой поток рудоносных массивов, так как тепловой поток, переносимый рудообразующими растворами, вносит свои коррективы на закономерности распространения тепла в околоинтрузивном пространстве, т.е. в зонах концентрирования рудных компонентов. Поэтому вопросы теплового потока в теории эндогенного рудообразования целесообразно рассмотреть в комплексе с проблемами гидродинамики потока, учитывающей перенос массы и тепла. В связи с этим нами рассматривается применение методов моделирования к изучению не только кондуктивного теплового потока гранитных интрузий, но и конвективного теплового потока рудообразующих растворов на месторождениях жильного и штокверкового типов.

2 Методологические аспекты модельных построений рудных месторождений На современном этапе развития геологической науки процесс познания характеризуется использованием большого объема разнообразной геологической, геофизической, геохимической, минералогической и др.

информации. Анализ этих материалов требует специальных методов обработки и исследования. В этой связи в геологии стало развиваться новое направление, которое основывается на различных модельных построениях.

Модельные построения рассматриваются как научная основа в познании геологического процесса, в частности рудообразования, и в разработке критериев прогноза и поиска месторождений полезных ископаемых. Со второй полвины прошлого столетия в геологической науке широко применялись модели природных явлений и процессов. Различные концепции, теории и гипотезы процессов рудообразования развивались на уровне представлений и накопленных знаний своего времени. Существенное развитие получили теоретические и генетические вопросы рудообразования на основе модельных построений. Эти модели являлись качественными, которые определяют структуру, форму, вещественный состав, также позволяют систематизировать накопленную информацию и указывать на возможную последовательность событий. Метод качественного моделирования до настоящего времени используется при описании процесса рудообразования на месторождениях полезных ископаемых. Эти модели являются базовыми для построения других видов моделей, так как в них заложены системная информация, основные элементы и признаки изученных месторождений.

По мере увеличения числа месторождений резко возрос объем геологической информации. Все чаще публикуются результаты исследований по наиболее детально изученным месторождениям и рудным районам.

Отдельные месторождения (обычно наиболее крупные и лучше изученные) возводятся в ранг типовых и с ними сравниваются изучаемые рудные объекты.

В связи с этим назрела необходимость системного подхода к изучению рудных месторождений, выделению и исследованию их естественных групп, характеризующихся общими определяющими факторами формирования и размещения. Такие попытки предпринимались и ранее, когда рудные месторождения классифицировали по каким-то отдельным параметрам:

глубинам образования, температурам формирования, связям с магматизмом, морфологии рудных тел, минеральному составу руд и т.д. Отдельные параметры, фиксирующие только одну какую-то сторону процесса, не могут характеризовать всю сложность рудообразования. Начался период интенсивного и системного накопления параметрических характеристик рудообразующих процессов. Назрела необходимость синтезировать все параметры рудообразования с выделением основных составляющих, которые влияют на процесс рудообразования.

В настоящее время достигнутый уровень теории рудообразования и накопленная обширная параметрическая информация по многим месторождениям (рудным формациям) дают возможность для разработки рудообразующих систем.

количественных генетических моделей Открываются новые возможности в познании причинно-следственных взаимосвязей процессов рудообразования.

В 1980-1990 годах в Казахстане были созданы типовые геолого генетические модели редкометалльных месторождений (Г.Н.Щерба и др.). В них включены такие генетические факторы и параметры, как глубина зарождения, источники рудного вещества, среда и механизм отложения, зональность и взаимодействие с вмещающими породами.

Однако сложность процесса рудообразования не позволяет создать единую модель формирования месторождений. Однако повысить уровень и качество геолого-генетических моделей возможно, если дополнять их различными модельными построениями. В этой связи параметры состояния рудообразующих систем являются наиболее подходящими факторами рудообразования для создания модельных построений, учитывающие всестороннюю связь процессов формирования месторождений с геологической средой во времени и в пространстве. Решение задачи такого характера раскрывает эволюционную сторону развития этой теории.

Как было сказано выше, эти задачи обусловливают детальное и комплексное изучение месторождений. Для решения этой задачи выбраны уникальные по своим строениям и содержаниям месторождения редких металлов Центрального Казахстана: Акшатау, Караоба, Коктенколь, Катпар и Верхнее Кайракты, относящие к группам грейзеново-кварцевожильной, кварцевожильной и скарново-грейзеновой формаций, имеющие научное и практическое значения.

3 Методы исследования и научно-методическая основа модельного построения 3.1Аналитические методы исследования При определении параметров состояния рудообразующих систем в геологи широко применяются термобарогеохимические методы, позволяющие оценивать температуру, давление, особенности агрегатного состояния и состава минералообразующих растворов, законсервированных в минералах в виде флюидных включений.

Главным в термобарогеохимии является минералотермометрический анализ, предусматривающий детальное изучение газово-жидких и расплавных включений методами гомогенизации, криометрии и термоваккумометрии.

Наиболее достоверная информация о физико-химических параметрах минералообразования будет получена при исследовании первичных включений в минералах. Последующие изменения состояния флюидных систем будут зафиксированы во вторичных включениях. Вторичные включения несут информацию о физико-химических условиях преобразования пород, минералов и руд.

Таким образом, изучение последовательно образованных всех типов включений не только расширяет объем генетической информации, получаемой методами термобарогеохимии по основным проблемам термобарометрии и геохимии минералообразующих сред, а также составляет граничные и краевые условия при решении задач теплопроводности для количественного моделирования.

3.2 Количественные методы исследования В целях усовершенствования методов моделирования процесса формирования эндогенных редкометалльных месторождений нами рассматриваются возможности использования аналитических и численных методов решений уравнения теплопроводности. Эти методы позволяют осуществить решение некоторых проблемных вопросов теории рудообразования, такие как динамика изменения параметров состояния рудообразующих и рудолокализующих систем, формирование определенных типов рудных тел с точки зрения тепломассопереноса, формирование оруденения во времени и в пространстве.

Аналитические методы решения уравнения теплопроводности применительно к задачам теории рудообразования широко применялись для выявления характера температурного поля рудоносной интрузии. Изменением температурных полей рудоносных массивов в околоинтрузивном пространстве связаны следующие этапы:

- прогрессивный, рассматривающий внедрение интрузии во вмещающую среду и ее остывание, прогрев вмещающих пород за счет кондуктивного переноса тепла и регрессивный - остывание интрузии и вмещающей среды.

Численные методы решения уравнений теплопроводности, как и аналитические решения, осуществляются при определенных начальных и краевых условиях. Начальные условия задаются относительно времени, краевые условия – относительно координат (геометрии). Начальные и краевые условия решения данного уравнения определяется путем анализа комплексных геолого-геофизических, геохимических, минералогических, термобарогеохимических и др. данных с учетом поэтапного характера рудообразования.

Решение уравнения теплопроводности осуществляется с помощью систем компьютерной алгебры – Марle 9. Графическая визуализация решений в трехмерном измерении (температура, время, координаты) позволяет моделировать динамику теплового поля интрузивного массива и рудообразующих растворов, а также их влияния на процесс рудообразования во всех его этапах.

Результаты применения методов аналитических и количественных исследований позволяют построить динамическую модель формирования эндогенных месторождений, выяснить образования определенных типов рудных тел во времени и в пространстве.

4 Динамическая модель формирования месторождений редких металлов Центрального Казахстана Объектами исследования являются редкометалльные месторождения Центрального Казахстана: Акшатау, Караоба, Коктенколь, Катпар, Верхнее Кайракты.

Среди них месторождения Акшатау и Караоба являются классическими эталонами кварцевожильно-грейзеновой групп редкометалльной формации. На данном этапе эти месторождения являются объектами научного познания, так как полнота геологических информаций по этим месторождениям позволяют сделать научные выводы и предположения о процессе редкометалльного рудообразования. Кроме того, месторождение Караоба отрабатывается на глубоких горизонтах, поэтому практический интерес представляет, помимо Южного молибденового штокверка, фланги и глубокие горизонты месторождения.

Месторождения Коктенколь и Катпар - на данном этапе развития сырьевой базы Республики Казахстан имеют практическое значение.

Месторождение Катпар относится к скарново-грейзеновой группе рудной формации. Подготовлено к отработке открытым способом (карьером) до глубины 400 м.

Месторождение Коктенколь – установлены крупные запасы руд со средним содержанием молибдена – 0,071%, вольфрама -0,057%, висмута – 0,005%, меди – 0,042%, серебра – 0,71%, рения – 0,158г/т.

Месторождение Верхнее Кайракты – представитель примесной формы редкоземельной минерализации. В конце 80 годов прошлого столеия впервые были установлены высокие концентрации РЗЭ в шеелитах Верхнее Кайрактинского месторождения (3кг/т). Эти данные были подтверждены геохимическими работами при проведении геолого-технологического картирования до глубины 300 м (Романов и др., 1990).

Эти месторождения связаны с многофазными лейкократовыми гранитными массивами пермского возраста. Внутреннее строение этих массивов многослойное, сложное, формы их в основном лополитообразные.

Они внедрились в вулканогенную вмещающую среду среднего и верхнего девонского возраста. На месторождении Катпар вмещающая среда карбонатная, фамен-турнейские карбонатно-терригенные отложения прорваны интрузиями акмаинского комплекса. Вертикальная мощность этих рудоносных гранитов составляет от 2 до 5 км, по горизонтали их размеры достигают от 10 до 28 км, первоначальная глубина их формирования оценивается в пределах 3-4 км. Эти комплексные геолого-геофизические данные позволили исследовать динамику температурных полей рудоносных массивов.

На Месторождение Акшатау. РТ-условия рудообразования.

месторождении выделяется до 15 минеральных ассоциаций, из которых наиболее устойчивые молибденит-кварцевая, редкометалльно-молибденит вольфрамит - кварцевая, сульфидно-кварцевая, флюорит-кварцевая и цеолит-кальцитовая. По данным Ю. П. Дорошенко (1981,1983), В. А.

Кормушина, А. Б. Дарбадаева (1988) приводятся их термобарохимические характеристики:

Молибденит-кварцевая ассоциация была распространена 1) преимущественно в рудах «молибденового участка», а также на глубоких горизонтах месторождения. Молибденит образовался в первую рудную стадию при формировании полевошпат-кварцевых (420-380 0С) и молибденит-полевошпат-кварцевых жил с мусковитом (440-320 0С) и во вторую рудную стадию в мусковит кварцевых жилах и прожилках сложного состава (430-2900С).

2) Редкометалльная молибденит-вольфрамит-кварцевая ассоциация.

Она распространена широко среди кварцевых, топаз-кварцевых и мусковит-кварцевых грейзенов. Для вольфрамита отмечены два температурных интервала - 450-360 и 290-2600С.

3) Сульфидно-кварцевая ассоциация распространена повсеместно и является одной из продуктивных (Тгом-310-1700С). Формировалась она после редкометалльной ассоциации, пространственно обособлена и тяготела к прикупольной части гранитного массива;

4) Кварц-флюоритовая, цеолит-кварцевая ассоциация. Кварц флюоритовые жилы и прожилки развиты незначительно, сопровождаются слабой серицитизацией боковых пород. Маломощные цеолит-кальцитовые прожилки завершают процесс минералообразования (Тгом - 180-600С).

Развитие температурного поля Акшатауского интрузивного массива по времени и в пространстве. Акшатауский интрузивный массив во вме щающей среде создает высокотемпературное поле и его развитие в интрузив надинтрузивной зоне соответствует важнейшим этапам становления массива, а именно:

а) в прогрессивный этап охлаждения интрузии температура на контакте вдоль выступа устанавливается в пределах 5900С, значительный подъем температуры до 4000С и более наблюдается в экзоконтактовом слое пород, мощность которого составляет первые 1000 м от контакта массива. Ореол контактового метаморфизма составляет около 1000 м, по геологическим данным – 1100м. Температуры образования минералов контактовых роговиков (биотит, турмалин, кордиерит) значатся в пределах - 620-4500С, что вполне сопоставимы с значениями температур контактовой области;

б) в регрессивный этап охлаждения интрузии по контакту устанавливается температура в пределах 4400С, а в экзоконтактовом слое пород на расстоянии 500 м проходит изотерма с температурой 3600С. Данная термодинамическая обстановка вмещающей среды способствует образованию руд и минералов I рудной стадии с температурой отложения 440-3200С. Положения изотерм 440 и 3600С в период редкометалльного рудообразования предопределяют вертикальную протяженность возможной области минерализованных зон месторождении типа Акшатау в пределах до 1000 м, а именно – 500 м в экзоконтактовом слое пород и столько же в гранитах, а также область рудообразования в пределах надкупольной зоны системы ИНЗ.

Расчетный вертикальный градиент температур в период продуктивного рудообразования составляет около 18-200С. Длительность становления Акшатауской интрузии с учетом масс и температуры каждой фазы около 1, млн. лет, продолжительность редкометалльного рудообразования с учетом стадии рудообразования оценивается в пределах 800 тыс.лет.

А А – пространственно-временное распределение температуры гранитов I фазы: а - в период протекания процессов контактового метаморфизма;

б, в - к началу и концу формирования I рудной стадии. Б - изменеие температуры Акшатауского массива во времени.

Рисунок 1 - Динамическая модель температурного режима формирования месторождения Акшатау Формирование рудных жил и околожильных грейзенов на месторождении Акшатау. Основные рудные тела на редкометалльных месторождениях грейзеново-кварцевожильной формации Центрального Казахстана (Караоба, Акшатау и др.) сложены зональными метасоматическими образованиями – грейзенами и жилами выполнения. Процессы их формирования обеспечивались гидродинамическими и термодинамическими процессами, так как перенос масс (рудных элементов) и энергии (тепла) осуществлялись при движении высокотемпературного флюидного потока.

1) Теплоперенос. При образовании рудных тел рассмотрение вопроса о конвективном переносе тепла приводит к изучению скорости и режима течения потока. Концентрированные рудообразующие флюиды относятся к вязким жидкостям, поэтому их движение приобретает слоистый характер, с малой скоростью продвижения ( 10 4 10 5 м/с).

В этом случае изменение температуры потока по вертикали соответствует градиенту температур во вмещающих породах.

Следовательно, вертикальные градиенты температур при формировании рудных жил предопределяются соответствующими температурными градиентами теплового поля рудоносного массива.

2 )Массоперенос. При формировании рудных жил флюидные потоки не только переносят энергию, а также рудные элементы в виде различных комплексных соединений. В этой связи закономерности распространения околожильной грейзенизации объясняются следующим положением:

- скорость движущегося потока является обратно пропорциональной величиной к его вязкости. Поэтому летучие компоненты за счет разности скоростей конвективного движения, концентрируются в апикальных частях крутопадающих жил, образуя градиент кислотности в составе рудообразующего гидротермального раствора. Их накопление и длительное воздействие в апикальных частях приводят к переработке значительных по мощности толщ вмещающих гранитов, что соответствует увеличению мощности околожильной грейзенизации снизу вверх;

Редкоземельные элементы – цериевые и иттриевые подгруппы в месторождении Акшатау. Анализ распределения редкоземельных элементов в главных рудных минералах редкометалльных месторождений Центрального Казахстана показал, что наиболее высокие концентрации редкоземельных элементов характерны для кварцевожильно-штокверковых и грейзеновых месторождений [Раденко Н.Л.,1998]. Полнота комплексных информаций и динамические модели формирования месторождений позволяют рассмотреть причинно-следственные стороны вхождения редкоземельных элементов в их рудные минералы.

На месторождении Акшатау носителями редкоземельных элементов являются вольфрамиты. На данном месторождении комплексные редкометалльные и кварцевые жилы с вольфрамитом, гюбнеритом и шеелитом формировались во вторую рудную стадию в интервалах температур:

вольфрамит - 450-3600С и гюбнерит - 380-2800С.

Высокотемпературные вольфрамиты с ферберитовой молекулой, из комплексных рудных жил, кристаллизовались в условиях тепловой равновесности, так как рудообразующие (450-3600С) и рудолокализующие системы (4500С) имели одинаковую температуру (Рис. 1,2).

Гюбнериты на данном месторождении связаны с жилами белого зернистого кварца. В их составе содержание редкоземельных элементов достигло до 2,72% [Раденко Н.Л.,1991]. Эти жилы формировались после комплексных редкометалльных жил, а в рудовмещающей среде температура устанавливается в пределах 3000С. Температура отложения гюбнеритов в пределах 380-2800С, позволяет делать заключение о том, что они кристаллизовались в условиях тепловой неравновесности, за счет разницы между температурами рудообразующих и рудолокализующих систем (Рис.2).

Вольфрамиты гюбнеритовой молекулы также отлагались в сульфидно кварцевых жилах и прожилках. По времени они формировались к концу второй рудной стадии в интервале температур 310-1700С. К концу второй рудной стадии рудовмещающей среде температура становится относительно низкой, в пределах до 2000С. Поэтому разница между температурами рудообразующих и рудолокализующих систем приводит к тепловой неравновесности при кристаллизации минералов сульфидно-кварцевых жилах и прожилках (Рис. 2).

Месторождение Караоба. РТ- условия рудообразования. Месторождение Караоба представляет исключительный интерес не только для термобарогеохимического исследования, так и для построения динамической модели формирования месторождений грейзеново-кварцежильного типа.

В разное время особенности газово-жидких включений в минералах молибденовых и вольфрамовых оруденений изучались И.В. Банщиковой, Ю.П. Дорошенко, Н.Н. Павлунем, В.А. Кормушиным, А.Б. Дарбадаевым и Л.Д. Исаевой.

Результаты этих исследований показали:

- кристаллизация жильного выполнения происходила из постепенно уплотняющихся газовых растворов при температурах 430 - 1600С. В комплексных жилах молибденит кристаллизовался при температурах – 430-3500С, вольфрамит – 380-2600С;

- молибденит в штокверках кристаллизовался при температуре 3600 -3900С, кварц-полевошпат-молибденитовых жилах – 400-3400С;

- в рудных жилах и прожилках месторождений обнаружены ранневторичные и вторичные включения в кварце, они гомогенизировались в жидкую фазу при температурах соответственно 2300-3000 и 1200-2150С;

- с учетом пространственного расположения образцов из прожилков Мо либденового участка и результатов минералотермометрических исследований, вертикальный градиент температур рудного процесса оценивается в 100-120С на каждые 100м;

А- изменение температуры гранитов;

Б - последовательность и продолжительность формирования минеральных генераций ;

В- распределение температуры во вмещающей среде и в гранитах Рисунок 3 – Динамическая модель температурного режима формирования месторождения Караоба - рудообразующие растворы месторождения Караоба имеют хлоридно калий-натриевый состав, его концентрация изменяется по мере снижения температур. На раннем этапе минералообразования концентрация растворов увеличивается, а для позднего этапа отмечается обратная связь;

- в газовой фазе преобладала углекислота, ее плотность в газовом пузырьке изменялась от 468 до 728 кг/м;

- давление при минералообразовании в рудной стадии варьировалось от 70 до 120 МПа.

Развитие температурного поля Караобинского интрузивного массива по времени и в пространстве. Температурное поле в околоинтрузивном пространстве соответствует общим закономерностям становления интрузивных тел, при этом имеет ряд особенностей обусловленные геометрической формой интрузии (Рис.3):

а) в прогрессивный этап охлаждения Караобинской интрузии быстрое охлаждение его выступа сопровождается отводом тепла, которое идет как в направлении к дневной поверхности, так и в сторону боковых пород в горизонтальном направлении. Поэтому наиболее резкий перегиб изолиний температур приурочен к эндо- и экзоконтактовой части выступа. Ближе к палеоповерхности изотермы выполаживаются, становятся более прямыми.

Изотерма 390-4000С проходит вдоль контакта выступа, и ее положением можно оконтурить зону контактового метаморфизма. По геологическим данным реакционные зоны перекристаллизации на контактах с интрузивными породами достаточно узкие, и не превышают по мощности двух-трех десятков сантиметров;

б) в регрессивный этап охлаждения интрузии термодинамическая обстановка, установленная в апикальной зоне системы ИНЗ, с температурой в пределах 360-4500С в первой и во второй рудных стадиях способствовала наиболее благоприятным условиям развития генерации молибденита с интерва лом температур отложения 420-3500С и вольфрамита, кристаллизовавшегося в интервале температур 380-2500С. Положения этих изотерм позволяют считать, что область рудообразования охватывают апикальную часть системы ИНЗ, что соответствует пространственному расположению месторождения. Кроме того, положением данных изотерм оценивается вертикальная протяженность перспективной области минерализации в пределах до 1000м.

В области рудообразования расчетный вертикальный температурный градиент составляет около 100С /100м. В этом случае можно предположить, что вертикальная протяженность минерализованных зон на месторождении Караоба достигает 700 м, что вполне сопоставимо с вертикальной протяженностью перспективной области минерализации.

Теплообмен в штокверках и продолжительность рудообразования.

На месторождении Караоба штокверки развиты во всех рудных участках:

комплексный редкометалльный штокверк - в центральной части;

молибденит кварцевый штокверк - в субширотной зоне;

также вольфрамитовый - на Западном участке (Г.Н.Щерба, 1960,1988).

Как известно, рудные штокверки представляют собой зоны повышенной проницаемости. Движение растворов в них имеет фильтрационный характер. В этих условиях процесс фильтрации характеризуется мгновенным выравни ванием температур среды и раствора в широком интервале давлений.

С другой стороны, теплоаномальные блоки штокверка с рудными компонентами не являются теплоизолированными. Температурное поле в них размывается из-за теплопотерь по нормали к вектору движения потока, и приводит к остыванию рудоносного блока. Путем моделирования теплового поля фильтрирующихся растворов от начала до завершения кристаллизации оп ределенной минеральной генерации оценивается длительность их образования:

- образование месторождений происходило в три стадии с продолжительностью отдельных стадий рудообразования - 100 тыс., 250 тыс., 120 тыс. лет, тогда как общая продолжительность формирования месторождения оценивается в 470 тыс. лет и она полностью коррелируется со временем затвердевания интрузивного массива (0,7 млн. лет);

- отдельные рудные генерации образовались в пределах от 20 до 80 тыс.

лет. Более продолжительно в пределах до 100 тыс. лет образовывались главные вольфрамит-кварцевые и мусковит-кварцевые жилы;

- объемные метасоматические процессы (грейзенизация) протекали в пределах от 10 тыс. до 30 тыс. лет, после внедрения каждой фазы интрузии.

Особенности включения редких земель в составе рудных минералов месторождения Караоба. На месторождении концентрация РЗЭ связывается с ранним флюоритом из призальбандовых частей высокотемпературных рудных жил второй рудной стадии, где развиты околожильные грейзены, а также с вольфрамитом. В составе редких земель преобладает иттриевая подгруппа (Ермилова Л.П., 1964).

Проведенные нами термобарогеохимические исследования и данные других исследователей показывают, что высокотемпературные рудные жилы на месторождении Караоба формировались в интервале температур 430-1600С, отложение флюорита произошло в интервале температур 430-3500С.

а Температура рудовмещающей среды была определена в пределах 3900С, поэтому ранний флюорит из призальбандовых частей рудных жил, кристаллизовался в условиях тепловой неравновесности, вызванной разницей температур рудообразующих растворов и вмещающей среды (Рис.2).

На месторождении Караоба вольфрамит, как главный рудный минерал, распространен в семи минеральных ассоциациях. Основная масса вольфрамитов на месторождении Караоба кристаллизовалась в двух рудных стадиях – во второй и третьей.

Во второй стадии продуктивного рудообразования, температура вмещающей среды менялась в пределах от 3900С до 1500. Вольфрамиты, из кварц-вольфрамитовых жил, кристаллизовались при высоких температурах (3800С), которые были близки к температуре вмещающей среды (Рис. 2).

Поэтому термодинамические условия, при которых кристаллизовались вольфрамиты с ферберитовой молекулой, являются равновесными.

Третья рудная стадия на месторождении формировалась после внедрения внутрирудных даек. К этому моменту температура вмещающей среды составляла около 1000С, а температура рудообразующих растворов менялась от 320 до1600С. Это приводит к формированию рудных жил с вольфрамитом с гюбнеритовой молекулой в условиях тепловой неравновесности.

Вольфрамиты и флюориты с содержаниями РЗЭ на месторождении Караоба кристаллизовались в термодинамических неравновесных условиях.

Месторождение Коктенколь. РТ-условия рудообразования. Детальные термобарогеохимические исследования были проведены с использованием минералов рудного штокверка Южного участка. Штокверковое рудное тело приурочено к юго-западному склону надкупольной части гранитного купола.

Штокверк находится в структурной аномалии – в узле пересечения зон повышенной тектонической активности северо-восточного и северо-западного простирания. Рудное тело имеет форму усеченного конуса с эллиптическим сечением, вершина конуса расположена на глубине в зоне эндоконтакта гранитного массива.

Полученные результаты позволили сделать следующие заключения:

- при формировании рудного штокверка Южного участка рудообразующие растворы имели гидротермальный характер. Они были насыщены газами, где преобладала углекислота. Об этом свидетельствует гомогенизация первичных и ранневторичных включений в кварце только в жидкую фазу, а также присутствие углекислоты во включениях;

- рудные минералы в штокверке отлагались в диапазоне температур от до 160 0 С, но молибденит кристаллизовался в более узком интервале температур от 460 до 350 0 С, вольфрамит кристаллизовался при температуре 380-290 0 С, висмутин – 300-240 0 С;

- концентрация гидротермальных растворов от ранней рудной стадии до пострудной снижается эволюционно. Кроме того, измерение температур эвтектик растворов включений в кварце позволило установить, что формирование ранних и поздних минеральных ассоциаций происходило из гидротермальных растворов одного геохимического типа.

Развитие температурного поля Коктенкольского интрузивного массива по времени и в пространстве. Основной рудонесущей интрузией на месторождении Коктенколь является многофазная интрузия акшатауского комплекса. Каждая фаза интрузии акшатауского комплекса рудоносная, и с ними связаны определенные рудные стадии.

Построенная динамическая модель температурного поля гранитной интрузии акшатауского комплекса и температуры рудообразования позволяет сделать следующие заключения (Рис.4):

а) в прогрессивный этап охлаждения интрузии акшатауского комплекса на месторождении Коктенколь температура по контакту устанавливается в пределах 5800-6000С, на расстоянии 1000 м от контакта массива во вмещающей среде температура поднимается до 4600С. Вертикальный размах ореола контактового метаморфизма достигает 1000м, а по геологическим данным – в пределах от 500-900 м (Рис.4).

А А- Трехмерная модель температурного поля интрузии акшатауского комплекса на месторождении Коктенколь (температура, координаты, время).

Б- Динамика температурного поля интрузивного массива в области рудообразования на месторождении Коктенколь в начале и в конце периода продуктивного рудоотложения Рисунок 4 - Динамическая модель температурного режима формирования месторождения Коктенколь.

б) в регрессивный этап охлаждения интрузии температура по контакту массива уменьшается до 4600С (Рис.4), а во вмещающей среде на расстоянии 500 м от контакта массива значение температуры снижается до 3900С. Эти данные показывают, что область рудообразования охватывает надкупольную зону системы ИНЗ. Расчетный температурный градиент в данной области составляет около 140С / 100м.

Данная термодинамическая обстановка среды способствует формированию основных молибденит-полевошпатовых и молибденит-полевошпат-кварцевых прожилков с температурой отложения молибденитов в пределах 460-3500С, а контактовая зона – формированию пегматитов и пегматоидных прожилков (470-4200С). К концу первой рудной стадии контактовой зоны температура снижается до 2600С, и формируются молибденитовые прожилки с температурой отложения молибденитов – 335-2800С.

Продолжительность формирования каждой рудной стадии на месторождении Коктенколь оценивается в пределах 200 тыс. лет, тогда как общая продолжительность рудообразования – в пределах 600 тыс. лет.

Расчетный вертикальный размах редкометалльного оруденения оценивается в пределах 800-850м, а продуктивная зона по геологическим данным составляет около 700-800м;

Термодинамическое условие кристаллизации рудных минералов (молибденит, вольфрамит) с примесями редких элементов. На месторождении Коктенколь встречаются редкие элементы рений, скандий, теллур и селен. Условия их концентрирования в рудных минералах Коктенкольского месторождения рассмотрены с позиции термодинамики.

На месторождении Коктенколь установлено 5 генераций молибденита, в которых от раннего к позднему возрасту возрастает содержание рения, а молибденовые руды сконцентрированы в экзоконтакте гранитных рудоносных массивов. Поэтому кристаллизация молибденитов, на начальных этапах рудообразования, независимо от морфологии рудных тел происходит в состоянии теплового равновесия между рудообразующими (460-3500С) и рудолокализующими (460 С) системами. В этих условиях кристаллизуются молибдениты 2H модификации, с чем связано низкое содержание рения (Рис.2);

С течением времени наблюдается снижение температуры в области рудообразования. Тепловое неравновесное состояние между рудообразующими и рудолокализующими системами возникает при формировании штокверковых зон и скарново-грейзеновых тел. Молибдениты кристаллизуются в условиях тепловой неравновесности, в виде наиболее 3R модификации, приспособленной к изоморфным замещениям (Рис.2).

Скандий на месторождении Коктенколь наблюдается в составе вольфрамита и гюбнерита. Установлено, что кварц-вольфрамитовые жилы образовались к концу второй стадии, когда вмещающая среда имела температуру до 2700С, а рудообразующие растворы имели температуру в 380 0-280 0С.

пределах Такая разница температур между – рудообразующими и рудолокализующими системами (порода-раствор) обеспечивает неравновесное термодинамическое условие при формировании рудных жил (Рис.2).

На месторождении Коктенколь минералы – носители редких элементов (рений, скандий) кристаллизовались в термодинамических неравновесных условиях.

Месторождение Катпар. РТ-условия рудообразования.

Проанализированы литературные данные и данные А.Б. Дарбадаева по физико-химическим условиям рудообразования на месторождении Катпар.

Основное тело в центре сложено гранатовыми скарнами, переходящими к периферии в пироксен-гранатовые, а затем к флангам в волластонитовые разности, температура их образования определена в пределах 560° - 420°С.

С грейзенами по гранитам, известнякам и скарнам связано комплексное оруденение. Молибденовое оруденение отлагалось при температурах 430 330°С;

соединения вольфрама выносились в надинтрузивную зону, температура их отложения определена в пределах 330-250°С. В экзогрейзенах по скарнам и мраморам образовался шеелит. Часть самородного висмута образовалась в интервале 270-260°С.

Развитие температурного поля Катпарского интрузивного массива по времени и в пространстве. Месторождение расположено над “слепыми” куполами гранитного массива, на контакте с карбонатными породами. С использованием количественного метода исследования предложена динамическая модель формирования месторождения Катпар (Рис.5):

а) прогрессивный этап охлаждения Катпарского гранитного массива характеризуется установлением высокого температурного фронта в пределах 6400С по его контакту. Во вмещающей среде на расстоянии 1000 м от контакта гранитного массива наблюдается высокая температура в пределах до 460-4800С. Ореол предрудных изменений довольно широкий, его вертикальный размах достигает до 1200м;

б) регрессивный этап охлаждения массива по его контакту температура снижается до 4800С. Во вмещающей среде на расстоянии 1000 м температура становится равной 320-3400С. Фронт с температурой 4800С по кровли массива способствует протеканию экзо- и эндогрейзеновых процессов и отложению молибденита в грейзенах гранитов(430-3300С). В надинтрузивной зоне, где образовались вольфрамовые залежи (330-2500С) и отложение висмута (270 2600С), стоял фронт с температурой 360-2800С (Рис. 5,В).

Область рудообразования охватывает надинтрузивную зону системы ИНЗ,т.е. пространство между изотермами 480 и 3400С (Рис.5,Б).

Расчетный вертикальный градиент температуры в период продуктивного рудообразования составляет около 160С на каждые 100м, и он позволяет оценить вертикальный размах редкометалльных оруденений в пределах 800м.

Продолжительность дорудного и рудного этапов на месторождении Катпар оценивается в пределах 200 тыс. лет.

А- Б- температурное поле гранитного массива в период продуктивного рудообразования В- пространственное распределение температуры в гранитах и во вмещающей среде в различные моменты становления рудоносной интрузии;

Рисунок 5 - Динамическая модель температурного режима формирования месторождения Катпар.

Редкие элементы на месторождении Катпар. Месторождение Катпар – медно-молибден-вольфрамовое с висмутом, рением, селеном и теллуром. Молибдениты, с которыми связана концентрация рения, на данном месторождении локализованы в зонах грейзенизации, калишпатизации гранитов и в кварцевых и кварц-полевошпатовых прожилках, а также в скарново-грейзеновых телах. Пространственное положение рудных прожилков с молибденитом на месторождении Катпар позволяет считать, что в апикальных частях гранитов они кристаллизовались в условиях тепловой равновесности, за счет близости очагов тепла и рудообразующих растворов, и молибдениты появились в виде - 2Н модификации (Рис.2).

В скарново-грейзеновых телах молибдениты кристаллизовались в условиях тепловой неравновесности. Этому способствовала морфология формирующегося рудного тела, приводящая к появлению аномальности в тепловом поле интрузии. В этом случае молибдениты появляются в виде 3R модификации, способные к изоморфным замещениям (Рис.2). Этим можно объяснить причину появления рения в минеральном составе скарново грейзеновых тел на месторождении Катпар пределах до 0,025%.

Месторождение Верхнее Кайракты. РТ условия минералообразования.

По В. А. Кормушину и А. Б. Дарбадаеву, рудоносные растворы ха рактеризовались сменой щелочных кислыми.

В дорудную стадию образовались метаморфогенные кварцевые жилы и линзы при температуре 430-2800С и давлении 100-80 МПа. В рудную стадию вертикальный температурный градиент рудообразующей колонки был небольшим (около 8-120 на 100 м ). Оруденение отлагалось при таких температурах (0С): шеелит – 350-270;

вольфрамит – 380-285;

молибденит — 400-310;

минералы свинца и цинка – 250-180. Давление было выше гидростатического и уменьшалось с понижением температуры в первую рудную стадию от 100 до 60-45 МПа и во вторую от 80 до 50-40 МПа.

Оценку термодинамической обстановки среды рудообразования проведем из положения о том, что месторождение Верхнее Кайракты имеет генетическую связь с предполагаемым «слепым» гранитным массивом акшатауского комплекса. Рудоносная интрузия была многофазной, оруденение на месторождении связывается с двумя основными фазами.

В прогрессивный этап:

достигают до 550-5400С, а на а) температуры контактовой области расстоянии 1,5 км расчетная температура вмещающей среды (надинтрузивной зоны) становится равной 310-3000С (Рис.6 );

б) расчетный вертикальный размах высокотемпературных ороговикованных вмещающих пород (кварц-биотитовой фации) на месторождении достигает до 550-600 м;

в) по геологическим данным перекристаллизация вмещающих пород становится заметным с глубины 600-700 м от современной поверхности. Тогда путем простейшего сложения этих данных оцениваем глубину залегания рудоносного массива в пределах 1,2-1,3 км от современной поверхности.

А- Пространственное распределение температуры в гранитах и в надинтрузивной зоне в различные моменты становления гранитной интрузии.Б- в период протекания процессов контактового метаморфизма;

В- к началу формирования I - рудной стадии Рисунок 6. Динамическая модель температурного режима формирования месторождения Верхнее Кайракты По данным геофизических исследований гранитоидный массив находится на глубине 1,5 км от современной поверхности.

В регрессивный этап:

а) в контактовой области температура снизилась до 400-3900С. Данная термодинамическая обстановка контактовой области способствует образованию пегматоидных и полевошпатовых прожилков и жил на глубоких горизонтах с температурой 350-4100С, затем формированию молибденит-кварц полевошпатовых жил и прожилков при интервале температур 310-4000С;

б) к концу каждой рудной стадии в надинтрузивной зоне установилась температура в пределах 1500С. Такая термодинамическая обстановка в рудолокализующей среды свойственна и моменту формирования сульфидного этапа (120-2500С ) на месторождении во второй рудной стадии;

в) расчетный вертикальный градиент температур к началу рудной стадии составляет около 10-120С/100м;

г) эти данные позволили оконтуривать границы развития редкометалльных оруденений в надинтрузивной зоне, где молибденовое оруденение развивается до расстояния 800 м от контакта гранитных интрузий, что является показателем вертикального размаха молибденового оруденения. Вольфрамовое оруденение интенсивно начинает отлагаться с расстояния 350 м от контактовой области. Следовательно, расчетный вертикальный размах вольфрамового оруденения достигает до 850 м, если учесть расчетную глубину залегания гранитоидного массива (1,2-1,3 км);

д) учитывая стадии рудообразования, связанные предположительно с двумя фазами гранитной интрузии, продолжительность рудообразования на месторождении Верхнее Кайракты оценивается в пределах 300-350 тыс.лет.

РЗЭ в шеелитах месторождении Верхнее Кайракты. Основные шеелит-пирит-кварцевые прожилки, несущие вольфрамовые оруденения, сформировались в надинтрузивной зоне, т.е. в верхних горизонтах штокверка.

По результатам моделирования установлено, что в период продуктивного рудоотложения в надинтрузивной зоне температура менялась в пределах от до 1500С. Относительно невысокие температуры надинтрузивной зоны и высокие температуры отложения рудных минералов (380-2700С), позволяют сделать заключение о том, что шеелит и вольфрамит кристаллизовались в условиях тепловой неравновесности (Рис.2).

Редкие и редкоземельные элементы входят в рудные минералы в виде изоморфной примеси (изовалентной или гетеровалентной). Одним из условий изоморфных замещений, кроме заряда ионов и их радиусов, является термодинамическое условие. Тогда полученные результаты исследования позволяют раскрыть формы вхождения редких и РЗЭ в рудные минералы редкометалльных месторождений Центрального Казахстана. Интенсивный рост кристаллов при неравновесных термодинамических условиях приведет к ослаблению прочности кристаллических решеток рудных минералов. При благоприятных условиях усиление прочности кристаллических решеток рудных минералов происходит за счет изоморфного вхождения в них ионов редких и РЗЭ (TR3+) с высокими энергетическими коэффициентами.

Например, на месторождении Верхнее Кайракты концентрирование РЗЭ в шеелитах показывает, что к кристаллической решетке шеелита вместо Ca2+ с энергетическим коэффициентом 1,75эк. выгодно заполучить ион РЗЭ с энергетическим коэффициентом 3,6-4,1 эк.

Полученные данные позволяют сделать заключение о том, что термодинамическое неравновесное условие, созданное между рудообразующей и рудолокализующей системами, является одним из факторов, вследствие которого происходит концентрирование редких и РЗЭ в рудные минералы редкометалльных месторождений Центрального Казахстана.

Оценка фактора времени в процессе рудообразования. В ходе исследования эволюции рудообразующих систем решением задач кондуктивного переноса тепла была оценена продолжительность рудообразования на вышеуказанных месторождениях. Были получены следующие данные: Акшатау – 800 тыс.лет, Коктенколь – 600 тыс.лет, Караоба – 470 тыс.лет, Верхнее Кайракты – 350 тыс.лет, Катпар - 200 тыс.лет.

5 Научное обоснование критериев прогнозирования месторождений редких металлов Построенные динамические модели месторождений редких металлов существенно дополняют научную базу прогнозирования перспективных площадей на промышленные руды в пределах месторождений, рудного поля и района.

На месторождении Акшатау температурный интервал редкометалльного минералообразования в надкупольной подзоне интрузив-надинтрузивной зоны соответствует положениям изотерм - 5130С, 4400С, 3600С. Эти значения температуры способствуют протеканию объемной грейзенизации в гранитных массивах и отложению рудных элементов. Из этого следует, что вертикальная протяженность перспективной области минерализации месторождений типа Акшатау достигает 1000 м, а именно - 500м в экзоконтактовом слое пород и столько же в гранитных массивах. При этом вертикальный температурный градиент температурного поля рудоносного массива находится в пределах 200С на каждые 100 м., тогда расчетный вертикальный размах оруденений составляет 550 м.

Согласно динамической модели формирования месторождения Караоба, термоградиентное условие в области рудообразования определяет не только вертикальную рудную зональность, но и вертикальную протяженность минерализованных зон. Положения изотерм 3600С, 4500С – в первой и во второй рудных стадиях показывают, что вертикальная протяженность перспективной области рудообразования достигает 1000м. Она охватывает область зарождения рудообразующих растворов, формирующие кварц полевошпат-молибденитовые жилы первой рудной стадии. В области рудообразования расчетный вертикальный температурный градиент составляет около 100С на каждые 100 м., расчетный вертикальный размах оруденений составляет 700 м. Из этого следует, что перспективы месторождения определяются глубокими горизонтами.

Динамическая модель месторождения Коктенколь показывает, что в контактовой зоне гранитного массива существует температурный интервал 4600-3400С, в пределах которого протекает редкометалльное рудообразование.

Следовательно, вертикальная протяженность зон минерализации на месторождении оценивается в пределах более 1000м. В данной области вертикальный температурный градиент и расчетный вертикальный размах оруденений составлют около 140С на каждые 100м. и 850м соответственно.

По динамической модели формирования месторождения Катпар значения температур в пределах 4800-3400С соответствуют условиям образования грейзенов в гранитах и в скарнах, а также отложению рудных элементов в зонах повышенной проницаемости. Протяженность перспективных зон минерализации достигает 1200м. Вертикальный температурный градиент в этой зоне составляет 160С на 100м, вертикальный размах оруденений определен в пределах 800м.

Динамическая модель формирования месторождения Верхнее Кайракты позволяет оконтуривать границы развития редкометалльных оруденений в надинтрузивной зоне: молибденовое оруденение развивается от контакта массива до расстояния 800м;

вольфрамовое оруденение начинает отлагаться с расстояния 350 м от контакта массива, и его вертикальный размах достигает до 850м. В целом, расчетный вертикальный размах оруденения на месторождении Верхнее Кайракты оценивается в пределах 1300 м, что хорошо согласуется с геологическими данными. Кроме того, интервал расстояния 350 800м в надинтрузивной зоне от контакта гранитного массива может стать самыми продуктивными рудными горизонтами. Здесь совмещены молибденовые и вольфрамовые оруденения, где его перспективный вертикальный размах достигает до 450 м.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В результате проведенных исследований по теме: «Динамическая модель формирования месторождений редких металлов Центрального Казахстана»:

1. На основе анализа модельных построений рудных месторождений дано научное обоснование аналитическим и количественным методами исследования оруденений редких металлов Центрального Казахстана, определены границы применения этих методов исследования.

2. Построены динамические модели температурных полей эндогенных редкометальных месторождений Акшатау, Караоба, Коктенколь, Катпар, Верхнее Кайракты.

Динамика развития температурных полей во вмещающей среде показывает, что в прогрессивный этап охлаждения гранитоидных интрузий на указанных месторождениях развивается контактовый метаморфизм в интервалах температур 650-4500С. Границы распространения этих изотерм предопределяет вертикальный размах ореола контактового метаморфизма, на месторождении Катпар его значения достигает до 1200м, а для месторождений Акшатау и Коктенколь контактово-измененные породы распространены до 1000м, на месторождении Верхнее Кайракты – до 600-700м. На месторождении Караоба перекристаллизация вмещающих пород происходит только по контакту гранитного массива. Вертикальные градиенты температур в период протекания контактового метаморфизма определены в пределах 12-140С для штокверковых, 18-250С - для жильных месторождений.

Регрессивный этап охлаждения гранитоидных массивов на этих месторождениях сопровождается продуктивным рудообразованием в пределах 440-2500С.

температур Температурная зональность, отвечающая высокотемпературным редкометалльным рудообразованиям, устанавливается в системе ИНЗ. Вертикальные градиенты температур в период протекания продуктивной стадии рудообразования определены для штокверковых месторождений в пределах 10-140С, а для жильных - 16-220С.

Динамика развития температурных полей рудоносных массивов позволили оценить продолжительность рудообразования на вышеуказанных месторождениях. Продолжительность рудообразования пропорциональна длительности становления гранитных интрузий, которая зависит от массы магматического расплава в интрузивной камере, от глубины его залегания и т.д.

Были получены следующие данные по продолжительности рудообразования:

Акшатау – 800 тыс.лет, Коктенколь – 600 тыс.лет, Караоба – 470 тыс.лет, Верхнее Кайракты – 350 тыс.лет, Катпар - 200 тыс.лет.

3. Динамические модели формирования месторождений редких металлов Центрального Казахстана и на их основе установленные прогнозные критерии представляются в следующем:

На месторождении Акшатау температура образования сосуществующих минералов контактовых роговиков определена в пределах – 600-4500С.

Объемные метасоматические процессы протекали в интервале температур 550 4100С (полевошпатизация) и 520-3800С (грейзенизация). Образование околотрещинных грейзенов протекало в интервале температур 470-4100С.

Оптимальные температуры редкометалльного рудообразования 4400 - 2600С.

Вертикальные градиенты температур составляют 20-220С на каждые 100м.

Давление минералообразования 180-45МПа.

Основная продуктивная стадия месторождении типа Акшатау заключена в интервале температур 470-2600С, в котором формируются грейзены всех фаций и наиболее продуктивные жильные тела и прожилки выполнения. Из этого следует, что в пределах месторождений область рудообразования охватывает надкупольную подзону системы ИНЗ, где проходят температурные интервалы 500, 440 и 3600С. В этом случае вертикальная протяженность возможной области минерализованных зон достигает до 1000м, а именно - 500м в экзоконтактовом слое пород и столько же в гранитах.

месторождении Караоба На температурные интервалы 0 гидротермального преобразования пород составляют 450 - 340 С, при этом оптимальные температуры редкометалльного рудообразования - 4400 - 2500С.

Вертикальные градиенты температур имеют значения 10-120С на каждые 100м и давление 70-120МПа. Вертикальная протяженность перспективной области минерализации достигает 1000м. По расчетным данным вертикальный размах оруденений на месторождении Караоба достигает 700 м. Следовательно, глубокие горизонты становятся перспективными зонами для обнаружения редкометалльных оруденений.

Температура скарнирования карбонатных пород месторождения Коктенколь составляет 630°-450° С, а температурные интервалы гидротермального преобразования пород – 4300-3400 С. Оптимальные температуры редкометалльного рудообразования определены в пределах 4600 2600С, в том числе температура образования основного молибденового оруденения 4600 - 2900С, вольфрамового - 3500 - 2800. Вертикальный градиент температур 140С на каждые 100м. Давление минералообразования находится в пределах 100-30МПа.

В контактовой зоне гранитоидного массива акшатауского комплекса существует температурный интервал в пределах 4600-3600С, который отвечает условиям высокотемпературного редкометалльного рудообразования.

Расчетный температурный градиент в пределах 14 С на каждые 100м определяет расчетный вертикальный размах оруденения в пределах 800-850м.

На месторождении Катпар температурные интервалы скарнирования карбонатных пород составляют 5600-4200С, а гидротермального преобразования пород – 4800-3400С. Оптимальные температуры редкометалльного рудообразования 4100-2500С. Вертикальный градиент температур – 160С на каждые 100м.

В районе, где по геофизическим данным выделены положительные рельефы гранитного массива, отмечено наличие температурного интервала в пределах 4800-3400С. Данный температурный интервал соответствует температурным условиям образования грейзенов в гранитах и в скарнах, а также отложению рудных элементов в зонах повышенной проницаемости.

Построенные изотермы определяют протяженность перспективных зон минерализации в пределах 1000м. Расчетный температурный градиент в пределах 160С позволяет оценить вертикальный размах оруденения в пределах 800м.

Месторождение Верхнее Кайракты – представитель примесной минерализации (редкометалльно-редкоземельной).

Данные моделирования позволили оконтурить границы развития редкометалльных оруденений в надинтрузивной зоне. Молибденовое оруденение развивается на расстоянии 800 м от контакта гранитных интрузий;

расчетный вертикальный размах вольфрамового оруденения достигает 850 м;

расчетная глубина залегания гранитоидного массива 1,2 км;

расчетный вертикальный размах оруденения на месторождении Верхнее Кайракты оценивается в пределах 1300 м.

Динамическая модель формирования месторождений позволила 4.

выделить следующие факторы, приводящие к концентрированию редкоземельных элементов (РЗЭ) в рудных минералах редкометалльных месторождений Центрального Казахстана (Коктенколь, Катпар, Акшатау, Караоба, Верхнее Кайракты): 1)термодинамические условия, при которых кристаллизовались рудные минералы;

2) геохимические условия минералообразования;

3) энергетические прочности кристаллических решеток минералов.

При этом установлено, что минералы – носители (вольфрамит, молибденит) редких и редкоземельных элементов кристаллизовались в условиях термодинамической неравновесности за счет разницы температур рудообразующих и рудолокализующих систем, и они являлись наиболее приспособленными к изоморфным замещениям.

Аналитическими методами исследований проведено 5.

термобарогеохимическое изучение минералов для уточнения температур образования рудных минералов – молибденита и вольфрамита по месторождениям Караоба и Коктенколь. В результате:

а) выяснено, что на месторождении Караоба молибденит кристаллизовался при температуре 3400 -3900С в штокверках;

в рудных жилах – при 420-340 0С;

пш кв жилах – 340 - 4000С. Основные комплексные рудные жилы №1,10,40 с вольфрамитом и молибденитом кристаллизовались при температурах 420-1600С;

б) получен вертикальный градиент температуры для Молибденового участка в пределах 100С, достаточно сопоставимый с расчетным вертикальным градиентом температур Караобинского рудоносного массива;

в) проведена корреляция температур гомогенизации газово-жидких включений и вакуумной декрепитации минералов по месторождению Караоба.

Температура газовыделения минералов коррелирует с температурой гомогенизации флюидных включений до температуры 4000С;

б) на месторождении Коктенколь на Молибденовом участке молибдениты кристаллизовались при температурах 460-3500С.

6. Обоснован механизм формирования крутопадающих рудных жил и околожильных грейзенов, который заключается в следующем:

а) рудообразующие растворы высококонцентрированные, поэтому относятся к вязким жидкостям. Течение потока имеет слоистый характер, и малая скорость продвижения потока обеспечивает охлаждение его температуры до температур вмещающей среды. При этом вертикальный температурный градиент при формировании крутопадающих рудных жил определяется вертикальным градиентом температур вмещающей среды;

б) за счет падения температур и давлений происходит отделение летучих компонентов в составе флюидного раствора, вязкости которых намного меньше, чем вязкость гидротермального раствора. Скорость движущегося потока является обратно пропорциональной величиной к его вязкости.

Поэтому летучие компоненты за счет разности скоростей конвективного движения, концентрируются в апикальных частях крутопадающих жил, образуя градиент кислотности в составе рудообразующего гидротермального раствора. Их накопление и длительное воздействие в апикальных частях приводят к переработке значительных по мощности толщ вмещающих гранитов, что соответствует увеличению мощности околожильной грейзенизации снизу вверх;

в) кроме того, пограничный слой, который образуется при движении потока вязких растворов у стенки трещинной полости, приводит к возмущению потока, за счет которого происходит изменение физических параметров системы. В этом случае по разрезу жил наблюдается определенная закономерность распределения температуры, концентрации и скорости движения потока. По центру трещинной полости будет протекать невозмущенный поток, с максимальным значением физических параметров, при этом теплообмен между раствором и вмещающей средой в тепловом пограничном слое уменьшает температуру возмущенного потока, и кристаллизация минералов начинается у стенки трещинной полости. Из этого следует, что стремление рудообразующих и рудолокализующих систем к тепловому равновесию приведет к определенной закономерности распределения рудных элементов по разрезу жил, а именно к отложению рудных элементов у их зальбандов.

7. Параметры состояния рудообразующих и рудолокализующих систем установлены методами термобарогеохимии и количественного моделирования.

Сопоставление и обобщение полученных данных показали достаточную сходимость их результатов. Поэтому эти данные могут быть использованы для изучения параметров состояния эндогенного редкометалльного рудообразования.

Список опубликованных работ по теме диссертации Исаева Л.Д. Определение скорости движения палеотемпературных 1.

растворов // II Республиканская школа молодых ученых и специалистов геологов/: Тез. докл. - Караганда, - 1982. С. 119-120.

Исаева Л.Д., Дарбадаев А.Б. Продолжительность формирования 2.

месторождения Караоба // IV Республиканская школа молодых ученых и специалистов геологов/: Тез. докл. -Алма-Ата. 1986. С. 151.

Щерба Г.Н., Кормушин В.А., Исаева Л.Д. Продолжительность 3.

формирования руд редких металлов с учетом анализа микровключений (Караоба, Центральный Казахстан) // IX симпозиум по флюидным включениям.

- Порто (Португалия), 1987. С. 119-121.

Кормушин В.А., Липова З.М., Исаева Л.Д. Как определить 4.

концентрацию рудных элементов в рудообразующих растворах// - Блексбург, (США) 1989. С. 170-172.

Исаева Л.Д. О корреляции температур гомогенизации флюидных 5.

включений и декрепитации минералов // Конференция молодых ученых геологов/: Тез. докл. - Алматы, 1990, С. 90.

Исаева Л.Д. Тепловой режим становления Акчатауского гранитного 6.

массива // Геолгия Казахстана. –Алматы,2000. -№ 5-6. С. 155-161.

Исаева Л.Д., Сарпекова Г.К. Условия кристаллизации минералов в 7.

температурном поле интрузивных тел (по изучению включений в минералах) // V Международный научный симпозиум студентов, аспирантов и молодых ученых. -Томск, 2001. С. 75-76.

Исаева Л.Д. К эволюции литогенеза: изучение температурного 8.

профиля // Международное совещание экологов и созологов. Вестник КазНУ, Алматы. 2001. С. 228-230.

Омирсериков М.Ш., Исаева Л.Д. Моделирование природных 9.

процессов// Сб. Республиканский научный семинар, посвященный десятилетию Независимости Казахстана. -Алматы, 2001. С. 21-22.

Исаева Л.Д., дайбергенова Н.К. Геологиялы музей 10.

экспозициясы жайлы (азастан лпырмалары)// Геология Казахстана, Алматы, 1995,-№ 1, С. 54-60.

дайбергенова Н.К., Исаева Л.Д. азастан халцедондарыны 11.

геммологиялы трлері// Геология Казахстана, -Алматы,1996. - № 5. С. 75-80.

Дарбадаев А.Б., Исаева Л.Д. Гидродинамическая модель 12.

формирования локальных грейзенов и рудных жил// Геология Казахстана. – Алматы, 2002. -№ 2. C.60-65.

Дарбадаев А.Б., Исаева Л.Д. О гидродинамическом и 13.

температурном режимах формирования постмагматических жильных тел// Изв.

НАН РК, сер. геологическая, -Алматы,2003.- № 2. C.55-60.

Омирсериков М.Ш., Исаева Л.Д. Тепловые потоки и процессы 14.

рудообразования// Материалы Международной конференции «Инженерное образование и наука в ХХI веке», посвященной к 70 летию КазНТУ имени К.И.Сатпаева. -Алматы, 2004. С.207-213.

Отарбаев К.Т., Исаева Л.Д. Особенности геологического строения 15.

Центрального Казахстана в связи с золотоносностью// Материалы Международной конференции «Инженерное образование и наука в ХХI веке», посвященной к 70 летию КазНТУ имени К.И.Сатпаева. -Алматы, 2004. С.213 220.

М.Ш. Омирсериков, Л.Д.Исаева. Взаимоотношение тепловых 16.

потоков в редкометалльном рудообразовании // VII Международная конференция «Новые идеи в науках о земле» -Москва, 2005, мат.докладов, т.3.С.178.

Исаева Л.Д., Хайпхан Х., азастанны сирек металды 17.

кенорындаы флюорит тзілімдеріні температуралы жадайы.// Сб. Докладов республиканской научной конференции молодых ученых и студентов «Проблемы геологии и освоения недр», -Алматы, 2005. С.9-12.

Исаева Л.Д., Хайыпхан Х. Минералогические особенности и 18.

температурные условия отложения флюорита на редкометалльных месторождениях Казахстана// Изв. НАН РК, сер. геологическая, -Алматы, 2006.- № 4. C.49-52.

М.Ш.Омирсериков, К.Ш.Дюсембаева, Л.Д.Исаева, С.К.Асубаева.

19.

Вещественный состав богатых золотосодержащих руд глубоких горизонтов Риддер – Сокольного месторождения// Вестник КазНТУ, -Алматы, 2006.- №6.

С.23-27.

20. Исаева Л.Д. Динамическая модель эндогенных рудообразующих систем и информативность газово-жидких включений в минералах// Изв. НАН РК, сер. геологическая, -Алматы, 2007.- № 6. C.69-72.

21. Исаева Л.Д. Динамическая модель формирования крутопадающих рудных жил и околожильных грейзенов // Вестник КазНТУ, -Алматы, 2007. №4. С.30-33.

22. Исаева Л.Д. Тепловая модель формирования рудного штокверка// // Вестник КазНТУ, -Алматы, 2007- № 5. С.29--32.

23. Исаева Л.Д. Условия формирования рудных жил на месторождении Юбилейное (Южный Казахстан) // Материалы республиканской научно практической конференции посвященный 80 – летию Ш. Есенова,-Актау, 2007.

- 2 часть. С.156-158.

24. Исаева Л.Д, Омирсериков М.Ш., Динамика температурного поля интрузивных массивов на месторождении Коктенколь (Центральный Казахстан)// // Материалы республиканской научно-практической конференции посвященный 80 – летию Ш. Есенова, -Актау:2007, 2 часть, с.158-160.

25. Исаева Л.Д. Динамическая модель температурного режима формирования месторождения Катпар // Материалы международной научно практической конференции, - Усть-Каменогорск: 2008. -том1. с.591-594.

26. Исаева Л.Д. Оценка термодинамической обстановки среды рудообразования на месторождении Коктенколь (Центральный Казахстан) // Материалы IV международной научно - практической конференции «Наука и образование без границ-2008», -г.Днепропетровск: 2008. - Том 16. С.63-69.

27.Омирсериков М.Ш., Исаева Л.Д. Особенности моделирования динамики рудообразующих систем оруденения и критерии прогнозирования, //Геология и охрана недр. -Алматы 2009.-№2. С.30-34.

28. Омирсериков М.Ш., Исаева Л.Д.,Кульдеев Е.И. Оценка фактора времени в процессе рудообразования на месторождениях редких металлов Ц.Казахстана//, Труды Международного форума «Наука и инженерное образование без границ», -Алматы: 2009.-Том.1. С.242-245.

29. Исаева Л.Д. Термобарогеохимические исследования рудных минералов и динамическая модель температурного режима формирования месторождения Караоба,(Ц.Казахстан) //Материалы VI международной научно - практической конференции «Перспективные научные исследования», - София: Изд. «Бял ГРАД – БГ» ООД, 2010. - Том 13. С.67-70.

30. Хайруллин Е.М., Омирсериков М.Ш., Исаева Л.Д., Редкие элементы и термодинамическое условие кристаллизации минералов-носителей// Материалы VI международной научно - практической конференции, - София:

2010. Том 16. С.60-64.

31. Исаева Л.Д. Моделирование процессов рудообразования на месторождении Верхнее Кайракты (Ц.Казахстан)// Вестник АН, -Алматы 2010, №3 (37). С.112-117.

32. Исаева Л.Д. Эволюция модельных построений и их роль в прогнозировании месторождений полезных ископаемых// Промышленность Казахстана, -Алматы: 08. 2010. С.77-80.

33. Омирсериков М.Ш., Исаева Л.Д., Е.М.Хайруллин. Редкоземельные элементы в рудных минералах редкометалльных месторождений Центрального Казахстана// Материалы международной научно-практической конференции «Геологическая наука и индустриальное развитие Республики Казахстан», посвященной 70-летию института геологических наук им. К.И. Сатпаева. – Алматы: 2010. С.216-218.

Исаева Людмила Жандйсенызы 25.00.11 – Геология, атты азба байлытарды іздеу жне барлау, минерагениясы Орталы азастан сирек металдар кенорындары алыптасуыны динамикалы моделі Тйіндеме Таырыпты маыздылыы: азіргі кезеде Респудликамыздаы тау кен компаниялары сирек металдар жне сирекжер элементтері кенорындарына ызыушылы танытып отыр. Осыан байланысты Республикамызда сирек металдар жне сирекжер шикізат базасын кеейту маызды мселе болып табылады.