авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 8 |
-- [ Страница 1 ] --

Просьба ссылаться на эту работу как:

Романюк Т.В., Ткачев А.В. Геодинамический сценарий формирования

крупнейших мировых неоген-четвертичных бор-литиеносных провинций. М.

Светоч

Плюс. 2010. 304С.

Представленный в файле вариант рукописи довольно сильно отличается от опубликованной

книги по компоновке (формат книги А5 = (23.5 х 16.5 см), к тому же для удешевления

некоторые цветные рисунки были заменены на черно-белые). Но текст (с точностью по

редакторской правки издательства), номера рисунков и таблиц в представленном файле идентичны опубликованному варианту.

По всем вопросам можно обращаться к авторам Романюк Татьяна Валентиновна t.romanyuk@mail.ru Ткачев Андрей Владимирович tkachev@sgm.ru РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН Государственный геологический музей им. В.И.Вернадского РАН Романюк Т.В., Ткачев А.В.

ГЕОДИНАМИЧЕСКИЙ СЦЕНАРИЙ ФОРМИРОВАНИЯ КРУПНЕЙШИХ МИРОВЫХ МИОЦЕН-ЧЕТВЕРТИЧНЫХ БОР-ЛИТИЕНОСНЫХ ПРОВИНЦИЙ Светоч Плюс Москва УДК 553.078(553.637 + 553.777) ББК 26. Р Издание осуществлено при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту № 09-05-07140, Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН и Государственного геологического музея им. В.И.Вернадского РАН Романюк Т.В., Ткачев А.В.

Р 69 Геодинамический сценарий формирования крупнейших мировых миоцен-четвертичных бор литиеносных провинций. М.: Светоч Плюс, 2010. – 304с., 9 табл., 128 рис., библ.559.

ISBN 978-5-904393-03- Проведен анализ данных, связанных с образованием крупнейших месторождений миоцен четвертичного возраста в пяти самых продуктивных в мире бор-литиеносных провинциях. Они располагаются в регионах около конвергентных границ литосферных плит, геодинамически активных в течение последних млн лет: на северо-западе Анатолийского п-ова, в центральных областях активных западных окраин Южной и Северной Америки, в Южном и Северном Тибете. Все без исключения крупные и суперкрупные месторождения бора и лития в этих провинциях представляют собой лимнические отложения и/или рассолы озер. Сформулирована принципиальная 3-этапная схема их формирования.

Ответственный редактор Академик Д.В.Рундквист Рецензенты Доктор геолого-минералогических наук Г.А.Беленицкая Доктор геолого-минералогических наук А.М.Никишин ISBN 978-5-904393-03- ©Романюк Т.В., Ткачев А.В., ©ООО «Светоч Плюс», ПРЕДИСЛОВИЕ Опыт научно-исследовательских и геологоразведочных работ последней трети ХХ и начала ХХI вв.

показывает, что наиболее существенный прогресс, как в области теории металлогении, так и прикладных открытий при поисках новых месторождений, наблюдается там, где используется мультидисциплинарный синтез знаний классической геологии и рудноформационного анализа с результатами геофизических и ореольных геохимических исследований, а также данными петрологии, изотопной геохимии, абсолютной геохронологии и базирующихся на их основе палеогеодинамических реконструкций. Именно поэтому в завершенных программах фундаментальных исследований ОНЗ РАН №2 «Крупные и суперкрупные месторождения стратегических видов минерального сырья: геологические особенности, условия формирования, фундаментальные проблемы комплексного освоения и глубокой переработки» (2003-2005 г.г.) и «Фундаментальные проблемы геологии, условия образования и принципы прогноза традиционных и новых типов крупномасштабных месторождений стратегических видов минерального сырья» (2006-2008 г.г.), а также в выполняемой в настоящее время программе №14 Президиума РАН «Научные основы эффективного природопользования, развития минерально-сырьевых ресурсов, освоения новых источников природного и техногенного сырья» (2009-2011 г.) большое внимание уделяется такому синтезу исследований одних и тех же объектов специалистами из разных областей знаний.

Предлагаемая читателю монография представляет, по-моему, один из удачных примеров таких совместных исследований участников этих программ. Ее авторам - геофизику, заведующей лабораторией ИФЗ РАН Т.В.Романюк, и металлогенисту, ведущему научному сотруднику ГГМ РАН А.В.Ткачеву, удалось собрать и проанализировать очень большой объем весьма разнородной информации, касающейся специфического класса месторождений бора и лития в соляных озерах и их отложениях миоцен-плиоценового возраста, располагающихся в геодинамически активных областях на западных окраинах Северной и Южной Америки, на северо-западе Анатолийского п ова, в Северном и Южном Тибете. Эти месторождения играют ведущую роль в обеспечении мировой экономики соединениями бора и лития, широко использующимися в производстве изделий для нужд широкого спектра отраслей, включая производство современных конструкционных материалов со специальным набором свойств, мобильную связь, атомную энергетику, космические аппараты, уникальные по свойствам смазочные материалы и многих других. Такой синтез сделан впервые не только на русском языке, но и вообще в мире. Даже обзоры по борному и литиевому сырью, имеющиеся в англоязычной литературе, в освещении вопросов геологии ограничиваются только краткими описаниями месторождений, не затрагивая глубоко проблематику источников рудного вещества и его миграции к местам рудообразования.

Собранные в книге сведения о геологии основных месторождений проанализированы в комплексе с данными о региональной геологии, магматизме, геохронологии и глубинном строении пяти крупнейших в мире бор-литиеносных провинций, путях миграции и механизмах накоплении бора и лития в промежуточных природных коллекторах земной коры и верхней мантии, вероятных факторах, приводящих к их мобилизации и транспортировке в приповерхностную область земной коры. На основе результатов этого анализа выполнена реконструкция полного цикла процессов, приводящих, в конечном счете, к формированию объектов рассмотренного класса.

Впечатляющий своим объемом и мультидисциплинарностью список использованной литературы представляет самостоятельный интерес как библиографическая база данных современных публикаций по затронутым в работе вопросам. Он свидетельствует об очень тщательном подходе авторов к решению проблемы, их стремлению учесть в своих построениях как можно бльшее количество объективной информации, полученной широким кругом независимых друг от друга исследователей. Книга очень хорошо иллюстрирована, что делает весь представленный в ней материал наглядным и понятным.

Среди целого ряда выявленных авторами закономерностей особо отмечу две. Во-первых, им удалось проследить очень длительный и многоступенчатый процесс дорудного концентрирования бора и лития сначала в океанической коре, затем в литосферной мантии, что в общей сложности занимает промежутки времени во многие десятки миллионов лет. Во-вторых, на большом объеме фактических данных показано, что транспортировка этих рудообразующих элементов из литосферы непосредственно в область рудообразования абсолютно не связана, как это предполагалось многими авторами, с субдукционным магматизмом. В работе предельно четко доказано, что образование минерализованных бором и литием озер происходит только во время и непосредственно после периодов взрывного по интенсивности и краткого в геологическом масштабе времени по продолжительности высококалиевого магматизма. Последний инициируется деламинацией тяжелого литосферного «корня», возникшего при дифференциации вещества в субдукционной зоне и обогащенного в результате надсубдукционного магматизма и метасоматоза некогерентными элементами, включая бор и литий. Причем, сам «корень» может быть сформирован задолго (десятки и даже первые сотни миллионов лет) до начала деламинации.

Таким образом, обоснованная в монографии принципиальная трехэтапная модель формирования месторождений бор-литиеносных провинций предусматривает обязательное сочетание очень длительного предрудного подготовительного этапа и очень короткой, не больше 3 млн лет, рудообразующей фазы, включающей этап транспортировки бора и лития к поверхности и этап концентрирования рудных элементов в бессточных озерах аридных областей и их осадках.

В книге детально не рассмотрен, а лишь затронут вопрос о сохранности и последующих возможных путях преобразования однажды сформированных объектов подобных типов в земной коре. Пример кратко описанных в книге их древних аналогов в палеопротерозойских формациях северного Китая показывает, что будущие исследования в этом направлении могут дать достаточно интересные результаты, как в теоретическом, так и прикладном аспектах.

Интересен вывод авторов о том, что в орогенных областях, с наибольшей вероятностью – фанерозойских, могли сохраниться «корневые» части таких рудообразующих палеосистем, которые представлены, например, известково-скарновыми бороносными системами типа месторождения Дальнегорское в Приморье. Поэтому, выявленная в этом исследовании пространственно-временная, как минимум, связь бор-литиеносных систем активных областей с деламинационным высококалиевым магматизмом вполне может быть опробована в качестве одного из критериев прогнозирования на боросиликатное оруденение в фанерозойских орогенных областях на территории России, в первую очередь, Охотско-Чукотском, Верхояно-Колымском, Урало-Монгольском поясах.

Представляется, что вдумчивый читатель найдет у этой книги и другие достоинства. Не исключено, что кто-то увидит в ней и некоторые недостатки. Но в любом случае монография должна вызвать несомненный интерес у научных работников, преподавателей и аспирантов, занимающихся проблемами металлогении.

академик Д.В.Рундквист ВВЕДЕНИЕ Анализ информации по крупным и суперкрупным месторождениям (КСКМ) минерального сырья мира, собранной в базе данных Государственного геологического музея им.

В.И.Вернадского РАН (ГГМ РАН) Ткачевым А.В. с коллегами (см. описание базы данных в [Рундквист и др., 2006]), показал, что пять наиболее крупных по суммарным ресурсам бор литиеносных провинций мира, обозначаемых далее в книге как В1, В2, В3, В4 и В5, располагаются на Анатолийском полуострове (В1), в центральных областях западных окраин Южной (В2) и Северной (В3) Америки, в Южном (В4) и Северном (В5) Тибете. Наиболее важная особенность всех без исключения месторождений бора и лития в провинциях В1–В5 состоит в том, что они представляют собой рудоносные лимнические отложения и/или концентрированные рассолы (рапа) бессточных озер.

Геологические обстановки формирования месторождений бора/лития основных промышленных типов, включая не только те, что являются предметом главного интереса в данной работе, типы минерализации в таких месторождениях и вероятные физико-химические условия их образования исследовались уже давно и к настоящему времени неплохо изучены [Ozol, 1977;

Озол, 1983;

Spivack et al., 1987;

Yu, 1986;

Garrett, 1998, 2004;

Фанерозойские…, 2000;

Helvaci, Ort, 1998, 2004;

Liu et al., 1998, 2000, 2004;

Risacher et al., 2003;

Bojar et al., 2005;

Баскина, 2006;

Zeng et al., 2007;

Tahil, 2008 и др.]. Кроме того, в последние 20 лет, в связи с развитием изотопно геохимических исследований флюидно-магматической активности регионов островных дуг и активных окраин континентов, значительный прогресс достигнут также в понимании закономерностей глубинной миграции бора и лития в субдукционных зонах.

Однако вопросам сопоставления формирования КСКМ бора/лития с глубинными геодинамическими процессами до сих пор внимание практически не уделялось. Нам известны только несколько работ [Peng, Palmer, 2002;

Erkul et al., 2005;

Баскина, 2006], в которых сделаны попытки в самом общем виде скоррелировать процессы формирования месторождений бора с конкретными эпизодами глубинной геодинамики. Представляемая работа, в которой проведено обобщение практически всех известных на сегодняшний момент данных, освещающих как основные черты геологии месторождений, так и структуру коры и верхней мантии под ними, а также глубинные геодинамические процессы, происходившие в периоды их формирования, призвана восполнить этот пробел.

К настоящему времени регионы всех пяти крупнейших мировых бор-литиеносных провинций изучены геолого-геофизическими методами, хотя и с неодинаковой степенью детальности. Очень важно, что по большинству из них выполнены точные геохронологические и/или стратиграфические датировки как самих месторождений, так и сопутствующего магматизма.

Это позволяет провести здесь вполне объективную реконструкцию геодинамических обстановок за последние 100 млн. лет, включая период формирования месторождений.

Хотя возраст образования и пространственно-временные особенности размещения КСКМ в пределах провинций В1–В5, их современный тектонический режим, структура литосферы и состав пород, в пределах ареалов которых располагаются (или располагались ранее) рудоносные соляные озера, существенно отличаются, и выявить какие-либо явные общие закономерности формирования КСКМ, на первый взгляд, не удается – кроме, может быть, высокой геодинамической активности регионов их размещения. Однако более тщательный анализ позволяет установить и другие объединяющие их черты геодинамического и геологического развития, которые стали предметом рассмотрения в недавних работах авторов [Романюк, Ткачев, 2007, 2009;

Ткачев, Романюк, 2009, 2010].

Данная монография, с одной стороны, обобщает эти результаты, а с другой – является логическим продолжением наших исследований, развивая их за счет использования еще более широкого спектра информации, не попавшей ранее в поле нашего зрения, по большей части из-за того, что это результаты совсем новых работ по геологии, магматизму, геофизике и геодинамике рассматриваемых провинций. Их синтез, как представляется авторам, сделал изложенные ниже фундаментальные результаты исследований еще более корректными и разносторонне обоснованными, а потому и более объективными.

В главе 1 даются самые общие сведения о пяти бор-литиеносных провинциях, рассматриваются их географическое положение, вид некоторых месторождений на космических снимках, информация о добыче, положение провинций по отношению к главным тектоническим структурам регионов, соотношения с крупнейшими рудными мировыми узлами, представлены схемы размещения крупнейших рудных объектов внутри каждой из провинций.

В главе 2 приводятся характеристики ресурсов бор-литиеносных провинций (типы крупнейших месторождений и запасы руд в них, соотношения месторождений бора и лития в провинциях, особенности и методы добычи на отдельных месторождениях и т.п.) и сопоставляются крупнейших бор-литиевых месторождения из обсуждаемых провинций с бор/литиевыми месторождениями других типов, а также сведены данные о поверхностной геологии месторождений.

В главе 3 дается обзор геохимии, в том числе изотопной, бора и лития в породах земной коры и мантии, имеющих отношение к рассматриваемой проблеме, описаны современные представления об особенностях циркуляции этих элементов в субдукционных зонах.

В главах 4–8 обобщается собранная авторами всесторонняя геолого-геофизическая информация самого современного уровня, характеризующая структуру коры и верхней мантии в описываемых бор-литиеносных провинциях, а также проявленный магматизм, и реконструируются глубинные геодинамические процессы, имевшие там место в течение позднего мела и кайнозоя (включая период формирования месторождений), устанавливается место бор литиевого рудогенеза в позднемезозойско–кайнозойской геодинамической эволюции регионов.

В главе 9 обосновывается принципиальная схема формирования крупнейших бор литиеносных провинций вулканогенно-осадочного типа, обсуждаются проявления процессов формирования месторождений в различных геолого-геофизических условиях, рассматриваются особенности каждой из провинций.

В конце каждой главы формулируются наиболее важные и обоснованные выводы, вытекающие из представленного материала и касающиеся геодинамического сценария формирования бор-литиеносных провинций. В заключении подводится общий итог данной стадии исследований по рассматриваемой проблеме. При этом специальное внимание обращено на то, что именно нового для развития современных взглядов на происхождение крупнейших бор литиеносных провинций содержится в этой книге и как полученные результаты изменяют эти представления. Намечены также возможные направления продолжения исследований, в том числе и в аспекте использования результатов в металлогеническом прогнозе в пределах фанерозойских орогенных областей.

БЛАГОДАРНОСТИ Работа выполнена в Институте физики Земли им. О.Ю.Шмидта РАН (ИФЗ РАН) и Государственном геологическом музее им. В.И.Вернадского РАН (ГГМ РАН) при поддержке программы ОНЗ РАН №2 «Крупные и суперкрупные месторождения стратегических видов минерального сырья: геологические особенности, условия формирования, фундаментальные проблемы комплексного освоения и глубокой переработки» (2003-2005 г.г.) и «Фундаментальные проблемы геологии, условия образования и принципы прогноза традиционных и новых типов крупномасштабных месторождений стратегических видов минерального сырья» (2006-2008 г.г.), программы Президиума РАН №14 «Научные основы эффективного природопользования, развития минерально-сырьевых ресурсов, освоения новых источников природного и техногенного сырья»

(2009 г.) и госконтракта № 02.515.12.5010 с Федеральным агентством по науке и инновациям (2009 г.).

Авторы безмерно благодарны академику Д.В.Рундквисту за его постоянный интерес и плодотворные дискуссии по теме книги и в целом по проблеме формирования крупных и суперкрупных месторождений минерального сырья, а также весьма признательны В.В.Рудневу за помощь в сборе информации по геологии и минералогии месторождений бора.

На публикацию иллюстраций 1.3-1.13, 1.15-1.19, 1.22-1.25 и на обложке получено разрешение GoogleEarth (№556909595, Google Geo Permissions Team).

Книга издана на средства РФФИ (грант 09-05-07140), ИФЗ РАН и ГГМ РАН.

Принятые сокращения По всему тексту книги использовано сокращение КСКМ для крупных или суперкрупных месторождений минерального сырья и следующие общепринятые аббревиации:

БСОХ – базальты срединно-океанических хребтов (MORB) БОО - базальты океанических островов (OIB) LILE – (large-ion lithophile elements) крупноионные литофильные элементы;

LREE – (light rare Earth elements) легкие резкоземельные элементы;

HREE – (heavy rare Earth elements) тяжелые резкоземельные элементы;

HFSE – (high field strength elements) высокозарядные элементы;

Граница М – граница Мохоровичича (граница Мохо) – граница между земной корой и мантией, определяемая по сейсмическим данным.

В Центральных Андах солончаки и солевые равнины с озерами в межгорных впадинах называются саларами. Поскольку названия саларов и сам термин «салар» вошли в международные названия месторождений, во избежание путаницы мы не стали заменять их на русский термин «солончак».

Единицы измерений м.д. (весовая миллионная доля) и промилле (единица измерения изотопных вариаций) соответствуют аббревиациям, ppm и ‰, соответственно, применяемым в англоязычной литературе.

Вся географическая номенклатура выверена по официальному изданию Атласа мира на русском1 и английском2 языках. При отсутствии каких-либо названий в указанных изданиях использовались принятые в них правила транслитерации.

Атлас мира. М.: Роскартография, 1999. 563с.

The world atlas. M.: Roskartografija, 1999. 563p.

ГЛАВА ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПЯТИ КРУПНЕЙШИХ МИРОВЫХ БОР-ЛИТИЕНОСНЫХ ПРОВИНЦИЙ Пять крупнейших мировых бор-литиеносных провинций В1-В5 располагаются на Анатолийском полуострове (В1), в центральных областях западных окраин Южной (В2) и Северной (В3) Америки, в Южном (В4) и Северном (В5) Тибете (рис. 1.1). Все месторождения бора и лития в этих провинциях объединяет, без сомнения, то, что они представляют собой рудоносные лимнические отложения и/или концентрированные рассолы бессточных озер аридных районов [Helvaci, Alaca, 1991;

Swihart et al., 1996;

Harben, Kuvart, 1996;

Garrett, 1998, 2004;

Alonso, 1999;

Helvaci, Alonso, 2000;

Smith, 2002;

Beeby, 2002;

Risacher et al., 2003;

Kasemann et al., 2004;

Erkul et al., 2005;

Garcs, Lopez, 2007] (рис. 1.2 – 1.25).

В настоящее время процесс формирования такого типа месторождений можно наблюдать в Центральных Андах. Например, в бессточное соляное озеро в саларе Сурире на плато Альтиплано стекаются воды расположенных в нем самом и его окрестностях геотермальных источников (рис. 1.5) с геохимически повышенным содержанием растворенных в них бора и лития. Аридный климат способствует превращению озерных вод в рассолы с высокой концентрацией этих и многих других элементов, вплоть до перенасыщения и осаждения в виде осадков из их соединений, причем, преимущественно, в периферических частях салара (рис. 1.3 – 1.4).

Ниже, описываемый тип месторождений будет именоваться или типом в лимнических отложениях геодинамически активных областей, или, для краткости изложения, вулканогенно-осадочным.

Последнее название с позиций классической металлогении не совсем корректно, т.к. его обычно используют, когда рудоотложение происходит в пределах той же вулканической постройки, где на поверхность изливаются материнские растворы. В рассматриваемых же месторождениях рудные концентрации в основном формируются на удалении от мест поступления растворов на поверхность, достигающем иногда первых десятков километров, а в рудоконцентрировании активно участвуют гипергенные факторы: рельеф и климат. Тем не менее, в отечественной специальной литературе, особенно по металлогении бора, оно применительно к рассматриваемому типу используется достаточно часто, и авторы не будут принципиально отступать от этой традиции.

Все описываемые провинции находятся в регионах, геодинамически активных в кайнозое, в том числе и в течение последних 25 млн лет. Так, провинция В1 (рис. 1.26) располагается на западе Анатолийского п-ова на коллизионном шве, образовавшемся при закрытии в конце мезозоя – начале кайнозоя океана Нео-Тетис. Пять КСКМ бора этой провинции образуют компактную группу, очерчиваемую овальным контуром на площади 100200 км в условиях среднегорья, где отсутствует современная вулканическая активность, но уровень сейсмичности весьма высокий.

Помимо борных, в контурах этой же провинции и в ее непосредственном обрамлении известно еще около двадцати кайнозойских месторождений свинца, цинка, сурьмы, мышьяка, вольфрама, молибдена и магнезита. Но их масштаб не превышает среднего для этих видов сырья.

-9 Рис. 1.1. Размещение крупнейших бор-литиеносных провинций мира (В1-В5) и их вероятного палеоаналога (В6).

Рис. 1.2. Салар Уюни (Боливия) в дождливый (вверху) и сухой (внизу) сезоны. Фото P. L. Ramos (вверху) и M.B. Roca (внизу), заимствовано из GoogleEarth.

СЛЕВА: Полученное многоугловым видеоспектро-радиометром (Multiangle Imaging SpectroRadiometer) изображение салара Уюни, покрытого водой (а) и сухого (б), по [Bills et al., 2007]. На (а) зеленые цвета соответствуют глубоким областям, белые – мелким), на (б) в месте впадения в салар р. Рио-Гранде располагается непересыхающая лагуна (ср. с рис.

6.19), а в северной части салара - четвертичный шошонитовый вулкан.

- 10 Рис. 1.3. Вид одного из участков боратных разработок в саларе Сурире (Чили) на космическом снимке.

Заимствовано из GoogleEarth. Ряды высохших солевых конусов (см. рис. 1.6.) и валов (см. рис. 1.4) видны как бело-серые объекты, а вода (рассолы) и увлажненные участки – как зеленый/темнозеленый фон.

Рис. 1.4. Добыча соли и боратов в саларе Сурире.

Фото S.Sperger, заимствовано из GoogleEarth.

Рис. 1.6. Разработки соли и боратов в юго восточной части салара Уюни. Фото R.Ximenas, заимствовано из GoogleEarth.

Рис. 1.5. Геотермальное озеро в саларе Сурире. Фото P.Lazaro, заимствовано из GoogleEarth.

- 11 Рис. 1.7. Вид кластеров бассейнов, в которых выпариваются рассолы с литием. Салар Атакама (Чили).

Космический снимок. Красные кружки – эпицентры землетрясений. Заимствовано из GoogleEarth.

Рис. 1.8. Вид из самолета одного из кластеров бассейнов в саларе Атакама. Фотография H.H. Tricallotis, заимствовано из GoogleEarth.

- 12 Рис. 1.10. Расстилка геомембраны в один из бассейнов, салар Атакама. Фото L.Roberto P.O.

заимствовано из GoogleEarth.

Рис. 1.9. Салар Атакама. Помпа для откачки рассолов из скважин в бассейны. Фото M. Tello.

Рис.1.11. Салар Атакама. Готовая продукция. Фото заимствовано из GoogleEarth.

R. Martini, заимствовано из GoogleEarth.

Рис. 1.12. Панорама гейзерного поля Эль-Татио к северу от салара Атакама. Фото R. de la Fuente, заимствовано из GoogleEarth.

- 13 Рис. 1.13. Добыча соли и боратов в саларе Рис. 1.14. Вид салара Омбре-Муэрто (Аргентина) на Салинас-Грандес (Аргентина). Фото R.V. Luro космическом снимке. Заимствовано из рекламного (вверху) и H.Richard (внизу), заимствовано из проспекта фирмы Fenix 1, ведущей здесь добычу Li.

GoogleEarth.

Рис. 1.15. Вид карьера (ср. с фото на обложке) и расположенных рядом промышленных сооружений (см.

фото Klokeid в правом верхнем углу) на месторождении бора Крамер (США, пустыня Мохаве) на космическом снимке. Заимствовано из GoogleEarth.

- 14 Рис. 1.16. Вид разработок месторождения Силвер-Пик (США, Невада) на космическом снимке.

Заимствовано из GoogleEarth. Фактически вся водная поверхность озера Силвер Пик разбита на систему промышленных бассейнов, в которых выпариваются литиесодержащие рассолы.

Рис. 1.17. Грязесолевые отложения в Долине Смерти Рис. 1.18. Оуэнс Лэйк (США, Калифорния).

(США, Калифорния). Фото D.Mayer. Заимствовано из Микроорганизмы, живущие в сильносоленой GoogleEarth. воде, часто придают ей красноватый оттенок.

Фото R.Campbell, заимствовано из GoogleEarth.

- 15 Рис. 1.19. Добыча боратов в карьере месторождения Рис. 1.20. Гигантский кристалл улексита из Кирка (Турция). Фото M.Gun, заимствовано из рудника Кестелек. Заимствовано из рекламного проспекта музея рудника.

GoogleEarth.

Рис. 1.21. Некоторые из наиболее важных минералов бора. Заимствовано из рекламного проспекта фирмы «Борон», ведущей добычу боратов на месторождении Крамер (Борон).

Рис. 1.22. Вид озера Цзабуйе (Китай, Южный Тибет) на космическом снимке. В правом верхнем углу – панорама разработок в восточной части южной котловины (фото Gudao), начало стрелки примерно соответствует месту фотографии. Заимствовано из Google Earth. Линейные структуры – палеобереговые линии.

- 16 Рис. 1.23. Вид озер Да-Цайдам и Сяо-Цайдам (Китай, Цайдамский бассейн) на снимках из космоса. В правом углу - панорама оз. Да-Цайдам (фото Kingfan). Заимствовано из GoogleEarth.

Рис. 1.24. Грязесолевая корка в южной части Цайдамского бассейна. Фото C. Parker. Заимствовано из GoogleEarth.

Рис. 1.25. Солевая равнина озера Восточный Тайджнар (Китай, Цайдамский бассейн). Фото C. Parker. Заимствовано из GoogleEarth.

- 17 Рис. 1.26. Современная конфигурация плит, некоторые географические и тектонические элементы Балкано Средиземноморско-Ближневосточного региона, по [Faccena et al., 2006]. Положение крупнейших месторождений бор-литиеносной провинции В1 показано черными ромбами;

рядом с названием месторождения в скобках указаны доминирующие рудные элементы и после точки с запятой – его возраст.

NAFS – Северо-Анатолийская зона разломов, EAFS – Восточно-Анатолийская зона разломов, DSFS – система разломов Мертвого моря, KTJ – точка тройного сочленения плит Карлиова (Karliova triple junction).

Многочисленные месторождения и рудопроявления в провинции В2 (рис. 1.27) рассеяны в Центральных Андах на площади ~150700 км, захватывая сегмент современной высокогорной вулканической дуги (Западные Кордильеры) и примыкающей к ней задуговой области (плато Альтиплано-Пуна). Бор-литиевые месторождения здесь являются частью крупнейшего кайнозойского рудного узла, располагающегося в Центральных Андах и включающего также позднеэоценовые- раннеолигоценовые КСКМ меди (Чилийский меднопорфировый пояс), которые тянутся цепочкой вдоль западного склона Западных Кордильер, и олигоцен-миоценовые КСКМ олова, сурьмы и серебра (Боливийский оловянный пояс), которые концентрируются вдоль границы между Восточными Кордильерами и плато Альтиплано-Пуна.Крупнейшие месторождения в провинции В3 (рис. 1.28) вытянуты в цепочку длиной ~300 км вдоль современной активной транстенсионной зоны, состоящей из двух сегментов: 1) Восточно Калифорнийской сдвиговой зоны (ECSZ – Eastern Californian Shear Zone) в пустыне Мохаве и 2) линии Уолкер-Лэйн (WL – Walker Lane), маркирующей границу между реликтом мезозойской вулканической дуги (батолит Сьерра-Невада) и задуговой области (Провинция Бассейнов и Хребтов).

Растяжение коры в зоне WL проявляется в чередовании среднегорных хребтов и долин.

Многие долины, такие как Долина Смерти, Панаминт, Оуэнс и др., характеризуются современной геотермальной активностью и локализуют в себе соляные озера. К зоне WL приурочены не только месторождения бора и лития, но и близкого возраста КСКМ золота, серебра и ртути.

- 18 Рис. 1.27. Схема главных тектонических структур в Центральных Андах.

Положение крупнейших месторождений бор-литиеносной провинции В2 показано черными ромбами (см. пояснения на рис. 1.26), других рудных месторождений – более мелкими символами. Серыми кругами с «бахромой» показаны известные крупные центры высококалиевого (шошониты) вулканизма по [Kay et al., 1999] Рис. 1.28. Главные географические и тектонические элементы западной окраины Северной Америки.

Сплошной тонкий серый контур – береговая линия, сплошные черные линии – границы тектонических провинций и/или крупных блоков коры, пунктирные линии – границы штатов. ECSZ – Восточно Калифорнийская сдвиговая зона, WL – Уолкер Лэйн. Точечный крап – зона (WL + ECSZ);

прямоугольная штриховка – положение в плане высокоскоростных (по сейсмическим данным) областей в верхней мантии, трактуемых как деламинированные фрагменты литосферы и обсуждаемых в работе (см. гл. 7);

черные ромбы – положение крупнейших месторождений бор литиеносной провинции В3 (см.

пояснения на рис. 1.26). Основа рисунка – по работе [Hill et al., 1995].

- 19 Провинции В4 и В5 (рис. 1.29) располагаются в Тибете, который является частью Гималайско-Тибетского коллизионного орогена, сформировавшегося в кайнозое в результате столкновения Индии и Северной Евразии. Все месторождения провинций В4 и В5 локализованы в высокогорных впадинах (осадочных бассейнах).

Рис. 1.29. Важнейшие современные тектонические элементы Гималайско-Тибетского орогена и окружающих регионов по [DeCelles et al., 2007]. Положение крупнейших месторождений бор-литиеносных провинций В4 и В5 показано черными ромбами (см. пояснения на рис. 1.26). Сутуры: ISZ – Индус-Ярлунг Цангпо, BSZ – Бангонг-Нюджанг, JSZ – Джинша;

разломы: KF – Каракорумский, ATF – Алтынтаг;

MFT – главный фронтальный надвиг Рис. 1.30. Схема озер и речной сети (показаны черным цветом) Цайдамского бассейна по [Wang et al., 2007] и некоторые тектонические элементы региона (главные надвиги, разломы, оси антиклинальных плиоценовых складок) по [Dupont-Nivet et al., 2004]. Серым фоном показаны высокогорные (выше 4 км) области, точечным пунктиром оконтурена область сосредоточения наиболее продуктивных бор литиеносных озер.

- 20 Провинция В4 представлена многочисленными (более 50 только крупных) соляными озерами в Южном Тибете. Озера Цзабуйе, Дансюнцо и Нгангла-Рингцо с уже разведанными крупнейшими запасами бора/лития располагаются в третичных грабенах поблизости от сутуры Бангонг – Нюджанг (Bangong – Nujiang), разграничивающей блоки Квантанг и Лхаса.

Провинция В5 (рис. 1.30) – это более 30 соляных озер и бороносные лимнические отложения, рассеянные в блоке Цайдам (Северный Тибет). Здесь же в озере Кархан (Karhan) и его окрестностях ведется добыча калийных солей, запасы которых оцениваются как значительные.

Выводы по главе Все без исключения КСКМ бора и лития в пяти наиболее крупных мировых бор литиеносных провинциях (В1-В5) представляют собой лимнические отложения и/или рассолы озер аридных районов. Все провинции расположены в геодинамически активных областях двух типов – на активных континентальных окраинах без островных дуг и в коллизионных поясах.

Отличаются и структурно-морфологические условия их локализации: они известны и в низкогорных, и среднегорных, и высокогорных седиментационных бассейнах. При этом месторождения могут формировать как очень локальные кластеры, так и объединяться в протяженные (сотни километров) пояса. Но и те и другие по площади намного меньше всей геодинамической провинции, в которой сформировались, то есть всегда имеют высокую степень локализации.

- 21 ГЛАВА ХАРАКТЕРИСТИКА РЕСУРСОВ БОР-ЛИТИЕНОСНЫХ ПРОВИНЦИЙ Наиболее крупной по суммарным ресурсам с высокой достоверностью оцененных запасов бора (включая прошлую добычу) является провинция на Анатолийском п-ве (В1), затем по мере убывания оцененных ресурсов следуют провинции в Центральных Андах (В2), на западе США (В3), в Южном (В4) и Северном (В5) Тибете. Ресурсы лития максимальны в провинции В2, затем следуют провинции В4, В5 и В3. Провинция В4 в Южном Тибете по причине труднодоступности начала детально изучаться только недавно, и наиболее вероятно, что ресурсы бора и лития в ней недооценены, но уже сейчас разведанные там месторождения классифицируются, минимум, как крупные, а при самых оптимистичных оценках - до гигантских. В перечисленных провинциях, помимо уже известных крупномасштабных месторождений (табл. 2.1), имеются также недоизученные объекты, претендующие стать КСКМ в недалеком будущем, а также множество более мелких объектов минерализации.

2.1. Общая характеристика крупнейших месторождений провинций В1-В5 и ресурсов бора и лития в них Все пять КСКМ бора в провинции В1 (см. рис.1.26), включая самое большое в мире по запасам боратов гигантское месторождение Бигадич, представлены лимническими отложениями [Erkul et al., 2005]. В настоящее время добыча на месторождениях Кирка (с 1972 г., [Garrett, 1998]) и Эмет ведется открытым способом (см. рис.1.19), а Бигадич, Султанчаир и Кестелек – шахтным.

До недавнего времени промыш-ленных месторождений лития в провинции В1 не было. Но в последние годы появились сообщения [Helvaci et al., 2004] об обнаружении экономически интересных концентраций лития в рассолах озера Тузгол (Tuzgol), располагающегося неподалеку от месторождения Эмет, что еще больше сближает металлогению этой и четырех остальных провинций.

Среди многочисленных месторождений и рудопроявлений бора/лития в провинции В2 в Центральных Андах (см. рис. 1.27 и далее рис. 6.17) известно, по крайней мере, три месторождения лития, включая крупнейшее в мире по разведанным запасам в саларе Атакама, концентрация лития в рассолах которого достигает 4000 м.д. (табл. 2.2), и восемь месторождений бора, которые относятся к категории КСКМ. На всей площади, перемежаясь, и иногда в непосредственной близости друг от друга располагаются как более древние лимнические отложения, так и рассолы в современных озерах [Alonso, 1999;

Helvaci, Alonso, 2000;

Kaseman et al., 2004]. И те, и другие экономически привлекательны.

Месторождения и рудопроявления в южной части провинции В3 (см. рис.1.28) представляют собой только лимнические отложения на современной приподнятой холмистой равнине.

Например, основные залежи бора суперкрупного месторождения Крамер (другое используемое название Борон - по городу, расположенному непосредственно около карьера (см. рис. 1.15)) в провинции В3 сосредоточены в осадочном слое мощностью до 200 м на площади приблизительно 3х1.5 км, сформировавшемся на краю обширного миоценового осадочного бассейна [Garrett, 1998, Beeby, 2002]. В более северных частях провинции В3 расположены современные соляные озера Серлс, Оуэнс и Силвер-Пик, из рассолов которых извлекают и бор, и литий (см. рис. 1.16, 1.18). В окрестностях озер, однако, отмечены и рудопроявления, приуроченные к лимническим отложениям. Кроме КСКМ, перечисленных в табл. 2.1 и подробно описанных далее в гл. 7, в провинции В3 боратные проявления известны еще в 12 местах (см. схему в [Beeby, 2002], причем, по крайней мере, в четырех из них велись промышленные разработки. Отметим из них два: 1) небольшое соляное озеро Боракс-Лэйк (Borax Lake), питаемое геотермальными источниками и располагающееся на краю большого пресного озера Клир-Лэйк (Clear Lake), расположенном приблизительно в 100 км на северо-восток от г. Сан-Франциско (эксплуатировалось в середине XIX в., это было первое место добычи боратов в Калифорнии) [Garrett, 1998;

Beeby, 2002]);

и 2) - 22 некрупное месторождение Гектор/Форт-Кади (Hector/Fort Cady) колеманита в горах Кади (см. рис.

7.13), где малообъемная добыча приостановлена только в 2004 г. [Carpenter, Kistler, 2006].

Рассолы большинства соляных озер в Южном Тибете (В4) по причинам труднодоступности до сих пор не изучены должным образом на предмет содержания бора/лития. Однако, по крайней мере, в трех озерах (Чалака, Чжазан и Дуцзяли) содержание этих элементов имеет промышленное значение (ведутся разработки), а в трех озерах (Цзабуйе – промышленно отрабатывается с 2005 г., Дансюнцо – эксплуатация начата недавно и Нгангла-Рингцо – планируется добыча) уже установлены запасы сырья, позволяющие относить их к категории КСКМ [Liu et al., 2004;

Zheng, Liu, 2009].

Таблица 2.1. Некоторые характеристики крупнейших месторождений бора (B) и лития (Li) в обсуждаемых бор литиеносных провинциях № Рудн. Месторождение Месторождение суммарные ресурсы Возраст, млн элемент (англ.) (рус.) B2O3/Li2O лет Провинция В1 (Анатолийский п-ов) 1 B(м) Bigadic Бигадич 142/- 19.02-17. 2 B(м) Kirka Кирка 80/- 18.5-16. 3 B(м) Sultancair Султанчаир 10/- 20.01-18. 4 B(м) Kestelek Кестелек 10/- 17. 5 B(м) Emet Эмет 87/- 16.8 – 15. Провинция В2 (Центральные Анды) 1 B(м,р)Li(р) Salar de Atacama Салар Атакама суперкрупные/2.15 моложе 5. 2 B(м) Salar de Surire Салар Сурире суперкрупные/н.д. моложе 5. 3 Li,В (р) Salar de Uyuni Салар Уюни крупные/1.29 моложе 5. 4 B(м) Tincalayu Тинкалаю 2.5/- моложе 5. 5 Li,B (p) Salar del Hombre Muerto Салар Омбре-Муэрто cуперкрупные/1.72 моложе 5. 6 B(м) Sijes - Pastos Grandes Сихес – Пастос-Грандес суперкрупные/- 7.7-5. 7 B(м) Salinas Grandes Салинас-Грандес крупные/- 7.7-5. 8 B(м) Loma Blanca Лома-Бланка 20/- 7.7-5. 9 Li (p) Salar del Rincon Салар Ринкон -/0.54 моложе 5. 10 Li (p) Salar del Olaroz Салар Олароз -/0.34 моложе 5. Провинция В3 (юго-запад США) 1 B(м) Kramer (Boron) Крамер (Борон) 35/- 19±0. 2 B, Li (р,м) Searles Lake Сёрлс 7/0.1 моложе 3 B(м) Death Valley Долина Смерти 14/- 7- 4 B(м,р) Owens Lake Оуэнс 2/- моложе 5 Li(р) Silver Peak (Clayton Vally) Силвер-Пик -/0.25 моложе (Долина Клейтон) Провинция В4 (Южный Тибет) 1 B,Li (р) Zabuye (Chabuye) Цзабуйе cуперкрупные/1.6 моложе 5. 2 Li (р) Dangxiongcuo (DXС) Дансюнцо н.д./0.37 моложе 5. Провинция В5 (Северный Тибет) 1 Li, B (p,) Da Qaidam (Dachaidan) Да-Цайдам (Дачайдань) супер-крупные моложе 5. 2 B (p,м) Xiao Qaidam Сяо-Цайдам крупные моложе 5. 3 Li, B (p,м) Xi Taijnar Си-Тайджнар крупные моложе 5. Провинция В6 (Северо-Восточный Китай) 1 B(м) Wengquangou, Zhuanmiao, Вэнцуаньгоу, 25/- Палео мет. (?) Houxianyu (Liaoning-Jilin) Чжуаньмиао, Хоусяньюй протерозой (провинции Ляонин (~2100) и Гирин) Примечание. Ресурсы приведены в млн т, н/д – нет достоверных данных, прочерк – ресурсы для промышленных технологий отсутствуют. Месторождения в виде минеральных отложений (м), в виде рассолов – (р), мет. – метавулканогенно-осадочного типа.

Данные о ресурсах лития, приведенные в таблице для андийских объектов, значительно меньше известных максимальных оценок геологических ресурсов, которые можно найти в литературе. Наши данные, во-первых, опираются на более строго учтенные сведения о распределении рассолов в соответствующих саларах, а, во-вторых, учитывают возможности извлечения элемента из них современными технологиями, т.е. являются оценками максимально извлекаемых ресурсов. Гекторитовые руды, ввиду не совсем ясных перспектив их использования для промышленного получения лития, в таблице не учтены.

По салару Уюни существует несколько оценок ресурсов лития, выполненных разными авторами в разные годы, вплоть до 18 млн тонн (см., например, сайт http://www.bnamericas.com/news/mining/Uyuni*s_lithium_reserves_*at_least_double*_previous_estimate). В таблице приведена наиболее обоснованная и реалистичная, по нашему мнению, цифра извлекаемого при современных технологиях лития из данного месторождения. По такому же принципу авторы подходили к отбору цифр и по другим объектам - 23 Таблица 2.2. Данные о содержаниях (м.д. или мг/л) бора и лития в рассолах озер, описываемых бор-литиевых провинций.

Месторождение Концентрация бора (В) Концентрация лития (Li) Провинция В 6008;

440-6857 1000 (периферия), 4000 (эпицентр) Салар Атакама 2808 6202;

4003;

4700 (лагуна Рио Гранде), Салар Уюни 1000 (центр. часть южной половины салара) Салар Омбре-Муэрто 435 (лагуна Катал), 930 (лагуна Катал), 233 (среднее по салару) 7 521 (среднее по салару) 7;

220-10004;

Пастос-Грандес 647 (центр озера) Салинас-Грандес 3303;

370 - Cалар Ринкон Салар Ратонес Салар Каучари Салар Антофалья 3062;

Салар Олароз Салар Сентенарио 13347 Салар Сурире Провинция В 54- Сёрлс 2990 (верхний горизонт), 4120 (нижний горизонт) Среднее 360 (1966г.), 230 (настоящее время)4;

Силвер-Пик 70 (первая скважина), 90 (1986г.), 50(1990г.) 7 678 (первая скважина), 400 (среднее 1966г.), 200 (среднее 1990г.), 160 (среднее 1998) 400-5007 66- Солтон-Си Провинция В 15276;

12003;

Цзабуйе 2945 (подземные рассолы, южная котловина;

1413 (подземные рассолы, южная котловина);

1527 (поверхностные воды, северная котловина) 2089 (поверхностные воды, северная котловина) Дансюнцо Провинция В Да-Цайдам Сяо-Цайдам 638 (подземные рассолы), 117 (поверхностные воды)8, Си-Тайджнар 838 (подземные рассолы);

(Вост. Тайджнар) 11 (поверхностные воды) Примечание. 1 – [Liu et al., 2000], 2 – [Evans, 2008], 3 – [Tahil, 2007], 4 – [Tahil, 2008], 5 – [Kasemann et al, 2004];

6- из рекламного проспекта компании ZABUYE (SHENZHEN) LITHIUM TRADING CO.,LTD (http://www.bikudo.com/exporters_importers/details/11590/zabuye_ shenzhen_lithium_trading_co_ltd.html);

7 – [Garret, 2004];

8 – по [Zheng, Liu, 2009];

пустые клетки – не найдено данных. Данные 1,2,5,6,8 –в мг/л;

3,4,7 – в м.д.

Провинция В5 представлена как соляными озерами, так и бороносными лимническими отложениями, рассеянными в блоке Цайдам (Северный Тибет). Хотя многие из озер характеризуются повышенной концентрацией бора/лития, основные запасы этих элементов и промышленные разработки (на бор они ведутся уже не менее 9 веков, а до начала XIX в. Тибет был единственным источником боратов [Carpenter, Kistler, 2006] сосредоточены в восточной половине Цайдамского бассейна (см. рис. 1.30), причем в озерах Восточный Тайджнар, Да-Цайдам и Сяо-Цайдам ресурсы бора/лития отвечают уровню КСКМ.

2.2. Добыча сырья и извлечение из него лития и бора Лимнические осадки, которые могут быть как глинистого, так и соляного типа, являются основным источником бора. В лимнических отложениях всех рассматриваемых провинций промышленный интерес представляет только тот бор, что связан в боратах, составляющих бльшую часть руд вплоть до образования почти мономинеральных пластов (рис. 2.1 - 2.4) и крупных линз. Наиболее распространены колеманит, улексит, бура (см. рис. 1.20 и 1.21), реже доминируют другие минералы (табл. 2.3). Для этих месторождений используются традиционные - 24 технологии извлечения горной массы из недр в открытых (рис.1.15, 1.19 и задняя сторона обложки) или подземных (в зависимости от горно-геологических условий) выработках.

Литий же рентабельнее всего извлекается из рассолов. Как правило, для этого используют межзерновую рапу, заключенную в поровом пространстве солевых (существенно галитовых) осадков, концентрационные характеристики которой более устойчивы, поскольку, в отличие от поверхностных рассолов, не подвержены сезонным колебаниям. Поровое пространство на известных месторождениях в продуктивной зоне может составлять от 4 до 38%, но обычно 6-10%.

Рис. 2.1. Геологические схемы некоторых крупнейших месторождений бора, по [Alonso, 1999(а–в)] и [Dokka et al., 1989 (г)]. На (г) черный ромб примерно соответствует проекции центра карьера месторождения Крамер на профиль (см. рис. 7.7).

- 25 - 26 Таблица 2.3. Основные минералы бора в месторождениях: бораты, боросиликаты и силикобораты.

Название минерала или крайних Аналоги в англоязычных Теоретическая формула З членов изоморфного ряда и их публикациях синонимы Mg[B6O7(OH)6].2H2O 1 Аксаит Aksaite 2 Амегинит Ameghinite Na[B3O3(OH)4] 3 Борацит Boracite Mg3[B7O13]Cl 4 Боркарит Borcarite Ca4Mg[B4O6(OH)6](CO3)2 5 Бура (Тинкал, Сырая Бура) Borax (tincal) Na2[B4O5(OH)4]·8H2O 6 Витчит Veatchite Sr2B(OH)3[B5O8(OH)]2·H2O (Fe,Mg)22+Fe3+O2(BO3) 7 Вонсенит Vonsenite 8 Гидроборацит Hydroboracite CaMg[B3O4(OH)3]2·3H2O Ca2[B3O3(OH)4.OB(OH)3]Cl 7H2O 9 Гидрохлорборит Hydrochlorborite 10 Данбурит Danburite Ca[Si2O7][BO]2 11 Датолит (Натрокальцит, Эсмаркит, Datolite (datholite, humboldtite, CaBSiO4(OH) Гумбольдит, Дистомовый Шпат) dystome spar) Ca2[B14O20(OH)6].6H2O 12 Джинорит Ginorite 13 Индерит (Лессерит) Inderite (lesserite) Mg[B3O3(OH)5]·5H2O 14 Иньоит (Иниоит) Inyoite Са[В3О3(OH)5]·4H2O 15 Калиборит (Гейнтцит, Гинтцеит, Kaliborite (heintzite, hintzeite, HKMg2[B2O8(OH)5]2·4H2O Патерноит) paternoite) 16 Кернит (Разорит) Kernite(rasorite) Na2[B4O6(OH)2]·3H2O 17 Колеманит Colemanite Ca[B3O4(OH)3]·H2O 18 Котоит Kotoite Mg3(BO3)2. 19 Курчатовит И Клинокурчатовит Kurchatovite Ca(Mg,Mn)[B2O5] (Mg,Fe2+)2Fe3+O2(BO3) 20 Людвигит-Магнезиолюдвигит Ludwigite-magnesioludwigite (Mg,Fe2+)2(Fe3+, Mg,Sn4+)BO 21 Магнезиогулсит-Гулсит (Халсит, Magnesiohulsite-Hulsite Хулсит) Mg2B12O14(OH)12.9H2O 22 Макаллистерит (Макэллистерит) Mcallisterite 23 Мейергофферит Meyerhofferite Ca[B3O3(OH)5]·H2O Ca[B2O(OH)6].2H2O 24 Пентагидроборит Pentahydroborite 25 Прайсеит (Прицеит, Пандермит) Priceite (pandermite) Ca[B5O8(OH)3]·2H2O Mg3[B10O14(OH)8].H2O 26 Преображенскит Preobrazhenskite 27 Пробертит Probertite NaCa[B5O7(OH)4]·3H2O 28 Ривадавит Rivadavite Na6Mg[B6O7(OH)6]4·10H2O Ca2Mn2+(OH)4[B4O7(OH)2] 29 Роуит (Ровеит) Roweite 30 Сассолин (Борная Кислота) Sassolite (boric acid) H3BO3 Ca3Mg(BO3)2(CO3).nH2O (n1) 31 Сахаит Sakhaite 32 Сибирскит Sibirskite Ca2(OH)[B2O4(OH)] 33 Ссайбелиит (Ашарит, Камселлит) Szaibelyite (ascharite, camsellite). Mg2(OH)[B2O4OH] 34 Суанит (Магниоборит) Suanite (magnioborite) Mg2[B2O5] 35 Сульфоборит Sulfoborite Mg3[B(OH)4]2[SO4](OH)2 36 Тинкалконит Tincalconite Na2[B4O5(OH)4]·3H2O 37 Улексит (Боронатрокальцит, Ulexite (boronatrocalcite, NaCa[B5O6(OH)6]·5H2O Натроборокальцит) natroborocalcite) 38 Федоровскит Fedorovskite Ca2Mg2(OH)4[B4O7(OH)2] 39 Флюоборит-Гидроксилборит Fluoborite-Hydroxileborite Мg3(F,OH)3(BO3) (Ноцерин) (nocerite).

40 Фроловит Frolovite Ca[B(OH)4]2 41 Харкерит Harkerite Ca48Mg16[Al(SiO4)4]3(CO3)16 [(BO3)17(CO3)3].4H2O (Ca,Sr)2[B5O9]Cl.H2O 42 Хильгардит Hilgardite 43 Хаулит (Говлит, Винквортит) Howlite Ca2[B3O4(OH)2)SiB2O5(OH)3]2 Na2[B5O7(OH)3].2H2O 44 Эзкурpит Ezcurrite Na2MgB12O20.10H2O 45 Эристеренит Aristarainite Примечание. Курсив – типоморфен для морских эвапоритовых месторождений (включая их элювиальный подтип), подчеркнут сплошной линией – типоморфен для вулканогенно-осадочных месторождений, курсив подчеркнут сплошной линией – типоморфен как для вулканогенно-осадочных, так и морских эвапоритовых (включая их элювиальный подтип) месторождений, курсив подчеркнут пунктирной линией – типоморфен для скарновых, метавулканогенно-осадочных и элювиальных по морским эвапоритам месторождений, обычный шрифт без подчеркивания – типоморфен для скарновых и/или метавулканогенно-осадочных месторождений;

З - Значимость в рудах: 1 – может быть главным минералом руд вплоть до образования мономинеральных залежей, 2 – распространен в полиминеральных рудах некоторых месторождений. Таблица составлена с использованием данных [Малинко и др., 1991].

- 27 Рис. 2.3. Cтратиграфический разрез месторождения Эмет c детализацией боратной зоны, по [Kazansci et al., 2006].

Процесс добычи на этих объектах заключается в прокачивании рассолов через систему прудов, где за счет испарения на солнце концентрация полезных элементов увеличивается (рис.

1.7-1.11 и 1.16). Например, на месторождении Силвер-Пик (рис. 1.16) за период 12-18 месяцев соленые воды, содержащие ~300 м.д. лития, в конце процесса обогащаются до 6000 м.д.

В Саларе Атакама, лучшем в мире месторождении лития рассматриваемого типа, как по уровню начальных концентраций лития, так и интенсивности испарения воды из рассолов, содержания лития в добываемой рапе, в десять раз больше, чем в Силвер-Пик, а скорость испарения в четыре раза выше. Соответствующим образом здесь короче и инсоляционный период для рапы в бассейнах. После достижения оптимальных по применяемой на объекте технологии (в каждом случае она имеет индивидуальные вариации, зависящие, в первую очередь, от соотношений в катионно-анионном составе рапы) рассолы обрабатываются реагентами, состав и последовательность использования которых зависит от перечня извлекаемых компонентов и их приоритетности.

Нередко, кроме лития, это могут быть также бор и соли магния, калия, натрия, а иногда рубидия и цезия. Иногда главным компонентом, на который «настраивается» технология переработки рассолов, является бор, как, например, на месторождении Серлс. Помимо бора, здесь извлекаются в значительных количествах поташ, трона и некоторые другие продукты, среди которых в прошлом числились и литиевые, а одно время также достаточно серьезно рассматривался вопрос о попутном получении вольфрама.


При очень высоких концентрациях некоторых ионов, в первую очередь - магния, реже кальция и сульфатов, выкачанную рапу до начала процесса извлечения карбоната лития сначала обрабатывают реагентами, удаляющими эти компоненты до приемлемого для осаждения литиевого соединения уровня. Все твердые фазы, в т.ч. литийсодержащие, являющиеся промпродуктами данного конкретного производства, после также подвергаются процедуре дополнительной реагентной очистки.

Очень часто бор и литий в месторождениях присутствуют в экономически привлекательных концентрациях одновременно, но в одних месторождениях преобладает бор, в других - литий. В провинции В1 в рудах некоторых месторождений известны повышенные содержания лития до 0.3% Li (табл. 2.4), что эквивалентно 0.65 % Li2O [Helvaci et al., 2004], за счет присутствия минерала смектит-монтмориллонитовой группы гекторита. Залежи гекторита известны и в осадках озер провинции B3, из которых он добывается, наряду с рядом других - 28 глинистых минералов, в качестве сырья для косметической промышленности. Рентабельной же технологии производства из гекторита лития пока не разработано, хотя работы в этом направлении постоянно ведутся [Moores, 2007]. Поэтому до недавнего времени промышленных месторождений этого элемента в провинции В1 не было. Впрочем, от идеи вовлечь в производство лития гекторит из наиболее богатых им прослоев бороносных глин, например, на месторождении Бигадич, специалисты тоже еще не отказались. Но пока это рентабельно только при высоком уровне цен на литиевые продукты, которые, в принципе, на рынке периодически возникают, но пока не держатся достаточно долго [Tahil, 2007, 2008].

Если обсуждать экономическое значение перечисленных выше провинций, то в настоящее время они поставляют на мировой рынок до 90% бора и не менее 60% лития [Ober, 2007;

Kostick, 2007]. Достоен быть отмеченным и тот факт, что провинции В1, В2 и В3 являются составными частями крупнейших мирового значения рудных поясов, в которых известны и активно эксплуатируются КСКМ многих других видов минерального сырья, в т.ч. Au, Ag, Pb, Zn, Cu, Mo, Sn, Sb, Hg. Причем многие из последних достаточно близки по возрасту рудоотложения с бор литиевыми объектами [Рундквист и др., 2006], что дает основание предполагать парагенетическую связь анализируемых объектов с общей металлогенической активностью в этих регионах и стимулирующими ее геодинамическими процессами.

Рис. 2.4. Распределение минеральных типов руд (по доминирующему борату) и концентраций бора в разрезе рудной зоны шахты Гюневи (Gunevi), месторождение Бигадич, по [Helvaci, Alaca, 1991].

2.3. Сравнение крупнейших месторождений провинций В1-В5 с месторождениями бора и лития других типов 2.3.1. Месторождения бора Крупные ресурсы бора известны в мире не только в лимнических формациях, но и в классических солеродных бассейнах морского происхождения (Прикаспийский, Ангаро-Ленский, Северо-Геманский). Они формировались в палеозое на высших стадиях галокинеза совместно с бишофитом, карналлитом или сильвином [Озол, 1983]. В отличие от вулканогенно-осадочных месторождений, где доминируют бораты натрия и кальция, здесь преобладают бораты калия и - 29 магния. При этом уровень концентраций бора в морских эвапоритах в 3–10 раз ниже, и он в них не главный, а только попутный продукт извлечения при добыче калийно-магниевых солей [Руднев, Малинко, 2003]. Существенно богаче зоны выветривания элювиальных развалов на поверхности таких месторождений, но крупных по запасам залежей подобного типа не известно. В мировой добыче доля бора из морских эвапоритовых месторождений не превышает 1% [Kostick, 2007].

По сравнению с морскими эвапоритами, более значимы месторождения метавулканогенно осадочного типа, которые еще до недавнего времени рассматривались исключительно как результат формирования гипабиссальных магнезиально-скарновых систем [Лисицын и др., 1998].

Но последние исследования литофациальных особенностей рудовмещающих толщ, структурных особенностей локализации рудных тел и изотопии бора рудных минералов в поясе месторождений на территории провинций Ляонин и Гирин северо-востока Китая (провинция В6, табл. 2.1), позволили специалистам обосновать исходную седиментогенную природу этих объектов, возникших в палеопротерозойских лимнических бассейнах вулканогенно активной области [Peng, Palmer, 2002]. Таким образом, весьма вероятно, что они представляют собой древний аналог провинций, являющихся главным предметом рассмотрения настоящей работы.

Вместе с тем имеются существенные различия в составе руд, так как в протерозойских месторождениях Китая главными минералами руд являются ссайбелиит, суанит (магнезиальные фации) и людвигит (железо-магнезиальные фации), которые в первичных рудах молодых аналогов отсутствуют. Однако это непротиворечиво может быть объяснено метаморфизмом (до амфиболитовой фации) древних месторождений. Значительное присутствие магнетита, вплоть до формирования небольших его месторождений, вполне согласуется с меньшим окислительным потенциалом среды в областях палеопротерозойского седиментогенеза: на порядок более низкое содержание кислорода в атмосфере и гидросфере Земли в ту эпоху способствовало стратификации по окислительно-восстановительным условиям водных бассейнов и созданию более благоприятных условий миграции и первичного накопления в глубоких частях озер железа в хорошо растворимой двухвалентной форме с последующим его отложением на окислительных барьерах. В пользу такой модели свидетельствует и тот факт, что, согласно реконструкциям, людвигитовые руды возникли среди осадков глубоких узких водоемов, в которых такая стратификация наиболее вероятна, в то время как безмагнетитовые бороносные залежи обязаны своим возникновением осадконакоплению в широких мелких озерах [Peng, Palmer, 2002].

Источником железа, скорее всего, были разгружавшиеся на дне озер гидротермы.

В свете данной концепции не исключено, что и бор-железорудное месторождение Таежное в гранулитах Центрально-Алданского блока с главными рудными минералами людвигитом, ссайбелеитом и магнетитом, которое также пока считается продуктом магнезиально-скарновой системы [Лисицын и др., 1998], на самом деле является крайним (с крупными ресурсами не только борных, но и железных руд) проявлением описанной серии китайских объектов Существенное, но по сравнению с описываемыми провинциями В1–В5 все равно на порядок меньшее значение имеют известково-скарновые борные месторождения, которые формировались в аккреционных и коллизионных орогенах на мезабиссальном и гипабиссальном уровнях [Лисицын и др., 1998]. Среди них есть КСКМ, которые выявлены только в боросиликатном типе, где главными носителями полезного компонента являются датолит и данбурит – Дальнегорское в Приморье [Баскина, 2006] и Акархар на Памире [Лисицын и др., 1998]. Отдельные месторождения известково-скарнового типа сопоставимы по запасам со многими, хотя и не с самыми крупными вулканогенно-осадочными аккумуляциями, но интегральные ресурсы провинций, вмещающих эти типы, абсолютно несравнимы: провинции с эндогенным рудоотложением бора уступают по запасам рассматриваемым в данной работе областям на порядок и более. Тем не менее, и у этого типа борных месторождений есть черты, роднящие их с вулканогенно-осадочными объектами, что будет специально рассмотрено в гл. (п. 16).

2.3.2. Месторождения лития - 30 Реальной альтернативой лимническим месторождениям геодинамически активных областей в поставках на мировой рынок литиевых соединений являются только редкометалльные гранитные пегматиты, сформировавшихся в связи со становлением поздне- до посторогенных гранитов складчатых поясов. Главные концентраторы лития в них – алюмосиликаты (сподумен, петалит, эвкриптит, лепидолит) и, в существенно меньшей степени, фосфаты (ряд амблигонит монтебразит) (табл. 2.4). Еще четверть века назад пегматиты были единственным промышленным источником этого элемента, так как некоторые из них отличаются высокими значениями его среднего содержания (0.5–2.0% Li). Но развитие современных технологий принципиально изменило ситуацию, дав стоимостное преимущество более бедным, но очень экономичным в переработке рассолам. И хотя до сих пор из пегматитов поступает значительное количество литиевого сырья, уже больше половины мирового потребления приходится на месторождения «жидких руд» из озер геодинамически активных областей.

Возможно также использование лепидолита и амблигонита из редкометалльных гранитов и их приконтактовых зон грейзенизации, отрабатываемых на флюорит или олово (Вознесенское, Пограничное, Кестер и т.п.), но это пока не делается, и эти минералы складируются в отвалах.

Главная причина – низкая рентабельность их переработки в используемые промышленностью соединения из-за высоких энергозатрат. Единственное в мире Алахинское месторождение сподуменовых гранитов также пока не в ряду объектов на первоочередное освоение как в силу не очень высоких качественных характеристик руд, так и из-за неразвитой инфраструктуры района локализации и значительных экологических ограничений на ведение добычных работ [Линде и др., 2000].

Таблица 2.4. Основные промышленные и потенциально промышленные минералы лития: силикаты, алюмосиликаты, фосфаты, карбонаты N Название минерала или Аналоги в Теоретическая формула Типы Содержание З крайних членов англоязычных месторож- Li2O в изоморфного ряда и их публикациях дений природных синонимы образцах (%) 5.9–7.6а 1 Сподумен spodumene LiAlSi2O6 РГП, СРГ 2,9–7,6б 3.4–4.1а 2 Петалит petalite LiAlSi4O10 РГП 4.1–5.5а 3 Лепидолит lepidolite К(Li,Al)3(Si,Al)4O10(F,OH)2 РГП, РГ 6.4–9.8а 4 Амблигонит – amblygonite – (Li,Na)Al(PO4)(F,OH) – РГП, РГ монтебразит montebrasite LiAl(PO4)(OH,F) (изоморфный ряд) 6.1а 5 Эвкриптит eucryptite LiAlSi2O4 РГП 2.9–4.5а;


1.14– 6 Циннвальдит zinnwaldite KLiFeAl(AlSi3)O10(F,OH)2 РГ 5.03б 1.0–1.2в 7 Гекторит hectorite Na0.3(Mg,Li)3Si4O10(OH)2 ГО 40.4в 1г 8 Карбонат лития / lithium carbonate Li2CO3 ГО – нет забюйелит (забуйелит) / zabuyelite пром.

скоплений Примечание. Типы месторождений: РГП – редкометалльные гранитные пегматиты, РГ – редкометалльные граниты и связанные с ними грейзены, СРГ – сподуменовые редкометалльные граниты, ГО – глинистые осадки соляных озер геодинамически активных областей;

З (значимость): 1 – важнейший промышленный минерал, как правило, представляющий самостоятельное значение в месторождениях, 2 –иногда может быть главным минералом руд, но обычно извлекается попутно и при этом не всегда утилизируется, 3 – всегда попутный компонент и не всегда утилизируется, 4 – нет примеров промышленного извлечения из недр для получения лития - хотя технологии для этого существуют, но по рентабельности они заметно уступают получению лития из других источников.

а–в – содержание лития: а – по [Линде и др., 2000], б – по [Мартенс, 1941], в – расчеты по формуле;

г – карбонат лития является основным конечным продуктом при получении литиевых соединений из рассолов и переработке сподуменового сырья, забуйелит – мало распространенный природный минерал с таким же составом, найденный в небольших количествах в осадках некоторых соляных озер рассматриваемых в данной книге провинций, и в микроскопических количествах – как минеральная фаза флюидных включений в сподумене некоторых пегматитовых месторождений.

Не исключено, что в будущем у лития из соляных озер на мировом рынке могут появиться и другие «конкуренты». На эту роль наиболее реально претендуют воды некоторых современных геотермальных источников и уже упомянутые выше гекторитовые отложения [Evans, 2008].

- 31 Примечательным при этом является тот факт, что и те, и другие размещаются только в тех же самых провинциях, что и рассматриваемые в данной работе КСКМ. Поэтому, с очень высокой степенью вероятности, можно считать, что они между собой связаны парагенетически или даже генетически.

В частности, крупнейшие в мире ресурсы гекторитовых глин находятся на северном продолжении провинции В3, где они локализованы в кальдере Мак-Дермит (McDermitt), с которой связано также крупное одноименное месторождение ртути (рис. 1.28). Вулканогенно гидротермальная активность в кальдере, обусловившая ртутное и литиевое рудоотложение по времени (~16 млн. лет) приблизительно совпадает с образованием боратного месторождения Крамер (см. гл. 7).

Наиболее детально с позиции извлечения лития из геотермальных вод изучены горячие рассолы из подземных резервуаров под оз. Солтон-Си на юге Калифорнии (рис. 1.28), т.е. на южном продолжении провинции В3, где они используются для получения электроэнергии на крупнейшей в США электростанции подобного типа [Tahil, 2008]. Эти рассолы после их прохождения через турбины, но до обратной закачки в геотермальный резервуар, что предусмотрено технологией для поддержания необходимого давления в системе, можно использовать для извлечения цинка (320 м.д.), лития (187 м.д.), а также содержащихся в повышенных концентрациях свинца, бора и калия. Попытка промышленного производства цинка уже была предпринята здесь в 2002–2004 гг., но столкнулась с существенными техническими трудностями, что не позволило достичь плановых параметров, и производство было законсервировано. В извлечении лития также есть специфика, так как здесь возможна только адсорбционная технология, которая существенно дороже выпаривания в открытых прудах, и эти расходы не компенсируются экономией на извлечении рассолов на поверхность за счет процесса выработки электроэнергии. Поэтому работы в этом направлении здесь пока не интенсифицируются. Рассолы нефтегазовых полей также иногда рассматриваются в качестве потенциального источника лития [Линде и др., 2000;

Evans, 2008]. Но до сих пор, несмотря на обнадеживающие результаты лабораторных и полупромыш-ленных испытаний, ни в одном из подобных районов в России или за рубежом промышленное получение литиевых соединений не начато.

Выводы по главе Месторождения рассматриваемых провинций, несмотря на существование других промышленных и потенциально промышленных природных источников бора и лития, на обозримую перспективу видятся как основные поставщики этих полезных ископаемых на мировой рынок из-за существенных стоимостных преимуществ технологий их отработки и извлечения полезных компонентов.

- 32 ГЛАВА ЭЛЕМЕНТЫ БОР И ЛИТИЙ, ИХ ИЗОТОПНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ЦИРКУЛЯЦИЯ В СУБДУКЦИОННЫХ ЗОНАХ Бор (В) и литий (Li) – это, соответственно, 5 и 3 элементы Периодической таблицы. Это весьма подвижные элементы, соединения которых достаточно хорошо растворимы в водных растворах или силикатных расплавах широкого спектра кремнекислотности, в т.ч. с повышенной щелочностью [Harben, Kuvart, 1996;

Leeman, Sisson, 2002;

Hervig et al., 2002]. Поэтому они характеризуются способностью к интенсивной мобилизации (некогерентные элементы) при частичном плавлении мантийного и корового вещества. Самые последние обзоры геохимического поведения бора даны в работах [Palmer, Swihart, 2002;

Leeman, Sisson, 2002;

Wunder et al., 2005], а лития - в [Tomascak, 2004;

Bouman, et al., 2004;

Elliott et al., 2004].

3.1. Бор Бор в небольших концентрациях присутствует в морской воде (~4 м.д.) и практически во всех типах горных пород (табл. 3.1). В обычных (нерудных) образцах наиболее высокие концентрации бора фиксируются в эвапоритах как морского, так и континентального происхождения, а мантия и базальты срединно-океанических хребтов (БСОХ) им чрезвычайно обеднены. Средние концентрации в породах консолидированной коры ~10 м.д., но распределение неравномерное: до 100 м.д. в сланцах и туфах, около 15 м.д. в гранитах и 5 м.д. в эффузивных породах. Самые же высокие содержания бора в нерудных образцах зафиксированы в богатых калием туфах о.Самос в Эгейском море, которые, в среднем содержат от 1500 до 2500 м.д. этого элемента, всегда больше 500 м.д. и иногда до 5000 м.д. [Stamatakis, 1989]. Рудные концентрации бора в богатейших месторождениях (например, Бигадич) достигают 100000 м.д. (10%) (рис. 2.4) и более [Helvaci, Alaca, 1991].

Бор имеет два стабильных изотопа 11B и 10B со значительной массовой разницей ~10%, «нормальные» соотношения которых приблизительно 80% и 20%, соответственно. Однако реальное соотношение изотопов в природных субстанциях испытывает значительные вариации, которые принято характеризовать величиной 11В=[(11B/10B)обр. / (11B/10B)станд.) -1]х1000. Единицей измерения является промилле (‰), но в тексте она будет опускаться, как это обычно делается в публикациях по изотопии.

У морской воды 11В =+39.5±0.3 [Spivack, Edmont, 1987;

Nakamura et al., 1992;

Barth, 1993], и это наиболее высокие положительные значения изотопии бора из всех фиксируемых на Земле.

Морские эвапориты, подводные горячие источники и базальты океанической коры, подвергнутые воздействию морской воды, также характеризуются только положительными величинами 11В [Smith et al., 1995;

Swihart, Moore, 1986], в то время как примитивная мантия (11В = -10 ± [Chaussidon, Marty, 1995]), магматические (невулканические дуги) и осадочные образования континентальной природы демонстрируют более широкий спектр значений, причем, преимущественно отрицательных [Barth, 1993]. В частности, изотопия рудных образцов месторождений провинции В1 (рис. 3.1) и В3 [Kasemann et al., 2004] существенно отрицательная ( 10 – -30), и не зафиксировано никаких устойчивых корреляций изотопии бора в образцах ни с типом минерализации, ни с возрастом. Величины 11В в стеклах базальтов океанических островов довольно выдержаны и близки к значениям, известным для примитивной мантии (–9.9 ± 1.3), в то время как БСОХ и задуговые лавы показывают в общем более высокие и различные значения.

Расплавы, которые ассимилировали даже небольшие количества базальтовой океанической коры, подвергшейся воздействию морской воды, демонстрируют значительные вариации борного изотопного отношения.

- 33 Таблица 3.1. Содержания и изотопия бора в различных породах 11B (‰) Породы Содержания бора Источник информации Источник информации (м.д.) Примитивная мантия 0.25±0.1 Chaussidon, Jambon (1994) 0.3 McDonough, Sun (1995) 0.1±0.020 Chaussidon, Marty (1995) -10±2 Chaussidon, Marty (1995) 0.26±0.1 Palme, O’Neill (2003) Верхняя мантия 0.01 – 0.015 Chaussidon, Marty (1995) 0.07 – 0.1 Ottolini et al. (2004) Мантия, источник БСОХ 1.6 – 1.8 Chaussidon, Marty (1995) Мантия, источник БОО 0.09 – 0.11 Chaussidon, Marty (1995) Континентальная кора 10 – 11 Rudnick, Fountain (1995);

Taylor, -10±3 Chaussidon, Albarde (1992);

Kasemann et al.

McLennan (1995) (2000) 18 Gao et al. (1998) Верхняя континентальная кора 15 – 28 Wedepohl (1995);

Taylor, McLennan (1995);

Gao et al. (1998) Нижняя континентальная кора 8.3 Wedepohl (1995);

Taylor, McLennan (1995);

Gao et al. (1998) 1 – 2 Shaw et al. (1986, 1988c);

Leeman et al.

(1992) Морская вода 4.4 Uppstroem (1974);

Spivack, Edmont (1987) +39.5±0.3 Spivack, Edmont (1987);

Nakamura et al.

(1992);

Barth (1993) Флюиды COX 3.8 – 11.5 Spivack, Edmont (1987);

Foustoukos et al. +10 – +39 Spivack, Edmont (1987);

Palmer (1991);

(2004) James et al. (1995) Свежие БСОХ 7% MgO 0.4 – 2.3 Ryan, Langmuir (1993);

Chaussidon, Jambon -6.5 – -1.2 Chaussidon, Jambon (1994);

7% MgO 1 – 11 (1994);

Perfit et al. (1999);

Kamenetsky et al. -3.7 – -1.6 Spivack, Edmont (1987);

(2000);

Danyushevsky et al. (2000). -7.7 – -6.9 Le Roux et al. (2004) БОО 0.6 – 11 Ryan, Langmuir (1993);

Chaussidon, Marty -12 – -8 Chaussidon, Marty (1995) (1995);

Dostal et al. (1996) -7.4 – +0.6 Barth (1993) Базальты островных дуг 1 – 90 Ryan, Langmuir (1993);

Smith et al. (1997);

Sano et al. (2001) Серпентиниты морских 1.5 – 126 Ryan et al. (1996);

Benton et al. (2001) +5.4 – +25.3 Benton et al. (2001) подводных гор Грязевые вулканы 2 – 870 Kopf, Deyhle (2002) и ссылки там -7.7 – +39.5 Kopf, Deyhle (2002) и ссылки там Желобовые флюиды 3.6 – 42 You et al. (1993);

Deyhle, Kopf (2002);

+20 – +50 You et al. (1993);

Deyhle, Kopf (2002);

Kopf Kopf et al. (2003b) et al. (2003b) 150оC 0.7 – Гидротермально-измененные Thompson, Melson (1970);

Smith et al. -4 – + 25 Spivack, Edmont (1987);

Smith et al. (1997) 150оC 0.17 – 0. БСОХ (1997) -0.1 – +1.0 Ishikawa, Nakamura (1992) Ishikawa, Nakamura (1992) Выветренные базальты 290 Bergeron (1989);

Ishikawa, Nakamura (1992) - 34 150оC 50 – Серпентиниты Bonatti et al. (1984);

Spivack, Edmont +8.3 – +12.6 Spivack, Edmont (1987) 150оC – 24 (1987) +4.3 – +10.0 Simon et al. (2006) Морские осадки - глины 10 – 160 Ishikawa, Nakamura (1993);

Bonatti et al. -2 – +10 Spivack et al. (1987);

Leeman, Sisson (2002) (1984) Морские осадки - карбонаты 0.3 – 22.8 Spivack, You (1997);

Hoefs, Sywall (1997) -5.5 – +32 Vengosh et al. (1991);

Hemming, Hanson (1992);

Spivack, You (1997), Simon et al.

(2006) Морские осадки - соли +10 – +30 Vengosh et al. (1992) Морские осадки - бораты +15 – +34 Swihart, Moore (1986) Туфы о.Самос в Эгейском море обычно от 1500 до Stamatakis (1989) 2500, иногда до Геотермальные воды в западной 1 – 67 Gemici, Tarcan, 2002.

части Анатолийского п-ова Геотермальные воды в +11.9 – Barth (1993) Ларделло, Италия +22. Геотермальные воды -2.6 – -1.1 Barth (1993) Солтон Си Озеро Да-Цайдам: бораты -9.2 – -4.6 Barth (1993) рассолы и галиты 0.0 – + 14. лимнические отложения -7.5 – -1. Морские эвапориты озера +24.2 – Barth (1993) Индер (Казахстан) +31. Неморские эвапориты: Barth (1993) Озеро Серлс -0.9 – + 10. Крамер/Борон -0.9 – + 10. Долина Смерти -12.0 – -4. Салар Каучари -30. Боратные минералы плато -29.5 – +20.3 Kaseman et al. (2004) Альтиплано-Пуна Геотермальные воды плато -18.3 – +0.7 Kaseman et al. (2004) Альтиплано-Пуна Палеозойский фундамент плато -8.9±2.2 Kaseman et al. (2004) Пуна Кайнозойские андезиты и +8 Kaseman et al. (2004) мезозойские известняки плато Пуна Неоген-плейстоценовые -3.8±2.8 Kaseman et al. (2004) игнимбриты плато Пуна - 35 Рис. 3.1. Изотопия бора на месторождениях провинции В1 по [Helvaci, Alaca, 1991].

Прямоугольник - колеманит, круг - улексит, треугольник – бура.

К настоящему времени систематические исследования вариаций концентрации бора и величины 11В проведены во многих современных субдукционных зонах [Palmer, 1991;

Moran et al., 1992;

You et al., 1993;

Ishikawa, Nakamura, 1994;

Leeman, 1996;

Smith et al., 1997;

Ishikawa, Tera, 1997, 1999;

Tatsumi, Kogiro, 1997;

Peacock, Herving, 1999;

Benton et al., 2001;

Ishikawa et al., 2001;

Cliff et al., 2001;

Rose et al., 2001;

Tonarini et al., 2001;

Deyhle, Kopf, 2001, 2002;

Straub, Layne, 2002, 2003;

Kopf et al., 2003;

Deyhle et al., 2004;

Leeman et al., 2004;

Turner et al., 2007.], в том числе и в области плато Пуна в Центральных Андах, где располагаются месторождения бора и лития провинции В2 [Schmitt et al., 2002;

Lucassen et al., 2002;

Rosner et al., 2003;

Kasemann et al., 2004], и в западной части Анатолийского п-ова, где располагается провинция В1 [Tonarini et al., 2005;

Agostini et al., 2007].

В вулканитах плато Пуна содержание бора варьирует в пределах 10-54 м.д. и уменьшается по мере удаления от вулканической дуги, а значения 11В уменьшаются в дуговых лавах с увеличением глубины до зоны Беньоффа от +4 до -7 [Rosner et al., 2003]. Аналогичная зависимость получена и для других субдукционных зон. Причем, для Камчатки и Анд, обладающих мощной континентальной корой, эффект изменения изотопного состава бора наступает быстрее, чем в островных дугах (рис. 3.2). Вместе с другими геохимическими данными, например, о повышенном отношении В/Nb (Nb - элемент с намного меньшей подвижностью) в магмах вулканических дуг по сравнению с БСОХ [Ishikawa, Tera, 1997, 1999;

Rosner et al., 2003;

Tonarini et al., 2005], это свидетельствует о том, что в лавах вулканических дуг бор «океанического» происхождения (экстрагируемый из субдуцируемого слэба) составляет не менее 70% (рис. 3.3). Образцы магматических пород из задуговой области на плато Пуна, где расположено большинство месторождений бороносной провинции В2, характеризуются величинами 11В от -7 до -17, со средним ниже -10, т.е. здесь явно превалирует бор c «континентальной»1 изотопией. Базальты западной части Анатолийского п-ова, где расположена миоценовая бороносная провинция В1, также имеют отрицательные величины 11В, которые меняются от –12.8 до –0.8 (рис. 3.4).

Относительно повышенные значения трактуются, как влияние флюидов, выделившихся из субдуцируемого слэба Африканской плиты [Tonarini et al., 2005].

Масс-балансовые расчеты свидетельствуют о том, что более 95% бора в слэбе в самом начале зоны субдукции концентрируется в серпентинитовом слое (~60%), метаосадочных породах (~22%) и измененных базальтах океанической коры [Tenthorey, Hermann, 2004]. Согласно [Domanik et al., 1993] главными минералами-носителями бора в погружающемся слэбе являются слоистые силикаты: слюды, особенно светлые (мусковит, парагонит и фенгит, 50-160 м.д. бора, но Термин «континентальный» тип в данном случае означает генетическую связь не с континентальной земной корой, а с постсубдукционной континентальной литосферной мантией, противопоставляемой по изотопным характеристикам «океаническому» типу, который присущ морской воде и верхней части океанической коры в океане и в верхнем сегменте зоны субдукции.

- 36 обычно 100 м.д.), серпентин (100 м.д.), тальк, хлорит (20 м.д.). Существенное значение в некоторых ситуациях могут иметь также такие минералы, как амфибол (~15 м.д.) и лавсонит ( м.д.). Эти минералы характеризуются различными Р-Т полями стабильности, поэтому в субдуцируемом слэбе они распадаются на разных глубинах. Например, амфибол разлагается ниже 60 км (фазовый переход амфибол/клинопироксен), а лавсонит достаточно устойчив в низкотемпературных сериях до глубин 250-300 км [Tsujimori et al., 2006]. Переход биотит/фенгит реализуется на глубине 60-80 км, а фенгит, в свою очередь, вступает в активные фазовые реакции ниже 200 км [Schmidt et al, 2004].

Рис. 3.2. Распределение значений 11В в современных лавах в зависимости от глубины субдуцируемолго слэба в месте отбора пробы в некоторых субдукционных зонах, по [Wunder et al., 2005].

Результаты численного моделирования процессов экстракции бора из субдуцируемого слэба [Marschall et al., 2007а, Rosner et al., 2003, Ota et al., 2008] показывают, что изотопия и концентрация бора во флюиде сильно зависит от температуры, давления и минерального состава пород в верхней части слэба. Большое количество бора может выделяться как на относительно малых глубинах (аккреционная призма, преддуговые области), так и на больших (далекая задуговая область).

По оценкам в [Marschall et al., 2007а] флюиды, выделяемые при дегитратации пород в ходе формирования эклогитов из океанической коры, ранее подвергшейся воздействию морской воды, характеризуются концентрациями бора порядка 200–550 м.д. (см. далее рис. 4.1). Причем, в случае низкого содержания фенгита - минерала, устойчивого в глиноземистых разновидностях эклогитов слэба в большом интервале глубин (60-220 км) и способного «консервировать» в себе значительные массы бора, начальные концентрации этого элемента во флюиде могут достигать еще более высоких значений вплоть до 1200 м.д.

По расчетам [Rosner et al., 2003] под плато Пуна интервал наиболее интенсивного выноса бора из слэба должен происходить на глубинах от 88 до 152 км, где происходит наиболее интенсивная дегитратация слэба, связанная с фазовым разложением серпентина, талька и хлорита [Spandler et al., 2008 и ссылки там]. На бльших глубинах флюидный поток резко истощается.

- 37 Рис. 3.3. Обобщенный схематичный разрез через океаническое ложе и субдукционную зону с диапазонами концентраций бора и значений 11В, по [Wunder et al., 2005].

Рис. 3.4. Изотопно-геохимические характеристики базитов высокой щелочности западной части Анатолийского п-ова и Эгейского моря.

а) Диаграмма соотношений K2O и Na2O по [Agostini et al., 2007]. Серым тоном показаны поля шошонитовых и ультра-калиевых серий западной части Анато-лийского п-ова (WA Western Anatolia).

б) Диаграмма зависимости 143Nd/144Nd и 11B по [Tonarini et al., 2005]. C-A – известково щелочные базальты, Sho – шошониты, U-K ультракалиевые вулканиты.

Щелочные базальтоиды по своим геохимическим и изотопным характеристикам распадаются на две группы А и В.

Значительные вариации как изотопных составов, так и распределения редких и рассеянных элементов в базальтах группы А отражают влияние субдукционной компоненты (т.е. обогащение LILE и 87Sr, но деплетирование HFSE) в их генезисе. Для базальтов группы А отношения Rb/Nb и Ba/Nb значительно повышены. Эти отношения коррелируют с радиогенным Sr и Nd положительно и отрицательно, соответственно. Напротив, базальты группы B показывают типичные внутриплитные характеристики (без признаков участия субдукционной компоненты). Вариации геохимических характеристик базальтов группы А интерпретируются как результат привноса флюида из глубокого тонущего слэба в мантийный источник базальтов группы В.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 8 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.