CC BY
38
П.Л. Носик, МГГУ ВЛИЯНИЕ ХИМИЗМА СОСТАВНЫХ ЯДЕР НА УСЛОВИЯ
ФОРМИРОВАНИЯ КАССИТЕРИТА И КВАРЦА ОЛОВО-ВОЛЬФРАМОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Химические элементы в геовеществе Земли связаны ядерными (в недрах Земли) и химическими связями (на поверхности Земли) [1]. При поднятии глубинного вещества к поверхности Земли ядерная связь между ядрами сменяется на химическую. Однако химические элементы с ядерной связью достигают поверхности Земли в виде составных ядер. Энергия связи таких составных ядер на несколько порядков меньше энергии связи нуклонов в обычных ядрах [6], и она уменьшается от положительных до отрицательных значений с увеличением атомного веса химических элементов [5]. Составные ядра с отрицательной энергией связи разваливаются самопроизвольно например, ядра урана, состоящие из
4 т т 234 гр-! »_»
2 Не и 90 Тп и характеризующиеся отрицательной
энергией связи ДW 294 ТИ + +4 Не (92238 и) = [М
(294 ТИ) + М(2 Не) -М (92238и)] с2 = =-4,25мэВ, являются неустойчивой системой по отношению к распаду на ядро Не и ТИ, и действительно, уран обладает а - активностью [6]), а ядра с энергией, близкой к нулю, разваливаются в земной коре при слабых энергетических воздействиях на них.
Так как составные ядра несут информацию о химизме глубинного вещества на стадии его развала и захвата электронов [11], то при их разрушении будет если не создаваться, то изменяться рудообразущий химизм магматических и гидротермальных систем.
С целью установления степени влияния глубинного химизма, законсервированного в составных ядрах, на химизм гидротермальных систем сначала будут подвергнуты анализу данные о типоморфных группах химических элементов [3], окислительновосстановительном режиме [4,7], физических параметрах [8,9] касситерита и кварца из олововольфрамовых месторождений различных формаций, а затем попытаемся их реализовать с помощью химизма разваливающихся составных ядер с отрицательной энергией связи.
Обеспечение химизма рудообразующего раствора за счет компонентов составных ядер может служить неопровержимым доказательством в пользу существования нового механизма концентрации рудного вещества на стадии развала глубинного вещества и подсоединения свободных электронов.
1. Условия образования кварца и касситерита олово-вольфрамовых месторождений различных формаций
Выбор олово-вольфрамовых месторождений был обусловлен с одной стороны всесторонним и глубоким их исследованием, а с другой стороны тем, что ядра Sn не только входят в составные более тяжелые ядра
[М (т А) = М (150 Sn+) + М (т А) + DM]’ с энергией связи DM с2 = DW, близкой к нулю, но и
112 т
сами могут быть составными [М( 50 Sn) = М( п А) +
М(тп, А) + DM] с отрицательной или близкой к нулю энергией связи фтс2 = DW)
1.1. Геохимические особенности оловорудных месторождений различных формаций
Наиболее полная геохимическая характеристика оловянных и олово-вольфрамовых месторождений Восточной Сибири была создана И. Ф. Григорьевым [3] на базе обобщения материалов химических и спектральных исследований минералов горных пород, выполненных им при изучении пород и рудных тел оловянных и оловянно-вольфрамовых месторождений Восточной Сибири, преимущественно для кас-ситерито-полевошпато-кварцевой и касситеритокварцевой формации.
Рассматривая в целом распространение химических элементов в оловянных и оловянно-волфрамовых месторождениях Восточной Сибири, им были выделены группы элементов, которые являются характерными (типоморфными) для месторождений той или иной формации (табл. 1).
Таблица 1
Г еохимические особенности оловорудных
месторождений различных формаций [3]
Формации Типоморфные группы химических элементов
Касситеритовые гранитных пегматитов №>,Та, Sc, гг, Rb, Cs
Касситерито-полевошпато- кварцевая №>,Та, Sc, гг, Rb, Cs
Касситерито- кварцевая W. №>,Та, гг, F, Rb,Sc
Касситерито-кварцево- сульфидная As, W, F, РЬ, гп, S, следы №, Sc, 1п, Sb, Fe
Касситерито - сульфидная Fe, 1п, Sb, Ag, РЬ, гп, Си, S, редок W
Примечание: Указанные геохимические особенности характерны как для касситеритов месторождений различных формаций, так и в целом для постемагматических процессов, в результате которых образуются различные генетические типы оловорудных месторождений.
Им было установлено, что месторождения касси-теритовых гранитных пегматитов характеризуются большим содержанием ниобия (и тантала) нежели другие оловорудные месторождения (касситериты содержат более 1% ниобия и тантала). Они содержат также скандий, цирконий, рубидий, цезий, но не содержат индий и вольфрам.
В месторождениях касситерито- полевошпатокварцевой и касситерито- кварцевой формации содержание ниобия становится меньше ( в касситеритах - до 1%), тантал редок. В первых кроме того, обнаружено больше скандия, во вторых -меньше; обычен вольфрам и отсутствует индий.
В месторождениях касситерито-кварцево-сульфи-дной формации (и их касситеритах) содержатся следы ниобия, скандия, характерен вольфрам. Кроме того, присутствует свинец, цинк, индий, сурьма.
Месторождения касситерито-сульфидной формации (и их касситериты) не содержат ниобия (и тантала), скандия. Редок вольфрам и обычен индий, сурьма, серебро, свинец, цинк.
Именно эти типоморфные группы химических элементов и особенности распространения типичных химических элементов в касситеритах олововольфрамовых месторождений различных формаций и были положены в основу химизма в составных ядрах.
1.2. Окислительно-восстановительный режим формирования касситерита и кварца олово- вольфрамовых месторождений различных формаций.
Для определения окислительно- восстановительного режима рудообразующего раствора Е.И. Доло-мановой были отобраны образцы кварца и касситерита одной стадии, причем касситерит кристаллизовался ранее кварца. Принадлежность кварца и касситерита к определенной формации оценивались Е.И. Доломановой по типоморфным группам химических элементов, установленным И.Ф. Григорьевым [З].
Оценка окислительно - восстановительного режима производилась Л.П. Носиком [4,7] по изотопному составу различных форм углерода в первичных газово- жидких вакуолях касситерита и кварца и температуре их образования (гомогенизации). Результаты такой оценки сведены в табл.2.
Из таблицы 2 видно, что касситерит и кварц были образованы при:
♦ ослаблении окислительного режима в месторождениях оловоносных пегматитов;
♦ усилении окислительного режима в месторождениях касситерит-кварцевой и касситерит-силикатно-сульфидной формации;
♦ усилении восстановительных свойств среды в месторождениях касситерит- сульфидной формации;
♦ ослаблении восстановительного потенциала в месторождениях касситерит- полевошпат- кварцевой формации.
Знание оксилительно- восстановительного режима образования касситерита и кварца в месторожде-
ниях различных формаций дает основание для реализации его химизмом составных ядер, содержащих олово, элементы типоморфных групп, кислород и водород.
1.3. Физические параметры кварца оловоносных месторождений
Изучение электрических свойств кварца оловоносных месторождений различных формаций при нагревании кварца от 100о С до 1050 оС впервые было произведено А.Б. Успенской [9,8], что позволило ей заключить, что удельное электрическое сопротивление (г) кварца оловорудных месторождений зависит от его генезиса [8].
Для выяснения влияния оксилительно- восстановительных условий образования кварца на величину удельного электрического сопротивления А.Б. Успенской были привлечены изотопные и термобарические методы исследования. Результаты этих исследований приведены в табл.3, с помощью которых А.Б. Успенская установила, что с усилением окислительных свойств в ряду формаций [окисление ослабляется (I) - восстановление ослабляется (II) -окисление усиливается (III) ]увеличивается содержание воды [0110 (I) — 0,950 (II) — 5,620 Тор* см3 (Ш)]и углекислоты [0,259® — 0,795 (II) — 5,666 Тор* см3(Ш)
], уменьшается г ср(200 С) [ 9*108(!) — 5*108(П) — 3,5*
108(Ш)] ДГср(200 С)[9*108а) — 5*108(П) — 3,5*108(Ш)],
А гср(250-500 С) [420(Г)-24°(її)-200(Ш)] и Д гср(550-900 С)
[50(I) — 20(П) — 10(Ш)], а изотопный состав углерода сначала утяжеляется, а затем облегчается, температура гомогенизации сначала понижается, а затем повышается [360 (I) — 300 (II) — 340 оС (III)].
В заключение следует отметить, что в случае реализации изменения этих параметров с позиции химизма составных ядер можно будет считать, что в рудообразовании наряду с сегрегационной и гидротермальной концентрацией рудного вещества проявляется глубинная, возникающая в процессе развала эволюционирующего глубинного вещества и захвата частицами (ядрами) электронов.
2. ХИМИЗМ СОСТАВНЫХ ЯДЕР
Здесь впервые предпринимается попытка реставрации условий образования касситеритов и кварцев олововольфрамовых месторождений различных формаций за счет химизма разваливающихся составных ядер в процессе рудообразования. В этом процессе должны принимать участие составные ядра с энергией связи как близкой к нулю, так и меньше нуля, содержащие олово и типоморфные элементы. В общем случае все составные ядра можно разделить на три группы:
♦ к первой группе относятся составные ядра М(т^п) = М( тпА + т1П1А),в химизм которых входят типоморфные элементы ( тпА) , кислород, водород, и др.(т1шА);
♦ ко второй группе - составные ядра типоморфных элементов М(тпА) = М(т^п + т1П1А), состоящие из ядер олова(т^п), кислорода, водорода и др. (т1П1А);
Окислительно- восстановительный режим олово- вольфрамовых месторождений [9].
Формация Месторождения Касситерит Кварц Окислительно- восстановительный режим
§13Ссо2%с 813Ссе% о т, 0С §13Сс02% о 813Ссе% т, 0С
Касситерит- Баджараевское -30.0 -25.6 - -18.3 -17.4 - Окислительный
кварцевая Будюмканское -18.5 -19.0 - -11.0 -10.0 - Усиливающий
Ушмунское -15.8 -13.0 340 2.4 -2.5 320
Шумиловское -11.7 -11.2 340 -8.4 -8.0 320
Эренфридерсдорф -23.2 -23.0 390 -11.5 -13.5 370
Алдакачанское -15.4 -10.0 370 -5.4 -7.5 340
Приваловское -18.7 -18.1 340 -9.9 -9.7 330
Ангатуйское -20.5 -16.9 - 11.4 14.5 -
Зун-Ундурское -14.9 -29.9 380 -15.6 -30.8 340
Ималкинское -11.2 -26.2 380 -16.0 -29.6 360
Касситерит- полевошпат- Этыкинское (2ой участок) 26.4 10.4 360 19.8 2.1 360 Восстановительный Убывающий
кварцевая Ононское -13.6 -28.6 380 -18.8 -28.9 360
Молодежное -2.9 -17.9 370 -16.0 -30.5 340
Валькумейское -21.7 -16.6 - -5.2 -9.2 -
Касситерит- Силинское -18.3 -10.3 - -7.6 -10.0 - Окислительный
силикатно- Тарбольджей -13.2 -9.2 - 12.1 -8.1 - Убывающий
сульфидная Придорожное -28.9 -20.9 - -20.3 -19.5 -
Шерлова гора -18.2 -16.2 - -16.9 -15.5 -
Касситерит- Сохондо -31.9 -39.9 430 -23.3 -30.7 400 Восстановительный
сульфидная Малая Кулинда -10.4 -10.2 390 -13.5 -13.0 310 Усиливающий
Оловоносных Окислительный
пегматитов Ослабляющий
♦ к третьей - составные ядра типоморфных элементов М(тпА) = М (т1П1А+ тп А) , состоящие из химических элементов (т1п1А)с массой, меньшей, чем масса олова (т^п)и ядер кислорода, водорода и др. (™ША).
2.1. Формация касситеритовых гранитных пегматитов
Согласно данным И.Ф. Григорьева [3] формация касситеритовых гранитных пегматитов характеризуется типоморфной группой химических элементов 41№, 73Та,2^с, 4^г,3^Ъ,5^,из которых:
♦ 41№, 21 Sc,40Zr,37 Rb могут образовать составные ядра типа 50 Sш= ША + Ш1А,
♦ 73 Та, 55Cs - составные ядра типа ША = ШSш + Ш1А;
♦ 41№, 21 Sc, 40Zr, 37 Rb -составные ядра типа ША =
=ш1А + ША;
где ША - типоморфные элементы, ш1А- элементы с массой меньше массы типоморфных элементов, Ш1А-кислород, водород и др. элементы.
Составные ядра типа т^„ = „А + „А. Энергия связи составных ядер типа т5^ш = ША + ША , состоящих из 9341№,19^ и нейтронов [ М( 9441№ + 919 F + кп),где к= тт- тл, т=112,116,118,120,122,124 -массы стабильных изотопов олова (целые числа) ] изменяется от 0 при к=0 до +80,947 мэВ при к=12, а из 9341№>, 1880, 11Н и нейтронов [М(^п) = М (9341КЪ +1880++11Н + кп)]-от + 8,0109 мэВ при к=1 до + 88,9583 мэВ при к=12 .
Эти данные дают основание считать, что 9341№,как типоморфный элемент, может вноситься в рудообразующий раствор при разрушении составных ядер т^п , составленных из 9341№и 19др .
Ядра m50Sn, состоящие из:
♦ 452^с, 6529Си и нейтронов [М(т5^п)= M(4521Sc +6529 Си + кп)]характеризуются энергией связи, изменяющейся от -6,0548 мэВпри к=2до +74,6970 мэВпри к=14;
♦ 2145Se,2864Ni, 13Ни нейтронов [М( 50mSn) = М(2l45Sc+ 2864№ + 13Н + Кп)] характеризуется изменением энергии связи от -7,4520 при к=0 до +76,3457 мэВ при к=121
♦ 214^с, 8180, kn[M(50mSn) = М(2214^с+8180 + кп)]
- от +32,9006 при к=4 до +113,8293 мэВ при к=16.
По этим значениям энергии составных ядер можно считать, что только ядра 50 “^п, состоящие из 214^с, 284<6№, 13Ни кп, вносят водород в рудообразующий раствор при их разрушении и тем самым задают восстановительный режим минералообразующей среды.
В ядрах олова, состоящих из40Zr, 80, 1Н и нейтронов, энергия связи изменяется от + 25,4300 мэВ [М(50^п)= M(4090Zr + 818 О + 212Н)] до +13,0410 мэВ для М(50^п) = М (409^г + 816 О+ 211Н) и до +106,3400 мэВ для M(nmSn)=M (4090Zr + 818О +2 12Н + 12п).
Данные расчета позволяют считать, что ядра, состоящие из 4с2г,8ОлН и нейтронов, не должны вносить в рудо-
образующий раствор циркон, кислород и водород.
Ядрам 50^п, содержащим з7Rb, 8О, 1Н и нейтроны, характерны следующие энергии:
♦ для М(50^п)= M(3785RЪ + 817О + 5 12Н) она равна +71,2598 мэВ;
♦ для М(501^п)= M(з788RЪ + 817О + 2 12Н+311Н) она равна +47,9728 мэВ;
♦ для М(501^п)= М(378^Ъ + 817О + 5 12Н + 12п ) она равна +168,0426 мэВ;
Высокие положительные значения энергии связи в ядрах с рубидием, кислородом и водородом исключают привнос рубидия в рудообразующий раствор.
Таким образом, составные ядра типа 50^п = птА+ +п1т1А, в которых роль птА выполняют типоморфные элементы, а п1т1А- О,Н и др. могут поставлять Н в рудообразующий раствор, если роль типоморфного элемента будет выполнять скандий. Именно составные ядра со скандием и создают восстановительную обстановку в рудообразующем растворе.
Составные ядра типа „А=^п + „А. Энергия таких составных ядер изменяется от -1,3973 мэВ для М(73181Та) = М(5012^п + 818О + 143^1 + 13Н + 6п) до +7,1726 мэВдля М(73181Та) = М (5012^п + 818 О + /Н +l430Si+ 8п).
Отрицательные значения энергии составных ядер 73181Та, состоящих из 50124 Sn, 818O,1430Si, 1тН, кп, не противоречат возможности развала их в рудообразующем растворе с образованием ОН- - группы.
Увеличение ОН - групп в растворе способствует усилению окислительных свойств раствора .
Составные ядра 55133Cs не могут содержать кислород, а ядра, содержащие водород, не разваливаются в рудообразующем растворе, так как энергия связи в ядре M(55133Cs) = М(5012^п + 412Н + 11Н) равна + 59,7092 мэВ, а в ядре М(5913^) =М (50124Sn + 47Ве + +12Н) - + 28,7834 мэВ.
Таким образом, составные ядра типа п1А=^п + п1А, в которых роль п1А выполняют типоморфные элементы Та, Cs, а „iA - О, Н и др., поставляют в область рудообразования ОН- группы (ядра, содержащие Та) и задают окислительный режим рудообразующего раствора.
Составные ядра типа „А=п1А + „А. Энергия связи составных ядер типоморфных элементов (41№,2^с,40 £г, 37Rb), состоящих из кислорода, водорода, нейтронов, и химических элементов с массой меньше массы типоморфных элементов, характеризуется большими положительными значениями:
♦ для М(4191№>)=М(337^ + 818О) она равна +13,4136 мэВ и М(4193№>)=М(409^г +13Н) - + 13,3205 мэВ;
♦ для М(214^с)=М(1327А1 + 818О) она равна +23,1012 мэВ и М(214^с) = М(2042Са+ 13Н) - +
17,4191 мэВ;
♦ для М(409<^г)=М(327^е + 818О) она равна +15,0903 мэВ и М(409^г) = М(398^+ 11Н) - + 7,9178 мэВ;
♦ для M(3785RЪ) = М(2965Си + 818О + 2 п) она равна +30,4601 мэВ и М(378^Ъ) = М(3682Кг+ 13Н) - + 16,5807 мэВ.
Составные ядра данного типа с такой высокой энергией связи не вносят кислород и водород в рудообразующий раствор.
Таким образом, только составные ядра олова, содержащие скандий, никель, водород и нейтроны [М(50^п) = М( 214^с + 2864№ + 13Н + кп)], в ходе разрушения вносят в рудообразующий раствор водород, который задает восстановительный режим рудообразующего раствора олововольфрамовых месторождений формаций касситеритовых гранитных пегматитов, а ядра тантала, как типоморфного элемента, содержащие Sn, Si, О, Н и кп [М (73181 Та)= M(5024Sn + 8180 +1430Si + 13Н +6п)],вносят в рудообразующий раствор в одинаковых количествах О и Н и тем самым задают pH
- раствора, т.е. окислительный режим.
Так как концентрация тантала выше, чем скандия (см. типоморфные группы в табл.1), то в рудообразующем растворе олововольфрамовых месторождений формации касситеритовых гранитных пегматитов задается окислительный режим.
2.2. Формация касситерит- полевошпатокварцевая
Типоморфная группа химических элементов олововольфрамовых месторождений касситерито-полево-шпато-кварцевой формации отличается от типоморф-ной группы оловоносных пегматитов только фтором .
Фтор может входить в составные ядра как неодима М(60 14&Ш) = М(5012^п + 919Р + 13Н)и гольмия М(67165Но)=М(5012^п + 919Р +818О + 4п) , которые характеризуются энергией связи + 6,1479 и + 6,8931 мэВ, так и в составные ядра олова М(5012^п)= М(4096гг + 919Р + 13Н + 6п) и М(5012^п)= M(3375As + 919Р + 818О + 12п), которые соответственно характеризуются энергией связи + 64,8324 и + 110,1965 мэВ. Из-за таких высоких энергий связи составные ядра, содержащие фтор, не оказывают влияние на химизм рудообразующего раствора.
Так как в месторождениях касситерито- поле-вошпато- кварцевой формации по Ив. Ф. Григорьеву содержание ниобия становится меньше, а тантал редок, то окислительно- восстановительный режим задается скандием. Скандий, как было показано выше, вносит в рудообразующий раствор олововольфрамовых месторождений водород, который и задает его восстановительный режим.
2.3. Формация касситерито- кварцевая
Типоморфная группа химических элементов олово- вольфрамовых месторождений касситеритокварцевой формации отличается от касситерито-полевошпато-кварцевой и касситеритовых гранитных пегматитов только вольфрамом.
Ядра вольфрама могут быть представлены как М(пША)=М(п^п + П1Ш1А). При содержании кислорода в составных ядрах вольфрама [ М(74182^= М(5012^п + 3818О) + 4 п)] энергия связи составляет - -9,7808 мэВ, а водорода [М(74182 W) = М( 5012^п + 2046Са + 413Н)] равна - 23,4738 мэВ.
Такое соотношение кислорода и водорода, поставляемых составными ядрами вольфрама в рудообразующий раствор, обусловливает его окислительный режим. Исходя из данных научноаналитических исследований И.Ф. Григорьева в месторождениях касситерито-полевошпато-кварцевой формаций содержание ниобия становится меньше ( в касситеритах до 1%), тантал редок. В первых, кроме того, обнаружено больше скандия, во вторых- его меньше; обычен вольфрам и отсутствует индий.
Все это дает основание заключить, что окислительный режим в рудообразующем растворе олововольфрамовых месторождений касситерито-кварцевой формации задается составными ядрами вольфрама.
2.4. Формация касситерито-кварцево-сульфидная
Группа типоморфных химических элементов, принадлежащая к касситерито- кварцево-сульфидной формации отличается от рассмотренных выше типо-морфных групп олово-вольфрамовых месторождений касситерито-кварцевой, касситерито-полевошпато-кварцевых гранитных пегматитов содержанием мышьяка, свинца, цинка и серы.
Эту совокупность элементов можно разделить так же, как это было сделано раньше, на несколько групп. В одну из них входят элементы с атомным весом меньше Sn, и ее можно представить как M(nmA) = M(nim1A+ mm‘A), в которую входят 33As, 30Zn, 16S. Во вторую группу входят составные ядра, представляющие ядра олова, т.е. M(50mSn) = M(nmA + nimiA). В третью группу входят типоморфные элементы, масса которых больше массы олова, т.е. (nmA)=M( 50mSn + лГА^в которую входит Pb.
Энергия связи для типоморфных элементов первой группы принимает положительные значения, и она достаточно велика:
♦ для M(3375As)=M(3274Ge + 11H) она равна +7,5452, а M(3375As)= M(2555Mn + 818O + 2n) - + 30,8327 мэВ;
♦ для M(1634S)= M(1531P + 13H) она составляет + 39,0299, а M(1634S)=M( 2 1817O) - + 28,2240 мэВ.
При поступлении в рудообразующий раствор олово-вольфрамовых месторождений таких составных ядер оксилительно- восстановительный режим не изменяется, так как они не разрушаются.
Энергия связи для типоморфных элементов второй группы тоже положительна и очень велика:
♦ для M(50124Sn)= M(3375As + 2818O + 3iH + 10n) она находится в области+116,5307 мэВ, а M(50124 Sn) = M(3375As + 1636S + 13H + 10 n) - + 80,4816 мэВ;
♦ для M(50124Sn) = M(3070Zn + 818O + 1226Mg + 10n) она соответствует + 82,7172 мэВ, а M(50124Sn)= M (3070Zr + 1941K + !3H + 10n) - +79,1775 мэВ.
Эти составные ядра тоже не могут принимать участие в формировании окислительно-восстановительного режима рудообразующего раствора.
Энергия связи составных ядер третьей группы принимает отрицательные значения: для М(82208РЪ) = М(5012^п + 3068Zn + 211Н + 14п) она равна -8,3835 мэВ, а для М( 82208РЪ) = М(5012^п+2818О + l636S+12n)
- соответствует - 1,3181 мэВ.
Такое соотношение кислорода и водорода повышает pH - раствора, т.е. усиливает окислительный режим.
Таким образом, окислительно- восстановительный режим рудообразующего раствора олововольфрамовых месторождений касситерито- кварце-во- сульфидной формации остается таким же, как и для олово-вольфрамовых месторождений касситери-то-кварцевой формации, т.е. окислительным.
2.5. Формация касситерито-сульфидная
Типоморфная группа химических элементов оло-во-вольфрамовых месторождений касситеритосульфидной формации отличается 2^е,491п, 5^Ъ, 47Ag и 29Си от типоморфной группы химических элементов касситерито- кварцево- сульфидной формации. Эту совокупность химических элементов тоже можно разбить на три подгруппы. В одну из них входят элементы с массой меньше Sn , и она представляется как М(птА)=М( п1т1А+ п1т1А), в которую входят 26Fe, 491п, 17Ag и 29Си. В другую - входят составные ядра, представляющие ядра олова, т.е. М(50^п)=М(птА + п1т1А),в которые входят26Fe, 47Ag,29Cu.В третью входят типоморфные химические элементы, масса которых больше массы Sn, т.е. М(птА)=М(50^п+п1т1А), в которую входит 51 Sb.
Энергия связи составных ядер первой совокупности химических элементов характеризуется большими положительными энергиями:
♦ для M(2658Fe)=M(2555Mn +13Н) она равна +19,3752, а М( 2658Fe)= М(1840Аг+818О) - +26,3615 мэВ;
♦ для М(491151п) =M(48114Cd + 11Н) она равна + 6,7999, а М(49115 1п) = М(4193№ + 818О + 4п) -+33,9998 мэВ;
♦ для M(47109Ag) = М(46106 Pd + 13Н) она равна + 13,6931, а М(4710^) = M(3989Y + 818О + 2п ) -+ 13,3763 мэВ;
♦ для М( 2965 Си) = М( 2864№ + 11Н) она равна + 7,4520, а М(2965Си) = М( 2l45Sc + 218О + 2п) -
+ 39,98135 мэВ.
При поступлении этой совокупности элементов в рудообразующий раствор его окислительно- восстановительные свойства не меняются.
Энергия связи составных ядер второй совокупности элементов тоже положительна и велика:
♦ для М(5012^п) = M(2656Fe + 235^ + 13Н + 14п) она равна +103,7691, а M(50124Sn) = М( 2656Fe + 818О + 1636S + 14п) - + 109,6376 мэВ;
♦ для М(5012^п) = М(491151п+ 3Н +6п) она равна + 69,1173 мэВ;
♦ для М(5012^п) = М(47109 Ag + 3 13Н + 6п) она равна + 92,8706 мэВ;
♦ для М(5012^п)= М(2965Си + 2046Са + 13Н + 10 п) она равна + 73,7748, а М( 5012^п) = М(2965 Си + 818О
33
+ 1327А1 + 14 п) -+ 116,4375 мэВ.
Эта совокупность типоморфных элементов тоже не вносит изменений в окислительно-восстановительный режим рудообразующего раствора.
Третья совокупность химических элементов тоже характеризуется большими положительными энергиями:
♦ для М(Я12^Ъ)= М(50П^п + 13Н) равна + 12, 8547 мэВ;
♦ для М( 5112^Ъ)= М( 50120Sn + 13Н) она равна + 13,0410 мэВ. Эта группа элементов не должна была бы влиять на окислительно-восстановительный режим рудообразующего раствора.
Согласно данным И.Ф. Григорьева вольфрам для этой формации редок, следовательно окислительный режим, который задавался вольфрамом в месторождениях касситерито- кварцевой и касситерито- квар-цево- сульфидной формаций, снижается для рудообразующих растворов месторождений кварцевосульфидных формаций.
Восстановительные свойства раствора, по- видимому, задаются 5112^Ъ, хотя его энергия и положительна и свинцом при большем содержании составных ядер с водородом [ М(82208РЪ)= М( 5012^п + 2864№ +413Н + 8п), которые характеризуются отрицательной энергией , равной -9,03566 мэВ.
Таким образом, окислительно- восстановительный режим рудообразующего раствора олововольфрамовых месторождений различных формаций, установленный, исходя из химизма составных ядер типоморфных групп химических элементов, без всяких натяжек и допущений совпадает с окислительно- восстановительным режимом, установленным Л.П. Носиком [4,7] по изотопному составу различных форм углерода. Это заставляет специалистов в области рудообразования задуматься о существовании совершенно нового механизма концентрации рудного вещества уже на стадии развала глубинного вещества и захвата свободных электронов.
3. Физические параметры кварца олововольфрамовых месторождений
Наиболее чувствительным физическим параметром кварца является удельное сопротивление, которое зависит от химизма рудообразующего раствора и условий его измерения.
Поэтому попытаемся с помощью химизма составных ядер оценить возможность изменения окислительно-восстановительного режима рудообразующего раствора после высаживания касситерита, но в момент кристаллизации кварца. Такая оценка уже была произведена, но с позиции изменения изотопного состава[4,7].
Согласно примечанию И.Ф. Григорьева к таблице 1 о геохимических особенностях оловорудных месторождений различных формаций [3] [указанные геохимические особенности характерны как для касситеритов месторождений различных формаций, так и в целом для постмагматических процессов, в результате которых образуются различные генетические
типы оловорудных месторождений [3]] кварцу присущи такие же типоморфные группы химических элементов, как и касситериту.
Исходя из установленного химизма, создаваемого составными ядрами типоморфных элементов, окислительно-восстановительный режим рудообразующего раствора месторождений касситеритокварцевых гранитных пегматитов создавался химическими элементами, входящими в составные ядра Sn и Та, так как именно эти ядра характеризуются отрицательной энергией связи:
♦ для М(50П^п) = М(214^с + 2864№ + 13Н + кп)энергия связи равна - 4,5644 мэВ при к=0;
♦ для М( 73181Та) = М( 5012^п + 2 818О + 715К + 6п) она равна —0,1863 мэВ;
♦ для М(73181Та) =М (50124Sn + 818О + м3^ + 13Н + 6п)
- 1,3973 мэВ.
Так как Sc меньше, чем Та, то окислительновосстановительный потенциал рудообразующего раствора задавался преимущественно Та.
Исходя из энергии составных ядер, содержащих Si, Та и Sn [ для М(73181Та) = М( 5012^п + l430Si + 818О + 13Н + 6п), энергия связи равна -1,3973 мэВ; для М(73181Та)=М(4и3<^ + 2 818О + 13Н + 22п) она равна +142,5195 мэВ; для М( 73181Та)=М(5 143^ +
313Н + 22 п) - + 149,4126 мэВ; для М(5012^п) = M(31430Si + 818О + 16 п) - +143,9168 мэВ], соотношение кислорода и водорода, поставляемых ядрами Та [М(73181 Та) = М(50124 Sn + и3^ + 818О + 13Н + 6п)] в рудообразующий раствор, меньше, чем в растворе при кристаллизации касситерита.
Следовательно , окислительный потенциал рудообразующего раствора после кристаллизации касситерита должен понижаться, что и отмечено А.Б. Успенской [9,8].
Рудообразующий раствор при кристаллизации касситерита на месторождениях касситерито-полевошпато- кварцевой формации характеризуется восстановительным потенциалом, который задавался составными ядрами Sn, содержащими Sc[M(50mSn)= М(214^с + 2864 N1 + 13Н + кп), с энергией связи, равной - 4,5644 мэВ.
Составные ядра , содержащие Si, не могут изменять восстановительный потенциал раствора на месторождениях касситерито- полевошпато- кварцевой формации, так как энергия связи положительна:
♦ для М(5012^п)=М(143^+214^с+818О + 715К + 16п) энергия связи равна + 151,7414 мэВ;
♦ для М(5012^п) = М( 2 143^1 + 214^с + 13Н + 16п) энергия связи равна + 142,8921 мэВ;
На восстановительный потенциал раствора могут оказывать влияние составные ядра Та:
♦ для М(73181Та) = М ( 5012^п + и3^ + 818О + 13Н + 6п)энергия связи равна -1,3973 мэВ;
♦ для М(73181Та) = М (4 и3^ + 2 818О + 13Н + 22п) она равна + 142,5195 мэВ;
♦ для М(73181Та) = М ( 5И3^ +3 13Н + 22п) -+ 149,4126 мэВ].
Так как соотношение О и Н в составных ядрах Та, содержащих Si , меньше, чем в ядрах Та, содержащих Sn, то восстановительный потенциал раствора действительно будет уменьшаться, что также хорошо согласуется с данными А.Б. Успенской [9].
Рудообразующий раствор месторождений касси-терито- кварцевой формации характеризуется окислительным потенциалом, задающимся составными ядрами W, содержащими Sn[ для М(7418^)= М(5012^п + 3 818О + 4п) энергия связи равна - 9,7808 мэВ ;для ^Л^(74182^^)= М( 5012^п + 2046Са + 4 13Н) она равна - 23,2875 мэВ].
Составные ядра W, содержащие Si, увеличивают соотношение О и Н в растворе месторождений кас-ситерито- кварцевой формации при кристаллизации кварца, так как:
♦ для ^Л^(74182^^) =М(И3^ + 52130Те + 818О + 4п) энергия связи равна - 31,8573 мэВ;
♦ для М(7418^)=М(143^1 + 44104Ru + 2 818О + 12п) она равна + 31,4847 мэВ; для М(74182^)=М(143^ + 5112^Ъ +818О +13Н + 8п) - + 13,5999 мэВ;
♦ для M(74182W)=M(5 1430Si + 4 13Н + 20п) -+147,9222 мэВ;
♦ для M(74182W)=M(l430Si + 59141 Рг +13Н+ 8п) -+ 17,6054 мэВ.
Такое повышение соотношения О к Н приводит к увеличению окислительного потенциала рудообразующего раствора месторождений касситеритокварцевой формации, что также не противоречит данным А.Б. Успенской [9,8].
Таким образом, удельное сопротивление действительно зависит от окислительно- восстановительного потенциала рудообразующего раствора. Причем, оно уменьшается с усилением окислительных свойств рудообразующего раствора.
4. Связь удельного сопротивления с ph и ^2
Исходя из данных исследования А.Б. Успенской [9,8] удельное сопротивление коррелирует с содержанием воды в кварце. Причем, с увеличением воды в кварцах ( в месторождениях касситерит- пегматитовой формации содержание воды составляет 0,115 тор см3, в месторождениях касситерит- полевошпат-кварцевой формации оно равно 0,970 тор см3, а в месторождениях касситерит- кварцевой формации 5,620 тор см3) понижается г ( в месторождениях касситеритопегматитовой формации оно равно 9 -108 Ом м, в месторождениях полевошпат- кварцевой формации5-10 8Ом м и в месторождениях касситерит-кварцевой формации - 3,5-108 Ом м ). Эти данные хорошо согласуются с литературными данными [2] и свидетельствуют о том, что г в какой-то мере характеризуется ионной проводимостью, зависящей от степени минерализации. Исходя из химизма, задаваемого составными ядрами типоморфных групп химических элементов, месторождения касситерит- пегматитовой формации формировались при снижении окислительных условий в ходе понижения
Рис. 1. Пределы устойчивости воды, выраженные в виде функции Eh от ph при 5С и 1 атм. Общего давления^]. 1. 2. 3 - направления изменения окислительновосстановительного режима месторождений различных формаций (1 - касситерит кварцевая, 2 - касситерит пегматитовая, 3 - касси-терит-кварцевая)
ОН [ для М(50^п)= М(214^с + 2864№ + 13Н + кп)энергия связи равна - 4,5644 мэВ при к=0; для М(та184Та) = М(5012^п + 2 818 О + 715К + 6 п) она равна -0,1863 мэВ ]; касситерито-полевошпат-кварцевой формации формировались при понижении восстановительных условий в ходе уменьшения Н в растворе [ для М(50^п) = М(214^с + 2864№ + 13Н + кп)энергия связи составляет - 4,5644 мэВ]; касситерит- кварцевой формации формировались при повышении окислительных свойств среды в процессе увеличения О2 в растворе [для М(74182^)= М(5012^п + 3818О + 4 п) энергия связи равна -9,7808 мэВ; для М(7418^)= М(5012^п + 2046Са + 4 1 3Н) она равна -23,4738 мэВ].
Если нанести на диаграмму, устанавливающую процессы устойчивости воды, выраженные в виде функции Eh и pH при 25оС и 1 атм общего давления ( Рис.1), то становится очевидным, что повышение окислительного потенциала раствора оловоносных месторождений происходит в ряду формаций: касситерит - пегматитовая — касситерит- полевошпат-кварцевая-> касситерит-кварцевая.
Таким образом, г зависит от ОН, Н и О( pH , ЕК) раствора и увеличивается с повышением окислительного потенциала.
5. Изменение г в ходе экспериментальных исследований
В ходе проведения эксперимента при измерении г к кристаллу кварца прикладывается электрический потенциал и температурное воздействие, которые могут вызывать развал оставшихся составных ядер. Этот факт был отмечен нами в докладе на международном симпозиуме [10].
Действительно, так как энергия диссоциации составных ядер типоморфных химических элементов в месторождениях: касситерит- кварцевой формации в касситерите составляет -15,0903 мэВ, а в кварце -37,1669 мэВ; касситерит-полевошпат-кварцевой
формации для касситерита она составляет -4,5644 мэВ а для кварца - 9,336 мэВ; касситерит- пегматитовой формации для касситерита она составляет -
0,3726 мэВ, а для кварца -9,336 мэВ, то при прохождении электрического тока и температурного воздействия наибольшее изменение г в ходе перераспределения электронов при развале составных ядер должно наблюдаться для касситерито-кварцевой формации. Несколько меньше оно должно быть для кварца из месторождений касситерит-полевошпат- кварцевой формации и еще ниже для кварца из месторождений касситерит- пегматитовой формации.
Таким образом, удельное электрическое сопротивление может характеризоваться не только ионной проводимостью, возникающей в ходе диссоциации воды, но и электронной проводимостью, создаваемой в ходе перераспределения электронов в процессе развала составных ядер.
6. Изотопный состав химических элементов в минералообразующем растворе олово-вольфрамо-вых месторождений.
Изотопный состав химических элементов составных ядрах формировался в глубинном веществе при делении ядер и захвате свободных электронов в зависимости от энергии связи в составных ядрах. В месторождениях касситерит- пегматитовой формации составные ядра:
М(73181Та) = М(5012^п + 818О + 143^1 + 13Н + 6 п) характеризуются энергией связи -1,39725 мэВ; М(73181Та) = М( 5012^п + 818О + м3^ + 12Н + 7п) -+4,9370 мэВ; М(73181Та) = М( 5012^п + 818О + 1430 Si +
11Н + 8п) - +7,17255 мэВ.
В месторождениях касситерит- полевошпат-кварцевой формации составные ядра: М(50П^п) = М(214^с + 2864№ + 13Н) характеризуются энергией связи -4,5644; М(50П^п) = М(214^с + 2864№ + 12Н + п)- +1,7699 мэВ; M(50112Sn) = М(214^с + 2864№ + 11Н + 2п)- + 4,0055 мэВ.
В месторождениях касситерит- кварцевой формации составные ядра М(7418^) = М(5012^п + 4046Са +
4 13Н) характеризуются энергией связи -23,4738 мэВ; М (74182^) = М(5012^п + 4046Са +12Н + 313Н + п)- -17,1396 мэВ; М (74^)= M(50124Sn + 4046Са +11Н + 12Н +2 13Н +3п)- - 8,5698 мэВ.
Из этих данных видно, что в месторождениях касситерит- пегматитовой формации протекают реакции с участием 13Н, в касситерит- полевошпат-кварцевой формации - с участием13Н и 12Н, а в касситерит- кварцевой формации с участием всех изотопов, т.е. 13Н, 12Н и 11Н. В этом же направлении и облегчается изотопный состав углерода.
7. Общие процессы рудообразования
Исходя из проведенных исследований концентрация рудных компонент происходит в составных ядрах на стадии развала глубинного вещества и захвата свободных электронов, затем на стадии подсоединения и распределения валентных электронов, со-
провождающейся дифференциацией магматического расплава, и заканчивается сегрегационной или гидротермальной концентрацией рудного вещества.
Механизмы концентрации рудного вещества.
К наиболее вероятным механизмам концентрации рудных компонентов на стадии деления глубинного вещества и захвата свободных электронов следует отнести:
♦ взаимоотношение энергии расплава с энергией связи составных ядер ( при энергии расплава меньше энергии связи составных ядер последние концентрируются в расплаве);
♦ минимум энергии связи в составных ядрах при т1=т2и m1+m2- const , обусловливающий с одной стороны легкость их образования (концентрирования), а с другой - легкость их разрушения при последующих внешних воздействиях (высвобождение рудных компонентов из магматического расплава);
♦ взаимоотношение энергии связи ядер в составных ядрах и энергии связи электронов с ядром, при которой тяжелые ядра с одной стороны удерживаются меньшей энергией связи ядер по сравнению с легкими, а с другой стороны более сильная связь электронов с тяжелыми ядрами обусловливает концентрацию химических элементов со средней массой.
Следовательно, глубинная концентрация рудного вещества обусловлена уровнем запасенной внутренней энергии и темпом ее изменения, а также зависимостью энергии связи составных ядер от соотношения масс и количества захваченных электронов.
Концентрация рудного вещества в дифференцирующем расплаве обусловлена темпом потери энергии расплава, который вызывает с одной стороны последовательную полимеризацию полианионов, а с другой стороны высвобождаемая энергия приводит к деполимеризации полианионов с низкой энергией комплексообразователей. Именно такая последовательная многократная тандем- дифференциация в магматическом расплаве приводит к сепарации рудных компонент.
Наиболее вероятные способы образования сегрегационных руд магмы таковы:
♦ гравитационное осаждение кристаллов;
♦ сортировка растущих кристаллов в движущейся магме;
♦ отделение несмешивающейся сульфидной жидкости от силикатной.
Гидротермальная концентрация рудного вещества связана с изменением pH, Eh, T, P и концентрацией в рудообразующем растворе.
Таким образом, в процессе эволюции глубинного вещества сначала происходит концентрация рудных компонент в составных ядрах на стадии деления глубинного вещества на более мелкие компоненты и захвата свободных электронов, а затем на стадии подсоединения и перераспределения валентных электронов (дифференциация магматического расплава) и заканчивается сегрегационной или гидротермаль-
ной концентрацией рудного вещества. Степень проявления этих процессов и обусловливает рудонос-ность интрузий и их специализацию.
Общие выводы
1. Химизм рудообразующего раствора олововольфрамовых месторождений различных формаций задается типоморфными группами химических элементов составных ядер, что служит доказательством в пользу существования нового механизма концентрации рудных компонент в составных ядрах до становления магматического расплава (до процесса подсоединения к атомам валентных электронов) на стадии развала глубинного вещества на частицы и захвата ими свободных электронов .
2. Месторождения касситерит- пегматитовой формации характеризуются окислительным режимом, который ослабляется после образования касситерита. Окислительный потенциал при кристаллизации S„ задавался составными ядрами Sc и Та, а при кристаллизации кварца составными ядрами Та и Sn. Ослабление окислительного потенциала в рудообразующем растворе происходило за счет ОН. Недостаточно большая отрицательная энергия связи обусловливает развал составных ядер только с самыми тяжелыми изотопами химических элементов.
3. Месторождения касситерит- полевошпат- кварцевой формации характеризуются восстановительной средой, восстановительный потенциал которой ослаблялся после образования касситерита. Восстановительный потенциал при кристаллизации касситерита задавался составными ядрами Sn , содержащими Sc, а при кристаллизации кварца- составными ядрами Та, содержащими ядра Si. Понижение восстановительного потенциала происходило за счет уменьшения Н в растворе. Наибольшая отрицательная энергия связи составных ядер обусловливает деление составных ядер преимущественно с тяжелыми изотопами.
4. Месторождения кварц-касситеритовой формации характеризуются окислительной средой, окислительный потенциал которой усиливался после кристаллизации кварца. Окислительный потенциал при кристаллизации касситерита задавался составными ядрами W, содержащими ядра Sn, а при кристаллизации кварца - составными ядрами Та, содержащими Si. Повышение окислительного потенциала происходило за счет увеличения О2 в растворе. Большая отрицательная энергия связи составных ядер обусловливает их деление с любым изотопным составом.
5. Удельное сопротивление зависит от окислительно- восстановительных свойств рудообразующего раствора и понижается с увеличением окислительного потенциала, увеличением содержания воды в растворе и увеличением отрицательного значения энергии связи составных ядер.
6. Деление составных ядер может происходить в ходе эксперимента по измерению удельного сопротивле ния,которое в зависимости от энергии связи будет по-разному оказывать влияние на величину г. Для кварца из месторождений касситерит- пегматитовой формации такое влияние минимально; для кварца из месторождений касситерит-полевошпат- кварцевой формации оно увеличивается; для кварца из месторождений кассите-рит-кварцевой формации оно максимально.
7. Общий изотопный состав химических элементов в рудообразующем растворе олово-вольфрамовых месторождений задается химизмом и энергией связи составных ядер: для рудообразующих растворов оло-во-вольфрамовых месторождений касситерит- пегматитовой и касситерит- кварцевой формаций изотопный состав химических элементов несколько утяжелен по сравнению с изотопным составом химических элементов рудообразующего раствора касситерит- кварцевой формации.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гаррелс Р.Н., Крайст Ч.Л. Растворы, минералы, равновесия. Мир, М., 1968, сс. 368.
2. Геологический словарь. Недра. М. 1978, сс. 455.
3. Григорьев И.Ф. Геохимическая характеристика оловянных и оловянно- вольфрамовых месторождений Восточной Сибири. Труды Московского Геологоразведочного Института им. С. Орджоникидзе, Том XXXVII, Геология и разведка, Государственное научно- техническое издательство, М. 1961, сс. 90-91.
4. Доломанова Е.И., Носик Л.П. Геохимические особенности формирования оловорудных месторождений по данным изотопного состава химических элементов газовожидких включений минералов. М. Наука, 1982, вып. 30, с.с. 70-91.
5. Капустинский А.Ф. К теории Земли. В книге: Вопросы геохимии и минералогии. АН СССР, М., 1956 с.с.37-71.
6. Мухин К.Н. Экспериментальная ядерная физика. Том 1. Энергоатомиздат,М., 1983, с. 500.
7. Носик Л.П. Изотопные методы при изучении мине-ралообразования. М.,Наука, 1986, с. 222.
8. Успенская А.Б. Температурные зависимости удельного электрического сопротивления жильного кварца оло-во-рудных месторождений. Новые данные о минера-лах.М., Наука, 1985, вып.32, с. 146-154.
9. Успенская А.Б. Носик Л.П. Влияние физико- химических условий образования кварца оловянно- вольфрамовых месторождений на величину его удельного электрического сопротивления. ДАН СССР, н. Том 291, №2, 1986, сс 434-437.
10. Успенская А.Б., Носик П.Л. Носик Л.П. Вода в геовеществе Земли. Тезисы докладов Международного совещания «Г еофизические предпосылки и следствия дегидратации Земной коры»,М. 1996. С.15
11. Успенская А.Б. Носик П.Л., Носик Л.П. Новые изотопно- геохимические представления о эволюционирующем глубинном веществе. В печати.
© П.Л. Носик
