ИСТИНА

Проект направлен на моделирование физико-химических условий генезиса тантало-ниобиевых месторождений различных типов, а также на выяснение причин систематического уменьшения величины Nb/Ta отношения в ходе эволюции нормальных и обогащенных глиноземом гранитов. Будет экспериментально исследована растворимость пирохлора и лопарита в щелочных магматических расплавах, в которых эти минералы являются основными концентраторами Ta и Nb. В результате будут оценены физико-химические условия, при которых возможно насыщение магматических расплавов различного состава относительно исследованных минеральных фаз. Планируется экспериментальное изучение распределения Ta и Nb между рутилом (ильменорутилом-стрюверитом) и алюмосиликатным расплавом, которое, по мнению многих исследователей, играет основную роль в процессе магматического фракционирования Ta и Nb в условиях земной коры. Кроме того, предполагается исследование влияния давления на распределение Ta и Nb между гранитоидными расплавами и водным фторидным флюидом. В работах по Проекту планируется проведение экспериментальных исследований в сравнительно низкотемпературной (600-850oC) области, представляющей наибольший интерес для приложения к природным объектам, и в диапазоне давления 100-400 МПа с последующим изучением результатов экспериментов комплексом аналитических методов. В этих условиях магматический расплав и водно-солевой флюид на заключительных стадиях кристаллизации пород могут сосуществовать либо совместно, либо в виде единого остаточного раствора-расплава. Для корректировки направлений и интерпретации результатов экспериментальных исследований предполагается использование как ранее полученных авторами экспериментальных и природных данных, так и проведение полевых исследований по изучению условий образования высокодифференцированных редкометальных дайковых комплексов и гранитов Салминского плутона (Северное Приладожье) и, возможно, агпаитовых нефелиновых сиенитов и пегматитов Ловозерского массива (Кольский полуостров). Полученные в ходе выполнения Проекта количественные характеристики растворимости и коэффициентов распределения и обмена ниобия и тантала, а также результаты полевых исследований будут в дальнейшем использованы при построении моделей образования редкометальных месторождений различного генезиса.

The project is aimed at modeling the physicochemical conditions of the genesis of various types of tantalum-niobium deposits, as well as on the determination of reasons for the systematic decrease in the Nb/Ta ratio during the evolution of normal and peraluminous granites. Experimentally the solubility of pyrochlore and loparite in peralkaline magmatic melts, in which these minerals are the main concentrators of Ta and Nb, will be investigated. As a result, the physicochemical conditions can be estimated, at which the saturation of magmatic melts of different composition by the studied mineral phases is possible. An experimental study of the partitioning of Ta and Nb between rutile (ilmenorutile-struverite) and aluminosilicate melt is planned, which, in the opinion of many researchers, plays a major role in the process of magmatic fractionation of Ta and Nb in the earth's crust. In addition, the investigation of the pressure influence on the partitioning of Ta and Nb between granitoid melts and aqueous fluoride fluid is assumed. In the works on the Project, the realizations of experimental studies are planned in relatively low-temperature (600-850oC) region of greatest interest for application to natural objects, and in the pressure range of 100-400 MPa and followed by study of experimental results by a set of analytical methods. At these conditions, the magmatic melt and aqueous-salt fluid can coexist during the final stages of crystallization of rocks either together or as a single residual solution-melt. For the correction of directions and interpretation of the results of experimental studies, it is assumed that both experimental and natural data obtained by the authors before will be used as well as field researches on studying the conditions for formation of highly differentiated rare-metal dike complexes and granites of the Salminsky pluton (Northern Ladoga) and, possibly, agpaitic nepheline syenites and pegmatites of the Lovozero massif (Kola Peninsula). The quantitative characteristics of solubilities and the partitioning and exchange coefficients of niobium and tantalum, as well as the results of field research obtained during Project performance will be used further at the construction of models for the formation of rare metal deposits of various genesis.

2020 год. 1. В случае необходимости проведение дополнительных экспериментов с целью доработки и уточнения полученных ранее в 2018-2019 гг. результатов исследований. 2. Обобщение полученных результатов по растворимости Ta-Nb минералов и изменению Nb/Ta отношения в магматических расплавах, а также по распределению Ta и Nb между водным фторидным флюидом и алюмосиликатными расплавами различного состава в зависимости от T-P-X параметров. 3. Оценка вероятных физико-химических условий генезиса ниобиевых и танталовых магматических месторождений различного типа. Обоснование возможных механизмов уменьшения Nb/Ta отношения в ходе эволюции нормальных и обогащенных глиноземом гранитов. 4. Выступление с докладами по полученным результатам на научных совещаниях. Подготовка и публикация в рецензируемых научных журналах одной-двух обобщающих статей с результатами, полученными по данному Проекту. Цели работ на 2019 г. прямо связаны как с основной задачей проекта, так и с общим 3-х годичным планом работ. 1. Экспериментальное исследование растворимости Nb-содержащего лопарита в кислых и щелочных расплавах, обогащенных F, H2O и Li, при Т= 650 –850oC и Р =100 МПа. Изучение влияния температуры и состава расплава (щелочные, субглиноземистые и обогащенные глиноземом составы) на содержание Nb в расплаве (Чевычелов В.Ю., Котова Н.П., Вирюс А.А.). 2. Экспериментальное исследование растворимости Nb-содержащего ильменорутила или Ta(Nb)-содержащего ферротапиолита в кислых и щелочных расплавах, обогащенных летучими компонентами и литием, при Т =650 –850oC и Р =100 МПа. Изучение влияния температуры и состава расплава на содержания Ta и Nb и Nb/Ta отношения в расплаве (Чевычелов В.Ю., Редькин А.Ф., Вирюс А.А.). 3. Комплексные аналитические исследования результатов экспериментов (Чевычелов В.Ю., Вирюс А.А.). 4. Подготовка и выступление с докладами по полученным результатам на научных совещаниях (возможно, (1) 15th Biennial Meeting of the Society for Geology Applied to Mineral Deposits в Глазго, Великобритания; (2) Хитариада – ВЕСЭМПГ-2019 в Москве; (3) «Физико-химические и петрофизические исследования в науках о Земле» в Москве и другие совещания). Подготовка и сдача в редакцию рецензируемого научного журнала не менее одной статьи с полученными по данному Проекту результатами (Чевычелов В.Ю., Редькин А.Ф., Котова Н.П., Вирюс А.А.). К концу 2018 года мы ожидаем: (1) Получить количественные экспериментальные данные по растворимости пирохлора в высокоглиноземистых, субглиноземистых и щелочных алюмосиликатных расплавах при Т= 650-850oC и Р=100 МПа. Эти результаты позволят количественно оценить влияние температуры и состава магматического расплава на содержания Ta и Nb и эволюцию Nb/Ta отношения в расплаве. (2) Будет количественно оценено влияние давления на содержания Ta и Nb и изменение Nb/Ta отношения в расплаве в результате экспериментального изучения растворимости пирохлора при Т=750oC и Р=400 МПа в обогащенных летучими компонентами расплавах. (3) По результатам полевых исследований будут оценены геохимические и физико-химические особенности условий образования и эволюции поздних фаз гранитов Салминского массива. (4) Будут подготовлены и проведены выступления с докладами по полученным результатам на нескольких научных совещаниях в России и, возможно, за рубежом. Будут начаты работы над публикациями в рецензируемых научных журналах. (5) Будут отобраны и подготовлены для планируемых в 2018 г. экспериментов кристаллы (Nb,Ta)-содержащих лопарита и ильменорутила-стрюверита.

Экспериментальные данные по растворимости колумбита в расплавах природных Li-F гранитов при T=740-980oC и Р=100 МПа представлены в (Чевычелов, 2013). Установлено, что при 820oС растворимость колумбита в исследованных расплавах довольно низкая. Содержание Ta составляет 0.20-0.14 мас.%, а содержание Nb - около 0.17 мас.%, при этом отношение Nb/Ta изменяется от 0.8 до 1.1. С понижением температуры от 980 до 740oC растворимость колумбита заметно падает, причем, если содержание Ta уменьшается в 5-6 раз от 0.71 до 0.12-0.15 мас.%, то содержание Nb – в 9 раз от 0.82 до 0.09 мас.%. При этом Nb/Ta отношение в расплаве уменьшается от 1.2 до 0.7. Установлено, что при растворении колумбита в расплаве Li-F гранита коэффициенты диффузии Ta и Nb на 1.5-2 порядка меньше этих коэффициентов для Fe и Mn (Чевычелов и др., 2005). Нами впервые были получены экспериментальные количественные данные по распределению Ta, Nb и F между ~1н фторидным флюидом и щелочными и кислыми расплавами различного состава (A/NKM = 0.5-1.6) в температурных диапазонах 650-850oC и 900-1200oC при P=100 МПа (Чевычелов и др., 2005; Бородулин и др., 2009; Чевычелов, 2013). Коэффициенты распределения Ta и Nb (fluid/meltD = fluidC/meltC) меньше 0.1, то есть распределение этих металлов резко смещено в пользу расплава. Коэффициенты распределения Ta и Nb возрастают как с увеличением коэффициента A/NKM расплава, так и с ростом температуры. Уменьшение температуры оказывает более заметное влияние на величину DTa и значительно слабее влияет на DNb. Авторы также изучали минералогию и геохимию Этыкинского и Орловского танталовых месторождений в редкометальных Li-F гранитах и тантал-ниобиевого месторождения Тайкеу в щелочных альбитизированных гранитах (Чевычелов и др., 2003; 2005; Васильев и др., 2008; Zaraisky et al., 2008; Зарайский и др., 2009). Рассмотрены основные закономерности изменения состава тантало-ниобатов, и оценены физико-химические условия их образования.

Ожидаемые к концу 2020 г. научные результаты. 1. Будут получены количественные экспериментальные данные при Т =650 -750oC и Р =100 МПа по растворимости Nb-содержащего ильменорутила (Ti,Nb,Fe3+)O2 и Ta-содержащего ферротапиолита Fe2+(Ta,Nb)2O6 в высокоглиноземистых, субглиноземистых и щелочных гранитоидных расплавах. Данные результаты позволят количественно оценить влияние температуры и состава магматического расплава на содержания Ta, Nb и Ti в расплаве при растворении этих минералов. 2. Будут обобщены данные по растворимости Ta-Nb минералов и изменению Nb/Ta отношения в магматических расплавах зависимости от T-P-X параметров. 3. В подготовленных публикациях будут представлены вероятные физико-химические условия генезиса ниобиевых и танталовых магматических месторождений различного типа и предложено объяснение возможных причин уменьшения Nb/Ta отношения в ходе эволюции нормальных и обогащенных глиноземом гранитов (Чевычелов В.Ю.). 4. Будут подготовлены и проведены выступления с докладами по полученным результатам на научных совещаниях (возможно, (1) Хитариада – ВЕСЭМПГ-2020, в г. Москве; (2) XVIII Российское совещание по экспериментальной минералогии, в г. Иркутске (3) «Физико-химические и петрофизические исследования в науках о Земле» в г. Москве и другие совещания). Будут подготовлены и сданы в рецензируемый научный журнал (журналы) одна или даже две обобщающие статьи с результатами, полученными по данному Проекту. К концу 2019 года мы ожидаем получить следующие научные результаты: 1. Будут получены количественные экспериментальные данные при Т =650 -850oC и Р =100 МПа по растворимости Nb-содержащего лопарита (Na,Ce,Ca,Sr,Th)(Ti,Nb,Fe)O3 в высокоглиноземистых (A/NK= 1.3-1.5), субглиноземистых (A/NK= 1.0-1.1) и щелочных (A/NK= 0.6-0.7) гранитоидных расплавах. Данные результаты позволят количественно оценить влияние температуры и состава магматического расплава на содержание Nb в алюмосиликатном расплаве при растворении лопарита. 2. Будут получены количественные экспериментальные данные при Т =650 -850oC и Р =100 МПа по растворимости Nb-содержащего ильменорутила (Ti,Nb,Fe3+)O2 или Ta(Nb)-содержащего ферротапиолита Fe2+(Ta,Nb)2O6 в высокоглиноземистых, субглиноземистых и щелочных гранитоидных расплавах. Данные результаты позволят количественно оценить влияние температуры и состава магматического расплава на содержания Ta и Nb и Nb/Ta отношение в гранитоидных расплавах различного состава при растворении этих минералов. 3. Будут проведены комплексные аналитические исследования полученных экспериментальных материалов. 4. Будут подготовлены и проведены выступления с докладами по полученным результатам на научных совещаниях (возможно, (1) 15th Biennial Meeting of the Society for Geology Applied to Mineral Deposits в Глазго, Великобритания; (2) Хитариада – ВЕСЭМПГ-2019 в Москве; (3) «Физико-химические и петрофизические исследования в науках о Земле» в Москве и другие совещания). Будет подготовлена и сдана в рецензируемый научный журнал, вероятно в журнал «Доклады Академии Наук», одна статья с полученными по данному Проекту результатами. К концу 2018 года мы ожидаем получить следующие научные результаты: 1. Будут получены количественные экспериментальные данные при Т= 650, 750 и 850oC и Р=100 МПа по растворимости пирохлора (Na,Ca)2(Nb,Ta)2O6(OH,F) в высокоглиноземистых (A/NK= 1.4-1.8), субглиноземистых (A/NK= 1.1-1.3) и щелочных (A/NK= 0.6-0.8) алюмосиликатных расплавах. Данные результаты позволят количественно оценить влияние температуры и состава магматического расплава на содержания Ta и Nb и эволюцию Nb/Ta отношения в расплаве. При необходимости, для анализа содержаний Nb и Ta в закалочном стекле после эксперимента, помимо микрозондового анализа, будет опробована методика анализа содержания примесных компонентов с помощью ионного микрозонда (метод вторичной ионной масс-спектрометрии). 2. В результате экспериментального изучения растворимости пирохлора в обогащенных летучими компонентами магматических расплавах при Т= 750oC и Р= 400 МПа будет количественно оценено влияние давления на содержания Ta и Nb и изменение Nb/Ta отношения в расплаве. Эти данные будут сопоставлены с ранее полученными при Р= 100 МПа (п. 1). Эти впервые полученные результаты (пп. 1 и 2) будут в дальнейшем использованы для получения количественных данных о физико-химических условиях формирования тантало-ниобиевых редкометальных месторождений. 3. По результатам полевых исследований будут оценены геохимические и физико-химические особенности условий образования и эволюции поздних фаз гранитов Салминского массива. 4. Будут подготовлены и проведены выступления с докладами по полученным результатам на научных совещаниях (возможно, «Физико-химические и петрофизические исследования в науках о Земле» в г. Москве, «Годичное собрание Российского Минералогического общества» в г. Санкт-Петербурге, ВЕСЭМПГ, Goldschmidt-2018 или другие совещания). Будут начаты работы над публикациями в рецензируемых научных журналах с использованием полученных по данному Проекту результатов. 5. Будут отобраны и подготовлены для планируемых в 2019 г. экспериментов кристаллы (Nb,Ta)-содержащих лопарита и ильменорутила-стрюверита. В случае невозможности отобрать природный материал, нами будет предпринята попытка синтезировать эти минеральные фазы.