Минералого-геохимические особенности хромититового горизонта UG-2 Восточного сектора Бушвельдского комплекса, ЮАР

Семиколенных, Евгения Сергеевна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Минералого-геохимические особенности хромититового горизонта UG-2 Восточного сектора Бушвельдского комплекса, ЮАР
ВАК РФ 25.00.09, Геохимия, геохимические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Минералого-геохимические особенности хромититового горизонта UG-2 Восточного сектора Бушвельдского комплекса, ЮАР"

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет»

Минералого-геохимические особенности хромититового горизонта 1Ю-2 Восточного сектора Бушвельдского комплекса, ЮАР

Специальность 25.00.09 - геохимия, геохимические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

На правах рукописи

Семиколенных Евгения Сергеевна

2 8 НОЯ 2013

Санкт-Петербург 2013

005540265

Работа выполнена на кафедре геохимии геологического факультета Санкт-Петербургского государственного университета

Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук, профессор СПбГУ, г. Санкт-Петербург Елена Геннадьевна Панова

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук, и. о. зав. каф. исторической и динамической геологии СПГГИ, г. Санкт-Петербург Ирина Владимировна Таловина

кандидат геолого-минералогических наук, доцент СПбГУ, г. Санкт-Петербург Юрий Степанович Полеховский

Ведущая организация:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии геохронологии докембрия Российской академии наук (ИГГДРАН), г. Санкт-Петербург

Защита состоится «19» декабря 2013 г. в 15-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.232.25 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7/9, геологический факультет, ауд. 52.

E-mail: e.badanina@spbu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им. А. М. Горького при Санкт-Петербургском государственном университете.

Автореферат разослан «Ц» ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат геол.-мин. наук

Е.В. Баданина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальност ь исследования

Платиновые металлы являются важными стратегическими полезными ископаемыми, благодаря ряду их уникальных свойств, находящими все более широкое применение в различных отраслях промышленности.

Крупнейшие месторождения платинометальных руд связаны с интрузивными комплексами Бушвельд (ЮАР), Стиллуотер (США) и Великая Дайка (Зимбабве). В Бушвельдском комплексе сконцентрировано около 80 % мировых запасов суммы элементов платиновой группы (ЭПГ) и около 88 % запасов платины. В настоящее время в пределах массива отрабатываются три основных платиноносных пласта: Риф Меренского (с 20-х гг. XX в.) и хромититовый горизонт UG-2 (с 70-х гг. XX в.), проявленные в западном и восточном секторах Бушвельдского комплекса, а так же Платриф (с 1993 г.) - на севере.

Хромититовый горизонт UG-2, прослеживающийся по простиранию на десятки километров, является уникальным и крупнейшим в мире источником добычи ЭПГ (до 50% запасов и ресурсов ЭПГ всего Бушвельдского комплекса). Кроме того, горизонт является крупным месторождением хромитов (хромшпинелидов), запасы которого оценены в 5,42 млрд. т. (Von Gruenewaldt, 1977/ Главные центры добычи платинометальных руд пласта расположены в пределах наиболее изученного Западного сектора Бушвельдского комплекса. Месторождения Восточного сектора в настоящее время активно разведываются и подготавливаются к промышленному освоению.

Несмотря на то, что исследованию Бушвельдского комплекса в целом и основных платинометальных месторождений в его пределах, в частности, посвящено огромное количество работ, направленных на изучение геологического строения, минерального и химического состава пород, особенностей минерального состава платиноидов, получение изотопных характеристик и решение проблем генезиса платиноносных горизонтов, системному минералого-геохимическому анализу и выявлению пространственно-временных закономерностей распределения оруденения до сих пор не уделялось достаточного внимания.

Важность подобного рода исследований очевидна для создания общей генетической модели формирования платиноидного оруденения, прогноза и поиска новых объектов, а так же для разработки оптимальной технологии рудоподготовки и флотационного обогащения руд малосульфидных месторождений.

Целью работы явилось изучение минералого-геохимических особенностей подготавливаемого к эксплуатации месторождения UG-2 Восточного сектора Бушвельдского комплекса и определение пространственно-временных закономерностей распределения оруденения.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: 1 - выявление общих закономерностей геологического строения горизонта UG-2 и вариаций его минерального и химического составов в пределах Восточного сектора на протяжении 100 км;

2-исследование онтогенических особенностей и типохимизма хромшпинелидов горизонта UG-2;

3-установление состава и закономерностей распределения минералов платиновой группы в хромититах.

Фактический материал и методы исследования

Основой для написания диссертации послужили материалы, собранные автором в пределах хромититового горизонта UG-2 Восточного сектора Бушвельдского комплекса во время работ в 2006 г. в компании Англо-Платинум. В состав полевых работ входили: документация строения горизонта UG-2 по обнажениям, подземным выработкам и буровым скважинам (60 п. м.). Автором отобран материал из 10 наиболее представительных скважин, пересекающих хромититовый горизонт UG-2 на всем протяжении изучаемой территории с севера на юг: участки Diamand, Brakfontain, Twickenham, Onverwacht, Winterveld, Richmond, Der Brochen и SHE1. Пробоподготовка была осуществлена автором и включала отбор проб (1250 шт.), изготовление аншлифов и шайб (55 шт.), 110 прозрачно-полированных шлифов были изготовлены в лабораторном комплексе компании Англо-Платинум в г. Йоханнесбурге. Экспериментальная часть работы проведена на базе Минералогической лаборатории компании Англо-Платинум в г. Йоханенсбурге (ЮАР), на кафедрах геохимии и ГМПИ в СПбГУ, а так же в Центре Рудных Месторождений Университета Тасмании (Австралия). Минерачого-петрографическое изучение шлифов и аншлифов проведено на оптических микроскопах Leica DM 2500, Olympus ВХ60 и Nikon. Проведено изучение более 150 прозрачно-полированных шлифов и аншлифов. Микрозондовый анализ рудных минералов выполнен на микрозондах JEOL JSM, HITACHI ТМ3000, Cameca SX-100. Электронная микроскопия хромититов горизонта UG-2 выполнена с использованием сканирующего электронного микроскопа FEIQUANTA 600. Рентгенофлуоресцентный анализ (246 проб) и пробирный анализ (227 проб) платиноидов проведен в компании Англо-Платинум в г. Йоханенсбурге (аналитик Аллан Вильсон). РФА 46 проб хромититов проанализировано на кафедре ГМПИ в СПбГУ (аналитик А. П. Бороздин). Статистическая обработка результатов анализов выполнена с помощью

метода главных компонент факторного анализа (МГК ФА) (программа 81ай51ка 8).

Личный вклад автора заключается в самостоятельном сборе и обработке каменного материала, пробоподготовке, проведении всех исследований, статистической обработке информации, интерпретации полученных результатов.

Научная новизна

Установлены минеральные ассоциации и химизм пород горизонта на участках, подготавливаемых к освоению вдоль Восточного сектора Бушвельдского комплекса.

На основе онтогенического анализа выделено три генерации хромшпинелидов, последовательно образовавшихся во времени и в различной степени проявленных вдоль Восточного сектора, выявлены особенности их типохимизма.

Впервые определены особенности химического состава и закономерности распределения минералов платиновой группы в изученных участках горизонта иО-2 Восточного сектора.

Практическая значимость

Определены минералого-геохимические показатели, отражающие продуктивную платиноносность горизонта \5G-2 Восточного сектора Бушвельдского комплекса.

Выявленные онтогенические и типохимические особенности хромшпинелидов позволяют создать оптимальную схему извлечения полезных компонентов.

Полученные материалы могут быть использованы при создании генетических моделей формирования оруденения, а так же при разработке поисково-оценочных критериев выявления объектов подобного типа.

Апробация и публикации

Материалы по теме диссертации докладывались в Университете Витватерсранда г. Йоханнесбурга (ЮАР) в 2006 г., в компании Англо-Платинум в г. Йоханнесбурге в 2006 г., на студенческих научных конференциях в СПбГУ в 2007, 2010, 2013 гг., на XV научном симпозиуме "Металлогения древних и современных океанов-2009" в Миассе, на XV Международном симпозиуме студентов и молодых ученых в Томске в 2011 г., на геологическом Платиновом Форуме в г. Йоханнесбурге (Ньютаун, Турбинхолл) в 2013 г.

По теме диссертации опубликовано 7 научных работ, 2 из них в изданиях ВАК.

Объем и структура работы

приводится литературный обзор по теме исследования, в главе 2 описываются основные методы полевых и лабораторных работ, в главах 3 - 5 приведены основные результаты работы. В заключении проводится анализ полученных данных.

Благодарности

Огромную благодарность автор выражает своему научному руководителю док. г.-м. н. Е. Г. Пановой за постоянное внимание к работе и ценные замечания. Автор благодарит к. г-м. н. С. В. Петрова за помощь и поддержку на разных этапах исследования. Автор глубоко благодарен главному главному геологу Гордону Чаннетту за организацию полевых работ на Бушвельдском комплексе и проф. Аллану Вилсону за проведение анализов на ЭПГ. Плодотворными были консультации с проф. А. Дж. Налдреттом, проф. Д. Коффод и проф. П. Хеем из Университета Витватерсранд, Йоханнесбург. Большую благодарность автор выражает проф. А. А. Предовскому, принявшему участие в обобщении полученных фактических данных и их интерпретации. Постоянное внимание и ценные советы со стороны ст. преп. ГМПИ С.И. Корнеева сопровождали все стадии данного исследования. Автор приносит благодарность к. г-м. н. Ю. В. Назимовой и к. г-м. н. Т. С. Зайцевой за плодотворное обсуждение результатов работы и поддержку. Незаменимую помощь на разных этапах

работы оказали А. В. Антонов, к. г-м. н. А. П. Бороздин, к. г-м. н. [М. М.

[Болдырева, проф. |а! Э. Гликин, проф. А. Н. Зайцев, проф. А. Б. Кольцов, к. г-м. н. Е. Н. Перова, к. г-м. н. Е. В. Пушкарев, проф. Л.Ф. Сырицо, к. г-м. н. Е. В. Толмачева, к. г-м. н. С.Ю. Янсон, за что автор им премного благодарен. Автор выражает благодарность проф. Университета Д. Каменецкому за предоставленную возможность проведения исследований в аналитическом центре Университета Хобарта в Тасмании. Данные исследования были проведены при поддержке гранта СПбГУ на стажировки аспирантов в зарубежных вузах (шифр 3.39.1138.2011). Автор благодарит всех сотрудников кафедр геохимии и ГМПИ СПбГУ за ценные замечания, помощь и поддержку.

ОБОСНОВАНИЕ ЗАЩИЩАЕМЫХ ПОЛОЖЕНИЙ

Положение 1. Геологическое строение горизонта 1ГС-2, его минеральный и химический состав в северной, центральной и южной частях Восточного сектора неоднородны и закономерно меняются по простиранию. Наиболее продуктивная платиноидная минерализация характеризуется преобладанием Рс1 над 14, повышенной долью легкоплавкой составляющей платиноидов, индикаторной ассоциацией с Си и № и приурочена к хромититам наименьшей мощности, расположенным на севере.

Бушвельдский комплекс, расположенный в северо-восточной части ЮАР, является крупнейшей в мире мафит-ультрамафитовой интрузией в форме лополита, его площадь составляет около 67000 км2, возраст оценивается в 2060 млн лет. Величайшие в мире запасы ЭПГ, Au, Cr, Ti, V связаны с расслоенной серией Растенбург, являющейся составной частью Бушвельдского комплекса. В пределах расслоенной серии снизу вверх по разрезу последовательно сменяют друг друга Краевая Зона (Marginal Zone) норитов с подчиненными пироксенитами, Нижняя Зона (Lower Zone) бронзититов, гарцбургитов и дунитов, Критическая Зона (Critical Zone) пироксенитов, плагиопироксенитов, норитов, анортозитов и хромититов, Главная Зона (Main Zone) норитов, габбро-норитов и Верхняя Зона (Upper Zone) анортозитов, магнетитовых габбро. Промышленный хромититовый горизонт UG-2 с богатой платиновой минерализацией приурочен к верхней части Критической Зоны. Он залегает между хромититовым горизонтом UG-1, располагающимся ниже по разрезу, и вышележащим рифом Меренского.

Проведено сравнительное сопоставление строения горизонта UG-2 по его простиранию в пределах Восточного сектора Бушвельдского комплекса с условным разделением участков на «северные» (участки Diamand, Brakfontain, Twickenham), «центральные» (участки Onverwacht, Winterveld), и «южные» (участки Richmond, Der Brochen, SHE1) (рис. 1).

Геологические исследования показали, что строение горизонта UG-2 неоднородно в различных участках Восточного сектора. В северных и центральных участках (участки Diamand, Brakfontain, Twickenham, Onverwacht, Winterveld) горизонт представлен единым слоем мощностью от 40 см до 70 см с отчетливыми извилистыми нижними и прямыми верхними границами с окружающими породами. Подошву горизонта слагает пегматоидный плагио-пироксенит, кровлю - мелкозернистый, в пределах которых нередко развиты сателлитные хромититовые прослои мощностью не более 2 см. В южных участках (участки Richmond, Der Brochen и SHE1) мощность основного пласта крайне переменчива и варьирует на довольно близких расстояниях (в пределах нескольких метров по латерали) от 30 см до 170 см, достигая своих максимальных значений до нескольких метров. Нижняя граница - неровная, волнообразная, верхняя - в большинстве случаев четкая и прямолинейная. В подошве основного пласта, как правило, наблюдается пегматоидный плагио-пироксенит, ниже по разрезу сменяющийся крупнозернистой разностью. В подошве пласта проявлены хромититовые прослои мощностью не более 1 см. В южных участках подошва горизонта представлена как плагио-пироксенитом, так и анортозитом, лейконоритом или их переходными разностями.

/'' чь л

СКВЕРНЫ! УЧАСТКИ

^ЦЕНТРАЛЬНЫ! УЧАСТКИ

ІЇЇЇЇЇІПТ43 И ВГ296

Рис.1. Участки отбора фактического материала в пределах Восточного сектора

—.......... _ Бушвельдского комплекса (Dt43-

iliJi TW571 Diamand; Bf296-Brakfontain, j OV69 Tw571 - Twickenham, Ov69-]wv"30 Onverwacht, Wv30- Winterveld,

jfl RMS6 1Ш RM44 ■H RM40

I I »mi"

I.........[ SHE!

Rm86, Rm44, Rm40- Richmond, Dbl 19- Der Brochen, Shel- Shel. Пунктирная линия -разрывное нарушение (сброс) Steelport.

Кровлю горизонта слагает плагио-пироксенит разной степени зернистости, в пределах которого наблюдаются три сателлитных хромититовых прослоя (1Л1, иТ2, иТЗ) мощностью от первых см до 20 см. В толще горизонта встречаются линзообразные тела или тонкие прямолинейные прослои более лейкократовых пород: норитов, лейконоритов, анортозитов (рис. 2).

Условные обозначения: I Хромитах

I | [егмакшлш.|й плагио-пироксенит

.4* * СрО/ШС-ЗерТ1ИС"ШЙ !ГЯаГИ1>ПИрОКСе1ШТ ^^В

■ Медко-зернистый i i:i агио-п ирокссмит

F--- Лейконорит

' Анортогшт

Рис.2. Строение горизонта UG-2 (с севера на юг-слева направо) в пределах Восточного сектора; скважины DT43, BF296, TW571 - северные участки; OV69, WV30 -центральные; RM86, RM44. RM40, DB119, SHE! - южные.

Проведенные исследования показали, что порода основного пласта 1Ю-2 состоит из хромшпинелида (30-90 об.%), битовнита (анортита) (5-25 об.%), бронзита (энстатита) (5-35 об.%). В подчиненном количестве встречаются сульфиды (1-7 об.%) и минералы платиновой группы (МПГ) (<1 об.%), а так же нерудные малораспространенные минералы: оксиды (минералы группы рутила, кварц), карбонаты (кальцит, доломит), а так же диопсид, тремолит, альбит, апатит, флогопит, биотит, клинохлор, клинтонит, йодерит, эденит, стивенсит, пумпеллиит, цоизит, тальк, серпентин и др.(1-10 об.%). Проведенный сравнительный анализ позволил установить постепенное изменение минерального состава горизонта с севера на юг. Наиболее массивный, сплошной хромшпинелид характерен для северных участков (до 80 об.%), в меньшей степени - для центральных (60 об.%) Восточного сектора, а в южных участках его количество не превышает 35 об.%. Выделения сульфидов распределены крайне неравномерно в пределах Восточного сектора: в северных участках содержание достигают 4-5 об.%, в центральных — 2-7 об.%, в южных — не превышает 1-2 об.%. Количество минералов платиновой группы по всему простиранию горизонта не превышает 0,5-1 об.%

Отмечаются общие закономерности пространственного распределения платиноидов в горизонте 1Ю-2 в пределах Восточного сектора: хромититы северных и центральных участков, имеющие сравнительно меньшую мощность, существенно отличаются повышенными значениями таких показателей, как суммарное содержание ЭПГ (в северных - до 10,6 г/т, в центральных — до 10, 4 г/т), Рс1/Р1 (в северных - 1,27, в центральных - 0,9) и (Р1+Рё+Ш1)/(08+1г+Ки) (в северных - 6,7, в центральных - 5,2). В южных участках среднее суммарное содержание ЭПГ - 5,6 г/т, РсПЧ - 0,54, (Р1+Рё+Ш1)/(Оз+1г+11и) - 4,1.

На основании обработки данных химического состава хромититов МПС ФА выявлено, что рудообразующие элементы образуют две устойчивые ковариантные группы: Рс1, Си и № в северных и центральных участках Восточного сектора, и 1г, Об, Рг и РЬ - в южных участках (рис.3). Обнаруживается тесная корреляционная связь Рё с Си и N1 в хромититах северных и центральных участков Восточного сектора (парные коэффициенты корреляции г= 0,71-0,86 и 0,85-0,87 соответственно), средняя и тесная корреляционная связь Р1 с № (г=0,60 и 0,78 соответственно), тогда как в породах южных участков значение парных коэффициентов корреляции Рс1 с Си и N1 составляет всего 0,31 и 0,36, а Р1 с N1 - 0,01. Корреляционная связь Р1 с 1г, Ов, Яи в хромититах усиливается от северных и центральных участков (г=0,67-0,78) к южным (г=0,77-0,84).

РЙ«

д О

о ° • о д . д С'^7 .N¡65,9(^25 л # • • о ° О О • О • • .О о о о О °о о лгда.оы.п&.пь»

о • Д •д • • дд о • д д о • • ° • <Ъ о • Л

Рис. 3. Диаграмма значений факторов химического состава хромититов горизонта иО-2. При вероятности 5=95%, п =103 и гкр = 0,19; Участки Восточного сектора: 1 -северные, 2 - центральные, 3 -южные.

На основании данных пробирного и рентгенофлуоресцентного анализов пород горизонта 1Ю-2 в разрезе отмечается неравномерный характер распределения платиноидов, Си, N1 в хромититах, значений Рё/П, (Р1+Рё+Шт)/(Оз+1г+Ки) в хромититах. Повышенные содержания ЭПГ приурочены к нижней (иногда средней) и верхней частям. Наблюдается прямая зависимость между суммарным содержанием платиноидов, Си, N1 в хромититах и Рс1/Р1, (Р1+Рс1+Ш1)/(05+1г+11и) отношениями (рис. 4).

Рх/Рй

(И+ЛМВДО^гИЦ

г пи

Ь и/С

М^ЧУЧ;

............

«С.

} А Н

! ^ 'Г"'

: *

■ а *

-«'. к",»»

* Ч N

* »

* и I......

т ? ► »

| )

* 4

■ ! V -

Условные обозначения:

I Хромитмт |

ШП

Мелко-5ерНИС1ЫЙ

■ Псгаатоидный

' шгагио-иироксенш —-1 плагио-пироксенит

Рис. 4. Распределение ЭПГ (ррЬ), значений Р1/Рс1, (Р1+Рё+КЬ)/(08+Ь+Ки), Си и N1 (ррт) в горизонте \JG-2, скв. ВР296.

На основании результатов электронной микроскопии отмечается неравномерный характер распределения перечисленных выше нерудных малораспространенных минералов в пределах Восточного сектора: наиболее широко эти минералы проявлены в северных участках (до 5-10 об.%), в меньшей степени-в центральных (5 об.%); в южных их количество не превышает 1-2 об.%.

Анализ макро и микрокомпонентного элементного состава пород показал, что в северных и центральных участках Восточного сектора, в сравнении с южными, хромититы обогащены Сг, Мп, Бе, "Л, Со, Тп, Оа, ЫЬ, РЬ, Мо и обеднены Са, Б1, Иа, А1, Бг и гг, что может быть связано с различной степенью развития породообразующих и нерудных малораспространенных минералов. Породы подошвы и кровли горизонта в северных и центральных участках, в целом, обогащены N1 и обеднены 81, К и Р в сравнении с южными. Отмечается неравномерный характер распределения петрогенных элементов: для пород подошвы, в отличие от кровли, характерно увеличение Бе, М§, Мп, П, №, Сг, Р и обеднение такими элементами, как А1, Са, Ыа, что может быть обусловлено развитием сателлитных хромититовых прослоев (рис. 5).

Таким образом, строение горизонта, его химический и минеральный состав крайне неоднородны в различных участках Восточного сектора. Хромититы северных и центральных участков, в сравнении с южными, обладают наименьшей мощностью, повышенными суммарным содержанием платиноидов, значениями Рс1/Рг, (Р1+Рс1+Ш1)/(08+1г+11и).

Положение 2. В пределах горизонта 1Ж-2 Восточного сектора выделено три генерации хромшпинелидов, различающихся по составу, особенностям строения минеральных индивидов, последовательно сменяющих друг друга во времени.

На основании минералого-петрографических исследований, микрозондового анализа хромшпинелидов и применения онтогенического подхода (Григорьев, 1961), установлено, что в пределах хромититового горизонта выделяются три генерации хромшпинелидов, последовательно образовавшиеся во времени, в различной степени проявленных вдоль всего Восточного сектора (рис. 6).

Рис. 6. Хромшпинелиды 1, 2 (А) и 3 (Б) генераций в горизонте \JG-2 Восточного сектора Бушвельдского комплекса.

Пересчет общего железа на Fe и Fe проведен с помощью катионного метода (Булах и др., 1995) из расчета кристаллохимической формулы исследуемых хромшпинелидов. При оценке статистической значимости различий в химическом составе хромшпинелидов произведен расчет эмпирических значений t-критерия Стьюдента.

Хромшпинелид -1 наблюдается внутри зерен битовнита (анортита) и бронзита (энстатита), реже - на границах этих минералов. Их размеры составляют, в среднем, 50 мкм. Хромшпинелид первой генерации образует округлые, часто изометричные зерна (до 20 об.%), в редких случаях имеет гипидиоморфные очертания (1-2 об.%.). Есть основания предполагать, что гипидиоморфные зерна хромшпинелида-1 являются наиболее ранними образованиями по отношению к округлым, а вместе они тяготеют к наиболее ранним стадиям образования хромшпинелидов. Хромшпинелид-1 наиболее широко развит в средней и нижней частях основного горизонта. По составу хромшпинелид в северных участках отвечает магнохромиту*, а в южных - хромиту*(табл. 1,рис. 7).

Хромшпинелид-2 проявлен внутри зерен породообразующих силикатных минералов (ортопироксена, плагиоклаза), реже - в их интерстициях. Хромшпинелид второй генерации представляет собой «слившиеся» между собой агрегаты зерен хромшпинелида-1, их размеры составляют от 200 до 800 мкм. Одними из наиболее отличительных особенностей подобных агрегатов является их гипидиоморфизм. Хромшпинелид-2 часто образует скопления, распределенные как хаотично, так и параллельно общей слоистости пород, наиболее широко проявленные в верхней и нижней частях горизонта. Хромшпинелид-2 отличается повышенными содержаниями Mg и Al и пониженными содержаниями Fe и Сг (относительно хромшпинелида -1) и по составу отвечает магнохромпикотиту* в северных участках и магнохромиту - в южных(табл. 1,рис. 7).

Хромшпинелид-3 развит в интерстициях зерен ортопироксена (бронзита или энстатита) и плагиоклаза (анортита или битовнита). Для него характерно образование сложных агрегатов в результате «слияния» хромшпинелида 2-й генерации как с отчетливой границей между зернами, так и незаметной переходной границей с неправильными заливообразными очертаниями. Агрегаты хромшпинелида-3, в большинстве случаев, образуют скопления, расположенные параллельно общей слоистости пород.

* в работе дано упрощенное название минералов. По классификации Н. В. Павлова магнохромиту отвечает магнезиальный субферриалюмохромит, хромиту - железистый субферриалюмохромит или субферрихромит, магнохромпикотиту - магнезиальный хромпикотит или субферрихромпикотит.

Хромшпинелид-3 проявлен в пределах всего горизонта, концентрируется в верхней и нижней, в некоторых случаях-верхней и средней его частях, а так же является основным породообразующим минералом сателлитных хромититовых прослоев в кровле и подошве основного пласта. Хромшпинелид - 3 по составу приближен к хромшпинелиду-1, за исключением проявления в южных участках Восточного сектора (уч-к Richmond), где он отличается повышенными содержаниями Fe и Сг относительно хромшпинелидов первых двух генераций и пониженными содержаниями Mg и А1. По составу хромшпинелид-3 отвечает хромиту по всему простиранию горизонта (табл. 1, рис. 7).

Таблица 1. Состав хромшпинелидов горизонта UG-2 Восточного сектора Бушвельдского комплекса._

Полож. в разрезе горизонта Хромшпинелид -1 Хромшпинелид -2 Хромшпинелид -3

Северная часть Восточного сектора Бушвельдкого комплекса (скв. DT43)

Сателлит, прослой в кровле горизонта - - (Fe2 o.63Mgo,37)i,oo(Cr,,|9 АІ0.58 Feo,2|Tio,02)2,0004

Верхняя часть горизонта (Mg„,51Fe2"o,49)i.oo(Cr,,o7 Alo,7sFeo,l5)2,Oo04 (Mg„.64Fe2~o,36)i,on(Alo,99 СГо,9о Feo.l 1)2,0004 (Fe2"o,53Mgo,47)i,oo(Cri>ti8 АІ0.74 Fe„,,7Ti0,01)2,„0O4

Средняя часть горизонта (Mg|,,58Fe2"o,42)l,Oo(Cri,o9 Alo,56Feo,32Tio,03)2,0<)C>4 - (Fe2"o,56Mgo,44)i,oo(Cri>i5 Alo.61 Fe0,22Ti0,02)2,00O4

Нижняя часть горизонта (Mgo.54Fe2'o,46)i,oo(Cri,oo Alo,82Feo,17)1,9904 (Mg„,66Fe2"o,34)i,oo(Alo,96 Cro,9oFeo,14)2.0o04 (Fe2~0,61 Mgo,39) 1 ,oo(Cr и 5 Alo.61 Fe0,24)2,00O4

Сателлит, прослой в подошве горизонта - - (Fe2"o.67Mgo,33)i,oo(Cr,i,2 АІ0.50 Feo,34Tio,04)2,Oo04

Южная часть Восточного сектора Бушвельдкого комплекса (скв. RM86)

Сателлит, прослой в кровле горизонта - - (Fe2 O,68Mg0,32)l,00(Cri,29 АІ0.50 Feo,2l)2,0o04

Верхняя часть горизонта (Fe2'o,67Mgo,33)i,oo(Cri,34 Alo,42Feo,24)2,0(>04 (Mgo,64Fe2~o,36)i,oo(Cro,98 Alo,82Feo.2o)2,Oo04 (Fe%,75Mg0,25)l,00(Cr|,4| АІ0.40 Fe„,„)2,oo04

Средняя часть горизонта (Fe2"o,55Mgo,45)l,Oo(CrM5 Alo,63Feo,22)2.0o04 (Mgo,62Fe2"o,3s) 1 ,oo(Cr0,97 Alo,87Feo,ls)l,9904 -

Рис. 7. Диаграмма значений 1 -го и 2-го факторов

химического состава хромшпинелидов 1-й (Х-1), 2-й (Х-2) и 3-й (Х-3) генераций в горизонте иО-2 (п=124).

-3.0 -2.5 -2.0 -1-5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 Фактор 1 (60%)

Таким образом, наблюдается закономерное изменение химизма хромшпинелидов при переходе от 1-й к 3-й генерации (магнохромит-магнохромпикотит-хромит - в северных участках и хромит-магнохромит-хромит - в южных).

На рисунке 7 отмечается тот факт, что каждая генерация хромшпинелида в северных участках Восточного сектора отличается повышенным шпинелистым миналом в сравнении с таковой в южных.

Оценка статистической значимости различий химического состава генераций по разрезу проведена с использованием ^критерия Стьюдента. Произведенные расчеты показали наличие вариаций содержаний М§, А1, Сг, Ре2+, Ре3+ по разрезу. В пределах северных участков химический состав хромшпинелида-1 изменяется следующим образом: при неизменном содержании отмечается уменьшение содержаний А1 и Ре и

увеличение Ре3+ в середине горизонта. Химический состав хромшпинелида-2 остается устойчивым по разрезу. В хромшпинелиде - 3, развитого в пределах основного пласта, происходит увеличение А1 и уменьшение Ре снизу вверх по разрезу. Для хромититовых прослоев в кровле и подошве горизонта характерно уменьшение М^ и А1 и увеличение Ре. В южных участках повышенные содержания М^ и А1 и пониженное содержание Ре отмечаются в средних частях горизонта. Для хромшпинелида - 2 характерно увеличение Ре 3+ в верхней части пласта. В хромшпинелиде третьей генерации происходит уменьшение М8, А1, Ре и увеличение Сг и Ре 2+ в верхней части горизонта.

Изучение пространственной изменчивости химического состава хромшпинелидов, проведенное МГК ФА на основании данных микрозондового анализа, показало, что вне зависимости от разделения на

генерации происходит постепенное уменьшение шпинелистой составляющей и увеличение хромитового минала в хромшпинелидах от северных участков к южным (рис. 8).

Ц№1

Mn6aZn 5,

Южные +гЬ. а ++т

участки т

CrntFe";,,Mnili.Zn„

Рис. 8. Диаграмма значений факторов химического состава хромшпинелидов горизонта иО-2 (п=134). Цифрами обозначено положение

хромшпинелидов в разрезе горизонта: 1,

Центральные^ § _ нижняя часть участки

5 2, 6, 9 - средняя, 3, 7, 10 -верхняя, 4, 11 -сателлитные хромититовые прослои в кровле горизонта.

-3 -2-10 1

+ 11

Фактор 1 (52 %)

Наблюдается закономерное изменение степени развития различных генераций по простиранию горизонта: хромшпинелид первой (магнохромит, хромит) и второй (магнохромпикотит, магнохромит) генераций значительно преобладают в южных участках (в среднем, около 40 относит. %), тогда как в северных и центральных участках их количество составляет около 20 и 15 отн.%, соответственно. Хромшпинелид третьей генерации (хромит) наиболее широко проявлен в северных участках Восточного сектора (в среднем, до 77 отн.%), вследствие чего порода является более меланократовой. В южных участках его количество не превышает 23 отн.%

Положение 3. Выявлена пространственная приуроченность платиновой минерализации к ранним генерациям хромшпинелидов (магнохромитов, хромитов и магнохромпикотитов), а палладиевой - к более поздним хромитам.

Особенности минерального состава и распределения элементов платиновой группы в горизонте UG-2 изучались многими исследователями в разное время с различной детальностью на отдельных участках (Cabri, 1981; McLaren, De Villiers, 1982; Kinloch, 1982; Hiemstra, 1985; Von Gruenewaldt et al, 1986; Penberthy et al., 2000; Voordow et al., 2010; Naldrett, 2011). Однако для изучаемой территории не проводилось детальных, систематических исследований по выявлению

закономерностей распределения минералов платиновой группы в горизонте и их взаимосвязью с хромшпинелидами.

На основании результатов микрозондового анализа в пределах горизонта \JG-2 выделено 13 минералов платиновой группы, основными из которых являются куперит Р1Б и брэггит (Р1.Рс1)5. В подчиненном количестве встречаются лаурит КиЯ?, ирарсит ГгАзБ, сперрилит Р1А52, самородные платина и палладий, винсентит (Рё,Р1)з(А5,8Ь,Те), мончеит Рг(Те,В1)2, тетраферроплатина Р1Ре, плюмбопалладинит Рё3РЬ2, потарит PdHg, котульскит Рс1 (Те, В1). Размеры выделений минералов платиновой группы не превышают 10 мкм. В пределах исследуемых участков данный набор минералов платиновой группы установлен впервые. Как правило, минералы платиновой группы находятся на границе или внутри сульфидных выделений, занимающих межзерновое пространство в хромшпинелидах или выполняющих поры в них, реже образуют самостоятельную фазу (лаурит, самородные платина и палладий). Сульфиды представлены пентландитом, халькопиритом, пиритом, реже борнитом, пирротином и миллеритом, их размеры составляют 20-50 мкм.

Исследования, проведенные с помощью электронной микроскопии, позволили определить общие закономерности локализации хромшпинелидов, минералов платиновой группы и сульфидов. С хромшпинелидом-1 связаны проявления лаурита округлой формы размерами 3-5 мкм, развитого, как правило, внутри хромшпинелида, в некоторых случаях — внутри или на границе сульфидных выделений (пентландита, халькопирита, пирита, миллерита), занимающих межзерновое пространство в хромшпинелидах первой генерации. В последнем случае, наряду с лауритом, среди минералов платиновой группы наиболее распространенными являются минералы, преимущественно, платиновой специализации (куперит, самородная платина). Количество сульфидных минералов, размер которых не превышает 20 мкм, не более 1 %. С хромшпинелидом второй генерации ассоциируют минералы платины, развитые внутри сульфидных выделений (пентландита, халькопирита, пирита) в интерстициях или внутри хромшпинелида-2. С наиболее поздним хромшпинелидом-3 связаны проявления платиноидных минералов с повышенной палладиевой составляющей (брэггит, самородный палладий, винсентит, плюмбопалладинит, потарит, котульскит), а так же теллуриды-висмутиды платины (мончеит), интерметаллические соединения (тетраферроплатина), развитые, преимущественно, внутри сульфидных выделений (пентландита, халькопирита, пирита, миллерита, борнита) в интерстициях хромшпинелидов, в нередких случаях выполняющих поры в них. Количество сульфидов, ассоциирующих с хромшпинелидом-3, может достигать 5-7%.

Отмечается неравномерность проявления таких нерудных малораспространенных минералов, как кальцит, доломит, апатит, биотит, флогопит, хлорит, диопсид, пумпеллиит, тремолит, выражающаяся в их пространственной связи с хромшпинелидами третьей генерации. Минералы этой группы выполняют интерстиции хромшпинелидов, а так же их поровое пространство. Для диопсида, пумпеллиита и тремолита характерно образование каемок вокруг хромшпинелидов.

Наблюдения, касающиеся взаимосвязи платинометальной минерализации и хромшпинелидов, подтверждаются особенностями распределения средних значений факторов химических составов различных генераций хромшпинелидов и содержаний платиноидов, Си, № по разрезу, определенных с помощью МГК ФА (рис. 9). Отмечается прямая зависимость между особенностями распределения средних значений 1-го фактора химического состава 1-й генерации хромшпинелида (Mg, А1 обладают отрицательными факторными нагрузками, Рс , Ре3"1 и Сг -положительными) и распределения значений 1-го и 2-го факторов содержаний ЭПГ, Си, №. Если по 1-му фактору положительными факторными нагрузками обладают все ЭПГ и не наблюдается ковариантных групп, то по 2-му фактору Си, №, Р<1 имеют отрицательные факторные нагрузки, а 1г, Ов, Р1, Шт -положительные. Таким образом, с хромшпинелидом более ранней генерации преимущественно связаны минералы платины и тугоплавких элементов, тогда как с наиболее поздними хромшпинелидами третьей генерации ассоциируют минералы палладия.

: Мд, АІ

1г, Оз. Р1 ЯЬ. Рс|. Си, №

Р1эпг.Си.н

Р2 ,пг.Си.'л —

[г. Ов, РІ. РИ Си, МІ, РЬ

♦ ■

.......

Условные обозначения:

ї Распределение значений 1 -го фактора для , составов генераций (1,2,3) хромшпинелидов

.пироксенят ; Ср-зерн.

; Распределение значений 1-го, 2-го факторов >р 2 для содержаний ЭПГ.СцМ

пироксенит I .......> М-зерн.

Рис. 9. Распределение средних значений 1 -го фактора химических составов трех генераций хромшпинелидов (Аа, Ба) и распределение значений I -го и 2-го факторов содержаний ЭПГ, Си, (Аб, Бб). А-скв. ОТ43, Б - скв. ЯМ86.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведённые исследования позволили выявить латеральную изменчивость горизонта UG-2 как по геологическому строению, петрографическим и химическим особенностям составляющих его хромшпинелидов, а так и по составу платинометальной минерализации.

Выделен ряд генераций хромшпинелидов (от первой до третьей), отличающихся последовательным и направленным изменением состава, размерностью и характером выделения минеральных индивидов, что вероятнее всего определялось эволюцией условий минералообразования от собственно магматических до поздне- и постмагматических. При этом наиболее продуктивная платиноидная минерализация формировалась на поздних этапах развития хромититов и сопровождалась появлением таких минералов, как флогопит, биотит, тремолит, серпентин, апатит, клинтонит, эденит, стивенсит, лизардит, пумпеллиит, кальцит, доломит и др., по-видимому, указывающих на флюидно-гидротермальную стадию становления объекта. Эти наблюдения и выводы перекликаются с данными ряда авторов (Кольцов, Семенов, 2000; Ballhaus; Stumpfl, 1986; Boudreau et. al., 1986, Boudreau, McCallum, 1992; Li, 2004), указывающих на важную роль в образовании платиноидных руд не столько собственно магматических, сколько поздне- и постмагматических, вплоть до метасоматических процессов, что говорит о высокой сложности платиноидного рудогенеза.

Полученные данные по хромшпинелидам горизонта UG-2 могут представлять как теоретический интерес в плане совершенствования модели платиноидного рудогенеза в связи с базит-гипербазитовыми комплексами бушвельдского и других типов, так и практический - в связи с задачами прогноза, поиска и оценки платиноидных месторождений и решений технологических вопросов переработки и обогащения руд.

Несмотря на то, что хромититам Бушвельдского комплекса уделялось в литературе большое внимание, факторы и процессы их формирования остаются не вполне ясными. Интересной и полезной может быть детализированная изотопная оценка относительного возраста этапов и составляющих их стадий минералообразования. К проведению подобного рода исследований автор обращается как к задачам на будущее.

Список основных работ автора по теме диссертации

1. Семиколенных Е.С., Предовский А. А. Онтогенические особенности и последовательность формирования хромшпинелидов платиноносного горизонта UG-2 Восточного сектора Бушвельдского комплекса. Вестник СПбГУ, 2013, вып.2, серия 7, с. 32-47.

2. Семиколенных Е. С., Петров С. В. Особенности распределения рудных минералов в хромититовом горизонте UG-2 Восточного сектора Бушвельдского комплекса. Обогащение руд, 2013, № 6, с. 19-23.

3. Семиколенных Е. С., Петров С. В. О взаимосвязи хромшпинелидов и платиноидов горизонта UG-2 Восточного сектора Бушвельдского комплекса. XII конференция Студенческого научного общества Геологического факультета СПбГУ, 2013, с. 96-97.

4. Назимова (Семиколенных) Е. С. Платиноносность хромититового горизонта UG-2 Восточного Бушвельда, ЮАР // Проблемы геологии и освоения недр: труды XV Международного симпозиума имени академика М.А. Усова студентов и молодых ученых, посвященного ПОлетию со дня основания горногеологического образования в Сибири. Том I; Томский политехнический университет. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011, с. 126-128.

5. Назимова (Семиколенных) Е. С. Характеристика платиноносности хромититового горизонта UG-2, Восточный Бушвельд // Металлогения древних и современных океанов-2009. Модели рудообразования и оценка месторождений. Научное издание. Миасс: ИМин УрО РАН, 2009, с. 225-230.

6. Назимова (Семиколенных) Е. С. Особенности состава и распределения МПГ в хромититовом горизонте UG-2, Восточный Бушвельд // Геология-наше будущее. Материалы молодежной студенческой конференции, С.Петербург, 2007, с. 35-38.

7. Semikolennykh Е., Predovsky A. A., Chunnett G. The ontogeny features and sequence of formation of UG-2 chrome-spinels within the Eastern sector of the Bushveld Complex // Geoforum "Mineralization and Geosciences in Africa" 3-5 July 2013, GSSA. Johannesburg, 2013, lp.

Подписано в печать 29.10.2013г. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,1. Тираж 100 экз. Заказ № 3331.

Отпечатано в ООО «Издательство "JIEMA"» 199004, Россия, Санкт-Петербург, В.О., Средний пр., д. 24 тел.: 323-30-50, тел./факс: 323-67-74 e-mail: izd_lema@mail.ru http://www.lemaprint.ru

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Семиколенных, Евгения Сергеевна, Санкт-Петербург

Санкт-Петербургский Государственный Университет Геологический факультет Кафедра геохимии

01454801

На правах рукописи

Семиколенных Евгения Сергеевна

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель д. г.-м. н., проф. Панова Е. Г.

Санкт-Петербург, 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О БУШВЕЛЬДСКОМ МАССИВЕ 10

1.1 .Краткий геологический очерк района исследований 11

1.2.Рудная минерализация и примеры месторождений 18

1.3.Условия формирования руд в расслоенных массивах 35

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ПОЛЕВЫХ И ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ 42

2.1 .Полевые исследования 42

2.2.Лабораторные исследования 52

ГЛАВА 3. МИНЕРАЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ 56 ХАРАКТЕРИСТИКА ГОРИЗОНТА \JG-2

3.1. Минералогические особенности пород 56

3.2. Геохимия хромититов 57

ГЛАВА 4. ХРОМШПИНЕЛИДЫ ГОРИЗОНТА 1ТС-2 83

4.1. Морфологические особенности £5

4.2. Химический состав 93

4.3. Распределение хромшпинелидов в пространстве ^ ^

ГЛАВА 5. ПЛАТИНОМЕТАЛЬНОЕ ОРУДЕНЕНИЕ х 20 ГОРИЗОНТА \JG-2

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ]32

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ! 36

ПРИЛОЖЕНИЯ 146

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования

1977;.

Главные центры добычи платинометальных руд пласта расположены в пределах наиболее изученного Западного сектора Бушвельдского комплекса. Месторождения Восточного сектора в настоящее время активно разведываются и подготавливаются к промышленному освоению.

особенностей минерального состава платиноидов, получение изотопных характеристик и решение проблем генезиса платиноносных горизонтов, системному минералого-геохимическому анализу и выявлению пространственно-временных закономерностей распределения оруденения до сих пор не уделялось достаточного внимания.

Целью работы явилось изучение минералого-геохимических особенностей подготавливаемого к эксплуатации месторождения 1Ю-2 Восточного сектора Бушвельдского комплекса и определение пространственно-временных закономерностей распределения оруденения.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1- выявление общих закономерностей геологического строения горизонта 1Ю-2 и вариаций его минерального и химического составов в пределах Восточного сектора на протяжении 100 км;

2- исследование онтогенических особенностей и типохимизма хромшпинелидов горизонта 1Ю-2;

3- установление состава и закономерностей распределения минералов платиновой группы в хромититах;

Фактический материал и методы исследования

Основой для написания диссертации послужили материалы, собранные автором в пределах хромититового горизонта 1Ю-2 Восточного сектора Бушвельдского комплекса во время работ в 2006 г. в компании Англо-Платинум. В состав полевых работ входили: документация строения горизонта

UG-2 по обнажениям, подземным выработкам и буровым скважинам (60 п. м.). Автором отобран материал из 10 наиболее представительных скважин, пересекающих хромититовый горизонт UG-2 на всем протяжении изучаемой территории с севера на юг: участки Diamand, Brakfontain, Twickenham, Onverwacht, Winterveld, Richmond, Der Brochen и Shel. Пробоподготовка была осуществлена автором и включала отбор проб (1250 шт.), изготовление аншлифов и шайб (55 шт.), 110 прозрачно-полированных шлифов были изготовлены в лабораторном комплексе компании Англо-Платинум в г. Йоханнесбурге.

Экспериментальная часть работы проведена на базе Минералогической лаборатории компании Англо-Платинум в г. Иоханенсбурге (ЮАР), на кафедрах геохимии и ГМПИ в СПбГУ, а так же в Центре Рудных Месторождений Университета Тасмании (Австралия). Минералого-петрографическое изучение шлифов и аншлифов проведено на оптических микроскопах Leica DM 2500, Olympus ВХ60 и Nikon. Проведено изучение более 150 прозрачно-полированных шлифов и аншлифов. Микрозондовый анализ рудных минералов выполнен на микрозондах JEOL JSM, HITACHI ТМ3000, Cameca SX-100. Электронная микроскопия хромититов горизонта UG-2 выполнена с использованием сканирующего электронного микроскопа FEIQUANTA 600. Рентгенофлуоресцентный анализ (246 проб) и пробирный анализ (227 проб) хромититов на 6 платиновых элементов и золото проведен в компании Англо-Платинум в г. Иоханенсбурге (аналитик Аллан Вильсон). РФА 46 проб хромититов проанализировано на кафедре ГМПИ в СПбГУ (аналитик А. П. Бороздин). Статистическая обработка результатов анализов выполнена с помощью метода главных компонент факторного анализа (МГК ФА) (программа Statistica 8).

Научная новизна

На основе онтогенического анализа выделено три генерации хромшпинелидов, последовательно образовавшихся во времени и в различной степени проявленных вдоль Восточного сектора Бушвельдского комплекса, выявлены особенности их типохимизма.

Впервые определены особенности химического состава и закономерности распределения минералов платиновой группы в изученных участках горизонта иС-2 Восточного сектора Бушвельдского комплекса.

Практическая значимость

Определены минералого-геохимические показатели, отражающие продуктивную платиноносность горизонта иО-2.

Апробация и публикации

Материалы по теме диссертации докладывались в Университете Витватерсранда г. Йоханнесбурга (ЮАР) в 2006 г., в компании Англо-Платинум в г. Йоханнесбурге в 2006 г., на студенческих научных конференциях в СПбГУ в 2007, 2010, 2013 гг., на XV научном симпозиуме "Металлогения древних и современных океанов - 2009" в Миассе, на XV Международном симпозиуме студентов и молодых ученых в Томске в 2011 г., на геологическом Платиновом Форуме в г. Йоханнесбурге (Ньютаун, Турбинхолл) в 2013 г.

По теме диссертации опубликовано 7 научных работ, 2 из них в изданиях

ВАК.

Анализ результатов проведенных исследований позволил сформулировать следующие защищаемые положения:

Положение 1. Геологическое строение горизонта 1Ю-2, его минеральный и химический состав в северной, центральной и южной частях Восточного сектора неоднородны и закономерно меняются по простиранию. Наиболее продуктивная платиноидная минерализация характеризуется преобладанием Рс1 над Р1, повышенной долью легкоплавкой составляющей, индикаторной ассоциацией с Си и № и приурочена к хромититам наименьшей мощности, расположенным на севере.

Положение 2. В пределах горизонта 1Ю-2 Восточного сектора выделено три генерации хромшпинелидов, различающихся по составу, особенностям строения минеральных индивидов, последовательно сменяющих друг друга во времени.

Объем и структура работы

Диссертация объемом 174 страницы состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы, включающего 116 наименований, содержит 64 рисунка, 26 таблиц и 8 приложений. В первой главе приводится литературный обзор по теме работы, в главе 2 описываются строение горизонта и основные методы полевых и лабораторных исследований, в главах 3-5 приведены основные результаты работы. В заключении проводится анализ полученных данных.

Благодарности

Огромную благодарность автор выражает своему научному руководителю д. г.-м.н. Е. Г. Пановой за постоянное внимание к работе и ценные замечания. Автор благодарит к.г-м.н. С. В. Петрова за помощь и поддержку на разных этапах исследования.

Автор глубоко благодарен главному геологу Гордону Чаннетту за организацию полевых работ на Бушвельдском комплексе и проф. Аллану Вилсону за проведение анализов на ЭПГ. Плодотворными были консультации с проф. А. Дж. Налдреттом, проф. Д. Коффод и проф. П.Хеем из Университета Витватерсранд, Йоханнесбург.

Большую благодарность автор выражает проф. А. А. Предовскому, принявшему участие в обобщении полученных фактических данных и их интерпретации.

Постоянное внимание и ценные советы со стороны ст. преп. ГМПИ С.И. Корнеева сопровождали все стадии данного исследования.

Автор приносит благодарность к.г-м.н. Ю. В. Назимовой и к.г-м.н. Т. С. Зайцевой за плодотворное обсуждение результатов работы и поддержку.

Незаменимую помощь на разных этапах работы оказали А. В. Антонов,

к.г-м.н. А. П. Бороздин, к.г-м.н. [М. М. Болдырева!, проф. [А. Э. Гликин|, проф. А.

Н. Зайцев, проф. А. Б. Кольцов, к.г-м.н. Е. Н. Перова, к.г-м.н. Е. В. Пушкарев,

проф. Л.Ф. Сырицо, к.г-м.н. Е. В. Толмачева, к.г-м.н. С.Ю. Янсон, за что автор им премного благодарен.

Автор выражает благодарность проф. Университета Д. Каменецкому за предоставленную возможность проведения исследований в аналитическом центре Университета Хобарта в Тасмании. Данные исследования были проведены при поддержке гранта СПбГУ на стажировки аспирантов в зарубежных вузах (шифр 3.39.1138.2011).

Автор благодарит всех сотрудников кафедр геохимии и ГМПИ СПбГУ за ценные замечания, помощь и поддержку.

ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О БУШВЕЛЬДСКОМ МАССИВЕ

Расслоенные интрузивы основных и ультраосновных пород широко развиты в стабилизированных структурах земной коры — на древних и молодых платформах, в срединных массивах, областях завершенной складчатости и т.д. Обычно их появление связано с активизацией этих структур при рифтогенезе или магматических процессах в соседних складчатых поясах. Кроме того, они формируются в относительно устойчивых поднятиях складчатых областей. В геологической истории Земли расслоенные плутоны образовывались, в основном, в начале крупных тектоно-магматических циклов. Они проявлялись от архея до кайнозоя с пиком распространения в протерозое -раннем палеозое.

Формирование крупных расслоенных интрузий перидотит-пироксенит-

габбро-норитовой формации, к которым относится комплекс Бушвельд, связано с

важным этапом докембрийской истории Земли, когда завершилось формирование

зеленокаменных поясов и они стали частью крупных континентов. Переход от

архейского к протерозойскому крастогенезу выразился в мощно проявленном

рифтинге и образовании серии протяженных глубинных разломов, в большей мере

совпавших с шовными зонами, при которых ранее формировались зеленокаменные

пояса, или занявшим по отношению к последним трансформное положение. По

разломам внедрялись в земную кору многочисленные, в том числе очень крупные,

интрузии основного - ультраосновного состава. Так, в связи с так называемыми

Северной и Южной зонами гипотетического Балтийского плутона в подобных

разломах образовались многие расслоенные интрузивы Карело-Кольского региона

с возрастом 2,5 млрд лет, часть которых вмещает стратиформное хромитовое

оруденение (Имандровский, Бураковский массивы). В Африке с подобным

развитием коры связано образование Дайки (2,5 млрд. лет). В дальнейшем в такого

рода поясах (Кольский полуостров) снова возникали раздвиговые структуры,

выполненные вулканогенно-осадочными толщами (Печенгская, Имандра-

Варгугская структуры). В других случаях подъем интрузивных масс по разломам

осуществлялся в течение геологически длительного времени. Так, при разломной структуре, пересекающей Зимбабвийский и Капваальский кратоны и контролирующей положение Великой Дайки Зимбабве, образовался Бушвельдский массив (2,06 млрд. лет), а в южной часть структуры формирование основных-ультраосновных комплексов совершалось и в позднем протерозое (1,3 млрд. лет) (Додин и др., 2003).

1.1. Краткий геологический очерк района исследования

Бушвельдский массив (расслоенная серия Растенбург), расположенный в северо-восточной части ЮАР, считается отдельной составной частью одной из крупнейших магматических провинций мира - Бушвельдского комплекса (Кпщег, 1990), с которой связаны величайшие в мире запасы ЭПГ, Аи, Сг, Т1, V (рис. 1).

Геологическая карта

(By Council for Geosciences, 2004)

Рис. 1. Положение Бушвельдского комплекса на геологической карте ЮАР.

Бушвельдский комплекс, имеющий возраст 2060 млн. лет, является крупнейшей в мире мафит-ультрамафитовой интрузией в форме лополита, его площадь составляет примерно 67000 км2 (рис. 2) В плане массив имеет оваловидную форму с длинной осью, вытянутой в широтном направлении на 430 км. Его ширина достигает 260 км. Вмещающими породами отчасти являются архейские граниты и зеленокаменные породы и, в основном, раннепротерозойские образования трансваальской серии, представленные кварцитами, аргиллитами, железистыми кварцитами и известняками (Налдретт, 2003).

] Кислые породы не расчлененные, перекрытые молодыми осадочными образованиями

► * ♦ * 4 Граниты Лебоеа (Бушвельд)

RSvll Гранофиры Расхуп

] Породы расслоенной серии Бушаельдсхого | комплекса, перекрытые молодыми ' осадочными образованиями

_ Верхняя

Раннепротерозойскэя супергруппа Трансвааль (серия Претория) Кварциты, аргиллиты, железистые кварциты, доломиты Архейские гранитоиды и зеленокаменные породы

Главный Магнетитовый слой в Верхней зоне расслоенной серии

___I Риф Меренски в Критической зоне

I I

[X]

расслоенной серии Разрывные нарушения

2 § Главная 1

$ о Критическая § 1

a § Нижняя J S

Маргинальная

~ J Рудники, отрабатывающие риф Меренски. | хромитит UG-2 и Платриф

Рудники, отрабатывавшие дунитовые трубки I (с севера на юг Дрикоп Мои хук. Онвервакт)

Крупнейшие города

Другие города

Рис. 2. Схематическая геологическая карта Бушвельдского комплекса (по Whitney, Naldrett, 1990, с изменениями, внесенными Налдреттом, 2003).

Не смотря на то, что Бушвельд известен, главным образом, благодаря расслоенной серии мафических пород, но он включает и несколько других магматических фаз. По данным Cawthorn R. G. et.al (2002) первой фазой были ранние мафитовые силы. Затем, как принято считать, образовались фельзиты Группы Руинберг, которые в настоящее время образуют кровлю расслоенной серии. По Harmer R. Е. и Armstrong, R. А. (2000) их возраст составляет 2,057.3± 3.8 Ма, по данным Scoates J.S. и Friedman (2008) - 2,054±1 Ма. Не так давно Armitage P.E.B, et. al (2007) нашли доказательства неожиданно высокого процента мафических лав и туфов в Верхнем Руйберге недалеко от Мокгофонг, что может быть связано со следующим крупным событием - формированием и кристаллизацией серии Рустенбург, сопровождаемой дайками и силлами. Повторяющиеся поступления новых порций магмы сформировали 10-ти километровую серию основных-ультраосновных пород (серия Растенбург). Плавление пород кровли расслоенной серии привело к образованию гранофиров, которые проявлены неравномерно с интервалами вдоль верхней границы расслоенной серии. Последним из магматических событий было образование Серии Гранитов Лебова, проявленных в центральных частях

Информация о работе

Семиколенных, Евгения Сергеевна
кандидата геолого-минералогических наук
Санкт-Петербург, 2013
ВАК 25.00.09

Диссертация

Минералого-геохимические особенности хромититового горизонта UG-2 Восточного сектора Бушвельдского комплекса, ЮАР - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы