Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Генетические типы Fe-Ni-Cu-сульфидного и платинометального оруденения в расслоенном базит-ультрабазитовом интрузиве Луккулайсваара

ВАК РФ 25.00.04, Петрология, вулканология

Автореферат диссертации по теме "Генетические типы Fe-Ni-Cu-сульфидного и платинометального оруденения в расслоенном базит-ультрабазитовом интрузиве Луккулайсваара"

На правах рукописи

Семенов Сергей Владимирович

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ТИПЫ Ре-М-Си-СУЛЬФИДНОГО И ПЛАТИНОМЕТАЛЬНОГО ОРУДЕНЕНИЯ В РАССЛОЕННОМ БАЗИТ-УЛЬТРАБАЗИТОВОМ ИНТРУЗИВЕ ЛУККУЛАЙСВААРА (СЕВЕРНАЯ КАРЕЛИЯ)

Специальность 25.00.04 - петрология, вулканология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

2 6 ДПР 2012

Санкт-Петербург 2012

005019658

005019658

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте геологии и геохронологии докембрия Российской академии

наук (ИГГД РАН)

Научный руководитель:

Глебовицкий Виктор Андреевич

член-корреспондент РАН, профессор

Официальные оппоненты:

Ларин Анатолий Михайлович

доктор геолого-минералогических наук ИГГД РАН, ведущий научный сотрудник

Коптев-Дворников Евгений Владимирович

кандидат геолого-минералогических наук МГУ, Геологический факультет, кафедра Геохимии старший научный сотрудник

Ведущая организация: Институт геологии и природопользования ДВО РАН

Защита состоится «16» мая 2012 года в 14 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д.002.047.01 в Институте геологии и геохронологии докембрия РАН (ИГГД РАН)

Адрес: 199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова д.2

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института геологии и геохронологии докембрия РАН (ИГГД РАН)

Отзывы направлять по адресу: 199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова д.2, ученому секретарю диссертационного совета Д.002.047.01 Тел.: (812) 328-03-62, факс: (812) 328-48-01. E-mail: dis.sovet@ipgg.ru

Автореферат разослан «/л » апреля 2012 г. Ученый секретарь

диссертационного совета Д.002.047.01

кандидат геолого-минералогических наук Т.П. Щеглова

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. В современном мире важнейшую экономическую роль играют запасы и разработка месторождений благородных металлов. ЭПГ месторождения малосульфидного типа, связанные с расслоенными базит-ультрабазитовыми интрузиями (интрузивы Бушвельд, Стиллуотер, Великая Дайка, Пеникат и др.) являются ведущими по запасам благородных металлов. Изучение процессов, которые приводят к формированию месторождений важны для развития представлений о происхождении и формировании малосульфидной платинометальной минерализации в расслоенных базит-гипербазитовых интрузиях.

Цель исследования: установить генетические типы и механизмы формирования сульфидной и платинометальной минерализации в массиве Луккулайсваара. Задачи исследования:

1. Выявить закономерности локализации рудоконтролирующих пород в структуре интрузива.

2. Установить связь процессов постмагматического преобразования и рудоотложения в массиве Луккулайсваара.

3. Получить данные по составу вторичных силикатных и связанных с ними рудных минералов. Определить термодинамические условия и последовательность формирования вторичных минеральных ассоциаций.

4. Определить основные факторы, контролирующие формирование рудосодержащих остаточных расплавов и потоки гидротермальных растворов.

5. Установить химическую форму транспортировки и отложения ЭПГ. Для решения поставленных задач использовались результаты комплексных геологических, минералогических, геохимических и изотопно-геохимических исследований в сочетании с численным моделированием с помощью программных пакетов MAGMOD, TWEEQU, GBFLOW.

Фактический материал. Базу для диссертационной работы составили материалы, собранные в течение полевых сезонов 1998 — 2008 гг. Документирование, зарисовка, фотографирование обнажений и точек детального отбора проб главным образом велись в зонах габбро-норитов-1 — норитов-П расслоенного интрузива Луккулайсваара (участки «Надежда», «Лысый Череп» и «Чиж»), где широко представлены «депрессионные» структуры, сходные со структурами типа «pothole» в массиве Бушвельд (Campbell et al., 1983), к которым приурочена богатая платинометальная минерализация. Кроме того, были использованы материалы (Latipov et al., 2008; Barkov et al., 1999). Общий объем использованного фактического материала составляет: 280 проб, отобранных для проведения исследований химического состава пород, из которых 60 проб отобрано на участке «Надежда», 29 - на участке «Лысый Череп», 6 - на участке «Чиж», 195 - из пород расслоенной серии. Проанализировано 513 петрографических шлифов и прозрачно полированных пластин (из них: 137 из пород участка «Надежда»,

82 - участка «Лысый Череп», 37 - участка «Чиж», 257 - из пород расслоенной серии). Проведено 1680 микрозондовых определений минералов. Все использованные образцы имеют привязку к центральному разрезу интрузива. Научная новизна. В массиве Луккулайсваара: 1. Предложена модель формирования интрузива. 2. Определен возможный первоначальный состав и тип магмы главной и дополнительной фаз внедрения. Оценены термодинамические условия внедрения этих магм. 3. В работе впервые проведена полная оценка термодинамических условий формирования вторичных силикатных и связанных с ними рудных минеральных ассоциаций. Предложены механизмы формирования рудной минерализации. 5. Выявлена связь малосульфидных платинометальных месторождений со средне-низкотемпературными постмагматическими процессами в пределах депрессионных структур. 6. Впервые выделены генетические типы сульфидной и платинометальной минерализации.

Практическое значение. Установленная связь рудопроявления благородных металлов с постмагматическими наложенными ассоциациями в депрессионных структурах может служить критерием для поисково-оценочных работ на благородные металлы в пределах интрузива Луккулайсваара и схожих с ним объектах.

Защищаемые положения

I. Тела микрогабброидов в расслоенном интрузиве Луккулайсваара сформированы за счет бонинитоподобной магмы дополнительной фазы внедрения, имеющей общий источник с магмой главной фазы внедрения.

II. Fe-Ni-Cu-сульфидная и богатая ЭПГ минерализация приурочена к депрессионным структурам и локализуется в экзоконтактах тел микрогабброидов и в породах жильной фации, заключенных в этих телах. В породах жильной фации вторичные минеральные ассоциации формировались в интервале Р-10-2.5 кбар и Т - 800-350°С. В породах экзоконтакта вторичные минеральные ассоциации формировались при Р > 1.5 кбар и Т -700-250°С.

III. В расслоенном интрузиве Луккулайсваара выделяется два генетических типа сульфидных и платинометальных руд: 1. Формирование экзоконтактового типа связано с постмагматическими гидротермальными процессами, протекавшими в условиях открытой системы; 2. Формирование жильного типа связано с кристаллизацией остаточных расплавов в условиях закрытой системы.

Апробация работы. Материалы работы были представлены на: 1. The 5th Biennial Meeting of the Society for Geology Applied to Minerai Deposits (SGA) combined with the 10th Quadrennial Symposium of the International Association of the Genesis of Ore Deposits (IAGOD), London, UK, August 22nd-25,h, 1999; 2. MSF Mini-Symposium, Espoo Finland, июнь 11-17, 2000 г.; 3. 18,h General Meeting of IMA, Edinburgh, 3rd -5th September. 2002. Результаты исследований были опубликованы в 5 статьях и 2 тезисах и отчете по проекту INTAS № YSF 01/1-179.

Структура и объем работы. Объем работы составляет 165 страниц, содержит 50 рисунков и 50 таблиц. Текст состоит из введения, 11 глав, заключения, выводов и списка литературы, содержащего 58 наименований. Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю В.А. Глебовицкому, сотруднику ИГГД РАН B.C. Семенову, сотруднице ЗАО «Полиметалл Инжиниринг» О.А. Яковлевой за рекомендации и помощь в обработке материала, всестороннее обсуждение полученных результатов, а также проф. А.Б. Кольцову за консультации при работе с программами компьютерного моделирования постмагматических процессов.

ОБОСНОВАНИЕ ЗАЩИЩАЕМЫХ ПОЛОЖЕНИЙ

I. Тела микрогабброидов в расслоенном интрузиве Луккулайсваара сформированы за счет бонинитоподобной магмы дополнительной фазы внедрения, имеющей общий источник с магмой главной фазы внедрения. Геологическое строение расслоенного массива Луккулайсваара.

Интрузив Луккулайсваара (2442+1 млн. лет, U-Pb метод по циркону; Amelin et al., 1995) располагается в пределах Паанаярви-Ципрингской рифтогенной структуры. Он прорывает гранитогнейсы с возрастом 2702+84 млн. лет, (U-Pb метод по циркону) (Turchenko et al., 1991) и перекрыт базальными конгломератами и метавулканитами возрастом 2432+22 млн. лет (U-Pb метод по циркону) (Turchenko et al., 1991; Amelin, Semenov, 1996; Семенов и др. 1997), метаморфизованными в условиях фации зеленых сланцев. Расслоенный массив Луккулайсваара (рис. 1) прослеживается по простиранию почти на 10 км. Ширина выхода интрузива, достигает 4.5 км, глубина залегания массива по гравиметрическим данным оценивается в 1.5 км. Истинная мощность интрузива не превышает 4.6 км.

В массиве выделены: 1) нижняя краевая зона (LMZ), мощностью до 150 м - представлена габбро-норитами, норитами и пироксенитами; 2) зона переслаивающихся дунитов, оливинитов, гарцбургитов и оливиновых бронзититов (UBZ) - мощностью до 450 м; 3) 900 метровая зона норитов-1 (NZ-I) с редкими слоями габбро-норитов; 4) зона габбро-норитов-I (GNZ-I), мощностью до 500м с редкими слоями норитов и оливинсодержащих пород (оливиновых габбро-норитов, троктолитов); 5) зона норитов-П (NZ-II), мощностью до 200 м с редкими слоями габбро-норитов; 6) зона габбро-норитов-Н (GNZ-II), мощностью до 1700 м с редкими слоями норитов и оливинсодержащих пород (оливиновых габбро-норитов, троктолитов); 7) верхняя краевая зона (UMZ) мощностью не менее 300м сложена габбро-норитами и габбро. В зонах габбро-норитов-I и норитов-П среди пород расслоенной серии идентифицированы тела микрогабброидов, которые образуют линзы и пластообразные тела до первых сотен метров по мощности и простиранию. Они (а) формируют силлы (рис. 2 в), составленные габбро-норитами, меланократовыми норитами и ортопироксенитами и (б) участвуют в строении депрессионных структур (рис. 2 а, б, в), сходных со структурами типа «pothole», выявленными в рифе Меренского комплекса Бушвельд

Рис.1.Схема геологического строения расслоенного массива Луккулайсваара. 1. Метавулканиты (2.4 млрд. лет); Интрузия Луккулайсваара: 2. Изменённые габбро-нориты и нориты верхней краевой группы, 3. Зона закалки, 4. Зона габбро-норитов-П, 5. Зона норитов-П, 6. Зона габбро-норитов-1, 7. Зона норитов-1, 8. Зона ультраосновных пород, 9. Нориты и бронзититы нижней краевой группы, 10. Тела микрогабброидов; 11. Гранито-гнейсы и мигматиты фундамента (2.6-2.7 млрд. лет); 12. Геологические границы; 13. Тонкоритмичная расслоенность и границы депрессионных структур («potholes»); 14. Разломы; 15. Профили отбора проб; 16. Участки детальных исследований: (1). Угловое несогласие. Участок «Чиж», (2). Участок «Надежда»,; (3). Участок «Лысый Череп», 17. Буровые скважины.

Рис. 2. Тела микрогабброидов в породах расслоенной серии. Детальные участки исследований: а - фрагмент обнажения Лу 99-15, б - «Надежда», в - «Чиж».

Фрагменты обнажении расслоенной интрузии Луккулайсваара

Ц . і cgx 1кр t га&бро-иори і м

• '41 кр^з і аббро-нори і ы Е~Э ср.'* порты W-^-'i О! i amtpo нори і t.i 1 • - II меланокраювые габбро-норимл ■I - - І Кр/З норн ! ы

|j ҐТ1 м/з пореды мої четвертичными ОІ.ІОМСЄ1ШЯМИ М м/'Л нори І Ы

м; 11 аббро-норні ы ІШі-ЧІ геофизические аномалии ШШ анор і оїи і іл

Qtx-содержаадие габбро-негмагиты і-—'і Fe-Ni-t u-cy іьфи пи* и ЭПГ шшсришшт 1 ""^-М- тонкоріп мичная расслоенность

(Campbell et al., 1983). Депрессионные структуры сложены телами микрозернистых норитов, габбро-норитов, пижонитовых габбро-норитов, бронзититов и выклинивающимися вместе с ними по простиранию среднезернистыми оливиновыми норитами, гарцбургитами, пироксенитами, анортозитами, лейкократовыми норитами. Породы основания и кровли структур обычно залегают согласно слоистости, а фланги имеют ярко выраженное несогласное залегание по отношению к слоистости вмещающих пород расслоенной серии. Депрессионные структуры, как правило, перекрыты оливинсодержащими породами. Примерами таких структур могут служить образования участков (1) «Надежда», (2) «Лысый череп» и (3) «Чиж» (рис. 1, 2). Особенностью строения тел микрогабброидов является: наличие пижонитсодержащих минеральных ассоциаций, микрозернистые, пойкилитовые структуры, трахитоидные и массивные текстуры, а также развитие сегрегаций ортопироксенитов, количество и размеры которых возрастает у кровли тел, и пород жильной фации, представленных среднезернистыми плагиопироксенитами и габбро-норитами, которые формируются в верхних частях разрезов крупных тел микрогабброидов. В строении тел имеются существенные отличия. Так, микрозернистое тело участка «Надежда», занимающее наиболее высокое положение в разрезе интрузива, практически не дифференцировано. Эндоконтакты тела сложены мелкозернистыми габбро-норитами, а центральная часть тела представлена микрозернистыми габбро-норитами и пижонитовыми габбро-норитами с ойкокристаллами Орх. В породах жильной фации зафиксированы высокие содержания сульфидов (до 30 об.%) и МПГ. Породы экзоконтакта представлены измененными лейкократовыми норитами - анортозитами мощностью до 7-10 м. Они развиты по периметру тела микрогабброидов и характеризуются наиболее высоким содержанием сульфидов и платиноидов относительно экзоконтактовых пород депрессионных структур других участков. Микрогабброиды участка «Лысый Череп» заметно дифференциированы. Они представлены норитами, габбро-норитами, бронзититами иногда с хромшпинелью. Центральная часть сложена среднезернистыми породами. Породы жильной фации не содержат сульфидную и ЭПГ минерализацию. Перекрывает тело не выдержанный по мощности (до 4 м) рудоконтролирующий слой среднезернистых пятнистых анортозитов. Выше этого слоя фиксируется зона контрастного переслаивания анортозитов и оливинсодержащих габбро-норитов, выклинивающихся по простиранию вместе с телом микрозернистых пород. Участок «Чиж» (рис. 2 в) представляет особый интерес в виду того, что помимо депрессионных структур в верхней части участка в породах расслоенной серии залегают силлы разной мощности, сложенные микрозернистыми габбро-норитами (т.н. 303) и ортопироксенитами. С ними не связаны тонкоритмичные ассоциации вмещающих пород, внутри тел не формируются жильные породы, a Cu-Fe-Ni-сульфидная минерализация отмечается спорадически в ксенолитах, представленных измененными пироксенитами и норитами с рассеянной сульфидной вкрапленностью, расположенных вокруг микрозернистых тел.

Ассоциации магматических минералов

Среди пород расслоенной серии выделены 6 минеральных ассоциаций: 1 .Кумулаты 01 и ОНСгБр или кумулятивные оливиниты и дуниты.

2. 01+0рх±Сг8р кумулаты или кумулятивные гарцбургиты.

3. Орх кумулаты составляют ортопироксениты.

4. 0рх+Р1±01 кумулаты - нориты и оливиновые нориты.

5. 0рх+Срх+Р1±01 кумулаты или кумулятивные габбро-нориты и 01 габбро-нориты.

6. Р1 кумулаты формируют кумулятивные анортозиты.

Микрозернистые нориты и габбро-нориты (тела микрогаббуоидов) представлены породами, зернистость которых не превышает 0.5 мм (обычно меньше 0.2 мм). Они подразделяются на ойкокристаллические и равномернозернистые породы. Петрографические данные позволяют разделить минеральные ассоциации микрозернистых пород на шесть групп: 1. (Орх)+Срх+Р1; 2. (Орх)+Срх+П^+Р1; 3. Срх+Р1в+Р1; 4. Срх+Р1;

5. Орх+Р1+(Срх); 6. Орх+<Р1+Срх>.

Породы с ассоциациями (2) и (3) зафиксированы только в центральной части крупных (более50 м) линзовидных тел микрозернистых габбро-норитов. Породы, включающие ассоциацию (4) формируют мелкие тела и центральную часть больших тел, тогда как ассоциация (1) окаймляет породы крупных тел. Породы с ассоциациями (5) и (6) образуют отдельные тела. Породы жильной фаиии из тел микрогабброидов представлены среднезернистыми шлирами и жилами рудных и безрудных габбро-норитов и плагиопироксенитов. Контакты этих образований с вмещающими микрозернистыми породами четкие и не имеют следов химического взаимодействия. Пространство между магматическими минералами в рудных разновидностях выполнено агрегатами Си-№-Ре-сульфидов, достигающих 30

06.% породы, и вторичными минералами. Безрудные габбро-нориты и пироксениты жильной фации по текстуре не отличаются от их рудных эквивалентов.

Вертикальный разрез интрузива Луккулайсваара и крупных тел микрогабброидов. На основании совокупности петрохимических данных и данных по распределению кумулятивных ассоциаций минералов, была составлена схема вертикального строения интрузива (рис. 3). Кумулятивная природа пород расслоенной серии позволяет оценить порядок их кристаллизации: 01+СП->01+Сп+0рх->(-01)+0рх+Р1^0рх+Р1+Срх—>Р1+(-01)+0рх—Юрх+Р1—*0рх+Срх+Р1+(-01)—>Орх+Срх+Р1 (знак минус означает исчезновение минерала). На базе химически изученного вертикального разреза интрузива с помощью пакета программ МАГМОД (Френкель 1988) был установлен средневзвешенный химический состав массива, который принят за состав первичной магмы (Бешепоу е1 а1., 1995, Семенов и др. 2008). Средневзвешенный состав интрузива Луккулайсваара (табл. 1) характеризуется достаточно высоким содержанием БЮг, Л^О и низкими концентрациями ТЮ2, а также высоким содержанием Сг и N1, что свидетельствует о примитивном составе сформировавшей его магмы.

Таблица 1 .Средневзвешенные составы пород массива Луккулайсваара и тел микрогабброидов (содержания окислов в масс. %, малых элементов - в ррт)

8Ю2 ТіОі АЬОз РеО МпО МЙО СаО N3,0 к2о р2о5 Сг Со Си

■ Луккулайсваара 51.02 0.28 15.35 7.82 0.16 12.69 9.61 2.00 0.33 0.03 514 373 54 46

«Надежда» 51.88 0.17 16.74 5.35 0.14 11.20 13.33 1.06 0.09 0.03 288 205 38 31

¡«Лысый Череп» 50.97 0.10 15.75 6.81 0.14 12.32 12.20 1.54 0.13 0.04 856 287 53 75

По этим характеристикам состав первичной магмы интрузива близок раннепротерозойским бонинитоподобным магмам, сформированным в условиях внутриплитных обстановок (Богатиков и др. 2010) и современным магмам бонинитовой вулканической серии (к бонинитовой вулканической серии относят магмы с содержанием: М§0>8 масс.%, 8Ю2>52%, ТЮ2<0.5%, Сг- 200-1800 ррш, N1 - 70-450 ррт (Голубев и др. 2002 г.)).

В вертикальном разрезе интрузива Луккулайсваара максимальные концентрации Сг наблюдаются в ультраосновной зоне, а в базитовой части этот элемент контролируется оливинсодержащими породами депрессионных структур с повышенным содержанием пироксенов. Распределение N1 коррелируется с содержанием оливина и Ре-№-Си-сульфидов. Максимальные концентрации Си в базитовой части интрузии попадают в область локализации депрессионных структур. Отношение №/Со уменьшается вверх по разрезу интрузива, что наряду с увеличением концентраций Т» и Р свидетельствует о важной роли в эволюции магмы процессов фракционной кристаллизации.

а Н «ні. о в

Рис. 3. Строение вертикального разреза и кумулятивная стратиграфия интрузии Луккулайсваара: Нормативный состав пород вдоль вертикального разреза интрузива: а - два раза сглаженные методом "скользящего окна": Ь - десять раз сглаженные: с - вертикальный разрез интрузива, построенный с использованием данных петрографии и кластерного анализа.

а

б

Рис. 4. Распределение Ж, Со, Сг, Си вдоль разрезов тел

100

150 микрогабброидов: Участки: (а) - «Надежда»; (б)

100 е «Лысый Череп».

50

0

О

О 100 200 300 400 500 ррт

О 500 1000 1500 2080 2500 ррш

Выдержанная протяженность и мощность тел микрогабброидов участков «Надежда» и «Лысый Череп» позволяет считать, что их средневзвешенные химические составы отвечают составу сформировавшей их магмы. Сходство со средневзвешенным составом интрузии Луккулайсваара (табл. 1), близкие значения изотопно-геохимических характеристик пород расслоенной серии и неизмененных пород тел микрогабброидов (одинаковый возраст, близкие значения 8ш. (табл.2)) указывают на общий источник магм, сформировавших эти тела и интрузив Луккулайсваара.

Максимальные содержания Со, № и Си в телах микрогабброидов отмечены в породах с богатой сульфидной минерализацией. Следует отметить близкое к симметричному распределение Сг вдоль вертикальных разрезов тел микрозернистых пород (рис. 4). Это предполагает направленную кристаллизацию магмы тел от краев к центру.

Данные по редкоземельным элементам (рис. 5) показывают, что породы расслоенной серии заметно богаче ЛРЗЭ относительно пород тела микрогабброидов участка «Надежда». Породы жильной фации обогащены ЛРЗЭ относительно вмещающих их микрозернистых пород, что может быть связано с обогащением ЛРЗЭ остаточных расплавов, из которых формировались рудные породы жильной фации, локализованные в верхней части микрозернистого тела. Резкое увеличение отношения Ьам/УЬм отмечается при переходе от эндоконтактовых пород тела (Ьам/УЬм = 1.631.93) к экзоконтактовым породам расслоенной серии (Ьам/УЬы =5.25 - 6.81), что наряду с характером распределения хрома может свидетельствовать об автономных условиях формирования тела микрогабброидов относительно пород расслоенной серии.

Формирование тел микрогабброидов и заключенных в них пород жильной фации. Высокое средневзвешенное содержание хрома в телах микрогабброидов участков «Надежда» и «Лысый Череп» (=300 и 800 ррт соответственно, табл. 1) свидетельствует о примитивном составе сформировавших их магм. Различия по средневзвешенному содержанию хрома навели на мысль, что эти тела являются продуктами дифференциации магмы дополнительной фазы внедрения. Для подтверждения этой гипотезы использовался метод геохимической термометрии М. Френкеля (Френкель

Таблица 2. Сравнительная характеристика значений eNd в породах расслоенного массива Луккулайсваара (данные Семенов С., Епифанова Т. и др., 2005)

Участок Чиж Лысый Надежда

Тип пород Череп

микрогабброиды -2.1 -1.7,-3.0 -2.6

Породы расслоенной серии -3.95 -1.2,-2.35 -2.3

Измененные породы экзоконтакта +0.1,+0.9 -0.4 +0.7, 0.0,-1.5,-1.8

1995), который состоит в построении траекторий равновесной кристаллизации пары расплавов. Численное моделирование проводилось с помощью программного комплекса КОМАГМАТ. При расчетах использовались средневзвешенные составы микрозернистых тел участков «Надежда» и «Лысый Череп» (табл. 1). Приемлемые, с точки зрения интервала точности, пересечения траекторий равновесной кристаллизации начинают фиксироваться при Т=1250-1230С0 и Р<4.5кбар, а наиболее отчетливо при Р около 2.5 кбар (рис. 6). Давление около 2.5 кбар было получено для газово-жидких включений в кварце габбро-пегматитов из пород расслоенной серии и является близким к нижнему пределу давления в магматической камере интрузива (Бетепоу е! а1., 1997). По оценкам (Берковский и др. 1999) давление внедрения главной порции магмы составляло около 10 кбар. Приблизительно таким же должно быть внутреннее давление магмы дополнительной фазы внедрения, которая имела общий источник с магмой главной фазы внедрения. Именно это позволило новой магме проникнуть в магматическую камеру, в которой давление уже соответствовало литостатическому давлению. Пересечение траекторий равновесной кристаллизации пары расплавов свидетельствует о том, что микрозернистые тела являются продуктами дифференциации одной магмы, а разделение магмы происходило при Р<4.5 кбар, что соответствовало давлению внутри камеры, сформированной магмой главного внедрения.

т»с

т«с

т«с

SIO; _ • ' ТОг 1 AWV ' 1 •l'éo] , МиО 1 4 U CaOv

Ы, .л. т. -V j il ,!„ ................1 4

5 10 и JCI6 к 10

__________I |Ы)1 І і І'М і І і

48 JO 52 Я 560 0,2 0,4 0.6 IJ 14 15 16 17 0 4 н и (, в 10 1J І1ШЛ4 15 46 4» 10 И мосс.% маес,% мвсе.% масс,И мабе,% їмсеЛі маее.%

«' TÍO}' I Al;!),- • Peo| . M eo 1 1 ' ■ © ■ CaO M

ч Нч Ш^Шт

. • 'l..... i . 1 ■'i I I

О т 1)4 0,6 а» 12 14 16 185 О 13 17 5

шшс.% мтс.% mííuc.%

1 0 11

масс.%

10 12 14

ма «;,%

Рис. 6. Данные геохимической термоме?прии. (а, б, в) Моделирование для средневзвешенных составов тел микрогабброидов участков «Надежда» и «Лысый Череп»: QFM - буфер (а) Р>10 кбар, (б) Р=4.5 кбар, (в) Р=2.5 кбар. (г, д, е) Моделирование для пород жильной фации и вмещающих их микрозернистых пород (участок «Надежда»): ()РМ - буфер, (г) Р>10 кбар, (д) Р=4.5 кбар, (е) Р=2.5 кбар.

Метод геохимической термометрии использовался и для оценки источника пород жильной фации, а также условий их формирования (рис. 6 ге). Отсутствие следов взаимодействия пород жильной фации и вмещающих их микрозернистых пород указывает на то, что формирование жильных пород происходило в условиях закрытой системы. При моделировании использовались петрохимические данные составов шлиров плагиопироксенитов и вмещающих их микрозернистых габбро-норитов. Расчеты проводились для Р до 10 кбар. Верхний предел давления был получен для гранатсодержащих минеральных ассоциаций из пород жильной фации (см. ниже гл. «Термобарометрия....»). Точки пересечения фиксируются при Р=2.5 кбар и Т~1200°С. Таким образом, можно утверждать, что магма микрогабброидов являлась источником для пород жильной фации, а отделение вещества происходило при Р<4.5 кбар, вероятнее при Р=2.5 кбар.

На рис.1 видно, что тела микрогабброидов в плане формируют контур деформированного лополита. Судя по распределению крупных тел микрозернистых пород в разрезе интрузива, магма дополнительной фазы внедрения остановилась на уровне границы между зонами норитов-П и габбро-норитов-П и «растеклась» по горизонтали в виде слоя, позднее деформированного. Полезные компоненты, сформировавшие рудные породы жильной фации, в основном отделились вместе с дифференциатом в головные части магматической колонны, сформировавшей впоследствии тела микрогабброидов верхних частей разреза интрузива (участок «Надежда»). Кристаллизация магмы проходила при давлении ниже 4.5 кбар.

II. Fe-Ni-Си-сульфидная и богатая ЭПГ минерализация приурочена к депрессионным структурам и локализуется в экзоконтактах тел микрогабброидов и в породах жильной фации, заключенных в этих телах. В породах жильной фации вторичные минеральные ассоциации формировались в интервале Р^ 10-2.5 кбар и Т — 800-350°С. В породах экзоконтакта вторичные минеральные ассоциации формировались при Р> 1.5 кбар и Т-700-250°С.

Локализация Fe-Ni-Cu - сульфидной и ЭПГ минерализации; условия формирования вторичных силикатных и рудных минеральных ассоциаций. Существенные скопления минералов платиноидов, отвечающие промышленному содержанию, приурочены (а) к измененным породам с бедной сульфидной вкрапленностью, расположенных вдоль экзоконтактов тел микрогабброидов и (б) к заключенным в этих телах сульфидосодержащим породам жильной фации, которые представлены среднезернистыми плагиопироксенитами и габбро-норитами. Породы жильной фации (участок «Надежда») характеризуются повышенными концентрациями гидроксилсодержащих минералов относительно вмещающих их микрозернистых пород. Однако магматические минералы замещены не полностью. Вторичные минералы нередко образуют лишь реакционные каймы сложного строения вокруг первичных силикатов или вместе с сульфидами выполняют интерстиции. Основные вторичные минеральные ассоциации представлены: Tic-

AnthAct; Act-Czo±Ep-CM-PlœM±Qtz. Особенностью минерального состава пород жильной фации является кристаллизация ассоциации Grt-Hbl-Pl±Qtz и редкой для интрузива ассоциации Grt-St-AbSiOs. Гранат образует сростки с роговой обманкой, вторичным плагиоклазом, сульфидами, МПГ и формирует скопления в участках сочленений между магматическими силикатами, что указывает на его кристаллизацию из остаточного расплава или высокотемпературного гидротермального раствора. Среди вторичных силикатов иногда встречается серпентин. Акцессорные минералы представлены ильменитом, рутилом, сфеном, корундом, апатитом, цирконом. В гидроксилсодержащих минералах обычно присутствует хлор (Семенов и др. 2008).

Породы зоны экзоконтактов изученных участков подверглись интенсивной переработке. Магматические минералы присутствуют в них виде реликтов. Состав плагиоклаза меняется от основного № 70 до альбита. Доминирующей является ассоциация Act-Czo±Ep-Chl-Pl„3M^oAb)±Qtz±(Ms) и в меньшей мере Hbl-Bt-PlraM. Ассоциации с тальком и антофиллитом встречаются реже. В богатых сульфидами и МПГ экзоконтактовых породах участка «Надежда» широко представлена низкотемпературная Prh-Scap-Ab±Pmp±Qtz±Chl±Carb ассоциация. Среди вторичных минералов встречаются серпентин, КПШ, ферросилит, хлорапатит, циркон, бадделеит, турмалин, сфен, ильменит, рутил, магнетит. В гидроксилсодержащих минералах обычно присутствует хлор (Семенов и др. 2008). Главной особенностью пород участка «Чиж» является кристаллизация специфических гранат,- и ставролитсодержащих минеральных ассоциаций в породах вмещающих сиплы микрогабброидов. Ассоциации Fe-Ni-Cu-сульфидов. В породах жшъной фации Fe-Ni-Cu-сульфиды образуют гнездообразные образования (размером 0,5 см). Количество рудных минералов в породах достигает 30 об.%. Для сульфидов типичны графические срастания с амфиболом, гранатом, клиноцоизитом, кварцем с формированием свдеронитовой структуры, когда пространство между магматическими минералами выполнено агрегатами сульфидов. В этом случае нередко формируется сложная зональность: Opx->(Ant+Tlc±Sulf - мелкая сыпь)-> Suif - крупные полиминеральные моно

зерна ->Amph2(Al>)->(Pli(rom.)±Sulf- мелкая сыпь) -> Р12(неизм.). Обычны сростки сульфидов с гранатом и амфиболами в интерстициях между зернами магматического плагиоклаза. Эти межзерновые пространства часто в плане имеют треугольную форму. Ранняя сульфидная ассоциация: Ро-Рп-Ср-(±Ру). Центральные части сульфидных гнезд выполнены крупнозернистым пентландитом и пирротином, краевые зоны — халькопиритом, магнетитом и пиритом. Пирротин и пентландит преобладают над халькопиритом. Гнезда рудных минералов окружены амфиболом с обильной вкрапленностью мелких зерен халькопирита и пентландита. Поздние рудные минералы, представлены виоларитом, пиритом, сфалеритом, мельниковитом, борнитом и халькозином. Из редких сульфидов встречается, зигенит (CoNi2S4), аргентопентландит, галенит и Бе-галенит. Вместе с тальком и антофиллитом сульфиды замещают ортопироксены. С сульфидами сокристаллизуются ильменит, магнетит и рутил.

В породах зоны экзоконтактов исследуемых участков количество рудных минералов в породах (сульфиды и оксиды) варьирует в пределах от 0.5 до 5.0 об.%. Наибольшее содержание сульфидных минералов зафиксировано в нижнем экзоконтакте участка «Надежда». Ре-№-Си-ссульфиды образуют интерстиционную, ксеноморфно-гнездовую вкрапленность в срастании с вторичными силикатами и оксидами. Чаще всего сульфиды развиваются в ассоциации с АшрЬ—Сго-Ер-СЫ. Достаточно часто в ассоциации с сульфидами развиваются альбит и кварц. В зоне нижнего экзоконтакта участка "Надежда" характерна ассоциация сульфидов с низкотемпературной пренитовой ассоциацией. Ранние сульфидные ассоциации представлены халькопиритом, пентландитом и пирротином, на участке «Лысый Череп» встречается первичный пирит. Среди сульфидов - пирротин и пентландит более ранние минералы, позже кристаллизовался халькопирит. В породах экзоконтакта халькопирит преобладает над пирротином и пентландитом. По периферии зерен и трещинам халькопирита может кристаллизоваться магнетит. Поздние рудные минералы исследуемых участков представлены борнитом, халькозином, ковеллином, пиритом, виоларитом, мельниковитом, сфалеритом. Ассоциация сульфидов с кубанитом обнаружена только на участке «Чиж». Редкие сульфидные минералы зоны экзоконтактов представлены галенитом, миллеритом и джапуритом (уч. «Надежда»), галенитом, никелистым пиритом, аргентопентландитом и кобальтином (уч. «Лысый череп»),

Платинометальная минерализация. Минералы благородных элементов присутствуют в изученных породах в виде мелких зерен размерами от долей микрометра до десятков микрометров. До 30% рассматриваемых минералов представлено зернами менее 10 мк. Около 50% минералов платиноидов приурочено к границам зерен сульфидов и вмещающих их вторичных силикатов, 30-35% находились среди вторичных силикатов и 15% включено непосредственно в сульфидах (Рудашевский и др., 1991). Встречены срастания платиноидов с пирротином, пентландитом, пиритом, виоларитом, миллеритом и борнитом. Среди минералов платиноидов преобладают теллуриды, висмутотеллуриды, сульфоарсениды. Соединения теллура и висмута с палладием, платиной и серебром составляют почти половину из всех установленных минеральных видов благородных элементов. Наиболее богатые концентрации МПГ содержатся в рудных породах жильной фации. Здесь присутствуют и наиболее крупные их зерна.

В участке «Надежда» выявлено больше сорока минералов группы платины (Рудашевский и др. 1991). Такой широкий спектр минералов не характерен для типичных магматогенных месторождений платиноидов в расслоенных базит-гипербазитовых интрузиях. Поэтому кажется оправданным предположение, что в формировании рудной минерализации значительную роль играли позднемагматические и/или постмагматические процессы.

Условия формирования вторичных минеральных ассоциаций. Парагенетический анализ. Высокие содержания солей хлора в газово-жидких включениях кварца (Семенов и др. 1994), высокое содержание хлора в амфиболах, биотите, хлоритах, скаполитах и апатите из пород с рудной минерализацией позволили рассматривать водно-хлоридный флюид в качестве главного генератора вторичных изменений (Семенов и др.2008).

В рудных породах жильной фации участка «Надежда» гранат, роговая обманка, вторичный плагиоклаз и сульфиды концентрируются между магматическими минералами в интерстициях, часто имеющих в плане треугольную форму. Такая локализация минеральных ассоциаций предполагает кристаллизацию вторичных минералов из остаточного расплава или высокотемпературного гидротермального раствора, обогащенного сульфидной составляющей. Количество хлора в растворе с понижением температуры уменьшалось. Об этом свидетельствует низкое содержание этого элемента в анионной группе низкотемпературных роговых обманок. Расчеты равновесий для АШ+Тк минеральной ассоциации, проведенные с использованием программы ОЕОСАЬС (Вегшап й. а1.,1987) показали, что максимальный температурный интервал устойчивости ассоциация составляет 660-700°С, причем антофиллит устойчив уже при 800°С. Формирование реакционных кайм Тк-АШ - железосодержащий сульфид вокруг ортопироксена может быть связано с наличием в породах этого типа «избыточной» серы.

Кристаллизация ставролитсодержащей минеральной ассоциации протекала на фоне остывания интрузива в процессе взаимодействия гидротермального раствора с пироксеном и плагиоклазом: Рх+Р1+Н++СГ+ОН" ->НЫС1+Р1>Ма±ОП+А128Ю5+81. По оценкам А. Баркова (Вагкоу й а1., 1999) условия кристаллизации этой ассоциации отвечали давлениям не меньше 5-6 кбар и температурам 500-650°С.

Дальнейшее понижение температуры и давления привело к формированию ассоциации эпидот - клиноцоизита с амфиболами и хлоритом. Формирование этих ассоциаций сопровождалось отложением рудных минералов, о чем свидетельствует взаимное прорастание сульфидных и вторичных силикатных минералов.

В процессе остывания интрузива в экзоконтактовых породах также происходило формирование Т1с-АШ ассоциации. По мере понижения температуры кристаллизовалась ассоциация НЫ-В1-Р1тм. Высокое содержание хлора в анионных группах высокоглиноземистых роговых обманок, присутствие этого элемента в биотите свидетельствуют о насыщенности гидротермального раствора хлором. Поэтому реакции формирования роговых обманок и биотита с участием хлора можно записать в виде системы реакций:

Р1магм+Ре+++М§+++81+++++К++Н++ОН"+С1'->В1с1+НЫс1+Р1<Ма(до анортита) или Орх(Срх)+К++Ма++Са+++А1++++81+++++Н++ОНЧ-С1"->В1с1+НЫс1+Р1>на.

В породах экзоконтакта наиболее распространена вторичная минеральная ассоциация СЫ+Ер(С7о)+АтрЬ+Р1кисл±р1г±8сар±М5. Расчеты

равновесий для минералов этой ассоциации произведены с помощью программы GEOCALC (Berman et. al., 1987). Формирование указанной ассоциации возможно при Т=350-400°С. Нижний предел давлений соответствует около 1.5-2.0 кбар. Величина давления для углекислотных и водных включений в кварце составила 2.5-2.8 кбар.

Появление кальцита, пренита и пумпелиита происходило при Т<350°С и Р~ 1.5 кбар. Сульфиды и минералы платиноидов преимущественно сокристаллизуются с средне-низкотемпературными ассоциациями. Термобарометрия гранатсодержащих ассоциаций пород жильной фации и пород вмещающих силлы микрогабброидов. Для оценки условий кристаллизации пород жильной фации и вмещающих силлы экзоконтактовых габброидов методом TWEEQU (метод TWEEQU; Berman, 1991; Berman, Aranovich, 1996; Arañovich, Berman, 1996) исследовались ассоциации Grt-Hbl-Pl, Grt-Hbl-Pl-Qtz, а с помощью ставролит-гранатового термобарометра (St-Grt термобарометр, Федькин, 1972) изучалась ассоциация St+Grt+Al2Si05.

Для пород жильной фации полученные методом TWEEQU значения температур и давлений можно условно объединить в две группы: 1). Р~5.0-7.0 кбар, Т=600-700°С, 2). Р>10.0 кбар, Т~800-900°С. Отметим, что высокие Р-Т отвечают области солидуса базальт + Н20. Оцененные давления и температуры для гранат-роговообманковых ассоциаций пород, вмещающих силлы можно объединить в три группы: 1). Р=3.0-4.5 кбар, Т~500-650°С, 2). Р~6.0-9.0 кбар, Т~650-700°С, 3). Р>10.0 кбар, Т=700-900°С.

Проведенные с помощью ставролит-гранатового термобарометра расчеты показали, что в породах жильной фации для некоторых пар St-Grt ассоциации Р=5.3-5.6 кбар и Т=600°С. В изученных породах экзоконтакта с силлами для одной из пар St-Grt ассоциации получено Р=4.5 кбар, Т=550°С.

Высокие давления в породах жильной фации возникли после отделения вещества включений (шлиров и жил) на стадии кристаллизации микрозернистых пород. Эти давления связываются с разными коэффициентами сжимаемости вещества жил и шлиров и вмещающих пород. Высокие давления, полученные для гранатсодержащих ассоциаций из пород, вмещающих силлы микрозернистых габбро-норитов, по-видимому, указывают на условия внедрения дополнительных порций магм, формирующих тела микрозернистых силлов и тела микрогабброидов депрессионных структур. Эти давления сравнимы с давлением источника магм. III. В расслоенном интрузиве Луккулайсваара выделяется два генетических типа сульфидных и платинометальных руд: 1. Формирование экзоконтактового типа связано с постмагматическими гидротермальными процессами, протекавшими в условиях открытой системы; 2. Формирование жильного типа связано с кристаллизацией остаточных расплавов в условиях закрытой системы. Механизм формирования наложенных минеральных ассоциаций. Моделирование постмагматических процессов. Fe-Ni-Cu-сульфиды и минералы ЭПГ ассоциируют только с вторичными минералами. Это дало возможность оценить некоторые параметры их формирования. Автором

проводилось моделирование постмагматических процессов экзоконтактовых пород участка «Надежда». Для оценки условий формирования вторичных ассоциаций пород жильной фации из тела микрогабброидов использовались данные из работы (Кольцов, Семенов, 2000).

Породы зоны экзоконтакта тела микрозернистых пород. Ранее (Зильберштейн и др., 1999) было показано, что уменьшение объема тела микрозернистых пород при остывании значительно превышало уменьшение объема полости занимаемой этим телом. Это приводило к формированию зон разуплотнения на границах разных по составу пород и «подкачке» в них гидротермальных растворов.

Для оценки источника флюида, интенсивности флюидопотока, термодинамического режима при которых формировались вторичные ассоциации пород экзоконтакта использовалась программа GBFLOW (Гричук, 2000), предназначенная для моделирования гидротермально-метасоматических процессов методом многоступенчатого проточного реактора.

В качестве источника флюида рассматривались магмы основного состава (тело микрогабброидов участка "Надежда"), а за альтернативные источники были приняты магмы ультраосновного состава (средневзвешенный состав ультраосновной зоны массива Луккулайсваара) и плагиогранитный субстрат. Лейкократовые нориты - анортозиты использовались в качестве исходных пород для моделирования. Применялись декомпрессионная модель и модель термоградиентного охлаждения. Интенсивность флюидопотока задавалась величиной интегрального отношения W/R (массовое отношение флюид/порода). На основании полученных для каждой величины W/R минеральных ассоциаций строилась метасоматическая колонка. Модельные данные наиболее сопоставимые с природными наблюдениями расценивались как искомый результат.

Результаты моделирования. В процессе моделирования постмагматических процессов в породах экзоконтакта было установлено, что модельная колонка с ассоциацией Tr(Act*)-Chl-Pl10-Czo (Act* -минерал природных вторичных ассоциаций зоны экзоконтакта, являющийся железистым аналогом Тг), наиболее широко распространенной в зоне экзоконтакта, устойчива при интенсивном флюидопотоке (вплоть до W/RxlO3) и реализуется в декомпрессионной модели, если источником флюида служат породы основного состава при Т<450°С. В декомпрессионной модели при Т<450°С с наращиванием флюидопотока наиболее четко проявлены процессы Na-метасоматоза; при температурах >450°С и величине W/RxlO2 реализуются процессы калий-натриевого метасоматоза с характерной ассоциацией Amph(Act,Hbl)-Bt-Pl„3M(flO Ab)+/-Qtz.

Изотопно-геохимические данные (Sm-Nd изотопная система) показали, что время формирования вторичных ассоциаций не отличается в пределах ошибки измерений от возраста интрузива и тел микрогабброидов (Семенов и др. 1997). Таким образом, источником флюида по данным моделирования могли быть сформировавшие их магмы основного состава. Однако, значение

SNd для сильно измененных пород экзоконтактов в среднем выше, чем значение sNd для пород расслоенной серии и тел микрогабброидов (табл.2). Эти данные с одной стороны подтверждают связь платинометальной минерализации с гидротермальными процессами, а с другой предполагают участие в процессе мантийного источника.

Породы э/сильной фаиии из тела микрогабброидов участка «Надежда». Было показано (Кольцов, Семенов, 2000), что формирование вторичных минералов связано с реакциями гидратации, а формирование минеральной зональности на границах пироксен-плагиоклаз хорошо согласуется с моделью межзернового биметасоматического взаимодействия. По данным (Кольцов, Семенов, 2000) количество воды, которое участвовало в процессе замещения, должно было полностью израсходоваться на гидратацию первичных минералов еще до момента полного их исчезновения. Интегральное отношение W/R (отношение вода - порода) при этом должно было составлять величину, равную приблизительно пхЮ"2. Такие низкие значения W/R не позволяют рассматривать процессы изменения пород как собственно метасоматические. Недостаток воды не позволил реализоваться и сценарию автометаморфического процесса с полной амфиболитизацией пород. В связи с этим, в породах жильной фации переработка пород ограничилась не полным замещением магматических минералов и формированием реакционных зон между зернами минералов без установления равновесия по всему объему породы.

Особенности химического состава пород зон экзоконтакта тел микрогабброидов (участок «Надежда»). Сравнение среднего содержания химических элементов в этих породах показало статистически значимую (по критериям Стьюдента и Фишера) тенденцию увеличения концентраций Со, Ni, Mo, Те, Ag, Pt, Pd, Cu, Bi в сторону сильно измененных пород с высоким значением п.п.п. (п.п.п. - потеря при прокаливании).

Парная корреляция среднего содержания химических элементов пород нижнего и верхнего экзоконтактов (в работе использовались данные хим. анализов автора и Latypov, et al., 2007) показала, что: 1. В зоне нижнего экзоконтакта отсутствует значимая корреляционная зависимость между содержанием в породе хлора и концентрациями группы элементов S-Ni-Cu-Au-Pd-Pt. Можно отметить хорошую связь между содержанием в породах С1 и Na-Al, что может быть связано с кристаллизацией роговой обманки, являющейся концентратором хлора; 2. В разрезе верхнего экзоконтакта отмечается значимая корреляционная связь хлора с группой элементов S-Ni-Cu-Au-Pd-Pt (коэффициент корреляции > 0.3).

Прямые корреляционные связи ЭПГ с Си, Ni и S, наглядно можно наблюдать в верхнем и нижнем контакте микрозернистого тела и рудных породах жильной фации (рис.7). Максимальные концентрации С1 приходятся на породы жильной фации и породы нижнего экзоконтакта. В зонах нижнего и частично верхнего экзоконтактов зафиксирован «разрыв» между аномальным содержанием S, Си, Ni, ЭПГ и С1, тогда как в жильных породах рудных плагиопироксенитов, габбро-норитов такой разрыв отсутствует.

11 Ш12 Е~3з I1É34 r^ÑIsl 16 Г "Т7 ¡я 9 СЕЗюбНВп [ИЗ«

Распределение С1,Р,К,8 и полезных компонентов в разрезах,проходящих вкрест простирания контактов микрозернистого тела "Надежда" (использованы данныеЛатыпова 2007г.)

шшж:южш#111и и и i аим § йй

Kffl Ptppá itopí Sppá Capí Spí Opf Srppi tórifi

Í9PWI ШШ

(m) 02-Í02-104106108- . .....

8Ш*»ЯЯ®в0ИШМЮвЯНЛ49ШШ#« 15 15«(L ... Pdppb Ptppí Ааррй Nippf Cuppd Sppd Qf¡i Sppi K¡0»ffi; MM«S

Рис. 7. Условные обозначения: 1. Крупно-среднезернистые нориты, 2. Среднезернистые габбро-нориты, 3. Микрозернистые габбро-нориты с ойкокристаллами Орх, 4. Микрозернистые пижонитовые габбро-нориты, 5. Рудные крупнозернистые нориты, габбро-нориты и пироксениты, 6. Пятнистые анортозиты и лейкократовые габбро-нориты, 7. Нориты расслоенной серии, 8. Лейкократовые нориты расслоенной серии, 9. Фрагменты микрозернистых пород, 10. Fe-Ni-Си-сульфидная и платинометальная минерализация, 11. Содержание химических элементов: (а) в микрозернистых габбро-норитах, (б) во вмещающих породах, 12. Профили опробования.

Здесь отмечены повышенные содержания Б, Си, N1, ЭПГ, С1, Р и К относительно вмещающих их микрозернистых пород. Отмеченный характер распределения указанных элементов может свидетельствовать о разных механизмах формирования полезной минерализации в породах экзоконтакта и породах жильной фации: 1. Формирование экзоконтактового типа связано с постмагматическими гидротермальными процессами, протекавшими в условиях открытой системы, что привело к «разрыву» между аномальными содержаниями группой элементов Б, Си, №, ЭПГ и С1, наблюдаемому в нижнем экзоконтакте, где зафиксированы низкотемпературные ассоциации вторичных минералов (пренита и пумпелиита); 2. Формирование жильного типа связано с кристаллизацией остаточных расплавов в условиях закрытой системы, что также подтверждается четкими контактами и отсутствием следов химического взаимодействия с вмещающими их микрозернистыми породами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В интрузиве Луккулайеваара тела микрогабброидов сформированы за счет бонинитоподобной магмы дополнительной фазы внедрения, близкой по составу с магмой главной фазы внедрения и, следовательно, имеющей с ней общий источник и сходные условия внедрения.

2. Богатая сульфидная и ЭПГ минерализация пространственно связана с крупными телами микрогабброидов, залегающими в депрессионных структурах в наиболее высокой части разреза интрузива. Минерализация сконцентрирована в зонах экзоконтактов по периметру микрозернистых тел с вмещающими породами и в породах жильной фации, заключенных в этих телах.

3. Формирование пород жильной фации происходило за счет обогащенного летучими компонентами легкоплавкого материала, который выжимался из кристаллизующейся магмы, сформировавшей тела микрогабброидов, насыщался несовместимыми элементами, хлором, серой, водой и другими компонентами. В результате быстрой кристаллизации магмы микрогабброидов, в остаточных расплавах, формировавших породы жильной фации, происходило локальное повышение давления (до 10 кбар), что привело к формированию высокобарической гранатсодержащей минеральной ассоциации. Дальнейший процесс эволюции пород жильной фации происходил с понижением температуры и давления вплоть до формирования С70-Ер-СЫ-АтрЬ-Р1кисл-СП2 ассоциации (до Т~350-450°С и Р=2 кбар). Процесс замещения магматических ассоциаций минералов протекал в условиях закрытой системы. Кристаллизация сульфидов и платиноидов происходила в широком диапазоне температуры и давления.

4. В процессе остывания тела микрогабброидов реализовался процесс контракции. В результате этого процесса возникли зоны деформации растяжения, служившие «ловушкой» для флюидов и способствовавшие формированию рудной минерализации по периметру тел микрогабброидов. Кристаллизация доминирующих рудоконтролирующих ассоциаций Ас^Тг)-СЫ-Р^о-Сго и Атр11-В1-Р1ИзМ+/-СНг происходила в условиях декомпрессии в режиме интенсивного флюидного потока. Основной этап кристаллизации МПГ приходился на средне-низкотемпературную стадию преобразования пород. Повышенные значения £N(1 для измененных пород экзоконтакта относительно пород микрогабброидов и пород расслоенной серии интрузива подтверждают гидротермально-метасоматическую природу преобразования этого типа пород.

5. Формирование ЭПГ-месторождения связывается с процессами растворения сульфидной и ЭПГ минерализации магматического генезиса, переносом полезных компонентов в виде хлоридных и более сложных комплексных соединений в зоны локальных растяжений (зоны контактов тел микрогабброидов и вмещающих их пород). По мере понижения температуры гидротермальный раствор обогащался серой. Поэтому на стадии кристаллизации ниже 450°С перераспределение ЭПГ происходило главным образом с помощью комплексов серы.

Список работ по теме диссертации

1. Семенов С.В., Глебовицкий В.А., Кольцов А.Б., Семенов B.C., Корнеев С.И., Саватенков В. М.. Метасоматические процессы в расслоенном интрузиве Луккулайсваара, формирование малосульфидной платинометальной минерализации (Россия) // Геология рудных месторождений. 2008. № 4. С. 283-310.

2. Семенов С.В. Особенности и условия формирования Fe-Ni-Cu сульфидного и платинометального оруденения в расслоенном интрузиве Луккулайсваара // Сборник трудов молодых ученых ИГГД РАН. СПб.: ИГГД РАН, 2010. С. 100-133.

3. Зильберштейн А.Х., Семенов B.C., Глебовицкий В.А., Деч В.Н., Семенов С.В.. Температура в магматической камере при кристаллизации магмы // Вестник СПбГУ, серия 7. 2010. № 1. С.3-14.

4. Семенов B.C., Семенов С.В., Турченко С.И. Интрузивный магматизм периода 2.40 -2.45 млрд. лет / В кн. Ранний докембрий Балтийского щита. СПб.: Наука, 2005. С. 495-535.

5. Semenov V.S., Klepinin S.V., Zilbershtein А.Н., Belyatsky B.V., Koltsov A. & Semenov S. Constraints on metamorphic and ore forming conditions of the Lukkulaisvaara layered intrusion, Oulanka Group Intrusions, Northern Karelia, Russia // Mineral Deposits: Processes to Processing. 1999. Balkema, Rotterdam. V.l.P. 791-794.

6. Semenov V.S., Klepinin S.V., Koltsov A.B., Semenov S.V. The origin of the fine-grained rocks and PGE mineralization in the Lukkulaisvaara Layered Intrusion (Northern Karelia, Russia) // MSF Mini-Symposium. Extended Abstracts. Espoo, Finland. 2000. P. 75-80.

7. Semenov V.S., Semenov S.V., Koltsov A.B., Stanley C.J. A model for formation of fine-grained rocks in the Lukkulaisvaara intrusion (Russia) // Mineralogy for the New Millennium. 18th General Meeting of the International Mineralogical Association, Abstracts. 2002. P. 243.

Подписано к печати 04.04.2012. Печ. л. 1,4. Уч.-изд. л. 1,0 Формат 60x90/16. Тираж 100 экз

Ротапринт ВНИИОкеангеология 190121 С.-Петербург, Мойка, 120

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Семенов, Сергей Владимирович, Санкт-Петербург

61 12-4/130

СЕМЕНОВ СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

Генетические типы Ее-№-Си-сульфидного и платинометального оруденеиия в расслоенном базит-ультрабазитовом интрузиве Луккулайсваара (Северная Карелия).

Специальность 25.00.04 петрология, вулканология

ДИССЕРТАЦИЯ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ГЕОЛОГО-МИНЕРАЛОГИЧЕСКИХ НАУК

Санкт-Петербург 2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................................... 5

Актуальность...................................................................................................................5

Цель, задачи и методы исследований..................................................................................... 6

Фактический материал................................................................................................... 7

Научная новизна........................................................................................................... 7

Практическоезначение........................................................................................................ 7

Защищаемые положения........................................................................................................ 7

Апробация работы......................................................................................................................................... 8

Структура и объем работы........................................................................................................................... 8

Благодарности................................................................................................................................................ 8

1.СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ НАУКИ В ОБЛАСТИ

ИССЛЕДОВАНИЯ ПЛАТИНОМЕТАЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ РАССЛОЕННЫХ БАЗИТ-УЛБТРАБАЗИТОВЫХ КОМПЛЕКСОВ.............................................................................................. 9

2. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ РЕГИОНА................................................................................ 16

3. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ РАССЛОЕННОГО МАССИВА

ЛУККУЛАЙСВААРА И ЛОКАЛИЗОВАННЫХ В НЕМ ТЕЛ МИКРОГАББРОИДОВ.......................... 18

3 Л. Массив Луккулайсваара............................................................................................................. 18

3.2. Депрессионные структуры............................................................................................. 18

3.2.1. Участок «Надежда»................................................................................................... 21

3.2.2. Участок "Лысый Череп".............................................................................................. 21

3.2.3. Участок «Чиж» (южная часть участка).................................................................................. 24

3.2.4. Микрозернистые силы (северная часть участка «Чиж»).......................................................... 25

4. ПЕТРОГРАФИЯ ПОРОД РАССЛОЕННОЙ СЕРИИ И ТЕЛ

МИКРОЗЕРНИСТЫХ ГАББРОИДОВ. АССОЦИАЦИИ МАГМАТИЧЕСКИХ МИНЕРАЛОВ.............. 25

4.1. Породы расслоенной серии................................................................................................ 25

4.2. Микрозернистые нориты и габбро-нориты.............................................................................. 27

4.3. Породы с некумулятивной текстурой..................................................................................... 30

4.3.1. Породы жильной фации........................................................................................................................... 30

4.3.2. Кварцсодержащие пегматиты.................................................................................................................. 30

5. ГЕОХИМИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ПОРОД, СТРОЕНИЕ ВЕРТИКАЛБНОГОРАЗРЕЗА ИНТРУЗИВА ЛУККУЛАЙСВААРА И

КРУПНЫХ ТЕЛ МИКРОГАББРОИДОВ.......................................................................................................... 31

5.1. Кластерный анализ....................................................................................................................................... 31

5.2. Распределение петрогенных элементов................................................................................................. 35

5.2.1. Вертикальный разрез интрузива Луккулайсваара......................................................................... 35

5.2.2. Распределение главных элементов в вертикальном разрезе тел микрозернистых габброидов........ 44

5.2.2.1 Участок «Надежда».................................................................................................... 44

5.2.2.2. Участок «Лысый Череп»............................................................................................. 45

5.2.2.3. Участок «Чиж»........................................................................................................ 47

5.3. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ И КОНЦЕНТРАЦИЯ М, Со, Сг и Си ВДОЛЬ

ВЕРТИКАЛЬНОГО РАЗРЕЗА ИНТРУЗИВА И ТЕЛ МИКРОГАББРОИДОВ...................................... 48

5.3.1. Вертикальный разрез интрузива Луккулайсваара.............................................................. 48

5.3.1.1. Эволюция концентраций Сг, М, Си, ЛиРв остаточных расплавах......................................... 49

5.3.2. Вертикальный разрез тел микрогабброидов............................................................................. 54

5.3.2.1 .Участок «Надежда»................................................................................................................................ 54

5.3.2.2.Участок «Лысый Череп» (обр. Ьи2004-Ьи2045)................................................................................. 55

5.4. Распределение РЗЭ в теле микрогабброидов участка "Надежда" и вмещающих его

породах расслоенной серии.............................................................................................................................. 55

6. АССОЦИАЦИИ СИЛИКАТНЫХ МИНЕРАЛОВ, СУЛЬФИДНАЯ И

ПЛАТИНОМЕТАЛЬНАЯ МИНЕРАЛИЗАЦИЯ В УЧАСТКАХ ДЕТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ........................................................................................................................................ 61

6.1. Ассоциации силикатных минералов............................................................................................................ 61

6.1.1. Участок "Надежда".................................................................................................................................. 61

6.1.1.1. Шлиры и жилы среднезернистых рудных габбро-норитов и плагиопироксенитов

(породы жильной фации)..................................................................................................................................... 61

6.1.1.2. Породы зоны экзоконтакта с телом микрозернистых пород.............................................................. 72

6.1.2. Участок «Лысый череп», верхний контакт микрозернистых норитов и анортозитов........................ 77

6.1.3. Участок «Чиж»........................................................................................................................................... 81

6.2.1. Fe-Ni-Cu-сульфидные ассоциации........................................................................................................... 84

6.2.1.1. Участок "Надежда"................................................................................................................................. 84

6.2.1.1.1. Породы жильной фации..................................................................................................................... 84

6.2.1.1.2. Породы зона экзоконтакта с телами микрогабброидов................................................................... 86

6.2.1.2. Участок «Лысый череп»........................................................................................................................ 88

6.2.1.3. Участок «Чиж»........................................................................................................................................ 90

6.2.2. Особенности химического состава Fe-Ni-Cu-сульфидных минералов и магнетита

участков "Надежда" и "Лысый Череп".............................................................................................................. 91

6.2.3. Минералы благородных элементов.......................................................................................................... 97

6.3.1. Участок «Надежда».................................................................................................................................. 100

6.3.1.1. Породы жильной фации...................................................................................................................... 100

6.3.1.2. Зона экзоконтакта.................................................................................................................................. 101

6.3.2. Участок «Лысый Череп».......................................................................................................................... 101

6.3.1. Участок «Чиж».......................................................................................................................................... 102

7. УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ВТОРИЧНЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ АССОЦИАЦИЙ............................ 103

7.1. Парагенетический анализ............................................................................................................................ 103

7.1.1. Участок «Надежда». Шлиры и жилы среднезернистых рудных

габбро-норитов и плагиопироксенитов (породы жильной фации)................................................................ 103

7.1.2. Участок «Надежда». Зона экзоконтакта................................................................................................. 106

7.1.2. Участок «Лысый Череп»......................................................................................................................... 107

7.1.3. Участок «Чиж».......................................................................................................................................... 107

7.2.Термобарометри я......................................................................................................................................... 108

7.2.1. Породы жильной фации (уч. Надежда»)................................................................................................ 108

7.2.2. Породы вмещающие силлы микрозернистых габброидов................................................................... 112

8. МЕХАНИХЗМЫ ФОРМИРОВАНИЯ МИКРОЗЕРНИСТЫХ ПОРОД

И ПОРОД ЖИЛЬНОЙ ФАЦИИ......................................................................................................................... 118

8.1. Механизмы движения магмы в верхние слои литосферы и формирование

магматической камеры вследствие внутреннего избыточного давления в магме........................................ 118

8.2. Условия кристаллизации микрозернистых пород и пород жильной фации

(метод геохимической термометрии)................................................................................................................ 122

8.2.1. Тела микрогабброидов.............................................................................................................................. 123

8.2.3. Породы жильной фации в телах микрогабброидов (уч. "Надежда")................................................... 126

9. ОСОБЕННОСТИ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОРОД ЗОН ЭКЗОКОНТАКТА

С ТЕЛАМИ МИКРОГАББРОИДОВ (Уч. "Надежда").................................................................................... 128

9.1. Зона южного (нижнего) экзоконтакта........................................................................................................ 128

9.1.1. Статистика, «прямая» корреляция распределения химических элементов из

пород контактовой зоны с телом микрозернистых габбро-норитов.............................................................. 128

9Л .2. Парная корреляция химических элементов из пород южного экзоконтакта............................... 130

9.2. Парная корреляция химических элементов из пород южного и северного экзоконтактов

(с использованием данных Latypov, et al., 2007)............................................................................................... 140

10. ИЗОТОПНАЯ СИСТЕМАТИКА.................................................................................................................. 146

11 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОСТМАГМАТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ.......................................................... ¡48

11.1. Зона экзоконтакта тела микрозернистых габбро-норитов. Участка «Надежда»............................... 14»

11.1.1. Методические замечания и пояснения...............................................................................................

11.1.2. Источники флюида............................................................................................................................... ^

11.1.3. Преобразованные породы участка "Надежда"..................................................................................

11.2. Результаты моделирования....................................................................................................................

11.2.1. Декомпрессионная модель...................................................................................................................

11.2.2. Модель охлаждения..............................................................................................................................

11.3. Шлиры и жилы норитов и плагиопироксенитов из микрозернистого тела

участка «Надежда» (породы жильной фации)...............................................................................................

12. ЗАКЛЮЧЕНИЕ........................................................................................................................................... ш

выводы........................................................................................................................................................... 166

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.................................................................................................................................

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ТИПЫ РеМ-Си-СУЛЬФИДНОГО И ПЛАТИНОМЕТАЛЬНОГО ОРУДЕНЕНИЯ В РАССЛОЕННОМ БАЗИТ-УЛЬТРАБАЗИТОВОМ ИНТРУЗИВЕ ЛУККУЛАЙСВААРА (СЕВЕРНАЯ

КАРЕЛИЯ)

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. В современном мире, наряду с углеводородами, важнейшую экономическую роль играют запасы и разработка месторождений благородных металлов. Если в недавнем прошлом львиная доля добытых редких металлов шла на производство ювелирных изделий, то сегодня основная область применения платины и ее сплавов - промышленное производство. Это автомобилестроение, электротехника, нефтехимический и органический синтез. Из платины и ее сплавов изготавливаются высокотемпературные термопары и термометры сопротивления, электроды в электролизных аппаратах, кислотно- и жароупорная аппаратура химических заводов и многое другое. При этом стратегические запасы благородных металлов достаточно ограничены.

Одним из ведущих по добыче благородных металлов в мире являются собственно платиновые месторождения малосульфидного типа, связанные с ультрабазитовыми комплексами докембрийских щитов (Бушвельд, Скергаард, Стиллуотер, Великая Дайка, Федорово-Панский интрузив и др.). Актуальным вопросом является собственно происхождение богатых полезной минерализацией месторождений. Существует два основных научных направления, предлагающих модели формирования платиноидов. Первая модель предполагает смешение новых порций магм с остаточной жидкостью и аккумуляцией сульфидной жидкости из конвектирующего расплава, с дальнейшей концентрацией (ассимиляцией) платиноидов благодаря высокому коэффициенту распределения ЭПГ в сульфидах. Вторая модель рассматривает растворение полезной минерализации из первично аккумулирующих ее толщ, флюидную транспортировку и последующее отложение сульфидов и платиноидов в ограниченных горизонтах благодаря резкой смене физико-химической обстановки среды. Разный генезис ЭПГ минерализации может означать фундаментальные различия в процессах, генерируемых интрузиями на

стадии затвердевания расплава в магматической камере и на постмагматической стадии. Не смотря на обилие петрографических, геохимических и минералогических данных по различным платиносодержащим объектам существенное понимание генезиса ЭПГ-минерализации не достигнуто. Есть основание предполагать, что на формировании ЭПГ-содержащих горизонтов в расслоенных сериях оказывают оба процесса.

В последние годы собран богатый фактический материал подтверждающий связь платинометального оруденения с процессами постмагматического изменения пород в расслоенных интрузиях расположенных в северо-западной части Балтийского Щита (Федорово-Панский и Мончегорский интрузивы на Кольском Полуострове, Комплекс Портимо и Интрузия Пеникат в Финляндии и др.). В последние годы коллективом, в котором работает автор, собран огромный фактический материал, указывающий на существенную роль постмагматических процессов в формировании платинометальной минерализации в расслоенной базит-ультрабазитовой интрузии Луккулайсваара. В этой интрузии Ре-№-Си-ЭПГ минерализация концентрируется в преобразованных породах. Особенностями этих пород является устойчивая ассоциация Ре-№-Си-сульфидов, минералов ЭПГ и гидросиликатов; высокие содержания хлора во вторичных силикатах; наличие флюидных включений с высоким содержанием ЫаС1 в кварце. Эти признаки указывают на проявление процессов постмагматических преобразований пород с участием водно-солевого флюида, способного к растворению и транспортировке элементов.

Цель исследования: установить генетические типы и механизмы формирования сульфидной и платинометальной минерализации в массиве Луккулайсваара.

Задачи исследования:

1. Выявить закономерности локализации рудоконтролирующих пород в структуре

интрузива.

2. Установить связь процессов постмагматического преобразования и рудоотложения в

массиве Луккулайсваара.

3. Получить данные по составу вторичных силикатных и связанных с ними рудных минералов. Определить термодинамические условия и последовательность формирования вторичных минеральных ассоциаций.

4. Определить основные факторы, контролирующие формирование рудосодержащих остаточных расплавов и потоки гидротермальных растворов.

5. Установить химическую форму транспортировки и отложения ЭПГ.

Для решения поставленных задач использовались результаты комплексных геологических, минералогических, геохимических и изотопно-геохимических исследований в сочетании с численным моделированием с помощью программных пакетов МАОМОО, Т\УЕЕС>и, ОВРЬО\¥.

Фактический материал. Базу для диссертационной работы составили материалы, собранные коллективом, в который входил автор, в течение полевых сезонов 1998 — 2008 гг. Документация, зарисовка, фотографирование обнажений и точек детального отбора проб велись главным образом в зонах габбро-норитов-1 — норитов-П расслоенного интрузива Луккулайсваара (участки «Надежда», «Лысый Череп» и «Чиж»), где широко представлены депрессионные структуры, сложенные телами микрогабброидов и выклинивающимися с ними среднезернистыми породами расслоенной серии. Кроме того, были использованы материалы, собранные членами коллектива по полному и частным разрезам интрузива, а также данные, заимствованные автором из публикаций.

Общий объем использованного фактического материала составляет: 281 проб, отобранных для проведения исследований химического состава пород, Из них: 60 проб отобрано на участке «Надежда», 29 на участке «Лысый Череп», 6 на участке «Чиж», 196 из пород расслоенной серии. Проанализировано 513 петрографических шлифов и прозрачно полированных пластин (из них: 137 из пород участка «Надежда», 82 - участка «Лысый Череп», 37 - участка «Чиж», 257 - из пород расслоенной серии). Проведено 1680 микрозондовых определений минералов. Все использованные образцы имеют привязку к центральному разрезу интрузива.

Научная новизна. В массиве Луккулайсваара 1. Предложена модель формирования интрузива. 2. Определен возможный первоначальный состав и тип магмы главной и дополнительной фаз внедрения. Оценены термодинамические условия внедрения этих магм. 3. В работе впервые проведена полная оценка термодинамических условий формирования вторичных силикатных и связанных с ними рудных минеральных ассоциаций. Предложены механизмы формирования рудной минерализации. 4. Выявлена связь малосульфидных платинометальных месторождений со средне-низкотемпературными постмагматическими процессами в пределах депрессионных структур. 5. Впервые выделены генетические типы сульфидной и пл�