Геохимия и эволюция состава хромшпинелидов ультрабазитов центральной части Восточного Саяна

Бенедюк, Юрий Петрович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Геохимия и эволюция состава хромшпинелидов ультрабазитов центральной части Восточного Саяна
ВАК РФ 25.00.09, Геохимия, геохимические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Геохимия и эволюция состава хромшпинелидов ультрабазитов центральной части Восточного Саяна"

На правах рукописи

БЕНЕДЮК Юрий Петрович

ГЕОХИМИЯ И ЭВОЛЮЦИЯ СОСТАВА ХРОМШПИНЕЛИДОВ УЛЬТРАБАЗИТОВ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ ВОСТОЧНОГО САЯНА

Специальность 25.00.09 — геохимия, геохимические методы поисков полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

3 О МАП ^013

005060585

Иркутск-2013

005060585

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте геохимии им. А.П. Виноградова Сибирского отделения-Рос-сийской академии наук.

Научный руководитель: кандидат геолого-минералогических наук,

старший научный сотрудник, Мехоношин Алексей Сергеевич

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук,

профессор Чернышов Алексей Иванович, НИТГУ, г. Томск

Защита состоится 17 июня 2013 года в 13— часов на заседании диссертационного совета Д 003.059.01 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте геохимии им. А.П. Виноградова Сибирского отделения Российской академии наук по адресу: 664033, Иркутск, ул. Фаворского, 1а; факс: (3952) 42-70-50; e-mail: korol@igc.irk.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГХ СО РАН

Автореферат разослан 13 мая 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета sf Королева Г.П.

кандидат геолого-минералогических наук, заместитель директора Меньшагин Юрий Витальевич, ИЗК СО РАН, г. Иркутск

Ведущая организация:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Геологический институт Сибирского отделения Российской академии наук, г. Улан-Удэ

к.г.-м.н.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследований. Базит-ультрабазитовые комплексы играют индикаторную роль при реконструкции геодинамических режимов образования литосферы Земли (Добрецов и др., 2001; Реагсе, 2008) и представляют интерес как потенциальные источники полезных ископаемых - сульфидных платиноид-но-медно-никелевых (Генкин и др., 1981; Налдретт, 2003), хромитовых (Павлов и др., 1968) и оксидных титан-ванадиевых руд (Кратц, 1957). Однако эти породы нестабильны в коровых условиях и почти всегда подвержены воздействию различных метаморфических и метасоматических процессов. Восстанавливать их природу приходится либо по реликтовым парагенезисам, либо по полностью измененным породам. С этой точки зрения наиболее информативными петрологическими индикаторами являются акцессорные минералы и, в частности, минералы группы шпинели. Их состав характеризуется довольно широким изоморфизмом и реагирует на изменения физико-химических параметров эволюционирующего магматического расплава, в том числе на отделение рудной жидкости, а также отражает характер субсолидусных преобразований и различных метаморфических изменений закристаллизовавшихся пород (Плаксенко, 1989; Barnes, Roeder, 2001; и др.).

Несмотря на то что химические особенности минералов группы шпинели в основных-ультраосновных породах исследуются уже на протяжении нескольких десятилетий (Irvine, 1965; Павлов и др., 1968; Barnes, 1998; Чащухин и др., 2007 и др.), их изучение по-прежнему актуально.

Цель и задачи работы. Целью работы является выяснение условий формирования дунит-верлит-плагиоверлитовых массивов центральной части Восточного Саяна и выявление критериев их рудоносности (Си, Ni, ЭПГ) на основе комплексного изучения эволюции состава хромшпинелидов.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1) исследования морфологии зёрен хромшпинелидов;

2) изучение химического состава хромшпинелидов (петрогенных и редких элементов);

3) изучение распределения компонентов в пределах зёрен хромшпинелидов;

4) анализ расплавных микровключений в хромшпинелидах.

Научная новизна работы. Впервые проведено детальное изучение состава хромшпинелидов в ультрабазитах центральной части Восточного Саяна.

Выявлена магматическая и метаморфическая зональность в хромшпинелидах. Показаны различия состава хромшпинелидов дунит-верлит-плагиоверлитового и дунит-гарцбургитового формационных типов. На основе изучения состава расплавных включений в хромшпинелидах получен состав родоначального расплава и температуры кристаллизации минералов.

Практическая значимость работы. Данные, полученные на основе изучения химического состава хромшпинелидов, могут быть использованы для разделения ультрабазитов по формационной принадлежности, что важно при геологическом картировании для отнесения их к тому или иному магматическому комплексу.

Результаты проведённых исследований явились основанием для выделения критериев потенциальной рудоносности ультрабазитов региона, позволяющих разбраковывать массивы по металлогенической специализации.

Результаты работы предполагается внедрять в виде методических рекомендаций при поисковых работах.

Фактический материал и методы исследований. В качестве объектов исследования выбраны хромшпинелиды ультрабазитовых массивов, перспективных на сульфидное медно-никелевое оруденение с платиноидами (центральная часть Восточного Саяна).

В основу работы положен материал, собранный автором в ходе полевых работ 2008-2010 гг. На основе отобранного материала изучено около 300 шлифов и аншлифов, выполнено более 100 микрозондовых определений состава хромшпинелидов, выделены монофракции хромшпинелидов из 45 проб для изучения на микрозонде и исследования расплавных включений.

Состав хромшпинелидов определялся в Институте геохимии СО РАН с применением рентгеноспектрального микроанализа (аналитик - к.х.н. Л.А. Павлова) на электронно-зондовом анализаторе JXA-8200 (пределы обнаружения компонентов: 0.01-0.03 мае. %). В образцах с низкими содержаниями никеля и цинка увеличивалось время экспозиции анализа. Включения были изучены на электронно-зондовом анализаторе Camebax-Micro и электронном сканирующем микроскопе LEO 1430 VP (ИГМ СО РАН, г. Новосибирск); пределы обнаружения компонентов, соответственно, 0.01-0.03 мае. % и 0.10.25 мае. %.

Экспериментальные исследования расплавных включений в хромшпинелидах проводились в лаборатории геодинамики и магматизма ИГМ СО РАН по

методике экспериментов д.г.-м.н. В.А. Симонова (Симонов и др., 2009а; Симонов и др., 2011).

Моделирование условий кристаллизации минералов проводилось с помощью программного обеспечения Ре1го^ III (Плечов, Данюшевский, 2006).

Защищаемые положения:

1. Различия химического состава хромшпинелидов рассматриваемых ультрабазитов объясняются их кристаллизацией на разных стадиях магматического процесса, реакциями хромшпинелидов с интеркумулусной жидкостью и первичными силикатами, а также метаморфическими преобразованиями пород. В ходе эволюции шпинели от ранней к поздней генерации состав изменялся сначала в сторону хромистых и магнезиальных, а затем железистых и титанистых разностей.

2. Родоначальным для пород рассматриваемых массивов являлся пикри-товый расплав нормальной щелочности. Установлены следующие интервалы температур кристаллизации минералов при заданном давлении 4 кбар: хром-шпинелид I генерации - 1310-1280 °С, оливин - 1290-1230 °С, клинопироксен - 1250-1230 °С, плагиоклаз - 1220-1190 °С.

3. Присутствие сульфидных включений, магматическая зональность хромшпинелидов и особенности химического состава, проявленные в характерном тренде эволюции Сг, А1 и Ре3+, высоком содержании ТЮ2 (>0.5 мае. %), типичных для дунит-верлит-плагиоверлитового формационного типа концентрациях МпО (0.16-0.70 мае. %) и 2п0 (0.07-0.53 мае. %) являются критериями потенциальной рудоносности ультрабазитов на сульфидное платиноидно-медно-никелевое оруденение.

Публикации и апробация работы. По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе две работы в журналах из перечня ведущих периодических изданий ВАК. Результаты исследований были представлены на всероссийских и международных конференциях в городах: Иркутск, Томск, Новосибирск и Екатеринбург.

Работа выполнена при финансовой поддержке интеграционного проекта ОНЗ-2 РАН, Совета по грантам Президента (НШ-6153.2012.5).

Структура и объём работы. Работа состоит из введения, пяти глав и заключения. Объём работы - 130 страниц, включающих 57 рисунков и 8 таблиц. Список литературы состоит из 142 наименований.

Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю — к.г.-м.н. A.C. Мехоношину, проявлявшему постоянное внимание и поддержку на всех этапах подготовки диссертационной работы. Искреннюю признательность автор выражает к.г.-м.н. Т.Б. Колотилиной и A.A. Дорошкову, общение с которыми способствовало формированию взглядов автора в исследуемой области.

Особую благодарность автор выражает д.г.-м.н. В.А. Симонову за проведение высокотемпературных экспериментов по изучению расплавных включений в хромшпинелидах. За содействие в проведении полевых работ и обсуждение результатов автор признателен вице-президенту ООО «Интергео» А.Н. Стехину, а также сотрудникам ООО «ГПП — Геологическая компания» в лице директора Ю.Н. Киселёва и старшего геолога А.П. Салманова. За обсуждение фактического материала, консультации и ценные советы автор благодарен д.г.-м.н. М.А. Горновой, д.г.-м.н. А.Я. Медведеву, д.г.-м.н. В.Е. Загорскому, д.г.-м.н. О.М. Глазунову, д.г.-м.н. А.Э. Изоху, к.г.-м.н. М.Ю. Подлипскому, к.г.-м.н. С.И. Дрилю, д.г.-м.н. Д.А. Орсоеву, д.г.-м.н. Н.Д. Толстых, к.г.-м.н. А.Г. Полозову, Г.В. Бурмакиной, В.А. Беляеву. Особую благодарность автор выражает к.х.н. JI.A. Павловой, к.х.н. Т.С. Айсуевой, д.т.н. И.Е. Васильевой, Т.В. Ожогиной, а также другим сотрудникам аналитических служб ИГХ СО РАН и ИГМ СО РАН (г. Новосибирск), участвовавшим в проведении лабораторных исследований.

ГЛАВА 1. ОБЗОР РАНЕЕ ПРОВЕДЁННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ИЗУЧЕНИЮ ХРОМШПИНЕЛИДОВ

В первой главе приводится краткая история исследования акцессорных минералов, начиная с первого их описания А. Броньяром (Brongniart, 1827), до исследований XX в. (Ляхович, 1979; и др.). Также в главе рассматриваются общие сведения о минералах группы шпинели, включающие описание их структуры и таких индикаторных признаков, как облик и габитус кристаллов, состав, особенности внутреннего строения, наличие включений и степень изменения зёрен в процессе метаморфизма.

Обзор ранее проведённых исследований по изучению состава хромшпи-нелидов продемонстрировал возможность их использования для выяснения условий образования и эволюции ультраосновных расплавов. Перспективными направлениями в исследовании акцессорных хромшпинелидов являются изуче-

ние химического состава (в т.ч. содержание редких элементов), расплавных включений, а также использование хромшпинелидов в качестве геотермометра.

ГЛАВА 2. ГЕОЛОГО-ПЕТРОГРАФИЧЕСКИЕ И МИНЕРАЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МАССИВОВ УЛЬТРАБАЗИТОВ

Изучение хромшпинелидов проводилось в ультрабазитовых массивах, расположенных в центральной части Восточного Саяна, в пределах Алхадыр-ского террейна. Террейн ограничен глубинными разломами: на северо-востоке - Бирюсинским, на юго-западе - Главным Саянским (рис. 1). На северо-западе он перекрывается отложениями чехла Сибирского кратона.

Регион имеет длительную историю исследования и изучен довольно де-

Рис. 1. Положение массивов в пределах Алхадырского террейна. 1-6 - метаморфизованные первично-осадочные образования (PR); 7-14 - магматические образования (7 - урдаокинский комплекс метагаббро, ортоамфиболитов (PRi), 8 - дербин-ский комплекс гранитоидов (PR2.3), 9 - саянский комплекс гранитоидов (PRO, 10 - барби-тайский и идарский комплексы дунитов, перидотитов (PR), 11 - нижнекоровые блоки вы-сокометаморфизованных пород (PR2.3), 12 - огнитский комплекс гранитов, сиенитов, диоритов (О), 13 - нерхинский комплекс трахибазальтов, андезито-базапьтов (Du), 14 - зоны глубинных разломов (цифры в кружках: 1 - Бирюсинский, 2 - Главный Саянский), 15 -разрывные нарушения. Карта составлена A.C. Мехоношиным, Т.Б. Колотилиной, A.A. До-рошковым по материалам Государственной геологической съёмки масштаба 1:200000.

тапьно (Дибров, 1964; Рассказчиков, 1971; Сизых, Шафеев, 1976; Широбоков, Сезько, 1979; Галимова, Бормоткина, 1983; Мехоношин, 1986). Основной чертой его строения является коллаж чешуйчато-блоковых структур, где на одном эрозионном срезе наблюдаются блоки гнейсов, мраморов, кварцитов, амфиболитов и сланцев, метаморфизованных в различных условиях. Температуры метаморфизма пород, залегающих в соседних блоках, могут варьировать от 540 до 820 °С (Мехоношин и др., 2012). Возраст амфиболитового метаморфизма пород по данным 40Аг/39Аг и и-РЬ датирования составляет 600 млн лет (Мехоношин и др., 2006).

В пределах Алхадырского террейна выделяются следующие формацион-ные типы базит-ультрабазитовых комплексов (Мехоношин, Колотилина, 2009): 1) анортозит-пироксенит-габбровый, 2) долеритовый, 3) дунит-верлит-плагиоверлитовый, 4) дунит-гарцбургитовый.

К дунит-верлит-плагиоверлитовому типу относится большинство интрузий ультраосновного состава. Породы представлены основными и ультраосновными разностями. Возраст пород по данным и-РЬ датирования оценивается в 712±6 млн лет (Поляков и др., 2013). Массивы ультрабазитов разорваны на отдельные блоки в связи с многократными проявлениями пликативных и дизъюнктивных деформаций. В настоящее время они представляют собой будины, частично разлинзованные и рассланцованные, сохранившие свои первичные черты лишь в наиболее крупных телах. С ультрамафитами данного комплекса связано сульфидное медно-никелевое оруденение с платиноидами. Рассматриваемые в работе массивы этого типа (Медекский, Медвежий Лог и Малая Шита) представлены дифференцированной серией пород от дунитов и верлитов, до плагиоверлитов, реже оливиновых меланогаббро. Массивы имеют изометрич-ную, либо слегка вытянутую в одном направлении форму и близкие размеры (~2 км2).

Породы дунит-гарцбургитовой формации слагают большое количество мелких будинообразных тел, представленных реститовыми дунитами и гарц-бургитами, иногда полностью серпентинизированными. Массивы являются фрагментами офиолитового пояса и свидетельствуют о существовании океанической коры в данном регионе. Породы дунит-гарцбургитовой формаций отличаются от разностей дунит-верлит-плагиоверлитового типа преобладанием мелкозернистой микроструктуры и низкими содержаниями титана, алюминия и

щелочей. К массивам, сложенным породами данного формационного типа, относятся Ёнза (5.5 км2), Тёпса (0.5 км2) и др.

ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ СОСТАВА ХРОМШПИНЕЛИДОВ

Основными факторами, отвечающими за состав хромшпинелидов, являются состав родоначального расплава и термодинамические параметры его кристаллизации (Kumar et al., 2005).

Хромшпинелиды встречаются во всех петрографических разновидностях пород, слагающих исследуемые массивы. Содержание хромшпинелидов в породах массивов достигает 5 %. В зависимости от формы выделения и характера взаимоотношений с породообразующими минералами выявлено три генерации хромшпинелидов (Бенедюк и др., 2010) (рис. 2): I - наиболее ранние округлые включения в оливине (0.05-0.25 мм); II - более поздние идиоморфные зёрна в интерстициях породообразующих минералов (0.25-0.5 мм); III - наиболее

JEQL С0МР 20.0kV х40 100pm HDllmm

Рис. 2. Морфологические типы хромшпинелидов. а) включения в оливине, б) интерстиционные октаэдрической формы, в) интерстиционные неправильной формы, ер - хромшпинелид, о1 - оливин, срх — клинопироксен, атрЬ - амфибол, эегр - серпентин. Снимки в обратно рассеянных электронах.

поздние ксеноморфные образования в интерстициях силикатов (до 1 мм).

Выявленные типы хромшпинелидов имеют следующие особенности химического состава: а) высокая глинозёмистость хромшпинелидов-I по сравнению с разностями более поздних генераций; б) увеличение значений магнезиальное™ в ходе эволюции от I ко II генерации шпинели при уменьшении данного коэффициента от хромшпинелидов-П к хромшпинелидам-III; в) повышение содержания МпО в ходе эволюции шпинели от ранних к поздним генерациям; г) широкие вариации хрома, никеля, титана и алюминия в хромшпинелидах III генерации по сравнению с разностями ранних генераций.

Наиболее вероятной причиной высокого содержания алюминия в хром-шпинелидах-I является их кристаллизация в условиях повышенного давления (Fisk, Вепсе, 1980), что могло быть реализовано в докамерную стадию. Тогда, вероятно, кристаллизация хромшпинелидов I генерации началась уже в подводящем канапе, а разностей II и III генераций — в магматической камере. Таким образом, понижение давления в магматической камере по сравнению с подводящим каналом способствовало уменьшению содержания алюминия и повышению хрома в хромшпинелидах II и III генерации.

Увеличение содержания магния, наблюдаемое в хромшпинелидах-П и части хромшпинелидов-III по сравнению с разностями I генерации (рис. 3 в), противоречит нормальному поведению этого компонента в магматическом процессе (Смит, 1968). Такое необычное поведения магния может быть связано с кристаллизацией этих хромшпинелидов значительно выше дна магматической камеры. Тогда при осаждении они испытывали возрастающее давление, а увеличение температуры плавления при этом способствовало обогащению хром-шпинелида магнием в результате реакции с расплавом (Cameron, 1975).

Среди хромшпинелидов III генерации выделяются две группы, существенно отличающиеся по составу. Хромшпинелиды первой группы имеют состав схожий с разностями II генерации. Для них характерны наибольшие содержания А1203 и значения Mg#, наименьшие содержания ТЮ2, МпО и NiO (рис. 3). Эти шпинели, по всей видимости, кристаллизовались из расплава, существовавшего на момент кристаллизации шпинели II генерации. В хромшпинелидах второй группы существенно снижаются содержания А1203 и значения Mg#, растут Ti02, Fe203 и МпО. Такое резкое изменение содержания алюминия разностей второй группы поздней генерации хромшпинелидов может отражать изменение состава расплава в результате кристаллизации плагиоклаза (Смит,

—I—,—I—,—1—,—р. ,

0.2 0,4 0.6 0.8 о ч 6 12 (6

МпО, мае. % МдО, мае. %

Рис. 3. Эволюция состава хромшпинелидов от ранней генерации к поздней.

1 1 1 1 Г

0.2 0.4 36

Мд/(Мд+Ре2-)

08 Л, ф.к.

МдО, мае. %

1968). Вероятнее всего, кристаллизация хромшпинелидов-1, -II и части хромшпинелидов III генерации предшествовала кристаллизации плагиоклаза, а высокотитанистых и низкоглинозёмистых хромшпинелидов III генерации имела место после кристаллизации плагиоклаза.

Рост содержаний окисного железа и титана при уменьшении концентраций хрома и алюминия, находящий отражение в составе части хромшпинелидов поздней генерации (рис. 3 а), вероятно, характеризует понижение температуры

в магматической камере, т. к. состав гомогенных вкрапленников хромшпинели-дов с понижением температуры меняется в сторону увеличения содержания FeO, Fe203, ТЮ2 и уменьшения Сг20з и А12Оз, что согласуется с общей эволюцией химизма базальтового расплава в процессе его кристаллизации (Нерадов-ский, Смолькин, 1977).

Сравнительно невысокие содержания никеля в хромшпинелидах (рис. Зе), с одной стороны, могут свидетельствовать об их кристаллизации из обеднённой никелем магмы, что может быть связано с удалением сульфидной жидкости в процессе ликвации магмы до начала кристаллизации хромшпинелидов. С другой стороны, содержание никеля в хромшпинелидах существенно понижается в результате взаимодействия и переуравновешивания с железоникелевыми магматическими сульфидами во время остывания и кристаллизации благодаря переходу никеля из хромшпинелида в сульфид (Barnes, Kunilov, 2000). Более высокие концентрации никеля поздней генерации шпинелидов можно объяснить вхождением части никеля в состав хромшпинелида в процессе серпентиниза-ции оливина. Широкий разброс содержаний NiO (от <0.05 до -0.3 мае. %) может быть связан с ростом других интеркумулусных фаз, таких как пироксен и плагиоклаз, которые изолируют шпинелид от дальнейшего взаимодействия с сульфидами (Barnes, Kunilov, 2000).

Зональность хромшпинелидов

По характеру распределения компонентов среди интерстиционных хромшпинелидов выявлены однородные и зональные разности (рис. 4). В обратно рассеянных электронах зональность можно наблюдать в виде узкой каймы по периметру зерна (рис. 4 б-г), отличающейся в зависимости от состава более тёмной или светлой окраской.

На основе изучения зональных разностей хромшпинелидов исследуемых массивов выявлено три типа геохимической зональности со следующими вариациями состава от центра к краю зёрен:

I. Увеличение отношения Cr/(Cri-Al), уменьшение Mg/(Mg+Fe2+) при повышении содержания МпО и понижении ZnO (рис. 4 б). Большинство зёрен с такой зональностью обнаружено в Медекском массиве, единичные примеры слабозональных индивидов отмечаются в массиве Малая Шита.

II. Уменьшение отношения Сг/(Сг+А1), увеличение Mg/(Mg+Fe2+) при понижении содержания МпО и повышении ZnO (рис. 4 в). По характеру распределения компонентов данный тип зональности полностью противоположен

б)

ЗггО, - 38.06 А|.03 - 22.78 РеО„ - 29.06 ТЮ. - 0.85

МдО МпО 2пО ■

9.27 0.39 0.12

Сг,0, - 38.31 А!,0,- 22.54 РеО,„ - 28.87 ПО, - 0.80 МдО - 9.04 МпО - 0.38 2п0-0.14

ЕВ«

ЛЕС |_ СОМР £0. И1. V 41.

- 21:04

Г —V РеО„-17.-Ц ' \ 10

* : ' \igO- 16 4с'

Сг,0,- 36.75 « 1-0.18'. А120,-28.16 иО - 0.4т РеО„, - 23.92 - '

ТЮг - 0.11

МдО-10.86 I

МпО - 0.32 гпО - 0.32

Г)

х, _

гпо^Щ :омр гг.в!.

А1гО, - 25.8 РеО,„ - 21.6 ТЮг - 0.5 МдО -11.5 МпО -0.33 гпО - 0.21

>650 10|лл И) 11м

С Г,О - 24 2 А1гО, - 6.7 РеО„, - 60.5 ТЮг -1.2 МдО - 3.0 МпО -0.47 Zn0-0.11

ЛЕО!. сомр га.вк1

50 Шцп НО 11кг,

лд. сомр гз.гы

600 10Щ1 NDllr.ini

Рис. 4. Распределение компонентов в хромшпинелидах. а) гомогенное зерно, б) зональность I типа, в) зональность II типа, г) зональность III типа. Снимки в обратно рассеянных электронах.

предыдущему. Зональность этого типа обнаружена только в зёрнах массива Медвежий Лог.

III. Повышение отношения Сг/(Сг+А1), понижение Mg/(Mg+Fe2+) при росте суммы Ре3" и "Л, увеличении ZnO и МпО (рис. 4 г). Этот тип зональности обнаружен в единичной пробе массива Медвежий Лог.

Вероятно, обогащение внешних участков зёрен хромшпинелидов РеО и обеднение А12Оз за счёт MgO и Сг203 (I тип зональности) обусловлено реакцией кумулусного шпинелида с захваченной интеркумулусной жидкостью (Плаксен-ко, 1989). А обогащение MgO и А1203 (II тип зональности) связано с посткуму-лусными реакциями шпинелидов с первичными силикатами. Магматическую природу зональности I типа подтверждает присутствие в породах гомогенных хромшпинелидов, аналогичных по составу, как ядрам, так и оторочкам зональных кристаллов (Вепес1уик, 2012).

Понижение отношения Cr/(Cr+Al), повышение Mg/(Mg+Fe2+) при росте Fe203, проявленные в зональности III типа могут быть обусловлены возрастанием степени прогрессивного метаморфизма пород (Evans, 1975). Рис. 4 иллюстрирует необычный для магматических разностей характер взаимоотношения ядро-кайма в зерне хромшпинелида из плагиоверлита массива Медвежий Лог, имеющего такую зональность, что может свидетельствовать о её метаморфической природе.

Включения в хромшпинелидах

Хромшпинелиды в процессе кристаллизации спостобны захватывать порции родоначального расплава, по которым можно судить о составе первичных силикатных и, в случае ликвации магмы, сульфидных расплавов. В качестве включений в исследуемых хромшпинелидах присутствуют силикатные минералы, сульфиды, а также структуры распада в виде пластинок ильменита.

Силикатные включения представлены минеральными агрегатами оливина, магнезиальной роговой обманки, реже пироксена. Некоторые включения сохранили первичный состав, другие замещены серпентином, хлоритом и акти-нолитом. Включения оливина нередко имеют очертания кристаллов, включения остальных минералов - преимущественно округлую форму. Размер включений

варьирует от 5 до 50 мкм.

Сульфидные включения в хромшпинелидах встречаются довольно редко. Как правило, это округлые каплевидные выделения размером 15-35 мкм. Присутствие сульфидных включений позволяет предполагать наличие равновесного с силикатной жидкостью сульфидного расплава. Судя по составу представленных сульфидных включений, сульфидная жидкость имела состав твёрдого раствора пентландита и халькопирита.

Появление структур распада - следствие высокотемпературных субсоли-дусных реакций, что является явным свидетельством первично магматической природы содержащих их хромшпинелей.

ГЛАВА 4. ИНТЕРПЕРТАЦИЯ СОСТАВА РАСПЛАВНЫХ ВКЛЮЧЕНИЙ

В ХРОМШПИНЕЛИДАХ И ПЕТРОГЕНЕЗИС УЛЬТРАБАЗИТОВ

Представления о генезисе изучаемых пород влияют на оценку перспектив их потенциальной рудоносности и имеют особую актуальность при изучении основных-ультраосновных комплексов. В решении генетических проблем важную роль играет состав хромшпинелидов и захваченных ими расплавных включений.

При изучении силикатных микровключений в хромшпинелидах пород исследуемых массивов была использована методика В.А. Симонова (Симонов и др. 2008, 2009).

Состав расплавов

Стекло прогретых двухфазных расплавных включений в хромшпинелидах обладает нормальной щелочностью, поскольку устанавливаются низкие суммы щелочей (до 1.6 мае. %), и относится к толеитовым сериям. По этим характеристикам они совпадают со значительной частью данных для расплавных включений в хромшпинелидах из базит-гипербазитовых пород Срединно-Атлантического хребта (р-он Сьерра-Леоне) и Карашатского массива (офиоли-ты Южной Тувы), в отличие от включений в хромитах массива Кондер, обладающих щелочными характеристиками.

По соотношению ї\%0-8Ю2 (рис. 5) включения в хромшпинелидах из верлита Медекского массива с содержанием магния от 13.6 до 16.9 мае. % попадают в поле пикробазальтов.

40 —і

1 '-1

30 40 50 60 70

ЗЮ2, мае. %

Рис. 5. Соотношение (У^О^С^ включений в хромшпинелидах (после высокотемпературных экспериментов). 1-А - стекла расплавных включений в хромшпинелидах из верлита Медекского массива (1), дунитов Кондерского (2) и Инаглинского (3) массивов, троктолитов района Сьерра-Леоне (4). Поля по (Магматические горные породы, 1983): 1 - пикриты, 2 - пикробазаль-ты, 3 - базальты. Заштриховано поле составов расплавных включений в шпинелях из дунитов Карашатского массива (Симонов и др., 2009 б). Рисунок составлен с использованием материалов (Симонов и др., 2009; Симонов и др., 2011).

Включения по своему составу близки к относительно низкотитанистым и низкокалиевым пикробазальтовым расплавам: БЮ2 - 45.2 мае. %, ТЮ2 -0.8 мае. %, А1203 - 13.4 мае. %, РеО - 10.4 мае. %, МдО - 11.0 мае. %, СаО -16.1 мае. %, Ка20 - 1.3 мае. %, К20 - 0.3 мае. %. По большинству основных петрохимических компонентов (БЮг, А1203, РеО, MgO, СаО, Ыа20) стекла включений в целом согласуются с данными по расплавным включениям в хромшпинелидах Карашатского и Кондерского массивов. По распределению РеО и БЮ2 изученные включения вполне соотносятся также и с информацией по расплавным включениям в хромитах из района Сьерра-Леоне (Симонов и др., 2011).

Таким образом, исследования стекол фактически гомогенизированных (гомогенное стекло и газовый пузырек) расплавных включений показали, что кристаллизация хромшпинелидов (и содержащих их пород рассматриваемых ультрабазитов) происходила из пикробазальтовых расплавов нормальной щелочности. Очевидно, что состав включений в хромшпинелидах отвечает расплаву, существовавшему на момент кристаллизации шпинелей и явно эволюционировавшему с момента его зарождения. В связи с этим уместно предположить, что родоначальным для пикробазальтового расплава являлся менее дифференцированный и, следовательно, более магнезиальный пикритовый расплав.

Моделирование с помощью программы РЕТЯОЬОС III (Плечов, Даню-шевский, 2006) позволило получить информацию о температурах формирования верлитов Медекского ультрабазитового массива. Для получения температур кристаллизации хромшпинелида использовалась модель (Апэкт & ТчНкокеу, 1996), оливина и клинопироксена - (Апэкт е! а1., 1986), а температуры кристаллизации плагиоклаза получены с использованием модели (Ашкш, Вагтта, 1990). В ходе моделирования было выяснено, что верлиты Медекского гипербазитового массива кристаллизовалась в интервале температур от 1310 до 1190 °С (хромшпинелид-1 - 1310-1280 °С, оливин - 1290-1230 °С, клинопирок-сен -1250-1230 °С, плагиоклаз 1220-1190 °С). Близкие температурные параметры кристаллизации минералов (1250-1220 °С) из верлитов Карашатского массива (офиолиты Южной Тувы) ранее были установлены на основе данных по расплавным включениям в хромшпинелидах (Симонов и др., 2009 б).

ГЛАВА 5. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ХРОМШПИНЕЛИДОВ КАК КРИТЕРИЙ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ РУДОНОСНОСТИ УЛЬТРАБАЗИТОВ

Тип оруденения (сульфидное медно-никелевое с платиноидами, хромито-вое, титан-ванадиевое) комплексов основных-ультраосновных пород определяется составом исходной магмы, характером её дифференциации и глубиной становления интрузии, что находит отражение в её формационном типе. Хро-митовые и титаномагнетитовые месторождения связаны только с крупными массивами: Мапотагульский титаноносный массив (площадь -160 км2 (Мехо-ношин и др., 1986)), Кемпирсайский хромитоносный массив (площадь -1200 км2 (Бакиров, 1950)), в то время как месторождения медно-никелевых руд могут быть приурочены, как к крупным (Камбалда - 400км2 (Gresham and Loftus-Hills, 1981)), так и к мелким телам (Кингаш - 1.4км2 (Глазунов и др., 2003), Джинчуан -1,8км (Налдретт, 2003)). Таким образом, отнесение пород массивов к тому или иному формационному типу позволяет разделить их по металлоге-нической специализации, а в случае мелких тел - разбраковать на перспективные и бесперспективные в качестве потенциальных месторождений.

Данные, полученные в результате изучения внутреннего строения, химического состава и анализа расплавных включений в хромшпинелидах рассматриваемых массивов, позволяют выделить следующие критерии, характеризующие массивы как потенциально рудоносные.

Характер зональности. Как показано в предыдущих главах, в зёрнах исследуемых хромшпинелидов преобладает магматическая зональность, что указывает на превалирующую роль магматических процессов в формировании минералов и пород исследуемых массивов. Согласно магматической теории, мед-но-никелевые руды образуются в результате ликвации и последующего сегрегирования капель жидкого сульфида из первоначально однородной основной или ультраосновной никеленосной магмы (Напдретг, 2003). Таким образом, доказательство магматогенного происхождения пород, слагающих исследуемые комплексы, можно использовать в качестве предпосылки на сульфидное медно-никелевое оруденение.

Состав сульфидных и силикатных расплавных включений. Расплавные включения захватываются минералом в период его роста в высокотемпературных магматических условиях. Состав этих включений отражает состав расплава, существовавшего на момент кристаллизации минерала, захватившего эти включения. Согласно полученным в главе 4 выводам, породы рассматриваемых

массивов кристаллизовались из пикритового расплава нормальной щёлочности. С производными пикритовых магм связаны многие месторождения меди, никеля и платиноидов (Джинчуан, Кингаш и др.). Как упоминалось в предыдущих главах, в качестве включений в хромшпинелидах присутствуют сульфиды, по составу отвечающие, главным образом, пентландиту. Присутствие сульфидных и силикатных включений в хромшпинелидах указывает на то, что на раннемаг-матическом этапе имел место процесс ликвации магмы, и, следовательно, существовала сульфидная жидкость, которая после кристаллизации образовала рудную залежь. Данный критерий можно считать прямым признаком рудонос-ности изучаемых массивов.

Распределение главных элементов. Фигуративные точки составов хром-шпинелидов из пород массивов Медекский, Медвежий Лог и Малая Шита по соотношению главных компонентов тяготеют к полю хромшпинелидов расслоенной интрузии Джинчуан. От акцессорных и рудных разностей Кемпирсайско-го реститового массива их отличают умеренные содержания Сг20з (33—42 мае. %), А1203 (20-33 мае. %) и более высокие концентрации Fe3+ (до 1.3 ф.к.). Хромшпинелиды массива Тёпса отличаются от разностей других рассматриваемых массивов меньшим содержанием Сг203 (17-28 мае. %) и Fe + (до 0.46 ф.к.) и большими концентрациями А1203 (26-50 мае. %). На тройной диаграмме фигуративные точки составов хромшпинелидов массива Тёпса тяготеют к полю высокоглинозёмистых акцессорных хромшпинелидов Кемпирсайского массива. На диаграмме Cr#-Mg# разности массива Тёпса демонстрируют вариации Сг# (0.18-0.39) близкие к акцессорным хромшпинелидам Кемпирсайского массива, а значения Mg# (0.40-0.67) схожие с разностями из руд Кемпирсайского массива. Хромшпинелиды остальных рассматриваемых массивов по соотношению Cr#-Mg# попадают в поле хромшпинелидов интрузии Джинчуан.

Распределение редких элементов. Индикаторами формационной принадлежности интрузий могут служить концентрации в хромшпинелиде таких элементов как титан, никель, цинк и марганец. Содержание ТЮ2 в разностях из пород дунит-верлит-плагиоверлитового формационного типа достигает 3.0 мае. %, в то время как в хромшпинелидах из пород дунит-гарцбургитовой формации концентрации компонента варьируют в пределах 0.01-0.15 мае. %. На диаграмме Ti02-Mg0 большинство точек попадает в область хромшпинелидов интрузии Джинчуан, за исключением некоторых точек, отвечающих наиболее магнезиальным разностям массива Медвежий Лог и Тёпса, которые тяготе-

ют к области хромшпинелидов из хромитовых руд Кемпирсайского массива. От разностей коматиитов Австралии и Африки изучаемые хромшпинелиды отличает более высокое содержание MgO - от 1.48 до 16.10 мае. %.

Как упоминалось в главе 3, присутствие в породах рассматриваемых массивов хромшпинелидов с невысокими содержаниями никеля может быть связано с удалением сульфидной жидкости в процессе ликвации магмы или взаимодействием с железоникелевыми магматическими сульфидами. Такие обеднённые никелем шпинели могут являться минералами-индикаторами минерализованных базит-ультрабазитовых интрузий.

На диаграмме ZnO-MnO (рис. 6) фигуративные точки составов хромшпинелидов рассматриваемых массивов образуют обособленное облако, большей частью попадающее в поле хромшпинелидов интрузии Джинчуан. Точки, отвечающие составам шпинелей массива Тёпса тяготеют к полю акцессорных хромшпинелидов Кемпирсайского массива. Разности остальных массивов от шпинелей реститового Кемпирсайского массива отличают более высокие концентрации МпО (0.16-0.70 мае. %), а от хромшпинелидов из коматиитов Австралии и Африки разности всех исследуемых массивов отличаются меньшим со-

1 —

о m

N 0.1

0.01

"I I I I II I I [

"I I—I I I I I П

И I I MINI

0.1 1 МпО, мае. %

Рис. 6. Соотношение ZnO-MnO в хромшпинелидах. 1-3 - состав хромшпинелидов: Кемпирсайского массива (1), интрузии Джинчуан (Barnes Tang, 1999) (2), коматиитов Австралии и Африки (3), безрудной интрузии Зангбутай (Barnes' Tang, 1999) (4). J v

Массивы

Ш Медвежий Лог

<£ Малая Шита

9 Тс пса

Состав хромшпинелидов:

Поля составов хромшпинелидов из пород:

Mg/(Mg+Fe2*)

Рис. 7. Распределение Сг, А1, Ре3+ и Л (а) и соотношение коэффициентов Сг#-М^ (б) в хромшпинелидах Голумбейского массива и массива Тёпса-2 с неопределённым формацион-

ным типом пород.

О Голумбейского массива | I Массива Тёпса-2

держанием МпО и ZnO (0.07-0.53 мае. %). Часть точек соотносится с полем, отвечающим составам хромшпинелидов нерудоносной ультрабазитовой интрузии Зангбутай (Китай).

Проведённый в главе анализ показал различия химического состава хромшпинелидов исследуемых массивов. Разности массивов Медекский, Медвежий Лог и Малая Шита имеют состав характерный для расслоенных интрузий; шпинели массива Тёпса по содержанию главных и редких элементов тяготеют к разностям из реститовых пород. Таким образом, выявленные различия химического состава хромшпинелидов позволяют разделить породы массивов по формационной принадлежности и степени потенциальной рудоносности на перспективные в отношении сульфидного медно-никелевого оруденения с платиноидами (Медекский, Медвежий Лог и Малая Шита) и бесперспективные (Тёпса). Данный вывод подтверждает возможность использования хромшпинелидов в качестве индикаторов формационной принадлежности, а особенностей их состава - в качестве критериев потенциальной рудоносности ультрабазитов.

Выявленные критерии были использованы для определения формационной принадлежности двух ультрабазитовых массивов, породы в которых полностью превращены в серпентин-хлоритовые сланцы: Голумбейский и Тёпса-2 (рис. 7 а, б). Установлено, что наиболее отчётливо разности Голумбейского массива и массива Тёпса-2 различаются по соотношению трёхвалентных катионов и титана (рис. 7 а), а также по соотношению Сг/(Сг+А1) и Mg/(Mg+Fe"+) (рис. 7 б), что позволяет отнести Голумбейский массив, к дунит-верлит-плагиоверлитовой формации, а массив Тёпса-2 - к дунит-гарцбургитовой.

дунит-верпит-i плагиоверлитовой формации

Г дунит-гарцбургитовой

^^ J формации

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты изучения геохимических особенностей хромшпинелидов ультрабазитовых массивов центральной части Восточного Саяна позволяют сделать следующие выводы:

1. В рассматриваемых породах встречается три генерации хромшпинелидов, отличающихся по форме зёрен, взаимоотношению с породообразующими минералами, составу, характеру распределения компонентов и условиям формирования. Различия химического состава хромшпинелидов выявленных генераций проинтерпретированы с трёх позиций: а) общая тенденцией поведения некоторых элементов в магматическом процессе; б) одновременная кристаллизация породообразующих минералов; в) реакции с интеркумулусной жидкостью и первичными силикатами.

2. Установлено, что родоначальный для пород рассматриваемых массивов расплав соответствовал пикритовому расплаву нормальной щёлочности.

3. Получены температурные параметры кристаллизации минералов рассматриваемых ультрабазитов, не противоречащие существующим экспериментальным данным образования минералов других комплексов.

4. Выявлены следующие критерии, указывающие на потенциальную ру-доносность ультрабазитовых массивов: присутствие сульфидных включений, магматическая зональность хромшпинелидов; особенности химического состава, проявленные в характерном тренде эволюции С г, А1 и Ре3+, высоком содержании ТЮ2 (>0.5 мае. %), типичных для дунит-верлит-плагиоверлитового фор-мационного типа концентрациях МпО (0.16-0.70 мае. %) и 2п0 (0.070.53 мае. %).

5. Определён формационный тип Голумбейского массива и массива Тёп-са-2 на основе полученных критериев, что подтверждает возможность использования состава хромшпинелидов в качестве индикатора формационной принадлежности и потенциальной рудоносности ультрабазитов на сульфидное пла-тиноидно-медно-никелевое оруденение.

Основные публикации по теме диссертации

Статьи в журналах из перечня ведущих периодических изданий ВАК

1. Бенедюк Ю.П., Колотилина Т. Б., Мехоношин А. С. Акцессорные хромшпи-нелиды Медекского массива (Восточный Саян) // Известия сибирского отделения секции наук о земле РАЕН. Геология поиски и разведка рудных месторождений. - 2010. - № 2 (37). - С. 72-76.

2. Мехоношин A.C., Толстых Н.Д., Подлипский М.Ю., Колотилина Т.Б., Вишневский A.B., Бенедюк Ю.П. Платинометальная минерализация дунит-верлитовых массивов Гутаро-Удинского междуречья (Восточный Саян) // Геология рудных месторождений. - 2013. -№ 3. - С. 167-180.

Материалы совещаний и тезисы конференций

3. Бенедюк Ю.П. Петрографические особенности Медекского никеленосного массива / Проблемы геологии и освоения недр. - Труды XIV международного научного симпозиума. — Томск. - 2010. — Т 1. С. 86-87.

4. Бенедюк Ю.П. Особенности морфологии и химизма окисно-рудных минералов / Геохимия, петрология и рудоносность базит-ультрабазитовых комплексов. - Сборник тезисов II Всероссийской молодёжной школы-семинара. - Иркутск-Байкал.-2010. С. 7-12.

5. Бенедюк Ю.П. Индикаторные признаки оксидно-рудных минералов ультраосновных пород как критерий рудоносности и формационной принадлежности / Современные проблемы геохимии. - Сборник тезисов. - Иркутск. - 2011. С. 30-33.

6. Бенедюк Ю.П. Особенности состава хромшпинелидов ультрабазитов, производных пикритовых магм, на примере массивов центральной части Восточного Саяна / Уральская минералогическая школа. - Труды конференции. - Екатеринбург. - 2011. С. 41-43.

7. Benedyuk Y.P. Chemical variations of chromium spinel in Medeksky, Medvezhiy Log, Malaya Shita and Tartay differentiated ultrabasic bodies, Eastern Sayan Mountains / The VI International Siberian Early Career GeoScientists Conference. Proceedings of the conference. - Novosibirsk. - 2012. P. 54-56.

8. Мехоношин A.C., Колотилина Т.Б., Дорошков A.A., Бенедюк Ю.П. Геохимические особенности сульфидных руд ультрабазитов Алхадырского террейна (юг Сибири) / Современные проблемы геохимии. - Труды Всероссийского совещания. - Иркутск. - 2012. С. 97-99.

9. Симонов В.А., Мехоношин A.C., Колотилина Т.Б., Бенедюк Ю.П. Состав магматических систем при формировании ультраосновных пород массива Ме-дек (Восточный Саян) / Современные проблемы геохимии. - Труды Всероссийского совещания. - Иркутск. - 2012. С. 127-129.

Подписано к печати 11.05.2013 г. Формат 60*84/16. Объем 1,4 п.л. Тираж 150 экз. Заказ № 593. Издательство Института географии им. В.Б. Сочавы СО РАН. 664033 г. Иркутск, ул. Улан-Баторская, 1.

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Бенедюк, Юрий Петрович, Иркутск

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ГЕОХИМИИ ИМ. А. П. ВИНОГРАДОВА СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

На правах рукописи

БЕНЕДЮК Юрий Петрович

ГЕОХИМИЯ И ЭВОЛЮЦИЯ СОСТАВА ХРОМШПИНЕЛИДОВ УЛЬТРАБАЗИТОВ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ ВОСТОЧНОГО САЯНА

25.00.09 - Геохимия, геохимические методы поисков полезных ископаемых

диссертация на соискание учёной степени кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель: кандидат геолого-минералогических наук, профессор А. С. Мехоношин

Иркутск - 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение 3 Глава 1. Обзор ранее проведённых исследований по изучению

хромшпинелидов 9

1.1. Краткая история исследования акцессорных минералов 9

1.2. Общие сведения об акцессорных хромшпинелидах 10 Глава 2. Геолого-петрографические и минералого-геохимические особенности массивов ультрабазитов 19

2.1. Геологическое строение Алхадырского террейна 19

2.2. Геологическое строение массивов и петрографический

состав пород 25

2.3 Химический состав пород массивов 37

Глава 3. Особенности состава хромшпинелидов 44

3.1. Зональность хромшпинелидов 65

3.2. Включения в хромшпинелидах 70 Глава 4. Интерпретация состава расплавных включений

в хромшпинелидах и петрогенезис ультрабазитов 77

4.1. Результаты экспериментов 79

4.2. Состав хромшпинелидов, содержащих включения 82

4.3. Состав расплавов 85 Глава 5. Химический состав хромшпинелидов как критерий потенциальной рудоносности ультрабазитов 94 Заключение 106 Литература 107

Введение

Актуальность исследований

Базит-ультрабазитовые комплексы играют индикаторную роль при реконструкции геодинамических режимов образования литосферы Земли (Берзин, Кунгурцев, 1996; Добрецов и др., 2001; Реагсе, 2008; Page et al, 2008) и представляют интерес как потенциальные источники полезных ископаемых - сульфидных платиноидно-медно-никелевых (Gresham, Lofitus-Hills, 1981; Генкин и др., 1981; Налдретт, 2003), хромитовых (Бакиров, 1950; Павлов и др., 1968) и оксидных титан-ванадиевых руд (Кратц, 1957; Мехоношин и др., 1986; Попов и др., 2009). Однако эти породы нестабильны в коровых условиях и почти всегда подвержены воздействию различных метаморфических и метасоматических процессов. Восстанавливать их природу приходится либо по реликтовым пара-генезисам, либо по полностью измененным породам. С этой точки зрения наиболее информативными петрологическими индикаторами являются акцессорные минералы и, в частности, минералы группы шпинели. Их состав характеризуется довольно широким изоморфизмом и реагирует на изменение физико-химических параметров эволюционирующего магматического расплава, в том числе на отделение рудной жидкости, а также отражает характер субсоли-дусных преобразований и различных метаморфических изменений закристаллизовавшихся пород (Плаксенко, 1989; Barnes, Roeder, 2001 и др.).

Несмотря на то, что химические особенности минералов группы шпинели в основных-ультраосновных породах исследуются уже на протяжении нескольких десятилетий (Irvine, 1965; Павлов и др., 1968; Barnes, 1998; Barnes, Tang, 1999; Barnes, Kunilov, 2000; Чащухин и др., 2007), их изучение по-прежнему актуально.

Цель и задачи работы

Целью работы является выяснение условий формирования дунит-верлит-плагиоверлитовых массивов центральной части Восточного Саяна и выявление

критериев их рудоносности (Си, N1, ЭПГ) на основе комплексного изучения эволюции состава хромшпинелидов.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1) исследования морфологии зёрен хромшпинелидов;

2) изучение химического состава хромшпинелидов (петрогенных и редких элементов);

3) изучение распределения компонентов в пределах зёрен хромшпинелидов;

4) анализ расплавных микровключений в хромшпинелидах.

Научная новизна работы

Впервые проведено детальное изучение состава хромшпинелидов в уль-трабазитах центральной части Восточного Саяна. Выявлена магматическая и метаморфическая зональность в хромшпинелидах. Показаны различия состава хромшпинелидов дунит-верлит-плагиоверлитового и дунит-гарцбургитового формационных типов. На основе изучения состава расплавных включений в хромшпинелидах получен состав родоначального расплава и температуры кристаллизации минералов.

Практическая значимость работы

Данные, полученные на основе изучения химического состава хромшпинелидов, могут быть использованы для разделения ультрабазитов по формаци-онной принадлежности, что важно при геологическом картировании для отнесения их к тому или иному магматическому комплексу.

Результаты работы предполагается внедрять в виде методических рекомендаций при поисковых работах.

Фактический материал и методы исследований

В качестве объектов исследования выбраны хромшпинелиды ультрабази-товых массивов, перспективных на сульфидное медно-никелевое оруденение с платиноидами (центральная часть Восточного Саяна).

Состав хромшпинелидов определялся в Институте геохимии СО РАН с применением рентгеноспектрального микроанализа (аналитик - к.х.н. JI.A. Павлова) на электронно-зондовом анализаторе JXA-8200 (пределы обнаружения компонентов: 0.01-0.03 мае. %). В образцах с низкими содержаниями никеля и цинка увеличивалось время экспозиции анализа. Включения были изучены на электронно-зондовом анализаторе Camebax-Micro и электронном сканирующем микроскопе LEO 1430 VP (ИГМ СО РАН, г. Новосибирск); пределы обнаружения компонентов, соответственно, 0.01-0.03 мае. % и 0.10.25 мае. %.

Экспериментальные исследования расплавных включений в хромшпине-лидах проводились в лаборатории геодинамики и магматизма ИГМ СО РАН. При изучении расплавных включений применялась особая методика экспериментов В. А. Симонова с использованием специальной микрокамеры на основе силитового нагревателя (Симонов и др., 2009а; Симонов и др., 2011).

Моделирование условий кристаллизации минералов проводилось с помощью программного обеспечения Petrolog III (Плечов, Данюшевский, 2006).

Защищаемые положения

1. Различия химического состава хромшпинелидов рассматриваемых уль-трабазитов объясняются их кристаллизацией на разных стадиях магматического процесса, реакциями хромшпинелидов с интеркумулусной жидкостью и первичными силикатами, а также метаморфическими преобразованиями пород. В ходе эволюции шпинели от ранней к поздней генерации состав изменялся сначала в сторону хромистых и магнезиальных, а затем железистых и титанистых разностей.

3. Присутствие сульфидных включений, магматическая зональность хромшпинелидов и особенности химического состава, проявленные в характерном тренде эволюции Сг, А1 и Ре3+, высоком содержании ТЮ2 (>0.5 мае. %), типичных для дунит-верлит-плагиоверлитового формационного типа концентрациях МпО (0.16-0.70 мае. %) и ZnO (0.07-0.53 мае. %) являются критериями потенциальной рудоносности ультрабазитов на сульфидное платиноидно-медно-никелевое оруденение.

Публикации и апробация работы

По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе две работы в журнале, рекомендуемом ВАК. Результаты исследований были представлены на Всероссийской научно-технической конференции «Геонауки» (НИ ИрГТУ), V и VI Международной сибирской конференции молодых ученых по наукам о Земле "Современные проблемы геохимии" (г. Новосибирск), XIV Международном научном симпозиуме им. академика М.А. Усова студентов и молодых ученых "Проблемы геологии и освоения недр" (г. Томск), II Всероссийской молодёжной школе-семинаре "Геохимия, петрология и рудоносность базит-

ультрабазитовых комлексов" (Иркутск-Байкал), Всероссийской научной конференции "Уральская минералогическая школа (г. Екатеринбург), Всероссийской конференции молодых учёных "Современные проблемы геохимии» (ИГХ СО РАН), Всероссийском совещании (с участием иностранных ученых) "Современные проблемы геохимии" (ИГХ СО РАН).

Структура и объём работы

Работа состоит из введения пяти глав и заключения.

В первой главе приводится краткая история исследования акцессорных минералов, начиная с первого их описания, до современных исследований. Также в главе рассматриваются общие сведения о минералах группы шпинели, включающие описание их структуры и индикаторных признаков. Во второй главе характеризуется геологическое строение изучаемого региона и исследуемых ультрабазитовых массивов, а также приводится химический состав пород. В третьей главе описываются и интерпретируются особенности химического состава рассматриваемых хромшпинелидов. Приводится характеристика выявленной в зёрнах хромшпинелидов зональности и включений. Четвёртая глава посвящена интерпретации состава расплавных включений в хромшпинелидах. В этой главе делаются выводы о составе расплава и температурах кристаллизации минералов. В пятой главе выделяются критерии потенциальной рудоносно-сти ультрабазитов.

Объём работы - 121 страница, включающая 57 рисунков и 8 таблиц. Список литературы состоит из 140 наименований.

Благодарности

Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю - к.г.-м.н. A.C. Мехоношину, проявлявшему постоянное внимание и поддержку на всех этапах подготовки диссертационной работы. Искреннюю признательность автор выражает к.г.-м.н. Т.Б. Колотилиной и A.A. Дорошкову, общение с

которыми способствовало формированию взглядов автора в исследуемой области.

Особую благодарность автор выражает д.г.-м.н. В.А. Симонову за проведение высокотемпературных экспериментов по изучению расплавных включений в хромшпинелидах.

За содействие в проведении полевых работ и обсуждение результатов автор признателен вице-президенту ООО «Интергео» А.Н. Стехину, а также сотрудникам ООО «ГПП - Геологическая компания» в лице директора Ю.Н. Киселёва и старшего геолога А.П. Салманова.

За обсуждение фактического материала, консультации и ценные советы автор благодарен д.г.-м.н. М.А. Горновой, д.г.-м.н. А.Я. Медведеву, д.г.-м.н. В.Е. Загорскому, д.г.-м.н. О.М. Глазунову, д.г.-м.н. А.Э. Изоху, к.г.-м.н. М.Ю. Подлипскому, к.г.-м.н. С.И. Дрилю, к.г.-м.н. Д.А. Орсоеву, д.г.-м.н. Н.Д. Толстых, к.г.-м.н. А.Г. Полозову, Г.В. Бурмакиной, В.А. Беляеву.

Особую благодарность автор выражает к.х.н. Л.А. Павловой, к.х.н. Т.С. Айсуевой, д.т.н. И.Е. Васильевой, Т.В. Ожогиной, а также другим сотрудникам аналитических служб ИГХ СО РАН и ИГМ СО РАН, участвовавшим в проведении лабораторных исследований.

Глава 1. Обзор ранее проведённых исследований по изучению

хромшпинелидов Изучение акцессорных минералов занимает особое место при исследовании горных пород. Будучи разнообразными по видовому составу и содержанию, акцессории несут информацию об особенностях генезиса, условиях формирования и последующего преобразования содержащих их пород, а также являются индикаторами их рудоносности. В связи с этим, акцессорные минералы могут существенно дополнить сведения, полученные на основе изучения горных пород и породообразующих минералов.

Породы-производные пикритовой магмы, отличаются от пород сходного состава, но являющихся производными базальтовой магмы, содержанием многих химических элементов. Таким образом, изучение акцессорных минералов ультраосновных пород представляет дополнительные данные для установления сходства или отличия пород близкого состава, но, возможно, относящихся к различным формациям.

1.1 Краткая история исследования акцессорных минералов1 Акцессорные минералы, входящие в состав магматических или метаморфических образований в малых количествах (не более 5 %), характерны для определенного типа горных пород. Так для кислых пород характерны такие акцессории как апатит, магнетит, ильменит, циркон, ортит и др., для ультраосновных - минералы группы шпинели, ильменит, некоторые сульфиды Ре, Си, № и Со, а также МПГ.

Впервые акцессорные минералы были выделены французским минералогом А. Броньяром и описаны в его труде "Классификация и минералогические особенности гомогенных и гетерогенных пород" в 1827 году (Вгог^шаг!, 1827). Конец XIX в. был отмечен рядом работ, посвященных акцессориям из кислых

1 Акцессорные минералы - минералы, образующие количественно ничтожную, а качественно нередко характерную примесь в горных породах (Геологический словарь, 1978)

пород: Тюрах отметил широкое распространение цирконов в осадочных и кристаллических породах (1884 г.); К. Хрущёв показал важное значение циркона для установления генезиса пород (1889 г.); Дерби изучал монацит и ксенотим в мусковитовых гранитах Бразилии (1891г.); Соллас определил апатит и циркон в гранитах Ирландии (Ляхович, 1979).

В начале XX в. с помощью акцессорных минералов пытались определить форму интрузий, связь с ними рудных месторождений. Были предприняты попытки использовать акцессорные минералы в качестве кореллятивного признака. Исследования велись преимущественно в Европе и России, а изучению подвергались, главным образом, граниты (Ляхович, 1979).

В 1915 г. Бреггом впервые была изучена структура шпинели. Он показал, что в элементарной ячейке шпинелидов содержится 32 иона кислорода и 24 катиона, из которых 8 имеют четверную координацию (положение А), а 16 - шестерную (положение В) (Bragg, 1915).

Таким образом, результатом исследований акцессорных минералов в XIX - XX вв. служит признание их исключительной информативности при петрологических исследованиях в дополнении к породообразующим минералам и, как следствие, необходимости их количественного изучения.

1.2. Общие сведения об акцессорных хромшпинелидах Минералы группы шпинели кристаллизуются в кубической сингонии и представляют собой сложные оксиды с общей формулой АВ204, где А - Mg, Fe2+, Mn, Zn, Ni, Co; В - Al3+, Fe3+, Cr3+, V3+, Ti4+. В зависимости от преобладающего катиона В различают алюмо-, ферри-, хром-, титано- и ванадиошпинели. Ввиду широко проявленного изоморфизма наряду с крайними членами известны промежуточные, встречающиеся довольно часто (Минералы, 1967). Ниже приведена классификация и номенклатура главных рядов основных групп шпинелей (табл. 1.1). В отечественной литературе в качестве синонима термина "минералы группы шпинели" часто встречается "хромшпинелиды", "хромшпи-

нели", "шпинелиды", "шпинели", которые являются довольно общими и, как правило, используются для отнесения минерала к данной группе, а не к конкретному члену изоморфного ряда.

Таблица 1.1

Классификация и номенклатура главных рядов основных групп шпинелей

по А.К. Болдыреву (Болдырев, 1935).

АІ-шпинели Ре-шпинели Сг-шпинели Ті- и У-шпинели

м8 Шпинель МёА1204 Магнезиоферрит М§Ре204 -

М§, Ре Плеонаст (М§, Ре)А1204 - Мат но хром ит (М§, Ре)Сг204

Ре Герцинит РеА1204 Магнетит РеРе204 Хромит РеСг204 Ульвошпинель Ре2ТЮ4 Кульсонит РеУ204

Мп Галаксит (Мп, Ре)А1204 Якобсит МпРе204 - -

Хп Ганит 2пА1204 Франклинит (гп, Ре)Ре204

- Треворит Т-ПРе204 Хромпикотит (Мё) Ре)(Сг, А1)204

- Алюмохромит Ре(Сг, А1)204

Структуру шпинелидов можно выразить в виде кубической упаковки ионов кислорода, в тетраэдрических и октаэдрических пустотах которых размещены двухвалентные и трёхвалентные катионы (рис. 1.1). Таким образом, структура минералов группы шпинели построена из тетраэдров и октаэдров, где каждый анион кислорода принадлежит одному тетраэдру и трём октаэдрам (Минералы, 1967).

Структура шпинели АВ204 относится к кубической сингонии. Ионы кислорода образуют упаковку, близкую к плотнейшей кубической. Кубическая элементарная ячейка содержит 64 тетра- (7) и 32 октаэдрические (М) пустоты.

1......

В-катионы в октаэд-

• А-катионы в тетраэд-

О^у'^рО О Кислород

а) - кубическая элементарная ячейка, состоящая из четырёх примитивных элементарных ячеек; б) - фрагмент структуры, иллюстрирующий координацию атомов кислорода тремя катион-кислородными октаэдрами и одним тетраэдром (Чащухин и др., 2007; www.emeraldinsight.com).

Из их числа катионы занимают 8 Г-узлов и 16 М-узлов таким образом, что ряды заполненных ими октаэдров, соединённых рёбрами, вытянуты вдоль одной из диагоналей куба и связаны друг с другом тетраэдрами. Каждый тет

Информация о работе

Бенедюк, Юрий Петрович
кандидата геолого-минералогических наук
Иркутск, 2013
ВАК 25.00.09

Диссертация

Геохимия и эволюция состава хромшпинелидов ультрабазитов центральной части Восточного Саяна - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы