Геология, вещественный состав и условия образования ультрамафит-мафитовых пород Льговско-Ракитнянского зеленокаменного пояса КМА

Боброва, Елена Михайловна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Геология, вещественный состав и условия образования ультрамафит-мафитовых пород Льговско-Ракитнянского зеленокаменного пояса КМА
ВАК РФ 25.00.04, Петрология, вулканология

Автореферат диссертации по теме "Геология, вещественный состав и условия образования ультрамафит-мафитовых пород Льговско-Ракитнянского зеленокаменного пояса КМА"

На правах рукописи

БОБРОВА ЕЛЕНА МИХАЙЛОВНА

ГЕОЛОГИЯ, ВЕЩЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ И УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ УЛЬТРАМАФИТ-МАФИТОВЫХ ПОРОД ЛЬГОВСКО-РАКИТНЯНСКОГО ЗЕЛЕНОКАМЕННОГО ПОЯСА КМА

Специальность 25.00.04 - Петрология, вулканология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

1 2 ДК 2013

Санкт-Петербург 2013

005543762

Работа выполнена на кафедре минералогии, петрографии и геохимии Воронежского государственного университета

Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук, член-корреспондент РАН, профессор Николай Михайлович Чернышов (ФГБОУ ВПО «ВГУ», г. Воронеж)

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук, профессор Виктор Львович Бочаров (ФГБОУ ВПО «ВГУ», г. Воронеж)

Ведущая организация:

Институт геологии Карельского научного центра РАН (КарНЦ РАН), г. Петрозаводск

Защита состоится «26» декабря 2013 г. в 11.00 на заседании диссертационного совета Д 216.001.01 при ФГУП Всероссийский научно-исследовательский институт им. А.П. Карпинского по адресу: 199106, г. Санкт-Петербург, Средний пр., д. 74 в зале Ученого совета ВСЕГЕИ

С диссертацией можно ознакомиться во Всероссийской геологической библиотеке ФГУП «ВСЕГЕИ» (г. Санкт-Петербург, Средний пр., д. 74)

Автореферат разослан «19» ноября 2013 г.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 199106, г. Санкт-Петербург, Средний пр., д. 74, ВСЕГЕИ, диссертационный совет Д 216.001.01, ученому секретарю Р.Л. Бродской и на е-таП: Rimma_Brodskaya@vsegei.ru

Ученый секретарь

доктор геолого-минералогических наук,

Эдуард Александрович Ланда (ФГУП «ВСЕГЕИ», г. Санкт-

Петербург)

диссертационного совета д.г.-м.н.

Бродская Р.Л.

Телефон для справок: 8(473) 2-208-779 e-mail: samorodok2006@mail.ru

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В пределах территорий щитов и фундаментов древних платформ огромный интерес представляют гранит-зеленокаменные области, которые являются отражением архейской геологической истории развития Земли. Для проведения геологических реконструкций наиболее информативными являются зеленокаменные пояса (ЗКП), так как в их пределах сохранились реликты первичных разрезов, породные ассоциации которых претерпели часто относительно низкую степень метаморфических преобразований. Важным аспектом, определяющим интерес к изучению зеленокаменных структур, является приуроченность к ним ряда крупных и уникальных месторождений никеля, меди, кобальта, золота и платиноидов. На территории Курского блока (Курская магнитная аномалия - КМ А), находящегося в западной части Воронежского кристаллического массива (ВКМ), широким развитием пользуются архейские образования, которые слагают около 60% всей площади. При этом слабо изученными остаются зеленокаменные структуры, которые содержат сульфидные медно-никелевые и золоторудные проявления, имеющие важнейшее значение. Достаточно четко выраженным в геологическом строении КМА является Льговско-Ракитнянский зеленокаменный пояс (ЛРЗКП), характеризующийся разрезом от ультраосновных до кислых пород, что позволяет проследить строение, состав, эволюцию магматизма и рудообразования на ранних этапах развития литосферы КМА.

В этой связи обобщение материалов о геолого-структурных особенностях района, вещественном составе и интерпретация предыдущих и новых петрогеохимических результатов, полученных с целью изучения условий и эволюции формирования породных и рудных ассоциаций докембрийских зеленокаменных образований, определяют актуальность исследования.

Объектом исследования являлась нижняя ультрамафит-мафитовая коматиитсодержащая толща пород центральной части (Косиновский участок) Льговско-Ракитнянского зеленокаменного пояса КМА.

Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы является определение минералого-геохимических особенностей и условий формирования метаморфических пород ультраосновного и основного состава Льговско-Ракитнянского зеленокаменного пояса, а также определение их рудонесущей роли.

В соответствии с этим решались следующие задачи:

1. Анализ, обобщение и систематизация фактического материала о геологическом строении и вещественном составе пород, слагающих зеленокаменные структуры КМА.

2. Сравнение Льговско-Ракитнянского зеленокаменного пояса с характерными чертами разрезов зеленокаменных поясов других регионов Мира.

3. Определение геологических, минералого-петрографических и изотопно-геохимических характеристик главных разновидностей ультраосновных-основных метапород и условий их образования.

4. Изучение закономерностей распределения цветных и благородных металлов в ультраосновных-основных метапородах для выявления высоких концентраций; исследование морфологии и состава рудных минералов.

Фактический материал. В основу диссертационной работы положены материалы, собранные автором в период с 2008 по 2013 гг. во время обучения в магистратуре и аспирантуре геологического факультета Воронежского госуниверситета и работы на кафедре минералогии, петрографии и геохимии этого же вуза.

Работа проводилась в рамках научно-исследовательских программ при поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы и РФФИ. Основная часть выполнена в ходе авторского проекта ФЦП (ГК №14.740.11.1273).

Соискателем собран и описан каменный материал керна 7 скважин, обобщены результаты исследований, выполненных предшественниками, собраны и систематизированы оригинальные аналитические данные, фондовые и литературные материалы. Методами оптической и растровой электронной микроскопии изучено более 200 прозрачно-полированных шлифов и аншлифов, выполнено более 300 микрорентгеноспектральных анализов породообразующих и более 90 рудных минералов, а также проведен анализ качественного состава рудных минералов тяжелой неэлектромагнитной фракции в пробе (3 кг) перидотитовых коматиитов. Для ультраосновных-основных метапород ЛРЗКП впервые выполнен Sm-Nd изотопный анализ.

Проведена интерпретация около 50 опубликованных и 35 оригинальных анализов, выполненных методом рентгено-флуоресцентной спектроскопии (XRF), а также более 30 оригинальных анализов определения редкоземельных элементов, элементов-примесей, выполненных методами индуктивно-связанной плазмы с масс-спетрометрическим окончанием (ICP-MS).

Лабораторно-аналитические исследования проводились в ведущих сертифицированных лабораториях страны. Определение химического состава пород методом рентгено-флуоресцентного спектрального анализа (XRF) выполнялись в Институте геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии (ИГЕМ РАН, г. Москва, аналитик к.х.н. А.И. Якушев), а также во Всероссийском научно-исследовательском геологическом институте им. А.П. Карпинского (ФГУП «ВСЕГЕИ», аналитик Б.А. Цимошенко); определения малых и редких элементов исследовались методом ICP-MS в Аналитическом испытательном центре Института проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов (ИПТМ РАН, г. Черноголовка, зав. лабораторией к.х.н. В.К. Карандашев) и во ФГУП «ВСЕГЕИ» (аналитик Б.А. Цимошенко). Микрорентгеноспектральные анализы химического состава породообразующих минералов выполнены в Центре коллективного пользования оборудованием ВГУ на растровом электронном микроскопе Jeol 6380 LV с энергодисперсионным анализатором INCA 250 (аналитик к.г.-м.н. С.М Пилюгин), рудных минералов - в Институте минералогии (ИМин УрО РАН, г. Миасс, зав. лабораторией к.г.-м.н. В.А. Муфтахов) на электронном микроскопе Jeol JCXA-733. Определение качественного состава рудных

минералов тяжелой неэлектромагнитной фракции в пробе (3 кг) перидотитовых коматиитов проводилось в ЗАО «НАТИ» (г. Санкт-Петербург, ген. директор к.г.-м.н. В.В. Кнауф). Sm-Nd изотопный анализ - в Институте геологии и геохронологии докембрия РАН (ИГГД РАН, Санкт-Петербург, аналитик к.г.-м.н. В.М. Саватенков) на многоколлекторном твердофазном масс-спектрометре Triton.

Защищаемые положения

1. Ультраосновные-основные метапороды нижних частей разреза Льговско-Ракитнянского зеленокаменного пояса КМА по комплексу петрохимических критериев соответствуют коматиит-толеитовой ассоциации, что является характерной чертой строения большинства зеленокаменных поясов докембрийских платформенных структур Мира.

2. Совокупность геохимических и изотопных характеристик указывает на мантийный источник родоначальных расплавов для метакоматиитов, тогда как формирование метапород толеитовой серии происходило за счет обогащения мантийных расплавов мафическим материалом нижних уровней континентальной коры.

3. Ультраосновные-основные метапороды Льговско-Ракитнянского зеленокаменного пояса характеризуются совмещением раннего собственно магматического мелкомасштабного сульфидного медно-никелевого с золотом и платиноидами оруденения, с последующими проявлениями благороднометалльного оруденения гидротермально-метасоматического генезиса.

Научная новизна и практическая значимость работы.

- Достоверно доказана принадлежность ультраосновных-основных метапород Льговско-Ракитнянского зеленокаменного пояса КМА к коматиит-толеитовой ассоциации.

- Показано, что Льговско-Ракитнянский зеленокаменный пояс находит сходство с характерными чертами разрезов зеленокаменных поясов других регионов Мира.

- Впервые на основе изотопно-геохимических данных показано, что для метакоматиитов источником родоначальных расплавов является мантия, тогда как формирование метапород толеитовой серии происходило за счет обогащения мантийных расплавов мафическим материалом нижних уровней континентальной коры.

- Выявлены закономерности распределения цветных и благородных металлов в ультраосновных-основных метапородах Льговско-Ракитнянского зеленокаменного пояса КМА.

- Впервые для исследуемого региона установлено распределение элементов-примесей, в том числе благородных металлов (золото и платина), в составе сульфидных минералов.

приуроченный к кварцевым прожилкам и пентландит-пирротин-галенит-халькопиритовый, связанный с карбонатным прожилкованием.

Новые петрохимические и изотопно-геохимические определения значительно расширяют сведения о магматической активности и рудоносности на ранних этапах развития литосферы КМА.

Личный вклад автора заключается в непосредственном участии на всех этапах исследований: от сбора первичных материалов, подготовки их для проведения аналитических исследований до статистической обработки полученных результатов, интерпретации и обобщения.

Публикации и апробация работы. По теме диссертации опубликовано 11 научных работ, из них 3 в изданиях, рекомендованных ВАК. Основные выводы диссертации изложены в Докладах АН, Вестнике Воронежского госуниверситета, в материалах Международных и Всероссийских конференций «Структура, свойства, динамика и минерагения литосферы ВосточноЕвропейской платформы» (г. Воронеж, 2010 г., 2012г.), «Минерагения Докембрия» (г. Петрозаводск, 2009 г), «Под знаком халькофильных элементов» (г. Екатеринбург, 2009 г.), «Научно-методические основы прогноза поисков и оценки месторождений твердых полезных ископаемых — состояние и перспективы» (Москва, 2011г.), на II Международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов памяти академика А.П. Карпинского (г. Санкт-Петербург, 2011 г.), а также на ежегодных научных сессиях Воронежского отделения Российского минералогического общества (2011-2013 гг.). Материалы исследований использованы в отчетах по научно-исследовательским работам, выполненным на кафедре минералогии, петрографии и геохимии ВГУ.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и заключения. Содержит 135 страниц машинописного текста, включая 47 рисунков, 22 таблицы, список литературы из 155 наименований.

Во «Введении» обоснована актуальность проблемы исследования, сформулированы цели и задачи, показан объем фактического материала и методы исследований, подтверждающие достоверность и обоснованность защищаемых положений, отмечена научная новизна работы и ее практическая значимость. В первой .главе дан краткий очерк геологического строения и минерагении КМА. Рассмотрены история исследования, положение и структурно-вещественные комплексы зеленокаменных поясов, а также геологическое строение исследуемого объекта (центральная часть -Косиновский участок Льговско-Ракитнянского зеленокаменного пояса), содержащего в своем разрезе главные разновидности ультраосновных-основных метапород Льговско-Ракитнянского зеленокаменного пояса КМА, в том числе и метакоматииты. Проведено сравнение характера разреза Льговско-Ракитнянского пояса с известными зеленокаменными поясами ряда регионов Мира. Вторая глава посвящена минералого-петрографическому описанию ультраосновных-основных метапород нижней толщи Льговско-Ракитнянского зеленокаменного пояса. Приведено детальное описание основных типов метапород и их положение в разрезе. В третьей главе обосновывается

принадлежность ультраосновных-основных метапород к коматиит-толеитовой ассоциации; показана закономерность распределения главных, редких и редкоземельных элементов в метапородах и их петролого-генетическая интерпретация, а также приведены 8т-Ш изотопно-геохимические характеристики. Рассмотрены условия формирования пород. В заключительной четвертой главе охарактеризовано оруденение, простанственно приуроченное к ультраосновным-основным метапородам Льговско-Ракитнянского

зеленокаменного пояса КМА. В «Заключении» приводятся основные выводы работы.

Благодарности.

A.И. Овсянникова, П.С. Бойко. Отдельную благодарность автор выражает к.г,-м.н. М.В. Рыбораку за консультации и ценные советы. Выполнению аналитических исследований способствовали к.г.-м.н. С.М. Пилюгин (ВГУ),

B.А. Муфтахов (ИМин УрО РАН), С.С. Шевченко (ФГУП «ВСЕГЕИ»), В.М. Саватенков (ИГГД РАН), В.В. Кнауф (ЗАО «НАТИ»), за что автор выражает им свою признательность и благодарит за помощь.

ОБОСНОВАНИЕ ЗАЩИЩАЕМЫХ ПОЛОЖЕНИЙ

Первое защищаемое положение. Ультраосновные-основные метапороды нижних частей разреза Льговско-Ракитнянского зеленокаменного пояса КМА по комплексу петрохимических критериев соответствуют коматиит-толеитовой ассоциации, что является характерной чертой строения большинства зеленокаменных поясов докембрийских платформенных структур Мира.

Мегаблок КМА входит в состав Воронежского кристаллического массива, составляя его западную часть, относимую (Полищук, 1964; Чернышев, Лосицкий и др., 1998; Чернышов, 2004) к Сарматскому сегменту ВосточноЕвропейского кратона. КМА характеризуется сложным строением и длительной историей формирования. Породы докембрийского фундамента в пределах КМА нигде на дневную поверхность не выходят, так как повсеместно погребены под мощной (до 400-450 м) толщей осадочных отложений платформенного чехла. Зеленокаменные пояса картируются по реликтам

характерных структурно-вещественных комплексов, вскрытых скважинами, и геофизическим данным (положительные гравитационные и магнитные аномалии различной интенсивности) в виде полос северо-западного простирания, подчеркивающих зоны глубинных разломов. Льговско-Ракитнянский зеленокаменный пояс протягивается (рис. 1) на 300-400 км в западной части КМА и имеет наиболее представительный разрез осадочно-вулканогенных (Крестин, 1980; Чернышов и др., 1981; Бочаров, 1985; Бочаров и др., 1993; Которгин, 2001; Рыборак, 2012) образований Михайловской серии, в том числе насыщен высокомагнезиальными метапородами. Осадочно-вулканогенные толщи смяты в изоклинальные складки, в результате чего породы приобрели почти вертикальное падение (60-70°).

Рис. 1. Схема структурно-формационного районирования Воронежского кристаллического массива (по (Геология и полезные..., 2006; Минерагенические исследования..., 2007; Чернышов, 2004), с дополнениями). I - мегаблок КМА, в том числе макроблоки: 1-1 - Брянский, 1-2 - Ливенско-Ефремовский, 1-3 -Севский, 1-4 - Сумской, 1-5 - Орловско-Белгородский (Оскольский), 1-6 Россошанский; цифры в кружках - палеопротерозойские рифтогенные структуры: 1- Михайловская, 2- Орловская,

3- Тим-Ястребовская, 4- Рыльская, 5-Крупецкая, 6- Белгородская, 7-Волотовская, 8- Борисовская; II -Лосевская шовная зона: II-1 Лосевская и II-2 - Донская подзоны;

III - Хоперский мегаблок, в том числе макроблоки: III-1 - Калачско-Эртильский, III-2 - Тамбовский, III-3 -Варваринский, 111-4 - Камышинский.

IV - V - продолжение структур В КМ на УЩ, геоблоки (террейны): IV-1 -Белоцерковско-Одесский (Брагинский), IV-3 - Кировоградский (Ингулецкий), IV-4 Среднеприднепровский, IV-5 -Приазовский, V-2 - Восточно-Приазовский. УЩ - Украинский щит, OB - Оршанская впадина, ПМ -Подмосковный авлакоген, ПЧ Пачелмский прогиб, ПВ -Прикаспийская впадина. Красным цветом отмечено положение позднеархейских зеленокаменных поясов: I - Льговско-Ракитнянский (Белгородско-Михайловский), II -Алексеевско-Воронецкий (Орловско-Тимской)

Структурно-вещественные комплексы позднеархейской зеленокаменной ассоциации занимают в разрезе докембрийских пород промежуточное положение между раннеархейскими гранито-гнейсами обоянской серии и палеопротерозойскими метаосадочными железорудными образованиями (ВИ7-формация) и базальными конгломератами (стойленская свита) в составе курской серии. Льговско-Ракитнянский зеленокаменный пояс характеризуется двучленным строением (Крестин, 1978; 1980; Бочаров, 1985; Бочаров и др., 1993; Которгин, 2001; Рыборак, 2012; Боброва, 2010, 2011). Нижняя толща представлена ультраосновными-основными метапородами (согласно «Корреляционная схема..., 2001 г.», александровская свита Михайловской серии). Верхняя толща сложена базальт-андезит-дацит-риолитовой ассоциацией матавулканитов лебединской свиты Михайловской серии. Метаосадочные

породы составляют около 10-15 % в нижней и до 40-50 % в объеме верхней толщ и представлены в основном гнейсами, среди которых отмечаются единичные маломощные прослои кремнистых и железисто-кремнистых пород. Мощность зеленокаменных образований КМА, ввиду сложности их геологического строения, точной оценке не поддается. Предполагаемые же мощности колеблются в интервале 2-5 км (Геология, гидрогеология.., 1970; Крестин, 1980). Примерная количественная распространенность различных типов осадочно-вулканогенных пород, подсчитанная по разрезам, в ЛРЗКП составляет (по Которгин, 2001): а) ультраосновные-основные - 5-10%, б) основные до кислых - 40%, в) метаосадочные породы (в т.ч. туфоосадочные) -50%.

Ультраосновные-основные породы ЛРЗКП метаморфизованы в условиях зеленосланцевой и эпидот-амфиболитовой фаций (Крестин, 1980; Чернышов и др., 1981; Бочаров и др., 1993) и в современном состоянии диагностируются, главным образом, по химическому составу и реликтовым структурным признакам. Макроскопически это темно-серые, серые с синеватым и зеленоватым оттенками породы, чаще плотные, массивные, реже рассланцованные.

В пределах исследуемых объектов по результатам детального микроскопического изучения ультраосновные-основные метапороды представлены преимущественно (рис. 2) серпентинитами, породами амфибол-серпентинового и тремолит-карбонатного составов и амфиболитами (Боброва, 2010; 2011). Структуры пород, главным образом, типично метаморфические: нематобластовая, фибробластовая, порфиробластовая, гранолепидобластовая и др. Принадлежность пород к вулканическим образованиям однозначно фиксируется лишь в случаях обнаружения реликтовых структур.

Рис. 2. А - схема геологического строения центральной части Льговско-Ракитнянского зелепокаменного пояса КМА (Косиновский участок); Б геологический разрез по линии И. Составлено с использованием материалов Юго-Западной КГРЭ, Е,М. Крестина и др. с исправлениями автора: 1 - плагиоклаз-микроклиновые граниты; 2 - а) кремнистые породы, б) железистые кварциты; 3 - габбро-амфиболиты; 4 - амфиболиты; 5 -амфибол-серпентиновые породы; 6 -серпентиниты; 7 - тремолит-карбонатные породы; 8 - гранито-гнейсы; 9 - линия разреза, 10 -скважина и ее номер.

Специфическая спинифекс-структура, позволяющая воспроизвести строение потоков, впервые описанная Е.М. Крестиным (Крестин, 1978), а затем и другими исследователями (скважина 2549, глубина 365,0 м; скважина 3719, глубина 451,8 м (Крестин, 1978; Бочаров и др., 1993), представлена длинными (1-5, обычно 2-3 см) узкими (около 1 мм) пластинчатыми кристаллами оливина, замещенного тонкозернистым агрегатом лизардита. Количество их обычно составляет 50-60% объема породы. Основная масса сложена различно ориентированными удлиненными пластинчатыми агрегатами тремолит-актинолита, которые, судя по форме агрегатов, псевдоморфно замещают узкие длинные кристаллы пироксена. Кроме того, о вулканическом происхождении пород свидетельствуют редкие реликты порфировой структуры, отмеченной в амфибол-серпентиновых породах и амфиболитах. Но в связи с довольно высокой степенью метаморфизма пород идентификация индивидуальных потоков в пределах толщи затруднена.

Петрохимическая характеристика метапород.

В основу диагностики первичного состава метапород положен принцип изохимичности процессов метаморфизма. Для разделения пород по химическому составу использованы классификационные диаграммы. На диаграмме TAS (Петрографический кодекс.., 2009) магматиты попадают в поля ультраосновных-основных пород нормальной щелочности. В основу разделения метапород положена диаграмма (Jensen, 1976), на которой отчетливо выделяется четыре поля составов (рис. 3). Поле I - перидотитовые коматииты, включает в себя серпентиниты и породы амфибол-серпентинового состава. Породы образуют компактную петрохимическую группу (таблица 1) ультраосновных пород и характеризуются высокой магнезиапьностью (MgO>25%, Mg#=0,77-0,87, крайне низкой щелочностью (S(Na20+K20)<0,30%, Na20»K20), невысоким содержанием кремнезема (Si02=39,16-46,95%), низким содержанием титана (Ti02=0,04-0,33%). Величина отношения Al203/Ti02 = 14,81 (от 9,58 до 19,05), преимущественно ниже хондритовой.

Поле II - базальтовые коматииты, включает в себя актинолититы, тремолититы, актинолит-тремолитовые, тремолит-карбонатные породы (Бочаров и др., 1993), которые отличаются от перидотитовых коматиитов меньшей магнезиальностью (MgO=17,36-21,95%, Mg#=0,70-0,83), более высоким содержанием кремнезема (Si02=41,20-51,34%), щелочей (E(Na20+K20)>0,50%, Na20»K20). Поле III - высокомагнезиальные базальты - амфиболиты с содержанием Si02=49,21-51,15%, ТЮ2=0,47-0,68%. Это более железистые (11,38-15,09 %) породы с магнезиальностью 8,52-8,81% (Mg#=0,56-0,59) и глиноземистостью (al=0,47-0,77). Поле IV - высокожелезистые толеиты - амфиболиты, которые обладают низкой магнезиальностью (MgO=3,5-7,43%, Mg#=0,28-0,44), более высокой кремнеземистостью Si02=46,43-55,50% и титанистостью ТЮ2=0,88-1,46%.

Средний химический состав ультрамафит-мафитовых пород ЛРЗКП

Таблица I

Компонент PK n=8 BK* n=3 HMgB n=4 HFeB n=7 Компонент PK n=5 BK HMgB n=4 HFeB I 11=8

SiOz 45,35 46,73 50,09 50,45 La 0,69 H.o. 1,60 4,26

TiCb 0,20 0,25 0,61 1,15 Ce 1,80 H.o 4,33 10,64

АЮз 2,73 10,64 13,23 12,33 Sm 0,49 H.o 1,30 2,41

Feßta,, 13.94 9,57 14.17 18,49 Eu 0,17 H.o 0,58 0,85

MnO 0,18 0,17 0,18 0,74 Od 0,74 H.o 2,10 3,25

MgO 33,68 19,07 8,65 5,98 Tb 0,13 H.o 0,39 0,58

CaO 3,75 11,39 10,42 7,93 Dy 0,79 H.o 2,43 3,91

Na20 0,11 0,71 2,74 2,62 Ho 0,17 H.o 0,53 0,86

KjO 0,04 0,25 0,37 0,19 Er 0,50 H.o 1,60 2,52

PzQs 0,02 0,07 0,07 0,11 Yb 0,44 H.o 1,48 2,38

Total 100,00 100,00 100,00 100,00 Lu 0,17 H.o 1,60 0,35

ATM 14.81 46,07 22,71 11,09 (La/Yb)„ 1,23 H.o 0,79 1,28 I

СаО/А12Оз 1,37 1,07 0,79 0,64 (La/Sm)„ 0,97 H.o 0,79 1,14

Mg# 0,82 0,78 0,55 0,38 (Gd/Yb)n 1,45 H.o 1,20 1.15

Примечание: PK — перидотитовые коматииты, ВК — базальтовые коматииты, HMgB — высокомагнезиальные базальты, HFeT - высокожелезистые толеиты. Содержания породообразующих (мае. %) оксидов определены методом РФА (ИГЕМ РАН, ВСЕГЕИ). концентрации (ррт) редкоземельных элементов - ICP MS (ИПТМ РАН, ВСЕГЕИ), ВК* — данные по (Бочаров, 1993), Н.о. - не определялось, п - число анализов.

По классификации Енсена (Jensen, 1976) ультраосновные-основные метапороды образуют два тренда: коматиитовый и толеитовый, что также подтверждается рядом известных диаграмм (Kuno et al., 1968; Smolkin et al., 2000; Куликов и др., 1988), на которых перидотитовые и базальтовые коматииты и высокожелезистые толеиты образуют соответствующие поля. Высокомагнезиапьные базальты преимущественно занимают промежуточное положение между породами коматиитовой и толеитовой серий.

Рис. 3. Положение точек составов ультраосновных-основных метапород Льговско-

Ракитнянского зеленокаменного пояса КМА на

классификационной диаграмме AI-(Fe+Ti)-Mg (Jensen, 1976). Условные обозначения: I — поле PK, II - поле ВК. III - поле HMgB, IV -поле HFeT. 1 - серпентиниты, породы амфибол-серпентинового состава, 2 - амфиболиты

AI Mg

Fe+Ti

На диаграмме - СаО - АЬОз метакоматииты попадают в поле

кумулятивных образований и формируют тренд с характерным уменьшением при почти постоянном СаО/АЬОз. Это обстоятельство позволяет предположить, что фракционирование оливина было доминирующим фактором изменения состава этих пород.

Зависимость содержания петрогенных окислов от магнезиальности отражает обособление полей составов ультраосновных и основных магматитов, что наглядно подчеркивается диаграммой коэффициента фракционирования (Кф) и (рис. 4). Вероятно, образование метапород толеитовой серии не

связано с дифференциацией коматиитовых образований, а обусловлено последующими магматическими процессами.

4030

вд

2 2010

Рис. 4. Диаграмма содержаний о1 л2 МщО и коэффициента

\ «вх аз «4 фракционирования Кф

(Кф=|((ч'0+1е,0.,)/(Л1!;()+ \ \ Ке0+Кс20.,))х100%) для

ультраосновных-основных метапород Льговско-Ракитнянского ^ С^^еленокаменного пояса КМА.

Чдп %

^^ Условные обозначения: 1 — РК, 2 — ВК,

3 - НМ%В, 4 - НЕеТ.

0,2 0,4 0,6 0,8

Кф

Таким образом, ультраосновные-основные метапороды принадлежат двум магматическим сериям - коматиитовой и толеитовой, образуя коматиит-толеитовую ассоциацию. Причем к коматиитовой серии принадлежат метапороды, представленные перидотитовыми и базальтовыми коматиитами, а к толеитовой серии — высокомагнезиальные базальты и высокожелезистые толеиты.

Сравнение особенностей разреза Льговско-Ракитнянского пояса с зеленокаменными поясами других регионов Мира

Для большинства докембрийских зеленокаменных поясов Мира в строении разреза характерно наличие осадочно-вулканогенных образований с проявлением вулканизма от ультраосновного (часто приуроченного к низам разрезов) до кислого.

Анализ приведенных материалов позволяет выявить сходство Льговско-Ракитнянского пояса с характерными чертами разрезов зеленокаменных поясов докембрийских платформенных структур Мира.

o 7

v v

v v vv Vv

v v

v„v

"vv

10 Состав вулканитов:

□

ультраосиовпои

v v» Уvv

основной, в т.ч. высокомагнезиальный

средний

Рис. 5. Относительная распространенность и положение вулканитов в разрезах докембрийеких зеленокаменных поясов (по Вревскому, 1986, с исправлениями автора): Принадлежность к щитам: 1,2 - Канадский (пояса: 1 -Йелоунайф, 2 - Абитиби), 3 -Родезийский (пояс Белингве), 4, 5 — Каапвальский (пояса: 4 - Мурчисон, 5 - Барбертон), 6 — Йилгарнский (пояс Калгурли-Норсеман), 7 - Пилбара (пояс Варравуна), 8, 9 - Балтийский (пояса: 8 - Полмос-Порос, 9 - Койкары), 10 - ВКМ (Льговско-Ракитнянский пояс (по данным настоящего исследования).

Второе защищаемое положение. Совокупность геохимических и изотопных характеристик указывает на мантийный источник родоначальных расплавов для метакоматиитов, тогда как формирование метапород толеитовой серии происходило за счет обогащения мантийных расплавов мафическим материалом нижних уровней континентальной коры.

Геохимические особенности метапород.

Перидотитовые метакоматииты (РК) в сравнении с хондритом обеднены (см таблица 1) Zr (Ti/Zr = 442) и Y (Ti/Y = 344) по отношению к Ti, а также обогащены Nb (Zr/Nb = 6,31) и Y (Zr/Y = 0,83) по отношению к Zr. Метапороды характеризуются невысоким суммарным содержанием редкоземельных элементов в интервале 5,68-8,82 г/т (среднее 7,7). Распределение РЗЭ носит преимущественно слабо фракционированный (Боброва и др., 2010; Боброва, 2011) близкий хондриту характер (рис. 6) при значениях отношений (La/Sm)n около 1,1-1,2, в некоторых образцах около 0,6, (Gd/Yb)n=l,30-2,37 и наличием умеренных отрицательных европиевых аномалий (Eu/Eu*=0,81, от 0,70 до 0,95). Для метакоматиитов характерны высокие концентрации Сг (1528,57-2733,00 ppm), Ni (1683,07-277,52 ррт) и низкие — Си (6,97-47,50 ррт). Никель значительно преобладает над медью, в

меньшей степени над кобальтом (отношения №/Си>50 и №/Со>10), что типично для коматиитов зеленокаменных поясов (Лешер и др., 1984; ЫаШгеО А.З. йа!., 1976).

Высокомагнезиальные метабазальты (HMgB) характеризуются слабо фракционированным распределением РЗЭ ((Ьа/8т)п=0,48-1,07, (Ьа/УЬ)п=0,42-1,14, (Сс1/УЬ)п= 1,12-1,29), суммарным содержанием РЗЭ в среднем 21,12 ррт (рис. 6) и отношением Еи/Еи*=0,80-1,35. Спектры РЗЭ высокомагнезиальных метабазальтов преимущественно имеют пологий достаточно равномерный профиль, превышающий хондритовый примерно в 5 раз. Высокомагнезиальные метабазальты в сопоставлении с перидотитовыми метакоматиитами обеднены Сг (147-416 ррт), N1 (94,8-147 ррт) и Со (50,70-70,00 ррт), но содержания Си выше кларковых (149,00-509,00 ррт) при №/Си<1 (№/Си=0,19-0,99). Для них, по сравнению с метакоматиитами, характерны более высокие концентрации Ва, Бг, У, Ъх и N1), при низких, более чем на порядок, содержаниях N1 и Сг.

La Ce Pr Nd S m l ii Gd Th Dy Но & Tm Vb Lu

10,0-

X 50,0

Рис. 6.

Геохимическая характеристика метапород коматиит-толеитовой ассоциации Льговско-Ракитнянского ЗКГ1 10.0 К MA Породы

нормированы к

хондриту по (Sun, McDonough, 1989).

-+i,o

н Ю.О-

La Ce Pr Nd S m Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Lu

Высокожелезистые метатолеиты (НРеТ) характеризуются аналогичным трендом распределения РЗЭ (рис. 6), отличаются лишь

немного большим уровнем (5-10 кратным) относительно хондрита. Имеют (Ьа/УЬ)п =1,22-1,55 до 3,74, (Ьа/Бт)п =1,02-1,34 до 1,65, (С(1т>)п=0,90-1,32 до 1,83, Еи/Еи*=0,89-1,01. Высокожелезистые метатолеиты содержат концентрации Сг (96,40-218,00 ррт), № (95,50-166,00 ррт), Со (48,90-91,80 ррт) и Си (176-228 ррт) близкие НК^В, но отличаются от последних повышенными концентрациями "Л (5404,17-7392,71 ррт). Породы обнаруживают сходство с толеитами типа ТН-1, которые в большинстве

зеленокаменных поясов составляют 50-80% типового разреза (Конди, 1983).

Важным показателем для оценки геохимической специализации ультраосновных-основных метапород является отношение Ni/Cu (Налдретг, 2003). В частности, для метапород коматитовой серии оно выше 1, атолеитовой

- меньше 1. В ультраосновных магматитах Льговско-Ракитнянского зеленокаменного пояса значение Ni/Cu значительно превышает 1, что позволяет согласно (Налдретт, 2003) отнести их к коматиитовому типу.

Метакоматииты Льговско-Ракитнянского зеленокаменного пояса КМА имеют ATM (А12С>з/ТЮ2) = 9,77-14,10 (среднее 11,2, п=5) и в системе А1203/ТЮ2

- (Gd/Yb)mn локализуются (рис. 7) в поле коматиитов деплетированных глиноземом, перекрываясь с коматиитами Барбертон.

Рис. 7. Положение точек составов метакоматиитов (РК) на классификационной диаграмме А12Оз/ТЮ2 (Gd/Yb)mn (Sproule et al., 2002) дли коматиитов из зеленокаменных поясов

древних кратонов.

Нормировано к примитивной мантии по (Sun, McDonough, 1989). Коматииты: 1 камбалдийского типа, II — барбертонского.

30.00 25,00 g 20,00 g 15,00 < 10,00 5,00 0.00

Al-недеплетированные коматииты

Tí-обогащенные-А 1-деплетирова! 111 ые коматииты

0,50

1.00

1,50 2,00

(Gd/Yb)mn

Согласно существующим методикам (по Abbot D.H., Burges L. Et al., 1994) оценены температурные параметры условий формирования высокомагнезиальных пород: температура ликвидуса (Т[)=1582-1624 С0, потенциальная температура мантийного источника (Тр)=1812-1862 С0. Суммарная мощность коры, рассчитываемая с использованием показателя потенциальной температуры, соответствует 60-70 км. Обедненность коматиитов глиноземом свидетельствует о глубине отделения расплава от гранатового рестита на глубинах не менее 200 км (Sproule et al., 2002).

Изотопно-геохимическая характеристика метапород и условия их образования

Для определения Sm-Nd изотопных характеристик были исследованы пять образцов метакоматиитов и четыре образца высокомагнезиальных метабазальтов (таблица 2). Коматииты характеризуются (Чернышов и др., 2012) в среднем более высокими значениями £Nd(T250o)= +1,4 - +4,3, отвечающими деплетированной мантии. Высокомагнезиальные базальты характеризуются пониженными значениями £Nd(T250o)= -0,7 - +1,5, указывающими на обогащенный источник этих пород.

Таблица 2.

изотопные данные для метапород коматиит-толеитовой ассоциации центральной части Льговско-Рактинянского зеленокаменного пояса КМА_

Образец Порода Sm, мкг/г Nd, мкг/г ,47Sm/144Nd* l43Nd/144Nd** 2а sNd(T25oo)

3719/1 метакоматиит 0,64 1,74 0,221943 0,513224 14 3,33

3719/2 0,63 1,72 0,219735 0,513235 9 4,27

3719/6 0,39 1,26 0,187511 0,512556 8 1,36

2549/3 0,86 4,06 0,128359 0,511475 5 -0,72

2549/1 0,51 1,45 0,213691 0,513119 7 3,94

2546/1 высокомагнезиальный метабазальт 1.17 2,94 0,241723 0,513345 5 -0,69

2546/2 0,97 2,98 0,196684 0,512713 5 1,48

2546/4 1,58 4,55 0,209751 0,512827 7 -0,51

2546/5 1,37 2,98 0,277615 0,514021 7 0,97

Примечание: * - погрешность l4/Sm/l44Nd принята не более 0,3%. ** - norpeinHocTbl43Nd/144Nd принята не более 0,003%.

Эрохронная зависимость, построенная для метакоматиитов, отвечает позднеархейскому возрасту 2.89±0.19 млрд. лет, СКВО=13, данные для высокомагнезиальных метабазальтов показывают 2.45±0.69 млрд. лет, СКВО=50 (рис. 8). Sm-Nd модельный возраст, рассчитанный по образцу с наиболее низким отношением 147Sm/144Nd=0.1284, составляет, согласно модели Гольдштейна и Якобсена (Goldstein, Jacobsen, 1988), 2.98 млрд. лет.

у 0.51:6

0.51 ПК 0.5114 ОЛЮ

коматииты

Age=2888±190 Ma Initial ™Sm' 1"Nct=0.5U1>02±0.0002511 MSWU-13

O.lfi 0.1» 0.20

l"Sm/""Nd

~0 0.5156

0,5152 0.312K

высокомагнезиальные /

базальты

/о

Аде=2494±690 Ма

Initial '°Sm " Nd—0.5094±0.0011

MSWD-50

l41Sm/lwNd

Рис. 8. Эрохронная Sш-Nd зависимость коматиит-толеитовой ассоциации нижней толщи центральной части Льговско-Ракитнянского зеленокаменного пояса КМА

Таким образом, совокупность геохимических и изотопных характеристик указывает на мантийный источник родоначапьных расплавов для метакоматиитов, тогда как формирование метапород толеитовой серии происходило за счет обогащения мантийных расплавов мафическим материалом нижних уровней континентальной коры.

На основе приведенных сведений можно сделать вывод, что образование коматнитов связано с плавлением сублитосферной мантии. В источник родоначальных расплавов для высокомагнезиальных базальтов в значительных объемах могло входить вещество раннеархейской мафической нижней коры. Низкие содержания несовместимых элементов, а также формы спектра РЗЭ, как в метакоматиитах, так и в высокомагнезиальных метабазальтах свидетельствуют об их формировании за счёт высокой степени плавления деплетированных мантийных и нижнекоровых пород на относительно малых глубинах в сходном температурном режиме. Источник метакоматиитов мог ассоциировать с истощенным мантийным диапиром, тогда как источник высокомагнезиальных метабазапьтов включал существенную долю нижней мафической коры раннеархейского возраста.

Третье защищаемое положение. Ультраосновные-основные метапороды Льговско-Ракитнянского зеленокаменного пояса характеризуются совмещением раннего собственно магматического мелкомасштабного сульфидного медно-никелевого с золотом и платиноидами оруденения, с последующими проявлениями благороднометалльного оруденения гидротермально-метасоматического генезиса.

В архейских структурно-вещественных комплексах в связи с проявлениями цветных и благородных металлов выделяются два генетических типа оруденения: 1) сингенетичный (первичные архейские концентрации) и 2) эпигенетический (гидротермально-метасоматический, наложенный на первичные архейские концентрации), локализованный обычно в зонах интенсивного изменения пород вдоль зон повышенной трещиноватости, брекчирования и разломов. При этом эпигенетический тип пользуется значительным распространением и разнообразием, что обусловлено неоднократным проявлением процессов метаморфизма и активизации, приведших к регенерации первично-магматических вкрапленных руд. Различные условия протекания этих процессов и составы наложенных гидротермальных растворов обусловили многообразие минеральных типов оруденения.

Для пород коматиит-толеитовой ассоциации значимую роль играет сульфидное медно-никелевое оруденение. Ранее (Чернышов и др., 1981; 1983; Ножкин, Крестин, 1984; Бочаров, 1985; Чернышов, 1990; Бочаров и др., 1993; Чернышов, 2004) в ультраосновных-основных зеленокаменных образованях КМА установлен ряд разномасштабных проявлений благороднометалльного сульфидного медно-никелевого оруденения. Содержания благородных металлов составляют в перидотитовых коматиитах Р1 до 60,0 мг/т, Рё до 23,3 мг/т, Аи до 4,6 мг/т, в пироксенитовых коматиитах Р1 до 14,5 мг/т, Рс1 до 5,3 мг/т, Аи до 2,5 мг/т, в коматиитовых базальтах Р1 до 9,0 мг/т, Рс1 до 4,0 мг/т, в толеитовых базальтах Р1 до 7,5 мг/т, Рс1 до 5,5 мг/т (Чернышов, 2004). Выделены сингенетичный и эпигенетичный типы оруденения.

Сингенетичное (Чернышов и др., 1981; 1983; Чернышев, 1990) оруденение представлено вкрапленными и прожилково-вкрапленными типами и формируют зоны мощностью от 0,5-2 до 10-18 м с различным содержанием (5-10 об. %, в отдельных интервалах - 0,1-0,2 м до 40-60 об. %) сульфидов (троилит, гексагональный пирротин, идиоморфные зерна пентландита, редкие зерна халькопирита, виоларита, никелина и др.). Эпигенетическое гидротермально-метасоматическое оруденение представлено двумя минеральными типами: 1) полидимитовым в перидотитовых коматиитах (полидимит, миллерит, халькопирит и реликтовый пентландит) и 2) миллерит-пиритовым, связанным с карбонатными прожилками зон дробления в серпентинитах (миллерит, пирит, пирротин, халькопирит).

Исследуемые метапороды коматиит-толеитовой ассоциации характеризуются наличием рассеянно-вкрапленного (первые проценты содержания в породе) сульфидного оруденения. Кроме того, породы пронизаны сетью сульфидсодержащих кварцевых и карбонатных прожилков. Подобное оруденение отмечается как «кварц-карбонатное прожилкование в зеленокаменных комплексах» («Greenstone-hosted Quartz-Carbonate Vein Deposits») (Dube and Gosselin, 2007). В полной мере достоверное разделение сингенетичных и эпигенетичных типов оруденения затруднено. Ввиду этого, автором предлагается типизация металлоносных проявлений, отражающая различное геолого-структурное положение и приуроченность сульфидных минеральных ассоциаций к определенным типам пород и жильных образований.

Наиболее часто встречаемым минералом является халькопирит, ксеноморфные зерна (до 0,8-1,0 мм) которого находятся в базисе пород и в прожилках, отмечаются срастания халькопирита с другими сульфидами. Пентландит часто находится совместно с халькопиритом, бравоитом и магнетитом. Образует ксеноморфные зерна (0,03-0,05 мм) в матриксе и карбонатных прожилках; самостоятельные агрегатные его выделения (до 0,01 мм) характерны для матрикса пород. Пирротин встречается вместе с пентландитом, а также халькопиритом в матриксе и карбонатных прожилках. Пирит часто корродирует и замещает ассоциирующие с ним сульфиды -пирротин, халькопирит, а также образует самостоятельные мелкие (сотые доли миллиметра) изометричные зерна, отмеченные только в основной массе пород.

Исследование геолого-структурного положения, приуроченности сульфидов к определенным типам пород и жильных образований в ультраосновных-основных магматитах Льговско-Ракитнянского

зеленокаменного пояса КМА позволило выделить три типа ассоциаций: 1) пирит-пирротин-пентландит-халькопиритовая рассеянного вкрапленного оруденения; 2) пирит-халькопиритовая, развитая в кварцевых прожилках; 3) пентландит-пирротин-галенит-халькопиритовая карбонатного прожилкования (таблица 3).

Установлены граничные признаки между составом сульфидов и распределением в них количественных содержаний цветных и благородных металлов (Боброва, 2011) в трех выделенных типах сульфидных ассоциаций,

пространственно приуроченных к ультраосновным-основным метапородам Льговско-Ракитнянского зеленокаменного пояса КМА. Определяющими критериями вкрапленного пирит-пирротин-пентландат-халькопиритового типа являются: а) постоянное присутствие Ni, Со, As и Zn в халькопирите, пентландите и пирротине; б) наличие примеси РЬ в пирите; в) повышенное содержание Pt (0,254 мас.%) и Аи (0,288 мас.%) в халькопирите высокомагнезиальных базальтов. Пирит-халькопиритовый тип, ассоциирующий с кварцевыми прожилками в ультраосновных-основных метапородах, отличается: а) повышенным содержанием, как и в первом типе, Pt (0,245 мас.%) в халькопирите; б) широким развитием примеси Zn; в) появлением Со, Ni и РЬ в пирите. Третий пентландит-пирротин-галенит-халькопиритовый тип сульфидных ассоциаций, связанный с карбонатным прожилкованием, характеризуется следующими особенностями: а) ведущей ролью (как и в первых двух типах) халькопирита с наличием Ni и Zn; б) появлением галенита с повышенным содержанием Bi (1,80 - 2,01 мас.%) и Ag (0,452 - 0,505 мас.%); в) наличием Ni и Со в пирротине и Со в пентландите.

Таблица 3.

Состав ведущих сульфидов (мас.%) в различных типах сульфидных ассоциаций,

пространственно приуроченных к ультраосновным-основным метапородам ЛРЗКП

Сульфидная ассоциация/ Минерал Халькопирит Пентлацдит Пирротин Пирит Галенит

Пирит-пирротин- чентландит-хал ь ко пиритовая вкрапленного типа Си (33,36-36,61) Fe(29,03-30,65) S (33,37-35,77) Ni (до 0,22) Со (до 0,22) As (до 0,40) Zn (до 1,12) .-I» i,J,I 0.2Щ Vi /<l:i 0.254) Fe (29,4031,85) Ni (33,2936,00) S (32,06-32,34) Co (0,25 - 5,65) As (до 1.94) Zn (до 0,06) Fe (58,4760,82) S (38,16-39,73) Ni (0,06- 1,02) Со (0,09 - 0,24) As (до 0,32) Zn (до 0,Щ Fe (45,36-46,35) S (52,61-54,83) Ni (0,06-1,03) Co (0,44 - 1.52) Ph (до 0.3H)

Пирит-халькопиритовая (кварцевые прожилки) Си (35,23-36,82) Fe (29,14-30,15) S (34,18-34,95 Co (до 0,11) Zn (0,16-0.25) l't ido 0.245) Fe (45,81-47,31) S (51,42-53,93) Ni (до 0.63) Co (0,11 -1,09) Zn (0,11-0,19) Pb (до 0,42)

Пентландит-пирротан-галенит-халькопиритовая (карбонатные прожилки) Си (29,21-31,75) Fe (33,85-34,95) S (34,01-35,48) Ni (до 0,20) Zn (0,05 - 0,0H) Fe (29,6631,08) Ni (32,5534,81) S (33,81-35,19) Co (0,04 -2,47) Fe (56,2-57,85) S (39,23-41,82) Ni (1,02- 1,53) Со (до 0,15) РЬ (82,9286,60) S (12,73-13,21) Ni (до 0,06) Bi (1,НО- 2,01) .1« (0.452 0.5115)

Примечание: жирным шрифтом обозначены минералообразующие элементы,

курсивом - примесные. Красным цветом выделены благородные металлы.

Выделенные три типа сульфидных ассоциаций, характеризующиеся различным геолого-структурным положением и приуроченностью к определенным типам пород и жильных образований, различающиеся составом ведущих сульфидов и особенно распределением в них элементов-примесей (цветных и благородных металлов), отражают многостадийную природу формирования.

На основе проведенного определения качественного состава минералов тяжелой неэлектромагнитной фракции в пробе (вес около 3 кг) перидотитовых метакоматиитов с выделением тяжелого концентрата установлены следующие минеральные фазы и их состав: пентландит, виоларит, кобальтин, хроммагнетит, ильменит. Пентландит имеет неправильную форму зерен, и часто по нем в результате окислении образуется виоларит. Обнаруженные кристаллы сульфоарсенида - кобальтина имеют идиоморфную форму. Вероятно, его образование связано с наложенными процессами.

Таким образом, ультраосновные-основные метапороды Льговско-Ракитнянского зеленокаменного пояса характеризуются совмещением раннего собственно магматического мелкомасштабного сульфидного медно-никелевого с золотом и платиноидами оруденения, с последующими проявлениями благороднометалльного оруденения гидротермально-метасоматического генезиса.

Особый интерес для оценки перспектив рудоносности ультраосновных-основных метапород представляет исследование поведения никеля, кобальта, хрома, меди. Наибольшие содержания никеля (1683,07-2277,52 г/т), кобальта (100,00-117,00 г/т) и хрома (1528,57-2733,00 г/т) характерны для перидотитовых метакоматиитов, повышение концентрации меди (таблица 4) отмечается в высокомагнезиальных метабазальтах (до 509,00 г/т).

Таблица 4.

Содержания рудных элементов (г/т) в

Компоненты РК НМЕВ ПРеТ

тш тах в (п=5) тш тах $(п=4) тн1 тах Б(п=8)

Сг 1528,57 2733,00 2043,18 147,00 416,00 295,75 7,40 218,00 92,89

№ 1683,07 2277,52 1868,52 94,80 147,00 124,95 32,40 166,00 94,65

Со 100,00 117,00 108,84 50,70 70,00 58,20 39,20 91,80 59,66

Си 3,70 47,50 27,58 149,00 509,00 280,00 29,60 228,00 159,15

Примечание: Б - среднее значение, п - количество анализов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Автором на основе современных методов исследования вещества выполнен широкий комплекс работ на одном из объектов зеленокаменного пояса - Косиновский участок (центральная часть). В ходе проведенных комплексных исследований нижней ультрамафит-мафитовой толщи Льговско-Ракитнянского зеленокаменного пояса КМА получены следующие основные выводы:

1. В результате обобщения и анализа материала предыдущих исследователей, а также собственных наблюдений установлено, что Льговско-Ракитнянский зеленокаменный пояс КМА имеет двучленное строение: нижняя толща сложена ультраосновными-основными метапородами, верхняя -метавулканитами базальт-андезит-дацит-риолитовой ассоциацией с ограниченным развитием метаосадочных пород в основании разреза и значительным их увеличением в верхней толще.

2. Среди ультраосновных-основных в разной степени метаморфизованных пород выделено четыре типа, относящихся к

коматиитовой - перидотитовые коматииты, коматиитовые базальты, и толеитовой сериям - высокомагнезиальные базальты и высокожелезистые толеиты. По комплексу петрохимических параметров установлено обособление полей составов ультраосновных и основных магматитов. Вероятно, образование пород толеитовой серии не связано с дифференциацией коматиитовых образований, а обусловлено последующими магматическими процессами. Выявлено сходство Льговско-Ракитнянского пояса с характерными чертами разрезов зеленокаменных поясов докембрийских платформенных структур Мира.

3. Установлена аналогия метакоматиитов Льговско-Ракитнянского зеленокаменного пояса КМА по распределению редкоземельных элементов с известными зеленокаменными поясами (Барбертон, Абитиби, Камбалда и др.). Высокожелезистые метатолеиты по характеру распределения редкоземельных элементов находят сходство с толеитами типа ТН-1. Согласно существующим методикам оценены температурные параметры условий формирования высокомагнезиальных метапород: температура ликвидуса (Т|)=1582-1624 С0, потенциальная температура мантийного источника (Тр)=1812-1862 С0. Рассчитываемая с использованием показателя потенциальной температуры суммарная мощность коры соответствует 60-70 км. Обедненность метакоматиитов глиноземом позволяет отнести их к барбертонскому типу и свидетельствует о глубине отделения расплава от гранатового рестита на глубинах не менее 200 км.

4. Впервые определены изотопные Бт-Ыс! характеристики и эрохронный возраст коматиит-толеитовой ассоциации метапород Льговско-Ракитнянского зеленокаменного пояса КМА. Установлено, что метакоматииты характеризуются в среднем более высокими значениями £ Ы<1(Т25оо)= +1.4 -+4.3, отвечающими деплетированной мантии. Высокомагнезиальные метабазальты характеризуются пониженными значениями в №(Т25оо)= -0.7 -+1.5, указывающими на обогащенный источник этих пород. Эрохронная зависимость, построенная для метакоматиитов, отвечает позднеархейскому возрасту 2.89+0.19 млрд. лет, СКВО=13, данные для высокомагнезиальных метабазальтов показывают 2.45+0.69 млрд. лет, СКВО=50. Рассчитанный 8т-N<5 модельный возраст метакоматиитов составляет 2.98 млрд. лет.

Совокупность геохимических и изотопных характеристик указывает на мантийный источник родоначальных расплавов для метакоматиитов, тогда как формирование метапород толеитовой серии происходило за счет обогащения мантийных расплавов мафическим материалом нижних уровней континентальной коры.

Приведенные сведения позволили предположить, что образование коматиитов связано с плавлением сублитосферной мантии. В источник родоначальных расплавов для высокомагнезиальных базальтов в значительных объемах могло входить вещество раннеархейской мафической нижней коры. Низкие содержания несовместимых элементов, а также формы спектра РЗЭ, как в метакоматиитах, так и в высокомагнезиальных метабазальтах свидетельствуют об их формировании за счёт высокой степени плавления

деплетированных мантийных и нижнекоровых пород на относительно малых глубинах в сходном температурном режиме. Источник метакоматиитов мог ассоциировать с истощенным мантийным диапиром, тогда как источник высокомагнезиальных метабазальтов включал существенную долю нижней мафической коры раннеархейского возраста.

5. Изучение распределения цветных и благородных металлов в ультрамафит-мафитовых породах выявило наибольшие концентрации хрома, никеля и кобальта в метакоматиитах, тогда как повышенные концентрации меди наблюдаются в высокомагнезиальных метабазальтах.

Исследование металлоносных особенностей ультраосновных-основных метапород Льговско-Ракитнянекого зеленокаменного пояса КМА позволило впервые выделить три типа сульфидных ассоциаций: 1) пирит-пирротин-пентландит-хапькопиритовая рассеянного вкрапленного оруденения; 2) пирит-халькопиритовая, развитая в кварцевых прожилках, приуроченных к ультраосновным-основным метапородам; 3) пентландит-пирротин-галенит-халькопиритовая карбонатного прожилкования. Установлены граничные признаки между составом сульфидов и распределением в них количественных содержаний цветных и благородных металлов (Боброва, 2011) в трех выделенных типах сульфидных ассоциаций, пространственно приуроченных к ультраосновным-основным метапородам Льговско-Ракитнянского

зеленокаменного пояса КМА. Выделенные сульфидные ассоциации, характеризующиеся различным геолого-структурным положением и приуроченностью к определенным типам пород и жильных образований, различающиеся составом ведущих сульфидов и особенно распределением в них элементов-примесей (цветных и благородных металлов), отражают многостадийную природу формирования. Таким образом, ультраосновные-основные метапороды Льговско-Ракитнянского зеленокаменного пояса характеризуются совмещением раннего собственно магматического мелкомасштабного сульфидного медно-никелевого с золотом и платиноидами оруденения, с последующими проявлениями благороднометалльного оруденения гидротермапьно-метасоматического генезиса.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ В изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Боброва Е.М. Новые данные о петрогеохимических особенностях ультрамафит-мафитовых пород неоархейского Льговско-Ракитнянского зеленокаменного пояса КМА (на примере Косиновского участка) // Вестн. Воронеж, ун-та. Сер. Геология. - 2011.-Вып. 1.-С. 103-116.

2. Боброва (Соловьева) Е.М. Некоторые особенности геохимии коматиитов Льговско-Ракитнянского зеленокаменного пояса КМА в связи с проблемой их петрогенезиса (на примере Косиновского участка) // Вестн. Воронеж, ун-та. Сер.: Геология. - 2012. - Вып. 1. - С. 100-107.

3. Чернышев Н.М., Рыборак М.В., Саватенков В.М., Альбеков А.Ю., Боброва (Соловьева) Е.М. Первые данные Бт-Мс! изотопии неоархейской коматиит-толеитовой ассоциации Льговско-Ракитнянского зеленокаменного

пояса КМА (Центральная Россия) // Доклады академии наук. - 2012. - Т. 447. -№1.- С. 86-89.

В других изданиях:

4. Понамарева М.М., Боброва Е.М. Некоторые черты сходства и различия углеродсодержащих сланцев зеленокаменных поясов КМА (на примере Старооскольского и Михайловского железорудных районов Центральной России) // Материалы Всероссийской конференции «Минерагения Докембрия». Петрозаводск: Институт геологии КарНЦ РАН. 2009. С. 201-203.

5. Понамарева М.М., Боброва Е.М. Основные минеральные парагенезисы золото-платинометалльного оруденения в железорудных месторождениях КМА (Центральная Россия) // Материалы Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов, научных сотрудников академических институтов и преподавателей ВУЗов геологического профиля «Уральская минералогическая школа - 2009. Под знаком халькофильных элементов». Екатеринбург: ИГГ УрО РАН. 2009. - С. 56-58.

6. Боброва Е.М. Минералого-петрографические и петрохимические особенности мафит-ультрамафитовых вулканитов неоархейских зеленокаменных поясов КМА (на примере Косиновского участка) // Труды молодых ученых. Воронежский государственный университет. - Воронеж. 2010.-№1-2.-97-106.

7. Боброва Е.М. Потенциальная рудоносность ультрамафит-мафитовых пород коматиит-базальтовой формации неоархейского Белгородско-Михайловского зеленокаменного пояса КМА (на примере Косиновского участка) // Материалы XVI Международной конференции «Структура, свойства, динамика и минерагения литосферы Восточно-Европейской платформы». Воронеж: Воронежский государственный университет. 2010. - С. 132-136.

8. Боброва Е.М., Рыборак М.В., Альбеков А.Ю. Распределение редкоземельных элементов в мафит-ультрамафитовых породах неоархейских зеленокаменных поясов КМА (на примере Косиновского участка) // Материалы XVI Международной конференции «Структура, свойства, динамика и минерагения литосферы Восточно-Европейской платформы». Воронеж: Воронежский государственный университет. 2010. - С. 136-140.

9. Боброва Е.М. Элементы-примеси в сульфидных парагенезисах Косиновского медно-никелевого проявления (Льговско-Ракитнянский зеленокаменный пояс КМА) // Материалы II Международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов памяти академика А.П. Карпинского. Спб: ФГУП «ВСЕГЕИ». 2011. - С. 4-7.

10. Боброва Е.М. Установление в условиях закрытых регионов формационной принадлежности пород на основе петролого-геохимических особенностей (на примере КМА) // Материалы научно-практической конференции «Научно-методические основы прогноза поисков и оценки месторождений твердых полезных ископаемых — состояние и перспективы»

(памяти Анатолия Ивановича Кривцова). Москва: ФГУП ЦНИГРИ. 2011. - С.

11. Боброва (Соловьева) Е.М. Особенности состава рудных минералов коматиит-толеитовой ассоциации Льговско-Ракитнянского зеленокаменного пояса КМА (Центральная Россия) // Материалы XVIII Международной конференции «Геологическая среда, минерагенические и сейсмотектонические процессы». Воронеж: Воронежский государственный университет. 2012. - С.

Подписано в печать 18.11.13. Формат 60*84 У'.- Усл. печ. л. 1,4. Тираж 120 экз. Заказ 1201.

Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии Издательско-полиграфического центра Воронежского государственного университета. 394000, Воронеж, ул. Пушкинская, 3

23.

339-343.

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Боброва, Елена Михайловна, Санкт-Петербург

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

БОБРОВА ЕЛЕНА МИХАЙЛОВНА

«ГЕОЛОГИЯ, ВЕЩЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ И УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ УЛЬТРАМАФИТ-МАФИТОВЫХ ПОРОД ЛЬГОВСКО-РАКИТНЯНСКОГО ЗЕЛЕНОКАМЕННОГО ПОЯСА КМА»

Специальность 25.00.04 - Петрология, вулканология

на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук, член-корреспондент РАН, профессор Н.М. Чернышов

Санкт-Петербург

На правах рукогтаси

кош$с

04201452335

ДИССЕРТАЦИЯ

2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ КМА И ПОЛОЖЕНИЕ В ЕЕ СТРУКТУРЕ ЛЬГОВСКО-РАКИТНЯНСКОГО ЗЕЛЕНОКАМЕННОГО ПОЯСА 11

1.1. Геолого-структурные особенности и краткая минерагеническая характеристика КМА 11

1.2. История изучения позднеархейских зеленокаменных поясов КМА 20

1.3. Положение в структуре КМА позднеархейских зеленокаменных

поясов и их структурно-вещественные комплексы 25

1.4. Сравнение особенностей разреза Льговско-Ракитнянского пояса

с зеленокаменными поясами других регионов Мира 34

1.5. Геологическое строение объекта исследования (центральной

части Льговско-Ракитнянского зеленокаменного пояса КМА) 36

ГЛАВА 2. МИНЕРАЛОГО-ПЕТРОГРАФИЧЕСКИЕ

ОСОБЕННОСТИ УЛЬТРАОСНОВНЫХ-ОСНОВНЫХ МЕТАПОРОД 39

2.1 Петрографическая характеристика 39

2.2 Минералогическая характеристика 45

2.2.1. Породообразующие минералы 46

2.2.2. Акцессорные минералы 59 ГЛАВА 3. ПЕТРОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ УЛЬТРАОСНОВНЫХ-ОСНОВНЫХ МЕТАПОРОД И

УСЛОВИЯ ИХ ОБРАЗОВАНИЯ 65

3.1. Петрохимическая характеристика 6 5

3.2. Геохимическая характеристика 72

3.3. Изотопно-геохимическая характеристика пород и условия их образования 82 ГЛАВА 4. ОРУДЕНЕНИЕ В УЛЬТРАОСНОВНЫХ-

ОСНОВНЫХ МЕТАПОРОДАХ 86

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 112

ЛИТЕРАТУРА 116

УСЛОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

вкм Воронежский кристаллический массив

КМА Курская магнитная аномалия

ЗКП зеленокаменный пояс

ЛРЗКП Льговско-Ракитнянский зеленокаменный пояс

СВК структурно-вещественный комплекс

РК перидотитовые коматииты

ВК базальтовые коматииты

нм§в высокомагнезиальные базальты

НБеТ высокожелезистые толеиты

Ашр амфибол

Асг актинолит

СЬ карбонат

Сер халькопирит

СЫ хлорит

Со кобальтин

Срх клинопироксен

Cr-Mag хроммагнетит

Во\ доломит

вп галенит

Ер эпидот

НЫ роговая обманка

11т ильменит

Mag магнетит

Р1 плагиоклаз

Ро пирротин

Рп пентландит

Ру пирит

С кварц

яг рутил

БрИ сфен

Эгр серпентин

Тю тальк

Тг тремолит

VI виоларит

Ъш циркон

АТМ алюмо-титановый модуль; А1203/ТЮ2

магнезиальность; % ат.кол.

а1 глиноземистость; А1/(Са+Ыа+К), % ат.кол.

Кф коэффициент фракционирования;

Kф=((FeO+Fe2Oз)/(MgO+ Ре0+Ре203))х100%

Условные обозначения минералов по [147]

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. В пределах территорий щитов и фундаментов древних платформ огромный интерес представляют гранит-зеленокаменные области, которые являются отражением архейской геологической истории развития Земли. Для проведения геологических реконструкций наиболее информативными являются зеленокаменные пояса (ЗКП), так как в их пределах сохранились реликты первичных разрезов, породные ассоциации которых претерпели часто относительно низкую степень метаморфических преобразований. Важным аспектом, определяющим интерес к изучению зеленокаменных структур, является приуроченность к ним ряда крупных и уникальных месторождений никеля, меди, кобальта, золота и платиноидов. На территории Курского блока (Курская магнитная аномалия - КМА), находящегося в западной части Воронежского кристаллического массива (ВКМ), широким развитием пользуются архейские образования, которые слагают около 60% всей площади. При этом слабо изученными остаются зеленокаменные структуры, которые содержат сульфидные медно-никелевые и золоторудные проявления, имеющие важнейшее значение. Достаточно четко выраженным в геологическом строении КМА является Льговско-Ракитнянский зеленокаменный пояс (ЛРЗКП), характеризующийся разрезом от ультраосновных до кислых пород, что позволяет проследить строение, состав, эволюцию магматизма и рудообразования на ранних этапах развития литосферы КМА.

В соответствии с этим решались следующие задачи:

3. Определение геологических, минерал ого-петрографических и изотопно-геохимических характеристик главных разновидностей ультраосновных-основных метапород и условий их образования.

и литературные материалы. Методами оптической и растровой электронной микроскопии изучено более 200 прозрачно-полированных шлифов и аншлифов, выполнено более 300 микрорентгеноспектральных анализов породообразующих и более 90 рудных минералов, а также проведен анализ качественного состава рудных минералов тяжелой неэлектромагнитной фракции в пробе (3 кг) перидотитовых коматиитов. Для ультраосновных-основных метапород ЛРЗКП впервые выполнен Sm-Nd изотопный анализ.

Защищаемые положения

Научная новизна и практическая значимость работы.

- Впервые выделены различные типы сульфидных рудных ассоциаций, пространственно приуроченных к ультраосновным-основным метапородам Льговско-Ракитнянского зеленокаменного пояса КМА: вкрапленный пирит-пирротин-пентландит-халькопиритовый, пирит-халькопиритовый, приуроченный к кварцевым прожилкам и пентландит-пирротин-галенит-халькопиритовый, связанный с карбонатным прожилкованием.

Докембрия» (г. Петрозаводск, 2009 г), «Под знаком халькофильных элементов» (г. Екатеринбург, 2009 г.), «Научно-методические основы прогноза поисков и оценки месторождений твердых полезных ископаемых — состояние и перспективы» (Москва, 2011г.), на II Международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов памяти академика А.П. Карпинского (г. Санкт-Петербург, 2011 г.), а также на ежегодных научных сессиях Воронежского отделения Российского минералогического общества (2011-2013 гг.). Материалы исследований использованы в отчетах по научно-исследовательским работам, выполненным на кафедре минералогии, петрографии и геохимии ВГУ.

Во «Введении» обоснована актуальность проблемы исследования, сформулированы цели и задачи, показан объем фактического материала и методы исследований, подтверждающие достоверность и обоснованность защищаемых положений, отмечена научная новизна работы и ее практическая значимость. В первой главе дан краткий очерк геологического строения и минерагении КМА. Рассмотрены история исследования, положение и структурно-вещественные комплексы зеленокаменных поясов, а также геологическое строение исследуемого объекта (центральная часть -Косиновский участок Льговско-Ракитнянского зеленокаменного пояса), содержащего в своем разрезе главные разновидности ультраосновных-основных метапород Льговско-Ракитнянского зеленокаменного пояса КМА, в том числе и метакоматииты. Проведено сравнение характера разреза Льговско-Ракитнянского пояса с известными зеленокаменными поясами ряда регионов Мира. Вторая глава посвящена минералого-петрографическому описанию ультраосновных-основных метапород нижней толщи Льговско-Ракитнянского зеленокаменного пояса. Приведено детальное описание основных типов метапород и их положение в разрезе. В третьей главе обосновывается

принадлежность ультраосновных-основных метапород к коматиит-толеитовой ассоциации; показана закономерность распределения главных, редких и редкоземельных элементов в метапородах и их петролого-генетическая интерпретация, а также приведены Бт-Ш изотопно-геохимические характеристики. Рассмотрены условия формирования пород. В заключительной четвертой главе охарактеризовано оруденение, простанственно приуроченное к ультраосновным-основным метапородам Льговско-Ракитнянского

зеленокаменного пояса КМА. В «Заключении» приводятся основные выводы работы.

Благодарности.

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю -заведующему кафедрой минералогии, петрографии и геохимии ВГУ, члену-корреспонденту РАН, профессору Николаю Михайловичу Чернышову за внимание, постоянную помощь и консультации в выполнении данной работы. Глубокое уважение и признательность автор выражает сотрудникам геологического факультета и кафедры минералогии, петрографии и геохимии ВГУ проф. В.М. Ненахову, М.Н. Чернышовой, доцентам В.В. Багдасаровой, А.Н. Кузнецову, А.Ю. Альбекову, способствовавшим и оказывавшим помощь на разных этапах исследований. За поддержку и увлекательные профессиональные дискуссии при написании работы диссертант благодарит коллег минералого-петрографической лаборатории ВГУ М.М. Понамареву, А.И. Овсянникова, П.С. Бойко. Отдельную благодарность автор выражает к.г.-м.н. М.В. Рыбораку за консультации и ценные советы. Выполнению аналитических исследований способствовали к.г.-м.н. С.М. Пилюгин (ВГУ), В .А. Муфтахов (ИМин УрО РАН), С.С. Шевченко (ФГУП «ВСЕГЕИ»), В.М. Саватенков (ИГГД РАН), В.В. Кнауф (ЗАО «НАТИ»), за что автор выражает им свою признательность и благодарит за помощь.

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ КМА И ПОЛОЖЕНИЕ В ЕЕ СТРУКТУРЕ ЛЬГОВСКО-РАКИТНЯНСКОГО ЗЕЛЕНОКАМЕННОГО ПОЯСА

1.1. Геолого-структурные особенности и краткая минерагеническая

характеристика КМА

Курская магнитная аномалия (КМА) входит в состав Воронежского кристаллического массива (ВКМ), составляя его западную часть, относимую [68,102,104,152] к Сарматскому сегменту Восточно-Европейского кратона. Воронежский кристаллический массив, являющийся крупным (540x1000 км) сегментом Восточно-Европейской платформы, представляет собой сравнительно неглубоко погребенный (0-500 м) выступ докембрийского фундамента (рис. 1.1). Его конфигурация определяется граничными структурами, заложившимися в риф�

Информация о работе

Боброва, Елена Михайловна
кандидата геолого-минералогических наук
Санкт-Петербург, 2013
ВАК 25.00.04

Диссертация

Геология, вещественный состав и условия образования ультрамафит-мафитовых пород Льговско-Ракитнянского зеленокаменного пояса КМА - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Геология, вещественный состав и условия образования ультрамафит-мафитовых пород Льговско-Ракитнянского зеленокаменного пояса КМА - тема автореферата по наукам о земле, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы