Типы, состав и условия образования хромитового оруденения расслоенных раннепротерозойских интрузий Балтийского щита

Мокрушин, Артем Васильевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Типы, состав и условия образования хромитового оруденения расслоенных раннепротерозойских интрузий Балтийского щита
ВАК РФ 25.00.11, Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения

Автореферат диссертации по теме "Типы, состав и условия образования хромитового оруденения расслоенных раннепротерозойских интрузий Балтийского щита"

На правах рукописи

Мокрушин Артем Васильевич

ТИПЫ, СОСТАВ И УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ХРОМИТОВОГО ОРУДЕНЕНИЯ РАССЛОЕННЫХ РАННЕПРОТЕРОЗОЙСКИХ ИНТРУЗИЙ БАЛТИЙСКОГО ЩИТА

Специальность 25 00 11 - геология, поиск и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения

АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва-2005

Работа выполнена на кафедре геологии и полезных ископаемых естественно-технического факультета Апатитского филиала Мурманского государственного технического университета.

Научный руководитель:

Доктор геолого-минералогических наук, профессор В.Ф.Смолькин

Официальные оппоненты:

Доктор геолого-минералогических наук Евгений Витальевич Шарков

Кандидат геолого-минералогических наук Ирина Викторовна Ведяева

Ведущая организация:

Институт геологии Карельского НЦ РАН (г. Петрозаводск)

Защита состоится «9» февраля 2006 г. В 14 часов на заседании диссертационного совета Д 216.012.01 в Институте минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов (ИМГРЭ) по адресу: 121357, Москва, ул. Вересаева, 15.

Факс = (095) 443-90-43, e-mail imgre@imgre.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов (ИМГРЭ) (г. Москва).

Автореферат разослан «25» декабря 2005 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

Легейдо В.А.

МоЗ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. После распада СССР в России практически не осталось источников получения стратегически важного вида минерального сырья - хрома, потребность в котором покрывается за счет импорта из стран СНГ. Активные поиски хрома на Кольском полуострове привели к открытию месторождений Большая Варака и Сопчеозер-ского, в Республике Карелия - Аганозерского месторождения, которые в настоящее время имеют большое значение для экономики страны и народного хозяйства в целом. Месторождения хрома приурочены к ранне-протерозойским расслоенным базит-ультрабазитовым интрузиям, широко распространенным на всех докембрийских, включая Балтийский, щитах (Бушвельд, Скергаард, Великая Дайка, Стиллуотер и др.). Хроми-товое оруденение в интрузиях находится на различных уровнях и связано с отличающимися по составу породами, в связи с этим возникает необходимость установления генетических особенностей рудообразования для последующего определения поисковых критериев на промышленно-значимые хромитовые руды. Качество хромитового оруденения в значительной степени зависит не только от условий генерации и состава материнских магм, но и от условий их дифференциации и кристаллизации. Наиболее информативным петрогенетическим индикатором для реконструкции условий хромитового рудообразования (температура, давление и фугитивность кислорода) и позднемагматического преобразования служат хромшпинелиды, слагающие рудную залежь и присутствующие практически во всех типах пород расслоенных серий интрузий.

Целью данной работы является исследование особенностей хромитового оруденения, состава рудообразующего и акцессорного хромита для решения следующих задач:

1. изучение хромитового оруденения и главной рудной фазы - хромита в Мончеплутоне с целью определения его положения в общей эволюции становления плутона;

2. определение типов хромитового оруденения в расслоенных интрузиях и массивах ультрабазитов путем сравнительного анализа хромитового оруденения и сопутствующей ему акцессорной минерализации;

3. восстановление условий образования (температура и фугитивность кислорода) и позднемагматического изменения отдельных рудных месторождений хрома и пород расслоенных интрузий.

Объекты и методы исследования. Для выполнения поставленных задач использованы авторские и опубликованные материалы по следующим объектам, расположенным в пределах Балтийского щита: Мончеплутон (Сопчеозерское месторождение); массив Большая Варака Умбареченско-Имандровского комплекса (м-ние Большая Варака); Ага-нозерский и Шалозерско-Бураковский массивы Бураковского плутона

(Аганозерское м-ние); массивы комплекса Койллисмаа; а также интрузии Кеми (м-ние Кеми), Койтелайнен и Аканваара.

Главным объектом исследований является Сопчеозерское месторождение (Мончеплутон). Основная часть данных была получена в ходе научно-исследовательских работ, проведенных в период с 1998 по 2003 гг. сотрудниками Геологического инстшута КНЦ РАН под руководством д.г.-м.н. В.Ф.Смолькина по теме «Глубинное строение, петрология и рудообразование Мончегорского рудного узла», в которых диссертант принимал личное участие, первоначально в качестве бакалавра и магистра, а затем аспиранта. С целью изучения строения рудной залежи и состава хромитовых руд выполнялась документация и опробование керна поисковых и разведочных скважин, а также отбор ориентированных образцов в разведочном карьере, в пределах которого была выполнена фотодокументация рудных объектов. Текстурно-структурные особенности руд и вмещающих пород, взаимоотношения между породообразующими и рудными фазами и их внутреннее строение изучались в полированных образцах, петрографических шлифах и аншлифах. Составы минералов исследовались рентгенно-спектральным анализом на микрозонде "Cameca MS-46" в Геологическом институте КНЦ РАН (г. Апатиты), а также в исследовательском центре в г. Нанси (Франция). Часть исследований по микровключениям в минералах и пластическим деформациям оливина была выполнена диссертантом на кафедре Ягеланского университета (Польша).

Общий банк данных включает около 500 анализов главных породообразующих минералов и 1494 анализа хромшпинелидов, в том числе 612 авторских и 882 из опубликованных работ (Докучаева и др., 1980; Дистлер и др., 1988; Зайцева, 2002; Лавров и др., 1987; Рыбаков и др., 1999; Чистяков, 2000; Шарков и др., 2000; Alapieti et al., 1989, 1982; Alapieti, Lahtinen, 1986, 1989; Mutanen, 1996). Анализы хромшпинелидов распределены следующим образом: Мончеплутон - 165, Сопчеозерское месторождение - 617; Умбареченско-Имандровский комплекс - 333, месторождение Большая Варака - 276; Бураковский плутон - 84, в том числе Аганозерский - 46 и Шалозерско-Бураковский - 38 массивы; Па-дос (третий хромитовый горизонт) - 42; интрузия и месторождение Кеми - 34; Пеникат - 19; Койтелайнен - 82; Аканваара - 33; Койллисмаа -61. База данных содержит также анализы хромита и сосуществующих с ним силикатов из пород и руд интрузий Скергаард (Гренландия) (Пер-чук, 1971), Стиллуотер (Джексон, 1979) и Восточно-Печенгского рудного узла (Дистлер и др., 1988).

ния, в том числе Н.В.Павлова (1949), Т.Н. Ирвайна (1965) и В.Ф. Смолькина (1979, 1992). Используя статистические методы обработки (программа «Statistica 6.0»), были установлены некоторые закономерности в распределении примесных элементов в зависимости от содержания главных компонентов в хромитах изучаемых интрузий.

Для характеристики температурного режима образования хромито-вого оруденения и пород расслоенных интрузий применялись двупирок-сеновые (Перчук, 1977, Мори, Грин, 1978) и оливин-шпинелевые (Jackson, 1969; Roeder et al., 1979; Fabries, 1979; Ballhaus et al., 1991; Чащухин и др., 1996) геотермометры. Для реконструкции окислительно-восстановительного режима среды минералообразования использован оксибарометр Больхауза-Берри-Грина (Ballhaus et al., 1991).

Личный вклад автора в диссертационную работу является определяющим. Главные результаты работы получены лично диссертантом.

Научная новизна. Впервые выполнен сравнительный анализ хроми-тового оруденения, пространственно и генетически связанного с ранне-протерозойскими интрузиями базит-ультрабазитового состава Балтийского щита.

На основе изучения минеральных парагенезисов реконструированы условия образования (температура и фугитивность кислорода) и позд-немагматического изменения отдельных рудных месторождений хрома и пород расслоенных серий раннепротерозойских базит-ультрабазитовых интрузий Балтийского щита.

Теоретическая значимость исследования. В работе рассмотрен ряд разработанных независимо друг от друга, основанных на различных исходных данных и широко используемых в петрологических построениях геотермометров. Обоснован выбор наиболее подходящих двупироксенового и оливин-хромитового геотермометров для реконструкции температурного режима становления пород расслоенных интрузий.

Практическая значимость исследования. Предложенные поисковые критерии могут повысить эффективность поисково-оценочных работ на хром в пределах изученной территории. В качестве поисковых критериев выступают следующие результаты: выявленная для Сопчео-зерского месторождения зональность рудной залежи; составы хромитов в разных типах интрузий и содержание в них элементов-примесей; повышенная никеленосность оливинов, сосуществующих с хромитовыми фазами. Неблагоприятными факторами являются метаморфические преобразования рудной фазы, что сопровождается замещением ее магнетитом.

Защищаемые положения:

1. В пределах Кольско-Лапландско-Карельской провинции Балтийского щита выделяются четыре типа хромитового оруденения, приуро-

ченных к рудоносным интрузиям базит-ультрабазитов раннепротеро-зойского возраста: СопчеозерскиЙ (высокохромистый, низкотитанистый, залегает в ультрабазитах Мончеплутона), Аганозерский (умерен-нохромистый, с повышенной титанистостью, приурочен к зоне переслаивания перидотитов и пироксенитов Бураковского плутона), Иманд-ровский (феррохромитовый, связан с высокожелезистыми основными породами Умбареченско-Имандровского комплекса и интрузии Койте-лайнен), и Падосский (метаморфизованный, в серпентинитах ортопи-роксенит-дунитового нотозерского комплекса). Выделенные типы месторождений относятся к раннемагматическим образованиям.

2. Хромитовое оруденение Сопчеозерского месторождения, слагающее пластово-линзовидную залежь в дунит-плагиогарцбургитах Дуни-тового блока Мончеплутона, характеризуется четко выраженной зональностью состава рудной фазы по простиранию и падению залежи, которая согласуется с изменением состава вмещающих пород и отражает первичную зональность становления Дунитового блока на раннемаг-матической стадии. На позднемагматической стадии породы и руды претерпели высокотемпературные локальные пластические деформации, а руды - перекристаллизацию.

3. На основе изучения равновесных оливин-хромитовых парагенези-сов и минерализации раннепротерозойских расслоенных массивов Балтийского щита установлено, что образование высококачественных хромовых руд в ультрабазитовых частях интрузий происходило в закрытых расплавных системах с низкой фугитивностью кислорода (dlogfö2 (QFM) = -4 - 0,7).

Публикации и апробация работы. Результаты по теме диссертации опубликованы в 11 работах. Материалы работы докладывались на ежегодных конференциях молодых ученых, посвященных памяти члена-корр., профессора К.О.Кратца, с 2001 по 2005 г.г. Принимал участие с устным докладом в студенческой научно-технической конференции в 2002 году (Диплом I степени) и во Всероссийской научно-технической конференции «Наука и образование» (г. Мурманск) в 2003 и 2004 г.г. Выступал с докладами на XXI Всероссийском семинаре и школе "Щелочной магматизм Земли" (г. Апатиты) в 2003 г. и на X Всероссийском петрографическом совещании (г. Апатиты) в 2005 г.

Структура и объем работы. Содержание диссертации изложено на 152 страницах, содержит 47 рисунков, 13 таблиц. Текст состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы, содержащего 124 наименований.

Благодарности. Автор искренне благодарит за консультации и участие в обсуждении работы сотрудников Геологического института КНЦ РАН: д.г.-м.н. A.A. Арзамасцева, к.г.-м.н. Ж.А. Федотова, д.г.-м.н. Ю.Н. Нерадовского, д.г.-м.н. П.К. Скуфьина, д.г.-м.н. М.И. Дубровского. Осо-

бенно признателен коллегам, предоставившим необходимый аналитический материал д.г.-м.н. Т.В. Беляевой, д.г.-м.н. А.И. Чернышову, к.г,-м.н. A.B. Чистякову, к.г.-м.н. Т.С. Зайцевой, М. и Д. Онненстеттер, М. Хуберу.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения.

Во введении рассматривается актуальность исследования, указываются основные цели и задачи работы, обосновывается научная новизна, излагаются фактический материал и методы исследования, формулируются защищаемые положения, обсуждается теоретическая и практическая значимость работы, приводятся публикации и апробация работы и выражается благодарность.

Первая глава является обзором литературных данных по хрому -стратегически важному сырью. Рассмотрен широкий спектр применения хрома в металлургии, в химической, огнеупорной промышленности и в литейном производстве. В главе представлена генетическая классификация месторождений хрома. Рассмотрена потенциальная хромитонос-ность пород различных магматических формаций. Особое внимание уделено характеристике оруденения, связанного с породами перидотит-пироксенит-габброноритовой формации, которая включает в себя пери-дотит-пироксенит-габброноритовую и норит-габбро-диоритовую субформации. В главе приведен обзор мировой минерально-сырьевой базы хрома, а также рассмотрены перспективы ев развития и освоения. Приводится краткая характеристика руд наиболее промышленно значимых типов месторождений - стратиформных (Бушвельд, Великая дайка, Са-рановское и др.) и подиформных (Кемпирсайское и др.). В последнее десятилетие прирост запасов хромовых руд в России превышает их погашение за счет постановки на Государственный баланс в 1998 г. Соп-чеозерского месторождения (Мурманская область) и в 2002 г. Аганозер-ского месторождения (Республика Карелия). Достаточно перспективным объектом представляется месторождение Большая Варака (Умба-реченско-Имандровский комплекс). По большинству параметров все известные уральские, сибирские и многочисленные дальневосточные месторождения и проявления хромитов значительно уступают объектам Европейского Севера. Полное отсутствие заменителей хромовых руд и крайняя ограниченность запасов качественного сырья в России (а также в Китае, США и практически во всех других промышленно развитых странах) предопределяют повышенный интерес к «хромовой» проблеме.

Во второй главе приводится геологическое описание расслоенных интрузий базит-ультрабазитов раннего протерозоя (2.5 - 2.4 млрд. лет) Балтийского щита и положение хромитового оруденения в них (рис. 1).

___ 'ончеплуто.

У// '1<У.-Им

'"/К""

Баренцево море

^Генеральская

шндровский комплексу ^'Улу-у--.

' ^орпшо^п^

\72 Каледониды

х у Койллисмае комплекса

^исх.

"О

УОлангская группа

Белое море

Палеозойские щелочные интрузив, породы

Иотниские

осадочные гтп Протерозойские I гранитоиды

ШРаннепротерозойские метаморфич. породы П5Л Раннепротерозойские ~~~ расслоенные интрузии Щ Архейские породы ' > уУ ураковскииу

Рис. 1. Схема геологического строения северо-восточной части Балтийского (Фенноскандинавского) щита и расположение расслоенных интрузий раннего протерозоя (Налдретт, 2003 по данным А1ар1еН, ЬаМ-пеп, 2002).

Расслоенные интрузии имеют общие черты строения и состава пород, но каждая из них обладает индивидуальными разрезами, различной степенью дифференциации пород, а также характеризуются различным набором промышленно значимых сульфидных медно-никелевых, хро-митовых и малосульфидных платинометальных оруденений. Начиная с 60-ых годов в связи с открытием месторождения хромитов в Кеми (Финляндия), в пределах отдельных интрузий стали проводится работы на поиски хромитов, что привело к открытию в разные годы Черноре-ченского месторождения и Большая Варака (1959 г.) в Умбареченско-Имандровском комплексе, Аганозерского месторождения в пределах Бураковского плутона (1984 г.) и Сопчеозерского в Мончеплутоне (1990

г.). Рудопроявления хромитов известны в финских интрузиях Койте-лайнен, Аканваара, Пеникат и Нярянкаваара (комплекс Койлисмаа). Кроме этого, в работе рассматриволось хромитовое оруденение интрузии Падос, формационная принадлежность которой является дискуссионной, но по данным B.C. Докучаевой она может относится к перидо-тит-пироксенит-габброноритовой формации. В пределах рассматриваемых раннепротерозойских расслоенных интрузий Балтийского щита хромитовое оруденение может залегать на различном уровне их разрезов, преимущественно в нижней и средней частях, и быть простанствен-но связанным с различными по составу зонами и мегаритмами, сложенными породами ультраосновного и основного состава. Однако, наиболее богатое оруденение приурочено к высокомагнезиальным ультраосновным породам, представленным дунитами и перидотитами, преобладающим в нижних частях разреза расслоенных серий интрузий.

Третья глава посвящена описанию морфологии, строения и зональности главного объекта исследования - Сопчеозерского месторождения. Месторождение залегает в пределах так называемого Дунитового блока, который находится в зоне сочленения северо-восточной и восточной камер Мончеплутона (Смолькин и др., 2004). Блок имеет неправильную конфигурацию и сложное внутреннее строение, обусловленное наличием серий тектонических зон. На севере и востоке породы Дунитового блока контактируют с ультраосновными породами Мончеплутона, а на юго-западе - с основными породами Мончетундровского массива, будучи отделенными от них мощной тектонической зоной гранат-амфиболовых бластокатаклазитов и серией крупных дайкообразных тел. Дунитовый блок сложен интрузивной серией пород ряда дунит-плагиодунит-плагиогарцбургит, которые рвутся дайками Основного состава. По данным авторов монографии (Смолькин и др., 2004) порода Дунитового блока залегают на зоне ритмического переслаивания орто-пироксенитов и гарцбургитов НКТ (или северо-восточной камеры Мончеплутона) и представляют собою закономерный член общего разреза Мончеплутона. Их положение было нарушено в результате многократных постинтрузивных тектонических подвижек. Таким образом, хромитовое оруденение Сопчеозерского месторождения представляет собою типичное раннемагматическое сегрегационное образование, строение которого осложнено тектоническими подвижками и лайковыми комплексами.

Сопчеозерское месторождение хромитовых руд представляет собою пологопадающее линзовидно-пластовое тело длиной до 1100 м и шириною от 160 м до 260-280 м и простирается на юго-восток 140° (рис. 2). В северо-западной части залежь выклинивается, выходя на поверхность под рыхлые моренные отложения. Она постепенно погружается в юго-восточном направлении, достигая максимальной глубины 320 - 350 м.

Рис. 2. Геологический план и продольные разрезы Сопчеозерского месторождения (из работы Смолькин и др., 2004). 1 - моренные отложения; 2 - жилы микрогранитов; 3 - дайки ортопиксенитов-норитов и крупнозернистых габброноритов; 4 - дайки микрогаббро, габбро-диоритов; 5 - габбро-анортозиты Мончетундровского массива; 6 - безрудные ультрабазиты Дунитового блока; 7-9 - рудосодержащие дуниты (7), плагиодуниты (8) и плагиогарцбургиты (9) Дунитового блока; 10-11 - богатые (10) и бедные (11) хромитовые руды; 12 - тектонические нарушения.

С глубиной (на юго-восток) вертикальная мощность рудной залежи постепенно увеличивается от 3-10 до 15-18 м. В юго-восточной части наблюдается увеличение мощности залежи до 30-34 м, реже почти 50 м. Два главных разлома, ограничивающих рудную залежь с юго-запада и северо-востока, простираются по азимуту СЗ 320-340°, падают на северо-восток под углом 45-50°. В пределах месторождения выделены три типа руд: богатые (густовкрапленные и сплошные), рядовые (редко- и густовкрапленные) и убогие (вкрапленные и рассеянно-вкрапленные) (Смолькин и др., 2004). На баланс были приняты запасы и ресурсы хромовых руд в количестве 2.6 млн. т. (С2+Р0 при бортовом содержании Сг203 10 мас.% со средним содержанием 24.5 мас.%.

В третьей части главы рассматривается четко выраженное изменение состава рудных хромитов Сопчеозерского месторождения по простиранию и падению залежи, которое согласуется с зональностью Дунитового блока. В породах Дунитового блока наблюдается постепенное увеличение содержания ортопироксена, а также плагиоклаза при движении на северо-запад вдоль рудной залежи. Дуниты, залегающие на глубине,

сменяются плагиодунитами и, затем, ближе к дневной поверхности, плагиогарцбургитами с участками неправильной формы оливиновых меланократовых норитов.

Данные по хромитам из рудных интервалов 11 скважин позволили охарактеризовать изменение состава рудного хромита вдоль всей залежи месторождения. Хромиты рудных пластов, залегающих в юго-восточной части месторождения, в отличие от хромитов северозападного участка, характеризуются высокой и стабильной хромисто-стью, существенным диапазоном изменения магнезиальности (рис. 3). Наиболее сильное изменение составов пространственно приурочено к центральной части месторождения, где пироксеновые дуниты и гарц-бургиты переходят в плагиодуниты и плагиогарцбургиты. Таким образом, с увеличением содержания ортопироксена и плагиоклаза во вмещающих ультрабазитах, коренным образом меняется соотношение главных компонентов в хромите, так как они перераспределяются уже между большим числом фаз - хромитом, оливином, ортопироксеном и, частично, плагиоклазом.

' 40 60 80 ЮОМд/Мд+Ре

ЮВ

•С-1616 ▼ С-1527 *С-1584,1585, 1586,1606 СЗ

ДС-1508,1520 ° С-1612,1622 оС-1629

60 80 ЮОМд/Мд+Ге

Рис. 3. Изменение состава рудного хромита Сопчеозерского месторождения (Мончеплутон) в зависимости от положения в рудной залежи по ее латерали.

Основная часть рудного хромита, судя по положению в структуре пород, кристаллизовалась одновременно с оливином, меньшая часть -после прекращения кристаллизации оливина. Главные типы (по мере кристаллизации): акцессорный вмещающих пород, ранняя генерация, собственно рудный хромит, поздняя генерация и вторичный хромит, не только являются различными по своему генезису, но и составу и содержанию элементов-примесей. Рудный хромит имеет наиболее высокое содержание Сг203 и М§0, что сопровождается снижением содержаний А1203 и РеО, а также ТЮ2 и ХпО. Типичным для него является одновременно повышенные и близкие содержания М§0 и А12Оэ при постоянном преобладании М§0, что отличает его от ранней генерации или ак-

цессорного хромита. Поздняя генерация хромита наблюдается в виде четко ксеноморфных зерен или их агрегатов, располагающихся в ин-терстициях между ортопироксеном или оливином. По содержанию Сг203 они близки к рудному хромиту, отличаясь от него повышенным содержанием А1203 и FeO, но пониженным - MgO. По химическому составу поздняя генерация приближается к ранней. Таким образом, кристаллизацией хромита из рудно-магматического расплава ультраосновного состава происходила в условиях равновесия с высокомагнезиальным оливином при низком давлении кислорода. Доказательством этому является также отсутствие позднемагматического замещения хромита магнетитом.

Ультраосновные породы Дунитового блока и составляющие их железо-магнезиальные силикатные минералы испытали в позднемагмати-ческий этап интенсивные пластические деформации типа трансляционного скольжения. Наиболее ярко они проявлены в оливине и, в меньшей мере, в ортопироксене и хромите. Выражены они в виде полос пластического излома. Появление данного типа деформаций может быть обусловлено разными причинами, главными из которых является повышение температуры свыше 400 °С и общего давления свыше 5 кбар (Чернышев, 2001). Время этих деформаций не определено, но по петрологическим данным они происходили еще до окончательного охлаждения пород Мончеплутона и, по-видимому, предшествовали внедрению даек основного состава.

В четвертой главе изложены результаты сравнительного анализа хромитового оруденения, пространственно и генетически связанного с раннепротерозойскими интрузиями базит-ультрабазитового состава центральной и восточной части Балтийского щита, а также представлены особенности состава рудных и акцессорных хромитов и их эволюция. Применяемые в работе диаграммы - Н.В.Павлова (1949, 1979), Т.Н.Ирвайна (Irvine, 1965) и В.Ф. Смолькина (1979) - позволяют отобразить весь широкий спектр составов хромитов из пород расслоенных интрузий, классифицировать хромшпинелиды и проследить вариации химического состава хромшпинелидов в процессе кристаллизационной дифференциации, а также судить о состоянии среды минералообразова-ния (фугитивность кислорода и температура). Используя составленный банк данных анализов рудного и акцессорного хромита (около 1500 анализов), был проведен сравнительный анализ месторождений и рудо-проявлений хромитов рассматриваемых расслоенных интрузий для решения вопроса генезиса главного рудного минерала - хромита, а также его промышленного применения.

На катионной диаграмме Н.В. Павлова точки составов акцессорных и рудных хромитов исследуемых в работе интрузий лежат на линии тренда, характерного для расслоенных интрузий. Первоначально он со-

ответствует линии Сг-А1, а затем линии Сг-Ре3+, и характеризует максимально возможную дифференциацию, обусловленную как изменением концентраций компонентов, так и снижением температуры кристаллизации и повышением фугитивности кислорода. Рудные хромиты Сопчеозерского месторождения, залегающие в дунитах-гарцбургитах Мончеплутона, отличаются высоким содержанием Сг3+ при минимальном содержании Ре3+, что обуславливает высокое качество руд при отсутствии интенсивных метаморфических изменений. Хромиты Кеми и Аганозерского месторождения Бураковского плутона близки к сопчео-зерским, но отличаются более высоким содержанием Ре3+, что связано не только с метаморфизмом, но и более основным составом вмещающих пород. Хромиты месторождения Большая Варака Умбареченско-Имандровского комплекса имеют широкие вариации по содержанию главных трехвалентных элементов, при этом характерный железистый состав сближает их с рудными хромитами интрузий Аканваара и Койте-лайнен. Максимальное содержание Ре3+ установлено для измененных разностей интрузии Падос.

Для классификации хромшпинелидов применялась диаграмма В.Ф. Смолькина (1979, 1992), основанная на минальном составе минералов. Рудные и акцессорные хромиты всех рассматриваемых расслоенных интрузий на треугольной диаграмме с вершинами М§А1204 - РеАЬО,, -РеСг204 отвечают по составу магно-хромиту, магно-алюмо-хромиту, алюмо-хромиту, незначительное количество относится к собственно хромиту. Исключение составляют измененные хромиы из метаморфизо-ванных руд, залегающих в аподунитовых серпентинитах интрузии Падос, которые на диаграмме с вершинами РеРе204 - РеСг204 - Ре2ТЮ4 занимают поля ферри-хромита и хромо-магнетитом.

Хромиты Сопчеозерского (Мончеплутон), Аганозерского (Бураков-ский плутон) и Кеми месторождений, а также рудопроявления интрузии Пеникат отвечают по составу магно-хромиту. Акцессорные хромиты этих интрузий характеризуются более широкими вариациями по ми-нальному составу и располагаются в полях магно-хромита и магно-алюмо-хромита. На классификационной диаграмме четко проявлено сходство по минальному составу хромитов Умбареченско-Имандровского комплекса и интрузий Аканваара и Койтелайнен, которые не сильно отличаясь по содержанию минала РеСг204, резко отличаются большим содержанием минала РеА1204 и меньшим - MgAl204, что указывает на их более железистый состав. Рудные хромиты месторождения Большая Варака (Умбареченско-Имандровского комплекса), а также интрузий Аканваара и Койтелайнен, находятся на диаграмме вблизи границы, разделяющей поля магно-алюмо-хромита и алюмо-хромита.

Наиболее ярко разница по составу исследуемых хромитов проявлена на диаграммах Т. Ирвайна (1965) (рис. 4), при построении которых используются соотношения главных элементов - 100Сг/А1+Сг, 100Ре3+/А1+Сг+Ре3+ и 100М§/Ре2++М§. Точки составов хромитов из интрузий Койтелайнен и Аканваара с хромитами Умбареченско-Имандровского комплекса характеризуются наиболее железистым составом, резко отличаясь от остальных исследуемых интрузий. Высокомагнезиальными рудными хромитами (магнезиальность в среднем равна 65 %) сложены руды Сопчеозерского месторождения (Мончеплутон). Хромиты месторождений Кеми и Аганозерское, а также рудопроявле-ний массива Падос и интрузии Пеникат имеют промежуточные значения магнезиальности (20 - 60 %). По отношению Сг/(Сг+А1) составы рудных хромитов близки, за исключением хромитов месторождения Кеми и интрузии Пеникат, которые отличаются относительно пониженным значением Сг/(Сг+А1) (рис. 4).

20 40 60 80 100Ре/Ре+Мд

100

Э 20 40 60 80

100Ре/Ре+Мд <> 11

Рис. 4. Средние составы рудных и акцессорных хромитов расслоенных интрузий Балтийского щита. 1-5 - Мончеплутон: рудные (1) и акцессорные хромиты из дунитов (2), пироксенитов (3), норитов (4) и габброно-ритов (5); 6-8 - Бураковский плутон: рудные (6) и акцессорные хромиты из перидотитов (7) и пироксенитов (8); 9-11 - Пеникат: рудные (9) и акцессорные хромиты из перидотитов (10) и пироксенитов (11); 12 - Кеми, рудные хромиты; 13-14 - Умбареченско-Имандровский к-кс: рудные (13) и акцессорные хромиты из норитов (14); 15 - Аканваара, рудные хромиты; 16 - Койтелайнен, рудные хромиты; 17-18 - Падос, рудные хромиты: неизмененные (17) и измененные (18).

Наблюдаются широкие вариации отношения Сг/(Сг+А1) в хромитах интрузий Койтелайнен, Аканваара и Умбареченско-Имандровского комплекса при незначительных изменениях магнезиальности, что соответствует тренду фракционирования оливина и плагиоклаза из расплава во время кристаллизации хромита. Рудные хромиты Бураковского плу-

тона, Кеми и Пеникат интрузий сосуществуют с высокомагнезиальным оливином (Ро = 80-95 %), а хромиты Сопчеозерского месторождения -с оливином с содержанием форстеритовой молекулы от 90 до 98,5 %. Снижение магнезиальное™ сосуществующих оливина и хромита может быть связано как с уменьшением количества в расплаве магния при фракционировании, так и понижением температуры расплава. Диаграмма Т. Ирвайна с координатами 100Ре37(Ре3++А1+Сг) - ЮОМ^^+Ге) позволяет охарактеризовать закрытость системы и окислительно-восстановительный режим (фугитивность кислорода) среды минерало-образования. Для хромитов Умбареченско-Имандровского комплекса и интрузии Аканваара установлен тренд фракционирования при постоянной фугитивности кислорода и уменьшении температуры, что указывает на наличие закрытой системы при высокой активности кислорода (окислительная среда). Сопчеозерские хромиты (Мончеплутон) образовались при слабовосстановительных условиях, рудные хромиты остальных интрузий характеризуются слабоокислительной средой минерало-образования. Точки составов измененных хромитов интрузии Падос отличаются высоким отношением 100Ре3+/(Ре3++А1+Сг). Таким образом, хромиты рудопроявлений рассматриваемых интрузий, отличаясь по содержанию главных компонентов, образуют на диаграммах четыре отдельных поля.

На основе сравнительного анализа установлена четкая корреляция между составами акцессорных хромшпинелидов и вмещающих пород, а также отличия по составу рудных хромитов из хромититовых слоев, приуроченных к различным по составу породам. Общая закономерность для всех изучаемых расслоенных интрузий заключается в повышении общей железистости, глиноземистости и понижении хромистости и магнезиальное™ акцессорных хромитов при переходе от ультраосновных к основным породам. В дунитах, перидотитах, ортопироксенитах шпине-лиды отвечают по составу магно-хромитам, в норитах и габброноритах - магно-алюмо-хромитам и алюмо-хромитам, в габбро и анортозитах -ферри-хромитам, хром-магнетитам, магнетитам и титаномагнетитам. Таким образом, в породах рассматриваемых интрузий шпинелиды представлены серией твердых растворов от магно-хромита до магнетита.

При совместном анализе рудных и акцессорных хромитов рассматриваемых интрузий установлено, что в одних случаях при переходе от рудных слоев к вмещающим породам состав хромитов сильно меняется (Мончеплутон, Бураковский плутон), в других случаях акцессорные и рудные хромиты имеют близкие составы (Умбареченско-Имандровский комплекс). Общая закономерность для всех изучаемых интрузий заключается в уменьшении содержания Сг203 и повышении - РеО при переходе от рудных к акцессорным хромитам. Степень изменения состава по содержанию М§0 различна, отаосительно повышенное содержание

М§0 в рудных хромитам, может быть объяснено их более высокотемпературным образованием. Различное поведение по содержанию А1203 связано в первую очередь с изменением состава эволюционирующего расплава в процессе его дифференциации.

Установлено общее уменьшение содержания Сг2Оэ в хромите с переходом от богатых к бедным рудам, для Сопчеозерского месторождения разница доходит до 15 мас.%. Наибольшая разница существует по содержанию РеО и Ре203, что отражено в уменьшении отношения Сг203: РеО в бедных рудах, относительно боТатых. Причем, если в Сопчеозер-ском месторождении повышение отношения Сг203:Ре0 от бедных руд к богатым, обеспечивается, в первую очередь, повышением содержания хрома, то в Аганозерских рудах, при постоянных содержаниях хрома в бедной и богатой руде, это отношение растет за счет уменьшения желе-зистости. Содержание МпО и N10 в бедных и богатых рудах практически не меняется - 0,61-0,67 и 0,23-0,24 мас.%, соответственно. Богатые руды отличаются повышенным содержанием ТЮ2, относительно бедных руд.

В заключительной части главы обсуждаются данные по распределению элементов-примесей Т\4+, Мп, 2п, N1 и У3+ в хромитах изучаемых интрузий, содержание которых в структуре хромшпинелидов обычно не превышает 1 %. Используя статистические методы обработки (программа (^аЙБЙса 6.0»), была установлена четкая связь между содержаниями элементов-примесей и главных компонентов в хромитах, которая подтверждается при рассмотрении поведения примесей по разрезу расслоенных серий отдельных интрузий. Содержания ТЮ2, МпО и У203, находясь в прямой зависимости от содержания Ре203 и РеО и обратной -Сг203, МдО и А1203, соответственно увеличиваются с переходом от ультраосновных пород к основным. Содержание №0 в хромите показывает положительную корреляцию с содержанием Сг203. Высокое содержание N10 отмечается в сопчеозерских хромитах. Вхождение 2пО в структуру минерала напрямую зависит от содержание РеО и имеет об-ртную корреляцию с Сг203. Высокоцинковые хромиты отмечаются в верхних хромититовых горизонтах интрузий Аканваара и Койтелайнен, а также в хромититах интрузии Падос.

Пятая глава посвящена вопросу реконструкции температурных и окислительно-восстановительных условий формирования вмещающих оруденения пород и самих руд в рассматриваемых интрузиях. В работе были использованы минералогические геотермометры, основанные на зависимости коэффициентов распределения некоторых элементов между равновесными минералами от температуры и состава минералов. Результаты, получаемые по различным термобарометрам, зачастую не только существенно отличаются по абсолютным значениям рассчитываемых параметров, но и в приложении к одним и тем

же сериям образцов иногда дают противоположные вариации температур и давлений. В работе рассмотрен ряд разработанных независимо друг от друга, основанных на различных исходных данных и широко используемых в петрологических построениях гео-гермомет-

* ров и обоснован выбор наиболее подходящих методов.

Геотермометр JI.JI. Перчука (1977), основанный на распределении Fe «-» Mg между равновесными пироксенами, дает значения температур " наиболее близкие к ликвидусным. На основе реконструкций палеотем-

ператур установлены следующие ряды кристаллизации пород по мере снижения температуры:

1.Мончеплутон: перидотит (1190°С) - ортопироксенит (1100°С) -габбронорит (1050°С);

2. Интрузия Нярянкаваара (к-кс Койллисмаа): перидотит (1100°С) -ортопироксенит (1080°С) - габбронорит (970°С).

3. Бураковский плутон: перидотит (1030°С) - габбронорит (960°С).

Для отдельных интрузий полученные температурные последовательности подтверждается как экспериментальными данными различных исследователей, так и геологическими наблюдениями последовательности и взаимоотношения пород в расслоенных интрузиях. Снизу вверх в процессе формирования пород расслоенных серий постепенно происходит смена высокотемпературных, на более низкотемпературные породы.

Условия образования Сопчеозерского (Мончеплутон) и Аганозер-ского (Бураковская интрузия) месторождений, а также хромитового оруденения интрузии Падос были восстановлены на основе состава равновесных оливин-хромитовых пар из рудных слоев и вмещающих пород с помощью геотермометра О'Нила-Уолла-Больхауза-Берри-Грина (Ballhaus et al., 1991). Этот метод был выбран как наиболее подходящий для проведения дальнейших исследований, дающий узкие вариации значений для отдельных пород, а также учитывающий содержание титана в f хромите.

Оливин-хромитовый геотермометр дает значения температур, которые ниже в среднем на 500°С, относительно значений пироксенового

• геотермометра JI.JI. Перчука. Рядом исследователей (Henry, Medaris, 1980; Ozawa, 1983) высказывалось мнение, что вследствие сравнительно низких скоростей диффузии в минералах ультраосновных пород для различных минеральных пар и химических элементов температуры блокировки обменных реакций будут варьировать. Между сосуществующими пироксенами обменная реакция Fe Mg блокируется раньше, чем та же реакция в паре оливин-хромит. Значения оливин-хромитовой термометрии целесообразно использовать для сравнительной характеристики условий образования месторождений и оруденений в рассмат-

риваемых интрузиях, а также сопоставления температур образования хромитовых руд и вмещающих их пород.

Хромититы Сопчеозерского месторождения характеризуются относительно высокими значениями температур, максимальная температура получена для образца густовкрапленной руды - 889°С (рис. 5). Температурный режим образования пород и оруденения Шалозерско-Бураковского и Аганозерского массивов Бураковского плутона отличаются между собой. Аганозерский массив представлен более высокотемпературными породами, так оливин-хромитовые пары из перидотитов дают температуру 725°С, из хромититов - 786°С, а в Шалозерско-Бураковском массиве значения для этих же пород 651 °С и 652°С, соответственно. Равновесные температуры хромититов постоянно выше значений, полученных для вмещающих оруденение ультраосновных пород, разница составляет около 150°С (рис. 5). Это может быть связано с различной степенью диффузии Fe <-*■ Mg между хромитом и оливином в рудах и вмещающих породах. В случае незначительного содержания хромита в породе его состав изменится наиболее значительно, так в процессе обменной реакции Fe *-* Mg в паре оливин-хромит существенно возрастет железистость хромита, при этом состав оливина будет варьировать очень слабо. Соответственно, значения температур для вмещающих пород, которые содержат относительно хромититов малое количество хромита, получаются в результате несколько ниже. С другой стороны, относительно высокая температура формирования хромитового оруденения, может быть обусловлена относительно высокой скоростью процесса минералообразования, что способствовало замораживанию оливин-хромтового равновесия при более высоких температурах по сравнению с медленным охлаждением пород.

Более низкими температурами характеризуются руды третьего горизонта интрузии Падос - от 547-677°С, что может быть связано с метаморфическими преобразованиями, в результате которых происходит перераспределение элементов между сосуществующими минералами (рис. 5).

Одной из наиболее важных петрологических проблем является изучение состояния окисленности, от которого в значительной степени зависит состав флюидной фазы, сопровождающей и нередко определяющей магматические и метасоматические процессы, включая хромитообразование. Количественное состояние окисленности пород оценивается величиной летучести (фугитивности) кислорода ГО2, которая была определена с использованием оксибарометр Боль-хауза-Берри-Грина (Ballhaus et al., 1991).

Рис. 5. Зависимость logfÖ2 - Т для оруденеиия и пород расслоенных интрузий Балтийского щита. Мончеплутон: 1-3 - хромититы (1), дуниты (2) и гарцбургиты (3) Дунитового блока, 4 - породы горизонта «330», г. Сопча. Бураковский плутон: 5-7 - хромититы (5), перидотиты (6) и перидотиты маркирующего горизонта (7) Аганозерского массива; 8-10 -хромититы (8), перидотиты (9) и перидотиты маркирующего горизонта (10) Шалозерско-Бураковского массива. Интрузия Нярянкаваара (Койл-лисмаа к-кс): 11 - перидотит-1, 12 - перидотит-2, 13 - бронзитит-1. 14 -хромититы третьего горизонта интрузии Падос. Положение кривой буфера FMQ рассчитано согласно Ballhaus et al., 1991.

Образование расслоенных серий Мончеплутона, Бураковского плутона и интрузии Нярянкаваара (к-кс Койллисмаа) происходило в окислительных условиях (log ГО2 от -16,9 до -19,8 ед.) (рис. 5). Окислительно-восстановительные условия рудообразования Сопчеозерского месторождения (log ГО2 = -17,5; dlogfö2 (QFM) = -1,6) отличаются более восстановительным характером, относительно вмещающих дунитов и перидотитов (log ГО2 = -19,2 - -19,8; dlogfö2 (QFM) = 1,1-1,7). Хромититы третьего рудного горизонта интрузии Падос также имеют значения фугитивности кислорода ниже буфера FMQ (в среднем dlogfö2 (QFM) = -1,0) (рис. 5), при высокой активности кислорода (log Ю2 = -21,1). Данные по хромититам Аганозерского месторождения, подтверждают относительно более восстановительный характер среды рудообразования, но при этом летучесть кислорода выше буфера FMQ (dlogf02 (QFM) = 1,4 и 1,8, для Аганозерского и Шалозерско-Бураковского массивов, соответственно), что приводит к повышению содержания трехвалентного железа в составе рудных хромитов. Значение Fe3+/(Fe3++Al+Cr) для хромитов

ГХГ изменяется в интервале от 0,09 до 0,16, а в рудных хромитах Соп-чеозерского месторождения и интрузии Падос это значение равно в среднем 0,05. Таким образом, на основе реконструкций условий породо-и рудообразования, выполненных для раннепротерозойских расслоенных интрузий Балтийского щита, установлено, что высокохромистые и низкожелезистые хромиты характеризуются минимальными значениями летучести кислорода (<Ио§ГО2 (С^М) = -4 - 0,7). Железистые разности хромита образуются в более окислительных условиях (сИо§Ю2 ((^N1)= 1,4-1,8).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В связи с распадом Советского Союза, Россия лишилась основных источников хрома - стратегически важного сырья для производства нержавеющей стали. Активные поиски хрома на Кольском полуострове привели к открытию месторождения Большая Варака и Сопчеозерского, в Республике Карелия - Аганозерского месторождения, благодаря этому в последнее десятилетие прирост запасов хромовых руд в России превышает их погашение. Для решения вопросов генезиса хромитовых руд, а также определения поисковых критериев на промышленнозначимые руды выполнен сравнительный анализ хромитового оруденения, пространственно и генетически связанного с раннепротерозойскими интрузиями базит-ультрабазитового состава центральной и восточной части Балтийского щита.

Особое внимание в работе уделено недавно открытому Сопчеозер-скому месторождению хромитов (Мончеплутон). С целью определения положения оруденения в общей эволюции становления плутона, было выполнено изучение геологического положения и строения рудных тел, анализ рудных и акцессорных хромитов, а также прослежено изменение состава рудного хромита по простиранию рудной залежи и по разрезу отдельных рудных прослоев. В результате было установлено, что руды месторождения являются закономерным членом дифференциационного ряда в последовательности образования пород Мончеплутона и их состав четко зависит от состава вмещающих пород. Наиболее промышленнозначимые руды Сопчеозерского месторождения залегают на нижних горизонтах и приурочены к собственно дунитам.

Обогащенные хромитом слои могут присутствовать на разных уровнях в разрезах интрузий и быть связанными с породами различного состава, но наиболее высокохромистые и низкожелезистые хромиты связаны с дунитами, которые слагают нижнюю ультрабазитовую часть интрузий, примером этого типа может служить Сопчеозерское месторождение Мончеплутона. Хромитовое оруденение, связанное с перидотитами и пироксенитами, как в месторождениях Кеми и Аганозерское (Бу-

раковский плутон), содержит хромиты с меньшим содержанием хромита и представляет собой второй тип. К этому же типу отнесены хро-мититовые слои интрузии Пеникат. Третий тип характеризуется высоким содержанием железа в хромите, к нему относится месторождение Большая Варака Умбареченско-Имандровского комплекса и хромитито-вые слои интрузий Койтелайнен и Аканваара. Феррохромитовый состав оруденения полностью соответствует высокожелезистому составу вмещающих его пород. На примере оруденения массива Падос доказано негативное влияние метаморфических преобразований, которые резко понижают качество руды. Таким образом, наиболее перспективными на металлургические сорта руд являются месторождения, относящиеся к первому типу, при условии отсутствия вторичных изменений.

В работе были определены главные параметры среды минералообра-зования - это температурный и окислительно-восстановительный режимы, в которых проходило становление интрузий и рудообразование. На основании полученных температурных данных был установлен ряд образования пород по мере снижения температуры, который полностью подтверждается рядом исследователей. Кристаллизация пород интрузии Мончеплутон по мере снижения температуры происходила в следующем порядке: перидотит (1190°С) - пироксенит (1100°С) - габбронорит (1050°С). Интрузии Нярянкаваара (к-кс Койллисмаа): перидотит (1100°С) - ортопироксенит (1080°С) - габбронорит (970°С). Бураков-ский плутон: перидотит (1030°С) - габбронорит (960°С).

Общей характерной чертой для хромититов является повышенные значения температур относительно значений, полученных для вмещающих их пород. Однозначно, это объяснить трудно, возможно это связано с различным масштабом диффузионного обмена между сосуществующими минералами в рудах и вмещающих породах, или объясняется более высокими скоростями остывания руд.

Вычисленные значения фугитивности кислорода, характеризующие окислительный потенциал среды породо- и рудообразования, позволяют сделать вывод, что высокохромистые и низкожелезистые хромиты характеризуются минимальными значениями летучести кислорода (сИо§ГО2 (ОРМ) = -4 - 0,7), а железистые разности хромита образуются в более окислительных условиях (с11о§ГО2 (С>РМ) = 1,4 - 1,8). Общая черта для всех интрузий, это невысокая степень окисленности пород, которая незначительно увеличивается по мере дифференциации и кристаллизации расплава. Повышение окислительного потенциала среды минерало-образования приводит к смещению состава хромитов в более железистую область, что понижает металлургические характеристики руд.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Смолькин В.Ф., Нерадовский Ю.Н., Федотов Ж.А., Дедюхин А.Н., Мокрушин A.B. Сопчеозерское месторождение хромитовых руд Монче-плутона // Расслоенные интрузии Мончегорского рудного района: петрология, оруденение, изотопия, глубинное строение. Ф.П.Митрофанов,

B.Ф.Смолькин (ред.). Часть 2. Апатиты: изд. Кольского НЦ РАН. 2004.

C. 102-151. (автором написан раздел 14.5 "Сравнительный анализ состава хромита расслоенных интрузий", с. 139-151).

2. Мокрушин A.B., Смолькин В.Ф. Сравнительный анализ состава рудных хромитов из Сопчеозерского месторождения (Мончеплутон) и расслоенных Бураковской, Падос, Кеми и Стиллуотер интрузий // Геология и геоэкология Фенноскандинавского щита, Вост.-Европ. платформы и их обрамления. М-лы XII молодеж. науч. конферен., посвященной памяти чл.-корр., профессора К.О. Кратпу. СПб., 2001. С.81-83.

3. Мокрушин A.B., Смолькин В.Ф. Сравнительный анализ состава рудных хромитов из Сопчеозерского месторождения (Мончеплутон) и расслоенных интрузий Бураковской, Падос, Кеми и Стиллуотер интрузий // Тезисы д-дов СНТК МГТУ, 16 апреля 2002 г. Мурманск: МГТУ,

2002. С. 95-97.

4. Мокрушин A.B., Смолькин В.Ф. Сравнительный анализ рудного и акцессорного хромита из раннепротерозойских расслоенных интрузий Кольского п-ва, Карелии и Финляндии // Геология и геоэкология Фенноскандинавского щита, Вост.-Европ. платформы и их обрамления. М-лы XIII молодеж. науч. конферен., посвященной памяти чл.-корр., профессора К.О. Кратца. Апатиты: изд. Кольского НЦ РАН., 2002. С.81-83.

5. Мокрушин A.B. Температуры равновесия сосуществующих оливинов и хромшпинелидов из вмещающих пород и хромитовых руд Сопчеозерского месторождения (Мончеплутон) // Всероссийская научно-техническая конференция «Наука и образование - 2003» 2-16 апрель

2003, Апатиты, МГТУ. 2003. С. 93-94.

6. Мокрушин A.B., Смолькин В.Ф., Федотов Ж.А. Два типа расслоенных интрузий Кольского и других регионов палеопротерозойского возраста (2,5-2,45 млрд. лет), выделенные на основе анализа хромитовой минерализации // Труды XXI Всероссийского семинара и школы Щелочной магматизм Земли, 3-5 сентября 2003 года. Апатиты. 2003. С. 112-113.

7. Мокрушин A.B., Смолькин В.Ф. Реконструкция температуры сосуществующих хромита и оливина из руд и вмещающих пород Мончеплу-тона (Сопчеозерское месторождение, Кумужья) // Геология и геоэкология Северо-Запада России. М-лы XIV молод, конфер., посвященной памяти чл.-корр., профессора К.О.Кратца. Петрозаводск: Кар. НЦ РАН и ПГУ, 2003. С. 68-70.

8. Мокрушин A.B., Смолькин В.Ф., Федотов Ж.А. Два типа расслоенных интрузий Балтийского щита раннепротерозойского возраста (2,5-2,4 млрд. лет), выделенные на основе анализа хромитовой минерализации II М-лы Международной научно-технической конференции «Наука и образование - 2004», Мурманск, 7-15 апреля 2004 г. Мурманск, МГТУ, 2004. 4.5. С. 73-77.

9. Мокрушин A.B., Смолькин В.Ф. Особенности состава хромита из руд Сопчеозерского месторождения Мончеплутона (Кольский п-ов) // Геология и геоэкология европейской России и сопредельных территорий. М-лы XV молодежной научной конференции, посвященной памяти К.О.Кратца. (г. С.-Петербург, 13-16 октября 2004 г.). 2004. С. 116-118.

10. Мокрушин A.B., Смолькин В.Ф. Особенности состава хромитового оруденения в интрузиях базит-ультрабазитов раннего протерозоя центральной и восточной части Балтийского щита И Петрология и рудонос-ность регионов СНГ и Балтийского щита. Материалы Международного (X всероссийского) петрографического совещания, г. Апатиты, 20-22 июня 2005 г. Том 3. Апатиты: изд. Кольского НЦ РАН, 2005. С. 200-202.

11. Мокрушин A.B., Смолькин В.Ф. Геотермобарометрия базит-ультрабазитов раннепротерозойской расслоенной интрузии Мончеплу-тон (Кольский п-ов) // Геология и геоэкология: исследования молодых. М-лы XVI конференции молодых ученых, посвященной памяти чл.-корр., профессора К.О.Кратца. г. Апатиты, 15-18 ноября 2005 г. Апатиты, 2005. С. 282-285.

Подписано к печати 13 декабря 2005 г Формат 60x90 1/16 Уч -изд I л Тираж 100 Заказ 11-05

Полиграфическая база ИМГРЭ

ju¿>6/L

>-2 909

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Мокрушин, Артем Васильевич

Введение

1. Хром - стратегический вид минерального сырья

1.1. Генетические типы месторождений хрома

1.2. Сферы применения хрома

1.3. Минерально-сырьевая база. Перспективы её развития и освоения

2. Расслоенные интрузии базит-ультрабазитов раннего протерозоя (2.5 - 2.4 млрд. лет) Балтийского щита и геологическое положение хромитового оруденения

2.1. Кольский регион

2.1.1. Мончеплутон

2.1.2. Умбареченско-Имандровский интрузивный комплекс

2.1.3. Падос

2.2. Восточная Карелия 42 2.2.1. Бураковский плутон

2.3. Северная и Центральная Финляндия

2.3.1. Кеми

2.3.2. Пеникат 52 ^ 2.3.3. Койтелайнен

2.3.4. Аканваара

2.3.5. Расслоенный комплекс Койллисмаа

3. Морфология, строение и зональность Сопчеозерского месторождения хрома (Дунитовый блок)

3.1. Положение Дунитового блока

3.2. Морфология и строение рудной залежи

3.3. Зональность Дунитового блока и рудной залежи

3.4. Краткая характеристика типов руд

4. Особенности состава рудных и акцессорных хромитов и их эволюция

4.1. Общая химическая классификация минералов группы шпинели

4.2. Зависимость состава рудных и акцессорных хромитов от состава пород

4.3. Совместный анализ рудных и акцессорных хромитов

4.4. Зависимость состава хромита от типа оруденения

4.5. Распределение элементов-примесей Ti, V, Mn, Ni и Zn в хромитах

5. Реконструкция условий хромитового рудообразования (температура, давление и фугитивность кислорода) и позднемагматического преобразования

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Типы, состав и условия образования хромитового оруденения расслоенных раннепротерозойских интрузий Балтийского щита"

Актуальность исследования. После распада СССР в России практически не осталось источников получения стратегически важного вида минерального сырья - хрома, потребность в котором покрывается за счет импорта из стран СНГ. Активные поиски хрома на Кольском полуострове привели к открытию месторождения Большая Варака и

Сопчеозерского, в Республике Карелия - Аганозерского месторождения, которые в настоящее время имеют большое значение для экономики страны и народного хозяйства в целом. Месторождения хрома приурочены к раннепротерозойским расслоенным базит-ультрабазитовым интрузиям, широко распространены на всех докембрийских, включая Балтийский, щитах (Бушвельд, Скергаард, Великая Дайка, Стиллуотер и др.). Хромитовое оруденение в интрузиях находится на различных уровнях и связано с отличающимися по составу породами, в связи с этим возникает необходимость установления генетических особенностей рудообразования для последующего определения поисковых критериев на промышленнозначимые хромитовые руды. Качество хромитового оруденения в значительной степени зависит не только от условий генерации и состава материнских магм, но и от условий их дифференциации и кристаллизации. Наиболее информативным петрогенетическим индикатором для реконструкции условий хромитового рудообразования (температура, давление и фугитивность кислорода) и позднемагматического преобразования служат хромшпинелиды, слагающие рудную залежь и присутствующие практически во всех типах пород расслоенных серий интрузий.

1. изучение хромитового оруденения и главной рудной фазы — хромита в Мончеплутоне с целью определения его положения в общей эволюции становления плутона;

Новизна исследования. Впервые выполнен сравнительный анализ хромитового л оруденения, пространственно и генетически связанного с раннепротерозойскими интрузиями базит-ультрабазитового состава центральной и восточной части Балтийского щита.

На основе изучения минеральных парагенезисов реконструированы условия образования (температура и фугитивность кислорода) и позднемагматического изменения отдельных рудных месторождений хрома и пород расслоенных серий раннепротерозойских базит-ультрабазитовых интрузий Балтийского щита.

Фактический материал и методы исследования.

Для выполнения поставленных задач использованы авторские и опубликованные материалы по следующим объектам, расположенным в пределах Балтийского щита: Мончеплутон (Сопчеозерское месторождение); массив Большая Варака Умбареченско-Имандровского комплекса (м-ние Большая Варака); Аганозерский и Шалозерско-Бураковский массивы Бураковского плутона (Аганозерское м-ние); массивы комплекса Койллисмаа; а также интрузии Кеми (м-ние Кеми), Койтелайнен и Аканваара.

Главным объектом исследований является Сопчеозерское месторождение (Мончеплутон). Основная часть данных была получена в ходе научно-исследовательских работ, проведенных в период с 1998 по 2003 гг. сотрудниками Геологического института КНЦ РАН под руководством д.г.-м.н. В.Ф.Смолькина по теме «Глубинное строение, петрология и рудообразование Мончегорского рудного узла», в которых диссертант принимал личное участие, первоначально в качестве бакалавра и магистра, а затем аспиранта. С целью изучения строения рудной залежи и состава хромитовых руд выполнялась документация и опробование керна поисковых и разведочных скважин, а также отбор ориентированных образцов в разведочном карьере, в пределах которого была выполнена фотодокументация рудных объектов. Текстурно-структурные особенности руд и вмещающих пород, взаимоотношения между породообразующими и рудными фазами и их внутреннее строение изучались в полированных образцах, петрографических шлифах и аншлифах. Составы минералов исследовались рентгенно-спектральным анализом на микрозонде "Сашеса MS-46" в Геологическом институте КНЦ РАН (г. Апатиты), а также в исследовательском центре в г. Нанси (Франция). Часть исследований по микровключениям в минералах и пластическим деформациям оливина была выполнена диссертантом на кафедре Ягеланского университета в г. Краков (Польша).

Общий банк данных включает около 500 анализов главных породообразующих минералов и 1494 анализа хромшпинелидов, в том числе 612 авторских и 882 из опубликованных работ (Докучаева и др., 1980; Дистлер и др., 1988; Зайцева, 2002; Лавров и др., 1987; Рыбаков и др., 1999; Чистяков, 2000; Шарков и др., 2000; Alapieti et al., 1989, 1982; Alapieti, Lahtinen, 1986, 1989; Mutanen, 1996). Анализы хромшпинелидов распределены следующим образом: Мончеплутон - 165, Сопчеозерское месторождение -617; Умбареченско-Имандровский комплекс - 333, месторождение Большая Варака - 276; Бураковский плутон - 84, в том числе Аганозерский - 46 и Шалозерско-Бураковский - 38 массивы; Падос (третий хромитовый горизонт) - 42; интрузия и месторождение Кеми -34; Пеникат - 19; Койтелайнен - 82; Аканваара - 33; Койллисмаа — 61. База данных содержит также анализы хромита и сосуществующих с ним силикатов из пород и руд интрузий Скергаард (Гренландия) (Перчук, 1971), Стиллуотер (Джексон, 1979) и Восточно-Печенгского рудного узла (Дистлер и др., 1988).

С использованием программы «Excel», все анализы пересчитаны на формульные количества и на основные коэффициенты, которые применялись при построении диаграмм в программе «Origin 6.0». Применялись различные диаграммы, основанные на разных принципах построения, в том числе Н.В.Павлова (1949), Т.Н. Ирвайна (1965) и В.Ф. Смолькина (1979, 1992). Используя статистические методы обработки (программа «Statistica 6.0»), были установлены некоторые закономерности в распределении примесных элементов в зависимости от содержания главных компонентов в хромитах изучаемых нами расслоенных интрузий.

Для характеристики температурного режима образования хромитового оруденения и пород расслоенных интрузий применялись двупироксеновые (Перчук, 1977, Мори, Грин, 1978) и оливин-шпинелевые (Jackson, 1969; Roeder et al., 1979; Fabries, 1979; Ballhaus et al., 1991; Чащухин и др., 1996) геотермометры. Для реконструкции окислительно-восстановительного режима (фугитивности кислорода) среды минералообразования использован оксибарометр Больхауза-Берри-Грина (Ballhaus et al., 1991).

Защищаемые положения:

1. В пределах Кольско-Лапландско-Карельской провинции Балтийского щита выделяются четыре типа хромитового оруденения, приуроченных к рудоносным интрузиям базит-ультрабазитов раннепротерозойского возраста: Сопчеозерский (высокохромистый, низкотитанистый, залегает в ультрабазитах Мончеплутона), Аганозерский (умереннохромистый, с повышенной титанистостью, приурочен к зоне переслаивания перидотитов и пироксенитов Бураковского плутона), Имандровский (феррохромитовый, связан с высокожелезистыми основными породами Умбареченско-Имандровского комплекса и интрузии Койтелайнен), и Падосский (метаморфизованный, в серпентинитах ортопироксенит-дунитового нотозерского комплекса). Выделенные типы месторождений относятся к раннемагматическим образованиям.

2. Хромитовое оруденение Сопчеозерского месторождения, слагающее пластово-линзовидную залежь в дунит-плагиогарцбургитах Дунитового блока Мончеплутона, характеризуется четко выраженной зональностью состава рудной фазы по простиранию и падению залежи, которая согласуется с изменением состава вмещающих пород и отражает первичную зональность становления Дунитового блока на раннемагматической стадии. На позднемагматической стадии породы и руды претерпели высокотемпературные локальные пластические деформа-ции, а руды — перекристаллизацию.

3. На основе изучения равновесных оливин-хромитовых парагенезисов и минерализации раннепротерозойских расслоенных массивов Балтийского щита установлено, что образование высококачественных хромитовых руд в ультрабазитовых частях интрузий происходило в закрытых расплавных системах с низкой фугитивностью кислорода (dlogf02 (QFM) = -4 - 0,7).

Теоретическая значимость исследования.

В работе рассмотрен ряд разработанных независимо друг от друга, основанных на различных исходных данных и широко используемых в петрологических построениях геотермометров. Обоснован выбор наиболее подходящих двупироксенового и оливин-хромитового геотермометров для реконструкции температурного режима становления пород расслоенных интрузий.

Практическая значимость исследования. Предложенные поисковые критерии могут повысить эффективность поисково-оценочных работ на хром в пределах изученной территории. В качестве благоприятных поисковых критериев выступают следующие результаты: выявленная для Сопчеозерского месторождения зональность рудной залежи; составы хромитов в разных типах интрузий и содержание в них элементов-примесей; повышенная никеленосность оливинов, сосуществующих с хромитовыми фазами. Неблагоприятными факторами являются метаморфические преобразования рудной фазы, что сопровождается замещением ее магнетитом.

Публикации и апробация работы.

Результаты по теме диссертации опубликованы в 11 работах. Материалы работы докладывались на ежегодных конференциях молодых ученых, посвященных памяти члена-корр. АН СССР, профессора К.О.Кратца с 2001 по 2005 г.г. В качестве аспиранта Мурманского ГТУ, принимал участие с устным докладом в студенческой научно-технической конференции в 2002 году (Диплом I степени) и во Всероссийской научно-технической конференции «Наука и образование» (г. Мурманск) в 2003 и 2004 г.г. Выступал с докладами на XXI Всероссийском семинаре и школе "Щелочной магматизм

Земли" (г. Апатиты) в 2003 г. и на X Всероссийском петрографическом совещании (г. Апатиты) в 2005 г.

Благодарности.

Автор искренне благодарит за консультации и участие в обсуждении работы сотрудников Геологического института КНЦ РАН: д.г.-м.н. А.А. Арзамасцева, к.г.-м.н. Ж.А. Федотова, д.г.-м.н. Ю.Н. Нерадовского, д.г.-м.н. П.К. Скуфьина, д.г.-м.н. М.И. Дубровского. Особенно признателен коллегам, предоставившим необходимый аналитический материал д.г.-м.н. Т.В. Беляевой, д.г.-м.н. А.И. Чернышеву, к.г.-м.н. А.В. Чистякову, к.г.-м.н. Т.С. Зайцевой, М. и Д. Онненстеттер и М. Хуберу.

1. Хром — стратегический вид минерального сырья

Элемент был открыт в 1797 г. В периодической системе элементов Д.И.Менделеева он занимает место в её четвёртом периоде между ванадием и марганцем. Соседями хрома и его аналогами по положению в шестой группе периодической системы являются молибден, расположенный в её втором длинном периоде, и вольфрам - в третьем. Соседство в таблице Д.И.Менделеева и соответственно сходная электронная конфигурация оболочек атомов перечисленных элементов предопределяют близость их свойств и направлений промышленного использования.

В компактном виде элементы подгруппы хрома представляют собой серовато-белые блестящие металлы, главные их свойства приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1.

Главные свойства элементов подгруппы хрома.

Свойства Сг Мо W

Плотность, г/см 7,2 10,2 19,3

Температура плавления, °С 1875 2615 3387

Температура кипения, °С 2570 4830 5370

Относительная электропроводность (Hg =1) 5 20 18

По температуре плавления - 1875-1890°С (Гасик и др., 1999) - хром занимает десятое место (после ванадия) среди элементов периодической таблицы, но по распространённости намного превосходит практически все тугоплавкие металлы, включая вольфрам и молибден. Несколько иное положение с цирконием и титаном, которые по тугоплавкости лишь незначительно уступают хрому, но по распространённости превосходят его в 2 и 54 раза, соответственно.

Из руд Сг, Мо и W обычно выплавляют не чистые металлы, а их высокопроцентные сплавы с железом. Исходным материалом для приготовления феррохрома (не менее 60 % Сг) является непосредственно хромит. Молибденит предварительно переводят в М0О3, исходя из которого, затем и готовят ферромолибден (не менее 55 % Мо). Для получения ферровольфрама (65-80 % W) могут служить бедные марганцем вольфрамиты.

Очень чистые металлы хорошо поддаются механической обработке, но уже следы примесей сообщают им твёрдость и хрупкость. Технический хром чрезвычайно твёрд. Молибден и вольфрам значительно мягче. По отношению к воздуху и воде Сг, Мо и W при обычных условиях вполне устойчивы. Их основным потребителем является металлургическая промышленность, где эти металлы используются в производстве специальных сталей.

По содержанию в земной коре хром (0.0083 %) (Горная энциклопедия, 1991), молибден (0.0003 %) и вольфрам (0.0006 %) относятся к довольно распространенным элементам. Встречаются они исключительно в виде соединений. Из молибденовых руд наиболее важен минерал молибденит (M0S2), из руд вольфрама — минералы вольфрамит (xFeW04-yMnW04) и шеелит (CaW04). По распространённости в земной коре хром вместе с цинком занимают 20-21-е места среди всех открытых к настоящему времени элементов -между ванадием (кларк - 0.009 %) и никелем (0.0058 %). Среднее содержание хрома в ультраосновных породах - 0.2 % - значительно (в 24 раза) выше его кларка, что ещё раз подтверждает определённо установленную на практике повсеместную пространственную и генетическую связь месторождений хромитовых руд (хромитов) с массивами базит-ультрабазитов.

Основной рудой хрома является природный хромит - FeCr204, принадлежащий к минералам серии хромита шпинелевой группы. В 1944 г. Пэлач с соавторами подразделили группу шпинели на три серии: шпинели, магнетита и хромита, - в зависимости от того, какой из трехвалентных катионов — Al, Fe или Сг - преобладает в составе минерала (Дир и др., 1966). Структура минералов группы шпинели впервые была изучена в 1915 г. Брэггом и Нисикавой, которые показали, что в элементарной ячейке этих минералов содержится 32 иона кислорода и 24 катиона; 8 из них имеют четверную координацию (тетраэдрическая позиция), а 16 - шестерную (октаэдрическая позиция). В 1931 г. Барт и Посняк показали существование двух структурных типов шпинели, различающиеся распределением катионов между тетраэдрической и октаэдрической позицией, - нормальная и обратная шпинели. Нормальными шпинелями являются MgAb04 (шпинель), FeCr204 (хромит), MgCr204 (магно-хромит), Z11AI2O4 (ганит), FeAh04 (герцинит) и M11AI2O4 (галаксит), тогда как Fe2Ti04 (ульвошпинель) и FeFe204 (магнетит) имеют обратную структуру. Позднее был установлен третий (промежуточный) тип распределения катионов, в котором часть двухвалентных катионов находится в тетраэдрических позициях, а часть в октаэдрических. К типу со смешанной обращенностью относится магнезиоферрит — MgFe204 (Плаксенко, 1989). Природные хромшпинелиды характеризуются практически полностью упорядоченным распределением катионов (нормальный тип структуры). Существующие же в них отклонения от упорядоченности при полной идентичности составов объясняются, по мнению А.Н. Плаксенко (1989), различиями в температурном режиме их кристаллизации и вызваны, вероятнее всего, перераспределением в структуре хромшпинелидов катионов Mg, Fe2+ и Fe3+. Существование других разновидностей структур минералов шпинелевой группы проявляется в способности шпинелей образовывать твердые растворы

10 переменного состава. В 70-ые годы на основе результатов изучения грунта лунных пород (Фрондел, 1978), кимберлитов (Гоньшакова и др., 1974) и интрузий печенгского комплекса (Смолькин, 1977) была установлена непрерывная серия хромшпинелидов твердых растворов переменного состава от герцинит-хромита до ульвошпинели и от хромита до титаномагнетита, позволившая предположить отсутствие разрыва в смесимости в системе MgAb04 - FeA^CU - FeCr204 - Fe2TiC>4 - FeFe204. Чистые конечные члены этих рядов редко встречаются в качестве природных минералов.

Заключение Диссертация по теме "Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения", Мокрушин, Артем Васильевич

Выводы

На основе реконструкций условий породо- и рудообразования, выполненных для раннепротерозойсуих расслоенных интрузий Балтийского щита, установлено следующее:

1. Кристаллизация пород интрузии Мончеплутон по мере снижения температуры происходила в следующем порядке: перидотит (1190°С) - пироксенит (1100°С) -габбронорит (1050°С). Интрузии Нярянкаваара (к-кс Койллисмаа): перидотит (1100°С) -бронзитит (1080°С) - габбронорит (970°С). Бураковский плутон: перидотит (1030°С) -габбронорит (960°С).

2. Значения равновесных температур образования хромититов постоянно выше значений, полученных для вмещающих ультраосновных пород.

3. Высокохромистые и низкожелезистые хромиты характеризуются минимальными значениями летучести кислорода (dlogfC^ (QFM) = -4 — 0,7). Железистые разности хромита образуются в более окислительных условиях (dlogfCh (QFM) = 1,4 -1,8).

4. В результате метаморфических постмагмагтических преобразований происходит перераспределение элементов между сосуществующими минералами, что приводит к занижению температурных оценок.

Заключение

В связи с распадом Советского Союза, Россия лишилась основных источников хрома - стратегически важного сырья для производства нержавеющей стали. Страна стала полностью зависеть от импорта, что способствовало активизации геологоразведочных работ на хром. Активные поиски хрома на Кольском полуострове привели к открытию месторождения Большая Варака и Сопчеозерского, в Республике Карелия - Аганозерского месторождения, благодаря этому в последнее десятилетие прирост запасов хромовых руд в России превышает их погашение. Месторождения хрома связаны с раннепротерозойскими расслоенными интрузиями базит-ультрабазитового состава, широко известными в пределах центральной и восточной частей Балтийского щита, к которым также приурочены месторождения и проявления сульфидных Cu-Ni, титаномагнетитовых и платинометальных руд. На Кольском полуострове наиболее хорошо изученными являются расслоенные интрузии г. Генеральская, Мончеплутон, Имандровская и Федерово-Панская, в Восточной Карелии - Бураковская, а в пределах Финляндии - Кеми, Пеникат, Койтелайнен и Аканваара, а также комплексы Портимо, Койллисмаа и Оуланка. Вблизи границы Швеции и Финляндии залегает расслоенная интрузия Куккола/Торнио. Промышленные залежи хромитовых руд известны в пределах интрузий: Мончеплутон (Сопчеозерское метсорождение), Бураковский плутон (Аганозерское м-ние), Умбареченско-Имандровский комплекс (Большая Варака) и Кеми (м-ние Кеми). Для решения вопросов генезиса хромитовых руд, а также определения поисковых критериев на промышленнозначимые руды выполнен сравнительный анализ хромитового оруденения, пространственно и генетически связанного с раннепротерозойскими интрузиями базит-ультрабазитового состава центральной и восточной части Балтийского щита.

Особое внимание в работе уделено недавно открытому Сопчеозерскому месторождению хромитов, залегающему в пределах так называемого Дунитового блока, который расположен в зоне сочленения меридиональной и широтной ветвей Мончеплутона. С целью определения положения оруденения в общей эволюции становления плутона, было выполнено изучение геологического положения и строения рудных тел, анализ рудных и акцессорных хромитов, а также прослежено изменение состава рудного хромита по простиранию рудной залежи и по разрезу отдельных рудных прослоев. В результате было установлено, что руды месторождения являются закономерным членом дифференциационного ряда в последовательности образования пород Мончеплутона и их состав четко зависит от состава вмещающих пород. В юго-восточной части Дунитового блока руды, ассоциирующие с дунитами, характеризуются

140 более высокохромистым и высокомагнезиальным составом хромита, относительно хромитов северо-западной части рудной залежи, приуроченной к плагиодунитам и гарцбургитам. С учетом выше сказанного, а также увеличения общей мощности хромитовой залежи и повышения доли богатых руд с глубиной в юго-восточном направлении, можно утверждать что наиболее промышленнозначимые руды Сопчеозерского месторождения залегают на нижних горизонта и приурочены к собственно дунитам.

Литературные и авторские данные по положению оруденения в разрезе расслоенных интрузий Балтийского щита, качеству представленных в них руд и составу рудообразующих и акцессорных хромитов, связанных с различными по составу породами, позволили провести их сопоставление и выявить несколько различных типов оруденения. Было установлено, что обогащенные хромитом слои могут присутствовать на разных уровнях в разрезах интрузий и быть связанными с породами различного состава, но наиболее высокохромистые и низкожелезистые хромиты связаны с дунитами, которые слагают нижнюю ультрабазитовую часть интрузий, примером этого типа может служить Сопчеозерское месторождение Мончеплутона. Хромитовое оруденение, связанное с перидотитами и пироксенитами, как в месторождениях Кеми и Аганозерское (Бураковский плутон), содержит хромиты с меньшим содержанием хромита и представляет собой второй тип. К этому же типу отнесены хромититовые слои интрузии Пеникат. Третий тип характеризуется высоким содержанием железа в хромите, к нему относится месторождение Большая Варака Умбареченско-Имандровского комплекса и хромититовые слои интрузий Койтелайнен и Аканваара. Феррохромитовый состав оруденения полностью соответствует высокожелезистому составу вмещающих его пород. Высокожелезистый состав оруденения также может быть обусловлен наличием интенсивных метаморфических преобразований, изменивших первичный состав хромита. Влияние постмагматических процессов на изменение состава рудного хромита наиболее четко проявлено в хромитовых горизонтах массива Падос. Метаморфические изменения резко понизили качество руды - первоначально высокохромистые и высокомагнезиальные хромиты, близкие по составу сопчеозерским, были обогащены железом, за счет выноса хрома и магния. Таким образом, наиболее перспективными на металлургические сорта руд являются месторождения, относящиеся к первому типу, при условии отсутствия вторичных изменений.

Состав пород слагающих интрузию, а также вмещающих хромитовое оруденение, зависит не только от условий генерации и состава материнских магм, но и от условий их дифференциации и кристаллизации. Поэтому в работе были определены главные

141 параметры среды минералообразования - это температурный и окислительно-восстановительный режимы, в которых проходило становление интрузий и рудообразование. На основе изучения минеральных парагенезисов с использованием различных геотермометров и фугометра, было установлено, что образование пород различных расслоенных интрузий и связанных с ними оруденений проходило при разных условиях. На основании полученных температурных данных был установлен ряд образования пород по мере снижения температуры, который полностью подтверждается рядом исследователей. Кристаллизация пород интрузии Мончеплутон по мере снижения температуры происходила в следующем порядке: перидотит (1190°С) - пироксенит (1100°С) - габбронорит (1050°С). Интрузии Нярянкаваара (к-кс Койллисмаа): перидотит (1100°С) - ортопироксенит (1080°С) - габбронорит (970°С). Бураковский плутон: перидотит (1030°С) - габбронорит (960°С).

Вычисленные значения фугитивности кислорода, характеризующие окислительный потенциал среды породо- и рудообразования, позволяют сделать вывод, что высокохромистые и низкожелезистые хромиты характеризуются минимальными значениями летучести кислорода (dlogf02 (QFM) = -4 - 0,7), а железистые разности хромита образуются в более окислительных условиях (dlogf02 (QFM) = 1,4 - 1,8). Общая черта для всех интрузий - это слабоокислительные условия формирования их пород и незначительное увеличение фугитивности кислорода по мере дифференциации и кристаллизации расплава.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Мокрушин, Артем Васильевич, Мурманск

1. Бетехтин А.Г., Кашин С.А. Минералогия Халиловских месторождений хромистого железняка на Южном Урале // Хромиты СССР. Т.10, М.: JL, 1937. - С. 157-246.

2. Бородкин В.Ф. Химия красителей: Уч-к по спец. "Хим. технология и оборудование отделочн. пр-ва". М.: Химия. - 1981. -156 с.

3. Ваганов В.И., Соколов С.В. Термобарометрия ультраосновных парагенезисов. -М.: Недра, 1988.- 149 с.

4. Виноградов J1.A. Формация альпинотипных гипербазитов юго-западной части Кольского полуострова (Нотозерский гипербазитовый пояс) // Проблемы магматизма Балтийского щита. JL: Наука, 1971. - С. 147-153.

5. Водород хром // И.В. Петрянов-Соколов (Отв. ред.). Популярная биб-ка хим.элементов. - М.: Наука, 1971.

6. Вольфсон Ф.И., Дружинин А.В. Главнейшие типы рудных месторождений. М.: Недра, 1982.

7. Гасик М.И., Лякишев Н.П. Теория и технология электрометаллургии ферросплавов // Уч-к для ВУЗов. М.: СП Интермет Инжиниринг, 1999.

8. Геологическая карта Кольского региона (северо-восточная часть Балтийского щита). Масштаб 1:500000. Ф.П. Митрофанов (гл. ред.). Апатиты, 1996.

9. Геология медно-никелевых месторождений СССР. Г.И. Горбунов (ред.). Л.: Наука, 1990.-280 с.

10. Гоныпакова В.И., Тронева Н.В., Дмитриева М.Т. О редком хромшпинелиде в кимберлитовых породах Восточного Приазовья // Изв. АН СССР. Сер. геол. 1974. - №12. -С. 25-31.

11. Горная энциклопедия. Т. 5. В 5 томах. М.: Сов. энциклопедия, 1991.

12. Государственный баланс запасов полезных ископаемых Российской Федерации. Хромовые руды. 2000.

13. Джексон Е.Д. Вариации химического состава сосуществующих хромита и оливина в хромитовых зонах комплекса Стиллуотер // Магматические рудные месторождения. -М.: Недра, 1973.- С. 43-66.

14. Дир У.А., Хауи Р.А., Зусман Дж. Породообразующие минералы. Т.5. В 5 томах. -М.: Мир, 1966.-408 с.

15. Дистлер В.В., Гроховская Т.Л., Евстигнеева Т.Л. и др. Петрология сульфидного магматического рудообразования. М.: Наука, 1988. - 232 с.

16. Докучаева B.C. Дуниты из интрузивов перидотит-габбро-норитового формационного типа Мончегорском районе // Базит-гипербазитовый магматизм Кольского полуострова. Апатиты: изд. Кольского филиала АН СССР, 1978. - С. 109-130.

17. Докучаева B.C., Жангуров А.А., Федотов Ж.А. Хромитоносный норит-габброноритовый комплекс Имандра-Варзугской структурной зоны // Магматические формации и рудоносность базит-гипербазитов Кольского полуострова. Апатиты: изд.

18. Кольского филиала АН СССР, 1980. С. 36-50.

19. Докучаева B.C., Полежаева Л.И. Хромшпинелиды расслоенных интрузивов Мончегорского района (Кольский п-ов) // Новое в минералогии Карело-Кольского региона. Петрозаводск, 1990. - С. 5-24.

20. Докучаева B.C., Федотов Ж.А., Чащин В.В. Дайковые комплексы Мончегорского района // Рои мафических даек как индикаторы эндогенного режима (Кольский полуостров). Апатиты, изд. Кольского НЦ АН СССР, 1989. - С. 26-33.

21. Елисеев Н.А. Мончегорский плутон // Ультраосновные и основные интрузии и сульфидные медно-никелевые месторождения Мончи. Л.: изд. АН СССР, 1953. - С. 1540.

22. Елисеев Н.А., Елисеев Э.Н., Козлов Е.К. и др. Геология и рудные месторождения Мончегорского плутона. Тр. ЛАГЕД АН СССР. Вып. 3. - Л.: изд. АН СССР, 1956. - 328 с.

23. Зайцева Т.С. Минералого-геохимические особенности рудообразующих хромшпинелидов Имандровского расслоенного массива (Кольский полуостров) // Диссертация на соискание уч. степени к.г.-м.н. 2002. - С. 138.

24. Имандра-Варзугская зона карелид. Загородный В.Г., Предовский А.А., Басалаев А.А. и др. Л.: Наука, 1982. - 280 с.

25. Инструкция по применению классификации запасов к месторождениям хромовых руд // ГКЗ СССР. М., 1984.

26. Карпов Р.В. Зональные рудоносные габбро-пегматиты Монче-тундры. // Изв. вузов. Серия геология и разведка. № 12. — 1962 - С. 63-72.

27. Карта полезных ископаемых континентов мира масштаба 1:15 000 000 // П.М. Татаринов (ред.) ВСЕГЕИ. Л., 1978.

28. Каталог геохронологических данных по северо-восточной части Балтийского щита. Т.Б. Баянова, В.И. Пожиленко, В.Ф. Смолькин и др. Апатиты: изд. КНЦ РАН , 2002. 53 с.

29. Козлов Е.К. Естественные ряды пород никеленосных интрузий и их металлогения. -Л.: Наука, 1973.-283 с.

30. Козлов Е.К., Докучаева B.C., Богданов И.С. Уникальный рудный габбро-норитовый пегматит горы Ниттис в Мончетундре // Материалы по минералогии Кольского полуострова. Вып. 3. Апатиты: изд. Кольского филиала АН СССР, 1962. - С. 86-100.

31. Козлов Е.К., Юдин Б.А., Докучаева B.C. Основной и ультраосновной комплекс Монче-Волчьих-Лосевых тундр. Л.: Наука, 1967. - 166 с.

32. Козлов М.Т., Латышев Л.Н., Докучаева B.C. и др. Новый тип хромитового оруденения в кварцевых габброноритах Мончегорского рудного района // Основные и ультраосновные породы Кольского полуострова и их металлогения. Апатиты, 1975. - С. 108-125.

33. Литейное производство. 2-е изд-е. A.M. Михайлов (ред.). М.: Машиностроение,1987.

34. Лякишев Н.П., Гасик М.И. Металлургия хрома. М.: "Элиз", 1999. Магматические формации докембрия северо-восточной части Балтийского щита. И.В. Бельков (ред.). - Л.: Наука, 1985. - 176 с.

35. Магматические формации раннего докембрия территории СССР. К.А. Шуркин (отв. ред.). В 3 книгах. М.: Недра, 1980. - 285, 283 и 266 с.

36. Магматические формации СССР. В.Л. Масайтис, В.Н. Москалева, Н.А. Румянцева и др. В 2 томах. Л.: Недра, 1979. - 176 и 279 с.

37. Марков К.А., Михайлов Б.М., Предтеченский Н.Н. и др. Критерии прогнозной оценки территорий на твердые полезные ископаемые. Л.: Недра, 1986.

38. Материалы по металлогении Карелии // В.А. Костин (ред.). Ин-т геологии. Карел. Фил. АН СССР. Петрозаводск, 1987 - 174 с.

39. Медно-никелевые месторождения Балтийского щита. Г.И. Горбунов, X. Папунен (ред.). Л.: Наука, 1985. С. 93.

40. Металлогения Карелии. С.И. Рыбаков, А.И. Голубев (ред.). Петрозаводск: изд. Кар. НЦ РАН. 1999.-340 с.

41. Минералогия магматических и метаморфических пород Карело-Кольского региона // О.И. Володичев (ред.). Ин-т геологии. Карел. Фил. АН СССР. Карел, отд. ВМО -Петрозаводск, 1990 226 с.

42. Минеральные месторождения Европы. Т.1. Северо-Западная Европа. М.: Мир, 1982. - 583 с.

43. Минеральные месторождения Кольского полуострова. Г.И. Горбунов (ред.). JI.: Наука, 1981.-272 с.

44. Минеральные ресурсы мира на начало 1999 года / МПР РФ. ФГУНПП "Аэрогеология". М., 2000.

45. Митрофанов Ф.П., Балабонин H.JI., Баянова Т.Б. и др. Кольская платинометальная провинция: новые данные. // Платина России. Сб. научн. трудов. Том.Ш, кн.1. М: АО Геоинформарк, 1999. - С. 43-52.

46. Митрофанов Ф.П., Жангуров А.А., Федотов Ж.А. и др. Перспективы платиноностности Имандровского расслоенного интрузива // Платина России. Т. II, кн. 2. М.: АО Геоинформмарк, 1995. С. 26-41.

47. Митрофанов Ф.П., Яковлев Ю.Н., Дистлер В.В., и др. Кольский регион новая платинометалльная провинция // Геология и генезис месторождений платиновых металлов. - М.: Наука, 1994. - С. 65-79.

48. Налдретт А.Дж. Магматические сульфидные месторождения медно-никелевых и платинометальных руд. Санкт-Петербург: СПбГУ, 2003 - 487 с.

49. О состоянии минерально-сырьевой базы Российской Федерации (на 01.01.1999): Государственный доклад // МПР РФ, Минэкономики РФ, Минтопэнерго РФ. М., 1999. -9 с.

50. Орсоев Д.А., Конников Э.Г. О природе ритмически расслоенного горизонта массива Сопча в Мончеплутоне. // Докл. АН СССР. Т. 320, №3. 1991.

51. Павлов Н.В. Химический состав хромшпинелидов в связи с петрографическим составом пород ультраосновных интрузивов // Тр. Ин-та геол. наук. Сер. руд. месторожд. Вып. 103, №3.- 1949.- 88 с.

52. Павлов Н.В., Григорьева И.И. Месторождение хрома // Рудные месторождения СССР, т.2. М.: Недра, 1978. - с. 172-224

53. Павлов Н.В., Григорьева И.И., Гришин Н.В. Образование и генетические типы хромитовых месторождений геосинклинальных областей // Условия образования магматических рудных месторождений. М.: Недра. 1979. - С. 5-78.

54. Патякин В.И., Тишин Ю.Г., Базаров С.М. Техническая гидродинамика древесины. -М.: Лесная промышленность, 1990.

55. Перчук JT.JL Пироксеновый барометр и "пироксеновые геотермометры" // ДАН СССР. Т. 233, № 6.- 1977а. С. 1196-1199.

56. Перчук JT.JT. Сосуществующие минералы (справочник химических анализов и парагенезисов породообразующих минералов). JL: Недра, 1971. - 424 с.

57. Перчук JT.JI. Усовершенствование двупироксенового геотермометра для глубинных перидотитов // Докл. АН СССР. Т.233, № 3. 19776. - С. 456-459.

58. Плаксенко А.Н. Типоморфизм акцессорных хромшпинелидов ультрамафит-мафитовых магматических формаций. Воронеж: Изд-во ВГУ. - 1989. — 224 с.

59. Птицын A.M. Дюдин Ю.К., Полонский Г.В. Состояние минерально-сырьевой базы российской металлургии и меры по ее укреплению // Горный журнал. № 3. 2004. - С. 4553.

60. Ранний докембрий Балтийского щита // В.А. Глебовицкий (отв. ред.). СПб.: Наука, 2005.-711 с.

61. Смолькин В.Ф, Федотов Ж.А., Нерадовский Ю.Н. и др. Глубинное строение, петрология и рудообразование Мончегорского рудного узла // Отчет. Апатиты, фонды ГИКНЦ РАН.-2001.

62. Смолькин В.Ф. Коматиитовый и пикритовый магматизм раннего докембрия Балтийского щита. -СПб.: Наука, 1992.-278 с.

63. Смолькин В.Ф. Магматизм раннепротерозойской (2.5-1.7 млрд. лет) палеорифтогенной системы. Северо-запад Балтийского щита // Петрология. Т.5, № 4. -1997.-С. 394-411.

64. Смолькин В.Ф. О формационной принадлежности интрузивов печенгского никеленосного комплекса // Изв. АН СССР. Серия геол. № 7. 1977. - С. 60-68.

65. Смолькин В.Ф. Об упорядочении номенклатуры шпинелидов на основе диаграммы состава // Новые данные о минералах Кольского полуострова. Апатиты: изд. Кольского филиала АН СССР, 1979. - С. 25-33.

66. Смолькин В.Ф., Нерадовский Ю.Н., Федотов Ж.А. и др., Расслоенные интрузии Мончегорского рудного района: петрология, оруденение, изотопия, глубинное строение. -Апатиты: Изд.-во Колького НЦ РАН. 2004. - 367 с.

67. Смолькин В.Ф. Расслоенные интрузии базит-ультрабазитов раннего протерозоя Балтийского щита: достижения и проблемы // Петрология и рудоносность регионов СНГ и147

68. Балтийского щита. Материалы Международного (X всероссийского) петрографического совещания (г. Апатиты, 20-22 июня 2005 г.). Т. 3. Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН. 2005. - 301 с.

69. Соколов Г. А. Хромиты Урала, их состав, условия кристаллизации и закономерности распространения // Тр. Ин-та геол. Наук АН СССР. Сер. рудн. месторожд. Вып. 97. № 12.- 1948.- 128 с.

70. Фрондел Д. Минералогия Луны. М., 1978. - 334 с.

71. Хром. Конъюнктура мирового рынка (обзор на начало 2001 г.) // МПР РФ. ГНПП "Аэрогеология". М., 2001 - 303 с.

72. Царицын Е.П. Состав акцессорных и рудных хромшпинелидов в гипербазитах // Генезис оруденения в базитах и гипербазитах. Тр-ды ИГИГ. вып. 151. Свердловск, 1979. -С. 83-95.

73. Чащин В.В., Галкин А.С., Озерянский В.В., Дедюхин А.Н. Сопчеозерское месторождение хромитов и его платиноносность. Мончегорский плутон (Кольский полуостров, Россия) // Геология рудных месторождений. Т. 41, № 6. 1999. - С. 507-515.

74. Чащухин И.С., Вотяков СЛ. и др., ЯГР-спектроскопия хромшпинелидов и проблемы окситермобарометрии хромитоносных ультрамафитов Урала. Екатеринбург, 1996.- 136 с.

75. Чернышов А.И. Ультрамафиты (пластическое течение, структурная и петроструктурная неоднородность). Томск: Чародей, 2001. - 214 с.

76. Шарков Е.В. Петрология расслоенных интрузий. Л.: Наука. 1980, 184 с.

77. Шарков Е.В., Богатиков О.А., Пчелинцева Н.Ф., Коптев-Дворников Е.В., Семенов

78. Шарков Е.В. Функционирование крупных диссипативных систем в природе (на примере расслоенных интрузивов) // Изв. ВУЗов. Геология и разведка, № 6. — 2000.1. C.35-50

79. Шолохнев В.В., Поляков И.В. и др. Отчет о результатах поисковых работ на сульфидные медно-никелевые руды и другие полезные ископаемые в зоне контакта148

80. Мончеплутона и Мончетундровского массива в 1994-1998 гг. (объект Лойпишнюн). -Фонды Мурмангеолкома, Апатиты. 1998.

81. Энциклопедия по безопасности и гигиене труда. Т.4 Кн.2. В 4 т. В 2 кн. М.: Мир,1988.

82. Эпштейн Е.М.,. Данильченко Н.А., Фейгин Я.М. О методе расчета содержания двух- и трехвалентного железа в шпинелидах (на примере магнетита).// ЗВМО, ч. СХ, вып. 4.-1981.-С.429-436.

83. Alapieti Т.Т. The Kemi and Penikat layered intrusions // Guide to the pre-symposium field trip in Finland. 1996. - P. 1-58.

84. Alapieti T.T. The Koillismaa layered igneous complex, Finland its structure, mineralogy and geochemistry, with emphase on the distribution of chromium // Geological Survey of Finland, Bull. 319. - 1982. - 116 p.

85. Alapieti T.T., Filen B.A., Lahtinen J.J., Lavrov M.M., Smolkin V.F., Voitsekhovsky S.N. Proterozoic layered intrusions in the Northeastern part of the Fennoscandian Shield // Miner. Petrol. 1990. -V.42.-P. 1-22.

86. Alapieti T.T., Kujanpaa J., Lahtinen J.J., Papunen H. The Kemi stratiform chromitite deposit, nothern Finland // Econ. Geol. 1989. - V.84. - P. 1057-1077.

87. Alapieti T.T., Lahtinen J.J. Stratigraphy, petrology, and platinum-group element mineralization of the early Proterozoic Penikat layered intrusion, northern Finland // Econ. Geol. 1986.-V. 81.-P. 1126-1136.

88. Alapieti T.T., Sivonen S.J. Use of the electron microprobe in the investigation of the Early Proterozoic Koillismaa layered igneous complex, NE Finland // Geological Survey of Finland, Report of investigation. 1983. - № 61 - P.

89. Amelin Yu.V., Heaman L.M., Semenov V.S. U-Pb geochronology of layered mafic intrusions in the eastern Baltic Shield: implications for the timing and duration of Paleoproterozoig continen-tal rifting // Precambrian Res. 1995. - V. 75. - P. 31-46.

90. Balashov Yu.A., Bayanova T.B., Mitrofanov F.P. Isotope data on the age and genesis of layered basic-ultrabasic intrusions in the Kola Peninsula and northern Karelia, northestern Baltic Shield // Precambrian Res. 1993. - V. 64. - № 1-4. - P. 197-205.

91. Ballhaus C., Berry R.F., and Green D.H. High pressure experimental calibration of the olivine-orthopyroxene-spinel oxygen geobarometer: implications for the oxidation state of the upper mantle // Contr. Mineral. Petrol. -1991. V. 107 - P. 27-40.

92. Dick H.J.B, Bullen T. Chromian spinel as a petrogenetic indicator in abyssal and Alpine-type peridotites and spatially associated lavas // Contrib. Mineral. Petrol. 1984. - V.86. - P. 5476.

93. Evans B.W., Wright T.L. Composition of liquidus chromite from the 1959 and 1965 eruptions of Kilauea Volcano Hawaii //Am. Mineral. 1972. - V. 57. - № 1/2. - P. 217-230.

94. Fabries J. Spinel-olivine geotermometry in peridotites from ultramafic complexes // Contrib. Mineral. Petrol. 1979. - V. 69. - № 4. - P. 329-336.

95. Geological Map of the Fennoscandian Shield. Scale 1:2 000 000. Koistinen Т., Stephens M.B., Bogatshev V. et al. Genimap Oy, Finland. 2001.

96. Groves D.J., Barrett F.M., Brotherton R.H. Exploration significance of chrome-spinels in mineralized ultramafic rocks and Ni-Cu ores // Spec. Publ. geol. Soc. S. Afr. 1983. - V. 7. - P. 21-30.

97. Halkaoha T.A.A., Alapieti T.T., Lahtinen J.J. The Sompujarvi PGE Reef in the Penikat Layered Intrusion, northern Finland // Mineral. Petrol. 1990. - V. 42 - P. 39-55.

98. Henry D., Medaris L. Application of pyroxene and olivine-spinel geothermometers to spinel peridotites in South-western Oregon // Amer. J. Sci. 1980. - V. 280A, part 1. - P. 211231.

99. McCallum I.S. The Stillwater Complex // R.G. Cawthorn (Ed.). Layered intrusions. Developments in petrology 15. 1996. - P. 441-485.

100. Mori Т., Green D.H. Laboratory duplication of phase equilibria observed in natural garnet lherzolites // J. Geol. 1978. -V. 86. - P. 83-97.

101. Mutanen T. Geology and ore petrology of the Akanvaara and Koitelainen mafic layered intrusions and the Keivitsa Satovaara layered complex, Northern Finland // Geological Survey of Finland, Bull. 395. - 1997. - 233 p.

102. Mutanen Т., Koitelainen intrusion and Keivitsa-Sotavaara complex. // T.T. Alapieti (Ed.). 5th International Platium Symposium: Guide to the post-symposium field trip, August 4-11. Geological Survey of Finland. 1989. - 49 p.

103. Mutanen Т., The Akanvaara and Koitelainen intrusions and the Keivitsa-Sotavaara complex. // Guide to the pre-symposium field trip in Finland. Geological Survey of Finland. -1996.-P. 59-113.

104. Ozawa K. Evaluation of olivine-spinel geothermometry as an indicator of thermal history for peridotites // Contrib. Mineral. Petrol. 1983. - V. 82., № 1. - P.52-65.

105. Poustovetov A.A., Roeder P.L. The distribution of Cr between basaltic melt and chromian spinel as an oxyden geobarometer // Can. Mineral. 2001. - V. 39. - № 2. - P. 309317.

106. Roeder P., Campbell J., Jamieson H. A Re-Evolution of the Olivine-Spinel Geothermometer// Contrib. Mineral. Petrol. 1979. - V. 68. - № 3. - P. 325-334.

107. Roeder P.L., Reynolds I. Crystallization of chromite and chromium solubility in basaltic melts//J. Petrol. 1991. - V. 31, part 5. - P. 909-934.

108. Sack R.O., Ghiorso M.S. Chromian spinel as petrogenetic indicators: Thermodynamics and petrological applications // Am. Mineral. 1991. - V. 76. - P. 827-847.

109. Vuollo J., Piirainen T. Mineralogical evidence for an ophiolite from Outokumpu serpentinites in North Karelia, Finland//Bull. Geol. Soc. Finland, Part 1. 1989.-P. 95-112.

110. Wood BJ., Virgo D. Upper mantle oxidation state: ferric iron contents of Iherzolite spinel by 57Fe Mossbauer Spectrascopy and resultant oxigen fugacities // Contrib. Mineral. Petrol. -1973.-V. 42.-№2,-P. 109-124.

Информация о работе

Мокрушин, Артем Васильевич
кандидата геолого-минералогических наук
Мурманск, 2005
ВАК 25.00.11

Диссертация

Типы, состав и условия образования хромитового оруденения расслоенных раннепротерозойских интрузий Балтийского щита - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы