Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Возрастные рубежи формирования платинометалльного оруденения Федорово-Панского расслоенного интрузива по Sm-Nd и Rb-Sr изотопным характеристикам

ВАК РФ 25.00.11, Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения

Автореферат диссертации по теме "Возрастные рубежи формирования платинометалльного оруденения Федорово-Панского расслоенного интрузива по Sm-Nd и Rb-Sr изотопным характеристикам"

003456394

На правах рукописи

СЕРОВ Павел Александрович

Возрастные рубежи формирования платинометалльного оруденения Федорово-Панского расслоенного интрузива по вт-М и ЫЬ-вг изотопным характеристикам

Специальность 25.00.11 - Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Воронеж 2008

5 &£\и®8

003456394

Работа выполнена в Геологическом Институте КНЦ РАН, г. Апатиты и в Мурманском Государственном Техническом Университете, г. Мурманск

Научный руководитель: советник РАН, доктор геолого-минералогических наук, академик РАН, профессор Ф.П. Митрофанов

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук,

профессор В.М. Ненахов (ВГУ, г. Воронеж)

доктор геолого-минералогических наук профессор Е.В. Шарков (ИГЕМ РАН, г. Москва)

Ведущая организация: Институт Геологии КарНЦ (г. Петрозаводск)

Защита состоится «5» декабря 2008 г. в 13— на заседании диссертационного совета Д 212.038.09 при геологическом факультете Воронежского государственного университета по адресу: 394006, Воронеж, Университетская пл., 1, ауд. 112-п.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Воронежского государственного университета

Автореферат разослан « Л » ноября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.038.09,

доктор геолого-минералогических наук, ---

профессор В.Ю. Ратников

Телефон для справок: 8(4732)-208-681; факс 8(4732)-208-681 e-mail: mozav@nm.ru

Актуальность исследований. Кольский полуостров является одной из немногочисленных геологических провинций в России и мире, где выявлены в последние годы крупные месторождения платины и палладия. Наиболее высокий уровень концентрации благородных металлов (БМ) - палладия, платины, родия и золота - установлен в рудах палеопротерозойского Федорово-Панского массива. В настоящее подсчитанные в его породах запасы платиновых металлов составляют сотни тонн, что ставит массив в разряд крупных месторождений (Митрофанов и др., 2004).

Изотопно-геохронологические и геохимические исследования пород и минералов расслоенных интрузивов палеопротерозоя, наряду с другими методами изучения, несут важную информацию для понимания процессов породо- и рудообразования и металлогении в пределах как отдельных геологических тел, так и целых областей их развития.

За последние годы получен большой фактический материал по геологии, 17-РЬ геохронологии, минералогии, геохимии и рудоносности Федорово-Панского массива. Изотопные 8т-Ш и ЯЬ-Бг исследования проведены диссертантом впервые и самостоятельно. Указанные методы позволяют определять возрастные характеристики рудообразующих, магматических и метаморфических процессов, а главное -решаются многие вопросы петрологии и рудообразования, включая состав и возраст источников магматических расплавов.

Объектом исследований являются разнообразные породы и выделенные из них породообразующие минералы, составляющие элементы разреза Федорово-Панского расслоенного массива, отобранными автором из естественных обнажений, а также из керновых проб разведочных скважин ОАО "Пана". Особое значение имеют изученные изотопными методами породы и минералы Федоровского блока массива, вмещающего главное платинометальное месторождение.

Работа базируется на личном геолого-геохронологическом изучении трех реперных проб рудовмещающих базитов (нориты месторождения Федоровой тундры, нориты краевой зоны и габбронориты Западно-Панского Р1-Рс1 месторождения малосульфидного типа) и двух проб из безрудных ортопироксенитов и габбро Федоровского блока. >

Предмет исследования представляют концентрации элементов 8ш, N(1, ЯЬ, Бг и изотопный состав Бг и N(1 в рудовмещающих и безрудных дифференциатах и в слагающих их минералах (орто- и клинопироксены, плагиоклазы) базит-гипербазитового расслоенного Федорово-Панского массива, масс-спектрометрические измерения, обработка результатов, определения на этой изотопной основе возрастов кристаллизации пород и протолитов исходных рудонесущих магм, их рудно-петрологических характеристик, сопоставление результатов по 8т-№ минеральным изохронам с данными и-РЬ изотопных исследований.

Цели и задачи работы. Целью работы являлось установление хронологической последовательности формирования рудоносных и безрудных пород интрузии, определение возможного состава и возраста магматических источников на основе новых и Шэ-Бг изотопно-геохимических характеристик пород и минералов,

слагающих расслоенный платиноносный Федорово-Панский интрузив.

Для достижения поставленных целей в ходе работ необходимо было решить следующие задачи: провести отбор представительных проб для проведения Бт-Ш и ЯЬ-Эг изотопных анализов; выделить из этих проб главные породообразующие минералы (плагиоклазы, орто- и клинопироксены); провести измерения концентраций

Бт, Ш, ЯЬ, Бг, а также изотопных составов N(1 и Бг с помощью твердофазных масс-спектрометров Ртгщап МАТ-262 (И-РСЗ) и МИ-1201Т; на основе полученных изотопных данных установить возрастные рубежи формирования платинометалльного оруденения интрузива, получить Эг-Ыс! геохимические характеристики рудоносных и безрудных пород, слагающих интрузив, и провести их геолого-петрологическую обработку.

Фактический материал и методы исследований. Основу диссертационной работы составили личные геологические материалы, собранные автором в ходе полевых работ 2002-2005 годов, а также керновые пробы из буровых скважин платинометального месторождения Федоровой тундры. Были также использованы данные, взятые из различных литературных источников по тематике расслоенных интрузий палеопротерозоя, известных для восточной части Балтийского (Фенноскандинавского) щита.

Аналитические работы по определению концентраций Бт, N(1, Шэ и Б г, а также изотопных составов N(1 и Бг были выполнены в лаборатории геохронологии и геохимии изотопов Геологического института КНЦ РАН. Всего было проведено более 300 измерений концентраций Бт, Ш, ЯЬ, Бг и изотопных составов N(1 и Бг. Это дало возможность построить 7 Бт-Ш минеральных изохронных зависимостей и получить данные об изотопном составе стронция в 7 пробах из разных по степени рудоносности пород расслоенной Федорово-Панской интрузии и вмещающих ее пород, а также для секущих даек пикритов. Одновременно с работой над диссертацией автором на различных объектах страны по проектам РФФИ, хоздоговорной и ОНЗ РАН тематикам было проведено около 2000 определений концентраций Шэ, Бг и изотопного состава Бг, изучено свыше 3500 проб пород для Бт-Ш и ЯЬ-Бг изотопных анализов. Тем самым проведена определенная заверка излагаемых ниже аналитических данных, построенных на высоком уровне точности и воспроизводимости всех изотопных данных.

Научная новизна и теоретическая значимость. Изотопные Бт-Ыс! исследования металлогенически важных палеопротерозойских расслоенных базит-гипербазитовых интрузий в нашей стране и во всем мире начались сравнительно недавно. Для Федорово-Панского массива они выполнены практически впервые. Особое значение имеет то, что изохронные Эт-Ис! и геолого-петрологические характеристики получены и по различным рудовмещающим породам и по слагающим их породообразующим минералам, что проводится в мировой практике очень редко.

Изотопный Бт-Ш метод определения возраста пород всегда имеет большие ошибки (1.5 - 2%), поэтому его значение в геохронологии, в основном, рекогносцировочное по сравнению с более точным и-РЬ методом. Особая ценность его в изохронном варианте заключается в том, что с его помощью производится измерение возраста кристаллизации породы и главных породообразующих минералов, а не акцессорного циркона, который, в принципе, может быть и более древним ксеногенным и более молодым, например метаморфогенным. Пород'ообразуЩие минералы также могут отбираться непосредственно из рудовмещающих пород, что позволяет датировать рубежи рудообразования в массивах. К тому же Бт-Ш методом определяется еще ряд очень важных петролого-геохимических характеристик (емй('Г) и Том), и этот метод экспрессный и относительно недорогой по сравнению с Ц-РЬ.

На основе данных диссертации были установлены основные рубежи формирования платинометального оруденения Федорово-Панского массива. В

совокупности с уже известными возрастными данными, было выявлено как минимум три этапа формирования рудоносных тел интрузива. Также было подтверждено, что формирование рудоносной пироксенит-габбронорит-анортозитовой формации восточной части Балтийского щита происходило в самом начале раннего протерозоя (раннего сумия по Региональной хроностратиграфической шкапе нижнего докембрия России, 2000г.) и определено, что источником вещества этих рудоносных пород была архейская мантия аномального состава (в рамках моделей eNd-ISr и eNd-eSr), что особенно важно для понимания плюм-рифтогенных процессов, столь характерных для начала раннего протерозоя Балтийского и Канадского щитов.

Практическая значимость исследований и предполагаемая форма внедрения. Определение возрастных интервалов формирования пород сложного Федорово-Панского массива, в том числе содержащих и не содержащих рудную Pt-Pd минерализацию, имеет важное практическое значение для геологоразведочных работ, широким фронтом проводимых в регионе ОАО "Пана" и его российскими и зарубежными партнерами. Результаты работы используются также специалистами разных ведомств при выполнении исследований федеральной программы "Платина России" и программы ОНЗ РАН "Крупные и суперкрупные месторождения стратегических видов минерального сырья". Оперативно используются результаты диссертации при проводимых в настоящее время в Кольском регионе поисковых и разведочных работах на минералы и элементы платиновой группы ОАО "Пана", ОАО "КГСЭ", ОАО "Норильскникель" и их канадскими партнерами из компаний "Баррик Голд Корпорейшн" и "Бема". Новые геохронологические определения необходимы также для создания на Кольском полуострове геологических и минерагенических карт нового поколения.

Апробация работы. Основные выводы диссертации докладывались на ежегодных конференциях молодых ученых, посвященных памяти члена-корреспондента АН СССР К.О. Кратца (Петрозаводск, 2003 и 2006 гг.; Санкт-Петербург, 2004 г.; Апатиты 2005 г.), на XVII симпозиуме по геохимии изотопов им. академика А.П. Виноградова (Москва, 2004 г.), на Всероссийском Петрографическом совещании (Апатиты, 2005 г.), на Всероссийской конференции по изотопам (Москва, 2006 г.), 'на Конгрессе Европейского геологического совета (Вена, 2006, 2007 г.г.), на конференции IAGOD (Москва, 2006 г.), на 33-м Международном Геологическом Конгрессе в Осло (Осло, 2008).

Публикации. Автором опубликовано 45 научных работ, из них 10 статей в центральных рецензируемых журналах. Основные выводы диссертации изложены в 11 публикациях, в том числе две из них опубликованы в Докладах АН. Материалы исследования приведены также в научно-исследовательских отчетах Геологического Института КНЦ РАН, в том числе по приоритетным программам ОНЗ РАН (№№ 2, 6, 8), грантам РФФИ № 04-05-64179, РФФИ № офи-05-05-08028, Н1Д-1413.2006.5 и Государственному контракту с Федеральным агентством по науке и инновациям № 02.445.11.7403.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Общий объем работы составляет 130 машинописных страниц, включая 18 рисунков и 4 таблицы. Список литературы состоит из 148 наименований. Первое защищаемое положение обосновывается материалом третьей главы, второе - главой 4; обоснование третьего положения раскрыто в главе 5.

Первая глава диссертации представляет собой очерк о геологическом строении

северо-восточной части Балтийского щита и положении в его пределах расслоенных рудоносных базитовых интрузий. Особое внимание уделено геологическому строению платиноносного Федорово-Панского интрузива, а также дан краткий исторический обзор его исследований.

Во второй главе описываются методы и методики исследований, которые применялись в ходе написания диссертационной работы.

Третья глава посвящена анализу и сравнению модельных Эт-Ш возрастов протолитов пород Западно-Панского и Федоровского блоков массива. Также здесь приводятся данные об изотопном составе стронция в изучаемых породах, и делается вывод об аномальном мантийном источнике рудонесущих магм интрузива

Четвертая глава посвящена результатам Бт-Ыс! изотопно-геохронологических исследований пород и минералов рудовмещающих и безрудных дифференциатов Западно-Панского и Федоровского блоков интрузива. В этой главе дается описание основных рудоносных зон массива в пределах этих двух блоков, а также приводятся полученные Бт-Ш возраста для рудных (нориты Западно-Панского и Федоровского блоков, габбронориты оливинового подгоризонта Западно-панского блока) и безрудных ортопироксенитов и габбро Федоровского блока интрузива.

В пятой главе, на основе новых и ранее полученных возрастных данных устанавливается последовательность образования рудных и безрудных дифференциатов Федорово-Панского интрузива и указывается положение платинометального оруденения в общей модели развития расслоенных комплексов северо-восточной части Балтийского щита.

Основные защищаемые положения.

1. Модельные возраста мантийных протолитов рудоносных пород Федорово-Панской интрузии находятся в интервале 3.18 - 2.91 млрд. лет. При этом ряд пород Федоровского блока имеют более древние модельные возраста (до 3.18 млрд. лет), чем породы Западно-Панского блока (2.97-2.91 млрд. лет), что подтверждает геологические данные о самостоятельности рудно-магматических камер этих двух блоков;

2. Наиболее древними породами Федорово-Панского массива являются безрудные ортопироксениты (2521±42 млн. лет) и габбро (2516±35 млн. лет) Федоровского блока интрузии. Рудосодержащие нориты Федоровского и нориты и габбронориты Западно-Панского блоков интрузива имеют возраста 2482±36, 2485±54 и 2494±36 млн. лет соответственно;

3. Установлены основные рудоносные (2501-2482 млн. лет; 2470 млн. лет и 2450 млн. лет) и безрудные (2526 - 2516 млн. лет) этапы формирования длительно развивающегося Федорово-Панского интрузива в общей модели развития расслоенных комплексов северо-восточной части Балтийского щита.

Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность академику РАН Ф.П. Митрофанову и д.г-м.н. Т.Б. Баяновой за руководство работой. Отдельную благодарность автор выражает члену-корреспонденту РАН профессору Н.М. Чернышеву за ценные рукомендации и советы при подготовке рукописи диссертации. Огромная признательность коллегам лаборатории'геохронологии и геохимии изотопов ГИ КНЦ РАН, химикам-аналитикам и масс-спектрометристам Шерстениковой О.Г.,

Шерстобитовой Г.М., Дьякову С.Н., Журавлеву Д.З., а также сотрудникам других подразделений Института, помощь, поддержка и консультации которых существенно помогли в камеральной и экспедиционной работе: А.У. Корчагину, С.М. Карпову, Г.Л. Вурсию, Т.В. Рундквист, Л.Д. Чистяковой, Л.И. Коваль и многим другим.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ (по защищаемым положениям)

( Расслоенные пироксенит - габброиорит - анортозитовые рудоносные интрузивы

палеопротерозоя образуют два пояса в восточной части Балтийского щита с протяженностью каждого более 300 км (МИгоГапоу е1 а1., 1997). К Северному поясу интрузий относятся Федорово-Панский массив, интрузив г. Генеральской, Мончетундровсий массив, Мончегорский Плутон, Имандровский лополит и ряд более мелких интрузий. К Южному поясу относятся интрузивы Олангской группы (в Карелии), а также пояс интрузий финской группы - Койлисмаа, Нярянкаваара, Койтилайнен, Пеникат, Аканваара, Кеми и др. (рис.1).

Рис. 1. Схема расположения расслоенных интрузий северо-восточной части Балтийского щита (Смолькин, 1990)

Методики исследований условий формирования рудоносных интрузивов.

Выделение породообразующих минералов проводилось в сепарационной лаборатории ГИ КНЦ РАН по методике, разработанной Л.И. Коваль и В.П. Марчаком. Химическая подготовка проб для изотопных Бт-Ыс! и ЯЬ-Бг анализов проводилась по методикам, детально описанным в работе (Баянова, 2004).

Получение изотопных данных и их математическая обработка проводилась по следующим методикам.

$т-Ы(1 метод. Измерения изотопного состава N<1 и концентраций 8ш и N(1 проводились на семиканальном твердофазном масс-спектрометре Finnígan - МАТ 262 (ЯРС>) в статическом двухленточном режиме на коллекторах с использованием рениевых и танталовых лент. Погрешность изотопного состава N(1 стандарта Ьа 1о11а

= 0.511833±6 не превышает 0.0024 % (2а). Такая же погрешность была получена при измерении 100 параллельных анализов японского стандарта JNdi=0.512068±10. Ошибка в 147Sm/l44Nd отношениях составляет 0.2 % (2ст) - среднее значение из семи измерений в стандарте BCR. Холостое внутрилабораторное загрязнение по Nd равно 0.3 нг и по Sm равно 0.06 нг. Все измеренные изотопные отношения Nd были нормализованы по отношению 148Nd/l44Nd=0.241570, а за"гем пересчитаны на отношение l43Nd/144Nd в стандарте JNdi=0.512068. В расчете возрастов использовались принятые величины констант распада по (Steiger and Jäger,1977). Расчеты параметров изохрон проводились с использованием программ КЛюдвига (Ludwig, 1991; 1999).

Rb-Sr метод. Изотопный состав Sr и определение содержаний Rb и Sr проводили на масс-спектрометре МИ-1201-Т в двухленточном режиме на рениевых и танталовых лентах. На ленты подготовленные пробы наносились в нитратной форме. Изотопный состав Sr во всех измеренных образцах был нормализован к величине, рекомендованной NBS в международном стандарте SRM-987 = 0.710235. Погрешности измерения изотопного состава Sr не превышают 0.04% (95%-ный доверительный интервал), погрешности определения Rb-Sr отношений - 1.5%. Холостое внутрилабораторное загрязнение по Rb равно 2.5 нг и по Sr- 1.2 нг. В расчете использовались принятые величины констант распада по (Steiger and Jäger, 1977).

Объектом авторских исследований является раннепротерозойский расслоенный платиноносный Федорово-Панский интрузив, который расположен в пределах северовосточной части Балтийского щита.

Массив располагается в центральной части Кольского полуострова и является одним из 15 главных рудоносных раннепротерозойских интрузий, залегающих на границе между раннепротерозойскими вулканогенно-осадочными рифтовыми сериями и архейскими гнейсами фундамента.

Федорово-Панская интрузия занимает межформационное положение, на границе осадочно-вулканогенных пород Печенгско-Имандра-Варзугской палеорифтогенной структуры с древнейшими породами основания, слагающими Центрально-Кольский геоблок. В районе Федорово-Панского расслоенного интрузива кроме продольного Панско-Бабьеозерского глубинного разлома выделяется поперечный Цагинский разлом, фиксируемый широкой (до 5 км) заболоченной депрессией. В его пределах интрузия разобщена на два различно построенных массива (Федоровотундровский и Панский), а один из блоков Панского массива (Ластьяврский) интенсивно деформирован.

Массив Панских тундр имеет пласто-лополитообразную форму, и на современном уровне эрозионного среза представлен фрагментами северной части лополита (рис. 2). Он вытянут в юго-восточном направлении почти на 80 км при ширине выходов на поверхность от 600 м

Рис. 2. Схема геологического строения платиноносного Федорово-Панского интрузива (Митрофанов, 2005)

до 5-6 км. Наибольшую видимую мощность интрузив имеет в Западно-Панском блоке. Падение его юго-западное под углом 35-50°, а на восточном фланге до 80°. И северный и южный контакты - тектонические, более крутой - северный контакт, который с глубиной выполаживаегся.

В его строении снизу вверх выделяются несколько основных зон (Докучаева, 1994; Чернышев, 1996; Додин и др., 2000; БсЫхве), 2002). К нижней норитовой зоне, зоне такситовых габброноритов Федоровского блока интрузива, Нижнему и Верхнему расслоенным горизонтам Западно-Панского блока приурочены наиболее важные рудоносные горизонты, содержащие промышленные концентрации ЭПГ и золота.

Первое защищаемое положение. Модельные возраста мантийных

протолитов рудоносных пород Федорово-Панской интрузии находятся в интервале 3.18 - 2.91 млрд. лет. При этом ряд пород Федоровского блока имеют более древние модельные возраста (до 3.18 млрд. лет), чем породы Западно-Панского блока (2.97-2.91 млрд. лет), что подтверждает геологические данные о самостоятельности рудно-магматических камер этих двух блоков.

Изотопный Бт-Ыс! метод наряду с возрастными данными позволяет получать также важные петрологические и изотопно-геохимические характеристики (параметр Еш(Т) и модельные возраста протолитов пород). Такие исследования позволяют установить возрастные характеристики источников магм, а также оценить возраст начала отделения исходного протолита от мантийного резервуара (СН1Л1 или БМ). Хондритовый резервуар (СН1Л1) может быть использован для оценки момента времени, когда неодим в породе мог быть отделен от этого резервуара. Такие модельные возраста (Тснш) соответствуют времени в прошлом, когда отношение 14^с1/|44Ы(1 в породе было равно этому отношению в СНиИ. (Фор, 1989).

Значение Твм вычисляется также относительно обедненного резервуара (ОМ), в котором отношение Бт/Ш возросло за счет частичного плавления его материала во время предыдущего эпизода. Для этой цели принято предположение, что обедненный резервуар имеет современные отношения |43Ыс1/'44Ш и 147Зт/'44Ыс1, равные соответственно 0.713114 и 0.222 (МкЬагс! е1 а!., 1985).

Одной из задач диссертационных исследований было установление и сравнение Зт-Ис! модельных возрастов протолитов рудоносных магм для Федорово-Панского интрузива.

При анализе полученных 8т-Ш модельных возрастов выяснилось, что дифференциаты Федоровского блока интрузива имеют более древние модельные возраста, чем дифференциаты Западно-Панского блока. Было установлено, что протолиты рудоносных пород Федоровского блока интрузива имеют модельные возраста от 2.97 до 3.18 млрд. лет, в то время как возраста протолитов пород Западно-панского блока находятся в интервале 2.91-2.97 млрд. лет. Вместе с возрастными вт-N<1 (см. ниже) и и-РЬ данными, а также геологическими данными (наличие в разрезе Федоровского блока зоны такситовых габброноритов, которая отсутствует в других блоках интрузива) это подтверждает мнение о самостоятельности руцно-магматических камер обоих блоков.

Помимо 8т-Ш датирования для всех отобранных проб Федорово-Панской интрузии был проведен анализ изотопных составов стронция для построения диаграммы в координатах ем(Т) - 18г.(рис. 3).

Полученные данные приведены в таблице 1. Эти изотопные ЯЬ-Эг данные согласуются с ранее полученными результатами для пород Западно-Панского блока интрузива (Латыпов, Чистякова, 2000). Первичные отношения 87 8г/868г для проанализированных пород находятся в интервале 0.7026-0.7036, что, совместно с Бт-Ш изотопно-геохимическими Рис. 3. Вариации еШ и Ьг в Данными (еш(Т) для пород массива варьирует от породах расслоенных "0'2 до "2'4)' Убывает на аномальный

протерозойских интрузий мантийный источник типа ЕМ-1. • Балтийского щита

5" •>м

р 0

0.703 0 70*

г. Ш -2- 1 "" ,?

1Бг

■ Федоропо-Панскнй массив * ин Грузия 1. Генеральский • Имаплропскип логкмпп

Табл. I. Результаты ЯЬ-Бг изотопного анализа для пород Федорово-Панского

Порода Содер п жание, рт Изотопные отношения ЫТ)

11Ь вг "ЯЬЛвг "вгЛвг

рудный норит краевой зоны ЗПБ (814-6) 0.55 17.97 0.00753 0.70315±20 0.70288

рудный габбронорит ЗПБ (БЫ-1) 1.02 19.33 0.01527 0.70311±21 0.70256

рудный норит Федоровой тундры (Е-2) 0.95 19.27 0.01033 0.70394±17 0.70357

габбро Федоровой тундры (Р-4) 1.53 33.24 0.00534 0.70303±15 0.70284

ортопироксенит Федоровой тундры (И-З) 1.47 45.17 0.00354 0.70291±13 0.70278

ю

Второе защищаемое положение. Наиболее древними породами Федорово-Панского массива являются безрудные ортопироксениты (2521±42 млн. лет) и габбро (2516±35 млн. лет) Федоровского блока интрузии. Рудосодержащие нориты Федоровского и нориты и габбронориты Западно-Панского блоков интрузива имеют Ли-М/ возраста 2482±36, 2485±54 и 2494±36 млн. лет соответственно.

Повемы Иыл-щрз-Ввму!

Федоровский блок выходит на поверхность в виде редких обнажений на территории около 45 км2, выделяющихся как небольшие холмы, разделенные болотистыми низинами. Он протягивается с северо-запада на юго-восток на 15 км по простиранию. Его ширина увеличивается с запада на восток от нескольких сотен метров до 6 км, а расслоенность падает, как правило, под углами 40°-60° на юго-запад. Особенностью его строения является наличие рудоносной зоны такситовых габброноритов (рис. 4), которая залегает выше краевой зоны измененных основных пород.

Зона сульфидной минерализации распространена в нижней части разреза массива в зоне такситовых габброноритов, норитов и в эндоконтактовых плагиоамфиболовых

породах (рис. 5). Общая мощность зоны сульфидной минерализации изменяется от 80 до 200 м. . Сульфидная вкрапленность образует

скопления мощностью до 50 м в виде пласто- и линзообразных залежей или слоев, залегающих согласно с общей магматической стратификацией пород.

Залежи разделены между собой прослоями пород, не содержащих сульфиды.

Количество сульфидов в пределах отдельных залежей колеблется от 0.5 до 10 %, реже отмечаются маломощные жилы и прожилки сплошных и густовкрапленных сульфидных руд (Веселовский, 1992; Митрофанов, Яковлев и др., 1989).

2516135 (F-.ll

Габбро

Габбро-нориты

Нориты. плато> пироксениты

Габбро-нориты такситовые

Габбровая

Габбро-норитовая

Норитовзя

Такситовых габброноритов

Краевая

Гранит о-гнейсы фундамента и рассг нцснынные ,*ипы квзрцевы» диорш:

2482136 ?

Зона рудоносных такситовых габброноритов, содержащих ксенолиты ортопироксенитоб и норитов, в тон чиспе олиеинсодержащих

Места отбора проб

Рис. 4. Схематическая геологическая колонка Федоровотундровского блока (ЗЫэзе! е1 а!., 2002)

Минералы платиновой группы и золота представлены несколькими минеральными фазами. Это висмуто-теллуриды: мончеит, котульскит; сульфиды: брэггит, высоцкит, куперит; арсениды: сперрилит, холлингуортит; самородное золото, сплав Аи60А§4о и др.

Из них наиболее распространенными являются котульскит, мончеит, высоцкит и брэггит. Остальные имеют подчиненное значение. Средние содержания по зоне составляют: сумма ЭПГ+Аи = 1.84 г/т (Р<Ш = 4.3), Си = 0.15 %, № = 0.08%.

за»

ж

IW

I ; гнейсы, гранито-гнейсы

i породы нижней краевой зоны ЦЩ пироксениты

нориты QPF> габбронориты габбро

----- уровни рудной минерализации

Рис. 5. Схема расположения уровней минерализации в пределах Федоровского блока интрузива (по материалам Карпова С.М., 2004).

2521±42 млн. лет

£„(T)=-I7±0.2 / орк

СКВ0=1.9

"О

г

j у/ Срх

í г у / WR

3 у

Оргопироксенит

Федоровой Тундры

/ Р'

,4,Sm/wNd

0.06 0.10 ОМ 0 18 0.22

Рис. б. Минеральная Sm-Nd изохрона для ортопироксенитов Федоровой Тундры (F-3)

Из этой рудной зоны на Sm-Nd и Rb-Sr изучение были отобраны не содержащие руду ортопироксениты из ксенолитов (F-3), а также рудоносные нориты (F-2). Из габброноритовой зоны блока отобрана для изотопных исследований проба безрудных габбро (F-4).

Из ортопироксенитов (F-3) были проанализированы Sm-Nd методом клино- и ортопироксен. плагиоклаз и порода в целом. Минералы отбирались без включений, наиболее чистые и прозрачные. Навески минералов составляли 50-70 мг. Все четыре точки образуют изохронную зависимость в координатах 147Sm/143Nd - l44Nd/143Nd.

Полученный возраст 2521±42 млн. лет (рис. 6, табл. 2) отражает время образования пород наиболее раннего, безрудного, рубежа становления интрузива. Полученный

возраст является сейчас наиболее древним.

Таким образом, принимая во внимание уже известные возрастные данные (Баянова, 2004) длительность становления Федорово-Панского интрузива может быть увеличена до 80±15 млн. лет. Значение £м(Т) для породы, равное -1.7, характерно для аномального верхнемантийного источника.

Проба габбро №4) взята из керна габброноритовой зоны Федоровского тела базитов. Для изотопных исследований были отобраны главные породообразующие кумулусные минералы. Для анализа использовались навески массой около 50 мг. Кумулусные плагиоклаз и ортопироксен и интеркумулусный клинопироксен на Бт-Ш диаграмме вместе с породой в целом дают изохронную зависимость с возрастом, равным 024 2516±35 млн. лет (рис. 7, табл. 2). Отношения 1475т/143Ш для исследованной породы Рис. 7. Минеральная Бт-Ш варьируют от 0.08 до 0.22, что позволило изохронадля габбро Федоровой добиться ДОСТаточно малой для Бт-Ш метода Тундры (Р-4)

2516+ 35 млн. лет СКВО=1.4

£UT)=-1.4±0.3

MTSmiwNii

величины ошибки определения возраста. Изотопный состав неодима (eNd = -1.4) также соответствует мантийному источнику с аномальными характеристиками, соответствующими резервуару типа EMI.

Из пробы рудного норита (F-2). содержащего основную промышленную сульфидную (Си, Ni) и платинометальную ' (Pt, Pd, Rh) минерализацию, на Sm-Nd датирование были отобраны плагиоклаз, ортопироксен и клинопироксены. Массы навесок минералов и породы для изотопного анализа составляли 50-80 мг.

Изотопный Sm-Nd возраст для этого рудного норита равен 2482±36 млн. лет (рис. 8, табл.2) и отражает время образования рудных

дифференциатов Федоровского блока. Порода имеет изотопные характеристики аномальной обогащенной мантии (£NdCD= -2.4). Полученный возраст интерпретируется как возраст образования рудной минерализации в Федоровотундровского блока интрузии.

0.5100 0.04

Норит,

Федорова Тундра /

/Ofn

Z 3 Усрх

= /т

2482 ± 36 млн. лет

СКВОО.99

/Р1 UT)=-2.4±0.4

0.28

Рис 8. Минеральная Sm-Nd изохрона для рудных норитов Федоровой Тундры (F-2)

пределах

Табл. 2. Изотопно-геохимические Эт-Ш данные для пород и минералов Федоровского блока массива.

Содержание ррт Изотопные отношения Том млн. лет вт-М возраст, млн. лет и-РЬ возраст

Эт N(1 ш8т/"4Ш

норит Федоровой тундры (К-2)

\УЯ 0.423 1.662 0.153714 0.511807±20 3184 2482+36 -2.40 248 5±9

Р1 0.413 2.884 0.086541 0.510709+14

Срх 1.777 5.726 0.187623 0.512387+8

Орх 0.125 0.325 0.232278 0.513088±40

габбро Федоровой тундры (1'-4)

0.629 2.801 0.135695 0.511548±8 2965 2516+35 -1.43 2516+7

Орх 0.233 0.721 0.195118 0.512555+15

Срх 0.826 2.283 0.218672 0.512947+16

Р1 0.239 1.772 0.081486 0.510677±14

ортопироксенит Федоровой тундры (Г-З)

0.318 1.166 0.164803 0.512196±12 3045 2521+42 -1.73 2526+6

Орх 0.139 0.376 0.222766 0.513182+16

Срх 2.213 7.666 0.174473 0.512349+17

Р1 0.257 1.615 0.096049 0.511071+29

»р» I 35 I Расслоенные Породы | горизошы

*• Габбро-нориты ланидиоморфные и гюйккпитовые

2494±36 » (БМ-Ч) Троктолиты.габбро-нориIы оливкнсоявр

2447x12 о Габбро-нориты панидиоморфныв с линзами анортозитов. анортозиты габбро-нориты панидиоморфные (ВРГ)

яшм» 1 2491- 1.5 2496.7 Пойкипитовые габбро-нориты Гпббро-иориты Пойкилигсвые габбро-норить!

р- 2485±54 Габбро-нориты лойкилитооые Габбро-нориты панидиоморфные Аркейамч мепочные грае«'ь<

Рис 9. Схематическая геологическая колонка Западно-Панского блока

Геологический разрез массива наиболее полно представлен в его 'Западно-Панском блоке (рис. 9), где выявлено около 10 уровней сульфидной и платинометальной минерализации (рис. 10), среди которых лишь некоторые содержат промышленные концентрации благородных металлов (Веселовский. 1992; Митрофанов и др., 1994; Докучаева, 1994; Корчагин и др., 1994;Карпов, Корчагин, 1998; Латыпов, Чистякова, 2000; и др.).

На Эт-Ш и ЯЬ-Эг исследования были отобраны две

геохронологические пробы

рудовмещающих пород: норитов краевой зоны (8К-6) и габброноритов оливинового подгоризонта (5Ы-1).

Оруденение краевой зоны и придонных норитов представляет собой самый нижний уровень сульфидной минерализации. Сульфиды образуют скопления в виде пласто - и линзообразных залежей или слоев.

залегающих согласно с общим простиранием пород и имеющих мощность в первые метры. Количество сульфидов по мере приближения к подошве массива возрастает.

Сульфидное оруденение краевой зоны представлено несколькими минералогическими типами: пирротиновым, пирротин-халькопиритовым и реже пентландит-халькопирит-пирротиновым. Наиболее распространен пирротиновый тип минерализации.

Из минералов металлов платиновой группы в оруденении краевой зоны распространенными являются - майченерит, соболевскит-котульскит, куперит, брэггит, сперрилит.

Количество сульфидов колеблется от долей процента до 2 %, в среднем 0.5 %. Содержание ЭПГ колеблется от 0.5 до 1.5 г/т.

25«!

:м

; гненсы, гралито-г пенсы {..... ) щелочные граниты

породы нижней краевой зоны IV ] нироксениты

"1.-1] нориты

) габбронорнты Г__] габбро

тела шгнетшовых габбро г расслоенные горизонты ^^^ олнвшювый полгоргоопт ---- уровни рулной минерализации

Рис. 10. Схема расположения уровней минерализации в пределах Западно-Панского блока.

0.5120

Норит, Западно-Панский блок /

Лрх / Орх

-о f

тз i

"vvR 2485 ± 54 млн. лет СКВО=1.5

/ 1 £JT)= -0.2+0.2 "7Sm/'"Nd

0.06 0.10 0.14 0.18

Рис. 11. Минеральная Sm-Nd изохрона для рудоносных норитов Западно-Панского блока (SN-6)

На изотопные исследования из этой рудной зоны была отобрана проба рудовмещающего норита БИ-б из нижнего эндоконтакта Западно-Панского блока, содержащего Си-№ и минерализацию. При сепарации были выделены орто- и клинопироксен, плагиоклаз и порода в целом в количестве 30-70 мг. Минеральная Бт-Ш изохрона показала возраст 2485±54 млн. лет (рис. 11, табл. 3) с изотопными характеристиками мантийного обогащенного резервуара (ем(Т) = - 0.20).

Табл. 3. Изотопно-геохимические Бт-Ш данные для пород и минералов Западно-Панского блока массива.

Содержание Изотопные отношения Том млн. лет Эт-М возраст, млн. лет и-РЬ возраст (Ниткмна, 2006)

вт N(1 '"Бш/1" N(1

рудоносный норит краевой зоны ЗПБ (ЭРМ)

\УЯ 0.311 1.575 0.100253 0.511039±10 2914 2485±54 -0.20 2497±3

Срх 2.423 8.842 0.165679 0.511967+20

Р1 0.252 1.829 0.083338 0.510790+29

Орх 0.182 0.672 0.164086 0.512192+20

габбронорнт ЗПБ ($N-1)

0.303 1.429 0.128108 0.511377±19 2976 2494±36 -2.41 —

Р1 0.144 0.984 0.088506 0.511739±11

Срх 1.478 4.435 0.201452 0.512598±9

Орх 0.200 0.553 0.218263 0.512870+11

05100

0.5120

Оливгмовый подгоризонт расположен в висячем и лежачем боку оливинового горизонта, который располагается выше ВРГ, непосредственно вблизи контактов, где обнаружена сульфидная минерализация с повышенным содержанием ЭПГ. Мощность

рудоносной зоны составляет 3-5. Сульфидная вкрапленность локализуется преимущественно вблизи контактовых зон различных пород, главным образом трахитоидных троктолитов и пойкилитовых оливиновых габброноритов. Содержание ЭПГ - 5-15 г/т (РаЯЧ = 5-8), № и Си -соответственно 0.06-0.40 % и 0.03-0.18 % (Карпов, 2004).

Проба габбронорита (УА'-!). отобранная из этого оливинового горизонта Западно-Панского блока, была проанализирована Бт-N(1 методом по породообразующим минералам (клино- и ортопироксены,

0.5100

Габбронорит, / Западно-Панский блок У / Ср*

тэ г з

г /т

Л\ 2494 + 36 млн. лет СКВО=0.75 ЕИ((Т)=-2.4±0.3 "'ЭтТм

0.06

0.18

0,22

0,26

Рис. 12. Минеральная Бт-Ш изохрона для габброноритов Западно-Панского блока (БЫ-!)

плагиоклаз) и по породе в целом. Для этих габброноритов был получен Бт-Ш возраст, равный 2494±36 млн. лет (рис. 12, табл.3). Изотопный состав неодима в породе (ё]чс|(Т) =

-2.41)

Таким образом, впервые были получены возрастные и изотопно-геохимические Бт-Ш данные о наиболее ранней стадии формирования безрудных пород Федоровского блока массива и впервые определен Бт-Ш возраст рудных норитов краевой зоны Западно-Панского блока и рудоносных норитов основной зоны сульфидной минерализации Федоровского блока интрузива.

Третье защищаемое положение. Установлены основные рудоносные (25012482 млн. лет; 2470 млн. лет и 2450 млн. лет) и безрудные (2526 - 2516 млн. лет) этапы формирования длительно развивающегося Федорово-Панского интрузива в общей модели развития расслоенных комплексов северо-восточной части Балтийского щита.

Определение длительности и последовательности геологических процессов при формировании рудоносных интрузивных массивов и комплексов имеет важное значение для моделирования истории развития крупных структур земной коры и для понимания рудообразующих процессов.

Кольский комплекс расслоенных базит-ультрабазитовых пород является хорошим объектом для определения длительности процессов формирования магматического комплекса и связанной с ним единой рудно-магматической системы, содержащей месторождения хромитовых, кобальт-медно-никелевых, платиноидных и ванадий-титан-магнетитовых руд. Новые возрастные данные диссертации и ранее известные литературные данные позволили определить возрастной интервал формирования главных рудоносных уровней (норитов, габброноритов и анортозитов) от 2526 млн. лет до 2445 млн. лет, т.е. в 80±15 млн.лет. Последующие магматические процессы в громадном ареале распространения пород этого комплекса связаны со становлением Имандровского лополитообразного интрузива и его дайковых образований во временном интервале 2445-2395 млн. лет. В целом, весь возрастной интервал магматического формирования рудоносного комплекса (формации) оценивается в более чем 125-130 млн. лет.

Новые изотопные данные позволили уточнить возрастные этапы формирования сложного, длительно развивающегося платиноносного Федорово-Панского массива:

- 2526 - 2516 млн. лет назад - безрудные пироксениты и габбро Фёдоровской магматической камеры;

- 2501 - 2497 - 2485 млн. лет - габбронориты и габбро рудно-магматической камеры Западно-Панского блока, раннее рассеянное, относительно бедное Рс-метальное оруденение и относительно богатое Си-№ сульфидное оруденение в базальных частях массива (особенно Федоровское месторождение);

- около 2470 млн. лет - пегматоидные габбро-анортозиты и, вероятно, связанные с их флюидами богатые РЬметальпые руды НРГ;

- около 2450 млн. лет - поздние анортозитовые инъекции и, возможно, локальные линзовидные скопления богатых РЯМ рудопроявлений ВРГ.

Таким образом, после архейского этапа в Кольской провинции на плечах крупной рифтовой структуры (Печенга-Имандра-Варзугский пояс) регионально проявляется ранний протерозойский мантийный магматизм. Он представлен расслоенными гипербазит-габбронорит-анортозитовыми интрузивами, имеющими разные типы и спецификацию рудопроявлений и месторождений (Си-М и Р1-метальное г. Генеральской, Р1-Рс1-Аи Федорово-Панского интрузива, Сг-Си-№ Мончегорского, хромитовое Имандровского лополита и др.). Эти и другие, сходные с ними массивы в Карелии и в Финляндии распространены на огромной площади. Время многоимпульсного формирования комплекса пород этих массивов очень длительное -от 2530 до 2400 млн. лет, а длительность становления отдельных интрузивов (Федорово-Панский, г. Генеральской) составляла до 80 млн. лет.

Процесс формирования этих интрузий связан с развитием мантийного резервуара, характеризующегося отрицательными значениями £ад(Т) и обогащенным спектром

легких РЗЭ. Этот резервуар был образован веществом, имеющим интервал модельных Sm-Nd возрастов от 3.2-2.8 млрд.лет. В эпоху 2.53-2.40 млрд. лет назад резервуар был активизирован и образовал систему мантийных диапиров в глубинных частях рифтовых систем. Эти диапиры продуцировали рудонесущую магму расслоенных интрузий, замечательных тем, что наиболее ранние из них (2500-2480 млн. лет) несли промышленное хромитовое и сульфидное кобальт-медно-никелевое, а более поздние (2470-2395 млн. лет) - хромитовое, родий-платина-палладиевое и ванадий-титановое оруденение. Все характеристики данных интрузий, в том числе возрастные, указывают на их принадлежность к крупной глобальной эпохе мантийного (плюмового) рудоносного магматизма (Krogh, 1984; Halls, 1988; Heaman, 1988, 1997; Gooyde et Fanning, 1999), являющегося также реперным для определения границы архея и протерозоя.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Серов П.А. Новые Sm-Nd изотопно-геохронологические данные для пород расслоенной платиноносной Федорово-Панской интрузии (Кольский полуостров). / П.А. Серов, Г.Л. Вурсий, Т.Б. Баянова // Материалы Международного (X всероссийского) петрографического совещания (г. Апатиты, 20-22 июня 2005 г.). Том 3. Петрология и руцоносность регионов СНГ и Балтийского щита. - Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН. 2005. С. 245-248.

2. Серов П.А. Платиноносный расслоенный Федорово-Панский интрузив (Кольский полуостров): новые Sm-Nd изохроны и изотопно-геохимические данные / П.А. Серов, Ф.П. Митрофанов // Доклады АН, 2005, 403, №5, С. 1-4.

3. Серов П.А. Новые Sm-Nd изохроны и изотопно-геохимические данные для пород и минералов расслоенного Федорово-Панского интрузива (Кольский полуостров) // Геология и геоэкология: исследования молодых; мат. XVI молодежной конф. поев, памяти К.О. Кратца, Апатиты, 2005, С. 149-152.

4. Серов П.А. Геохимические особенности щелочных массивов и расслоенных гипербазит-базитовых интрузий северо-восточной части Балтийского щита / П.А. Серов, С.М. Карпов, О.Г. Шерстеникова // тез. докл. XVII симпозиума по геохимии изотопов им. акад. А.П. Виноградова, 6-9 дек. 2004, Москва, ГЕОХИ, С.236-237.'

5. Серов П.А. Фазы внедрения и длительность формирования расслоенного платиноносного Федорово-Панского интрузива: изотопные Sm-Nd данные / П.А.

• Серов, С.Н. Дьяков, О.Г. Шерстеникова // Мат. III Российской конференции по изотопной геохронологии. 6-8 июня 2006 г., Москва, ИГЕМ РАН. Том 2. - М.: ГЕОС, 2006. С. 260-265

6. Серов П.А. Фазы внедрения и длительность формирования расслоенного платиноносного Федорово-Панского интрузива: возрастные и изотопно-геохимические Sm-Nd данные // Геология и геоэкология: исследования молодых; мат. XVII молодежной конф. поев, памяти К.О. Кратца, Петрозаводск, 2006. С. 178-181.

7. Серов П.А. Сопоставление данных по датированию изотопными U-Pb и Sm-Nd методами пород ранней безрудной фазы и рудовмещающих пород платинометального Федорово-Панского расслоенного массива / П.А. Серов, Е.А.

Ниткина, Т.Е. Баянова, Ф.П. Митрофанов // Доклады АН, 2007, т. 415, № 3, С. 13.

8. Serov P. Polychronic and long-time forming interval of the Proterozoic ЭПГ-bearing Fedorovo-Pansky intrusion / T. Bayanova, D. Novikov, E. Nitkina, P. Serov, F. Mitrofanov // Moscow, August, 2006. 12th quadrennial IAGOD symposium 2006. CD, file №106.

9. Serov P. New Sm-Nd isotopic data for rocks and minerals of the Fedorovo-Pansky layered intrusion, N-E Baltic Shield // EGU, Vienne, 2-7 April, 2006.

10. Serov P. Polychronic and long-time interval of the formation Proterozoic ЭПГ-bearing Fedorovo-Pansky intrusion / P. Serov, T. Bayanova // EGU - 2007, Vienna, Austria, EGU2007-A-011'53.

11. Serov P. Comparison between Sm-Nd rock-forming mineral and U-Pb zircon and baddeleyite data of the Fedorovo-Pansky Pt-bearing layered intrusion // EGU - 2007, Vienna, Austria, EGU2007-A-01156.

Работы (2, 7) опубликованы в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК РФ.

Подписано в печать 31.10.2008. Формат 60x84/16. Усл.п.л. 1,2.. Тираж 100. Заказ 263. Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета 394000, г. Воронеж, Университетская площадь, 1, ком. 43, тел. 208 - 853. Отпечатано в лаборатории оперативной печати ИПЦ ВГУ.