ГЕОЛОГИЯ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ, 2009, том 51, № 2, с. 140-156
УДК 548.3:541.132:546.72
ПОВЕДЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ СЕМЕЙСТВА ЖЕЛЕЗА, ОКСИБАРОМЕТРИЯ И ГЕНЕЗИС УНИКАЛЬНЫХ ХРОМИТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КЕМПИРСАЙСКОГО МАССИВА
© 2009 г. И. С. Чащухин, С. Л. Вотяков
Институт геологии и геохимии им. акад. АН. Заварицкого УрО РАН 620151, Екатеринбург, Почтовый пер., 7 Поступила в редакцию 16.09.2008 г.
Изучены ультрамафиты и высокохромистые хромитовые руды крупнейшего месторождения Алмаз-Жемчужина в Главном рудном поле Кемпирсайского массива. Детальное минералого-геохими-ческое изучение глубоких структурных и разведочных скважин выявило грубую стратификацию ультрамафитов и показало место уникальных хромитовых месторождений в генерализованном вертикальном разрезе юго-восточной части Кемпирсайского массива. Сверху вниз безрудная гарцбур-гит-лерцолитовая серия сменяется рудоносным дунит-гарцбургитовым комплексом, к верхней части которого приурочены наиболее крупные месторождения хромитов, включая уникальное месторождение Алмаз-Жемчужина. Ниже залегают беспироксеновые дуниты с концентрациями густовкрапленных хромитовых руд в верхах толщи, убогих и редковкрапленных в ее низах. Нижняя толща сложена безрудной лерцолит-гарцбургитовой серией, вблизи границы с дунитами представленной бластомилонитами, что дает основание предполагать тектоническую сдвоенность разреза юго-восточной части массива.
В процессе формирования хромитовых месторождений возникла синрудная асимметричная геохимическая зональность, обусловленная переотложением рудообразующих элементов семейства железа из нижележащих и боковых ультрамафитов в вышележащие. Участки вмещающих пород с нарушенными первичными соотношениями хрома, железа, никеля и марганца вместе с рудными телами образовали рудоносные зоны мощностью не менее 1 км. Внутри зон можно различать над-, межи подрудные подзоны, характеризующиеся частичным выносом из нижележащих и боковых пород (мас. %): Сг^з (0.1), NiO (0.04), FeOсум (0.5), MnO (0.02) и их привносом в межрудные, а никеля - в надрудные подзоны (0.03). Таким образом, подрудные ультрамафиты служат зоной питания рудо-образующими компонентами, а межрудные породы с залегающими в них рудными телами - зоной сброса этих компонентов.
С помощью мессбауэровской спектроскопии исследованы особенности кристаллохимии ионов железа в представительной выборке проб хромшпинелей из пород и руд юго-восточного и западного блока месторождений Алмаз-Жемчужина и Геофизическое XII. Степень окисления железа в пробах варьирует от 8 до 33%, причем в большинстве из них фиксируется различие по степени окисления железа в стехиометрическом приближении и по мессбауэровским данным, т.е. нарушается интегральная стехиометрия по двух- и трехвалентным катионам. Подобное нарушение может быть связано не только с частичным обращением структуры хромшпинели, но также и с локальной неоднородностью минерала на микро- и наноуровне, с кластеризацией катионов, с появлением их ас-социатов. Выполнена эмпирическая корректировка оливин-хромшпинелевого геотермометра и оксибарометра.
Установлена обратная зависимость величины летучести кислорода со степенью истощения ультрамафитов, что указывает на их формирование в закрытой системе, при водно-метановом составе флюида. Наряду со стратификацией ультрамафитов, это свидетельствует о мощном астеносферном тепловом источнике восстановленных флюидов. Сохранение низких меток летучести кислорода в центральных частях рудных тел не исключает того, что после некоторого перерыва этот же источник был ответственен за формирование уникальных хромитовых месторождений Кемпирсайского массива.
ВВЕДЕНИЕ
Проблема генезиса хромитового оруденения в альпинотипных ультрамафитах до сих пор остается дискуссионной. Было высказано множество ги-
Адрес для переписки: И.С. Чащухин. E-mail: chash-chukhin@igg.uran.ru
потез, часто взаимоисключающих, которые можно свести к трем: магматической, магматогенно-реакционной и метасоматической. Доминирующая многие десятилетия магматическая природа формирования хромититов в классическом варианте предполагала их образование в результате кристаллизационной дифференциации перидотито-
вой магмы (Павлов и др., 1968). Экспериментальные исследования (Bowen, Tuttle, 1949 и др.) и новые представления о природе альпинотипных ультрама-фитов (Thayer, 1960) и офиолитовых комплексов (Coleman, 1977) привели к представлениям о формировании месторождений хромитов в результате кристаллизации хромита из базальтового расплава в магматических каналах и камерах (Cassard et al., 1981) и в магматических потоках (Leblanc, Ceuleneer, 1992). Позже были предложены реакционно-магматические модели, согласно которым хромитовые тела образовались в ходе реакции базальтоидного расплава с перидотитами. В зависимости от конкретного месторождения различия между этими моделями заключаются в основном в составе проникающего снизу расплава: базальтового (Lago et al, 1982), бо-нинитового (Zhou et al., 1994, 1996; Melcher et al., 1997) либо известково-щелочного (Proenza et al., 1999). Российскими геологами были предложены метасоматические варианты образования хромито-вых руд (Заварицкий, 1932; Москалева, 1974; Савельев, 1977; Смирнова, 1984).
Также остается предметом дискуссии геотектоническая обстановка, при которой формируются полиформные хромитовые руды. Были высказаны представления об их образовании в мантии (Thayer, 1964; Колман, 1979), в зонах срединно-океанических хребтов (Nicolas, 1989; Arai, Matsukage, 1998), в над-субдукционной обстановке островных дуг или заду-говых бассейнов (Roberts, 1988; Arai, Yurimoto, 1994; Proenza et al., 1999; Melcher et al., 1994, 1997, 1999).
Анализ литературных данных и многолетнее изучение петрологии и геохимии альпинотипных массивов Урала привели нас к выводу о полихрон-ном и полигенном характере хромитового орудене-ния. При этом каждый этап рудообразования характеризовался определенным флюидным режимом и как итог - присущими только ему закономерностями состава руд.
В данной публикации на примере крупнейшего в мире месторождения Алмаз-Жемчужина с привлечением данных по другим месторождениям Главного рудного поля мы ограничились рассмотрением природы высокохромистых руд.
Кемпирсайский массив площадью более 900 км2 расположен в пределах Северных Мугоджар и входит в состав Главного уральского ультрамафитово-го пояса (фиг. 1). Ультрамафиты массива сложены преобладающей дунит-гарцбургит-лерцолитовой серией и количественно подчиненной дунит-вер-лит-клинопироксенитовой, спорадически развитой по периферии массива (Павлов, Григорьева-Чу-прынина, 1973; Самсонов, Бачин, 1988).
Массив состоит из двух неравных по площади частей - юго-восточной и западной (Коробков и др., 1988; Чащухин и др., 1994, 2007; Савельева, Перцев, 1995). Граница между частями проходит предположительно по гигантской дайке иситов, протянув-
шейся на 20 км в субмеридианальном направлении (Штейнберг и др., 1995).
В целом моноклинальное залегание ультрамафи-тов юго-восточной части с небольшими (20°-45°) углами падения на юго-восток осложнено сводовым поднятием, к крыльям которого приурочены хромитовые месторождения и рудопроявления (Павлов и др., 1968). Геологи Донской ГРП выделили плика-тивные структуры более низких порядков: синклинальную, сложенную породами рудоносной и над-рудной толщ, и располагающиеся к востоку и западу антиклинальные поднятия, вскрывшие в основном анхимономинеральные дуниты с убоговкрапленной минерализацией подрудной толщи (Самсонов, Бачин, 1988). Почти все месторождения тяготеют к двум субмеридиональным зонам протяженностью 12 и 22 км, смыкающимся на юге и образующим крупнейшее месторождение Алмаз-Жемчужина.
Северная часть месторождения отработана. Южная часть сложена 52 рудными телами, однако основные запасы руд промышленных категорий приходятся на рудные тела 3 и 23 (94.6%), в том числе на рудное тело 3 - 80.5%. В плане месторождение имеет размеры 450 х 1800 м, мощность рудных тел достигает 190-300 м (рудное тело № 3). Поскольку в ходе детальной разведки был обнаружен перешеек, соединяющий это тело с залегающим глубже рудным телом 23, можно утверждать, что суммарная мощность единого тела достигает 550 м (фиг. 2). Месторождение прослежено до глубины 1400 м и осталось неоконтуренным.
Простирание месторождений и отдельных рудных тел, как правило, субмеридиональное и отвечает общему структурному плану вмещающих пород. Падение рудных тел колеблется в широких пределах (5°-90°). Рудные тела погружаются в южном и юго-восточном направлениях под углом 10°-15°.
Морфология рудных тел определяется их положением в вертикальном разрезе массива. Маркшейдерские съемки на выработанных месторождениях показали относительную компактность и сглаженность припочвенных участков рудных тел и резкое усложнение очертаний (вплоть до появления многочисленных "окон" вмещающих пород) прикровле-вой части (Смирнова, 1984; Самсонов, 1995). Несомненно, что такая чрезвычайно сложная форма возникла в момент формирования оруденения и не обусловлена пострудной тектоникой. Последняя проявлена в виде трех субширотных разломов (простирание 250°-280°, Z90°). Вертикальная амплитуда смещения изменяется от первых десятков до сотен метров. Горизонтальное смещение по нарушениям колеблется от 20-30 до 300-600 м. Реже проявлены самые поздние - диагональные разломы северозападного (простирание 315°-330°, Z80° северо-восток) и северо-восточного (простирание 30°-50°, Z60°юго-восток) направлений. Они редко сопро-
Фиг. 1. Схема геологического строения Кемпирсайского массива (Савельева, Перцев, 1995) и местоположение изученных скважин в южной части Главного рудного поля (А).
1 - базальты D2), флишоиды и олистостромы ^3-^); 2 - базальт-андезит-риодацитовые серии, углеродисто-
силицитовая и граувакковая формации (V? Pzl-2); 3 - базальт-андезит-дацитовые серии, граувакковая фтанитовая и карбонатная формации (Pzl-2); 4 - подушечные лавы и пирокластика базальт-андезит-риодацитовых серий с пачками фтанитов и глинисто-кремнистых сланцев ^^2); 5 - фтаниты и углеродистые сланцы ^2?); 6 - подушечные толеи-товые
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.