ЛИТОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, 2015, № 1, с. 87-98
УДК 551.2
СОСТАВ МИНЕРАЛОВ МАНТИЙНЫХ ПЕРИДОТИТОВ КАК ОТРАЖЕНИЕ РУДООБРАЗУЮЩИХ ПРОЦЕССОВ В МАНТИИ (НА ПРИМЕРЕ ОФИОЛИТОВ ВОЙКАРО-СЫНЬИНСКОГО И КЕМПИРСАЙСКОГО МАССИВОВ)
© 2015 г. Г. Н. Савельева1, В. Г. Батанова2,3, Д. В. Кузьмин4,5, А. В. Соболев2,3
Геологический институт РАН 119017Москва, Пыжевский пер., 7;
E-mail: savelieva@ginras.ru 2Институт геохимии и аналитической химии им. акад. Вернадского РАН 119991 Москва, ул. Косыгина, 19;
E-mail: sobolev@geokhi.ru 3ISTerre, Universite Joseph Fourier Grenoble 1, BP 53, 38041 GRENOBLE CEDEX 9, FRANCE;
E-mail: Valentina.Batanova@ujf-grenoble.fr 4Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН 630090 Новосибирск, просп. Академика Коптюга, 3 5Новосибирский государственный университет 630090 Новосибирск, ул. Пирогова, 2 Поступила в редакцию 04.03.2013 г.
Показано, что существуют значимые различия в структуре пород, составах оливина, хромшпинели-да, и главным образом, в содержании и распределении основных рудообразующих оксидов между орто- и клинопироксенами в мантийных перидотитах, вмещающих месторождения хромитов разного масштаба. Энстатиты и диопсиды перидотитов южной части Кемпирсайского массива заметно обеднены рудообразующими оксидами в сравнении с минералами гарцбургитов Войкаро-Сыньин-ского массива. В центральной части единичных крупных зерен энстатита из перидотитов Кемпирсайского массива установлены высокие содержания оксида хрома и глинозема. Существование ярко выраженной синдеформационной зональности в крупных зернах реликтовых пироксенов с уменьшением Cr2O3 и A12O3 в краевых их частях указывает на изначально высокое содержание этих компонентов в пироксенах. Исключительно узкий диапазон вариаций состава высокомагнезиального оливина гарцбургитов Кемпирсая и относительно мелкий размер его зерен в сравнении с гарц-бургитами Войкара также были обусловлены высокотемпературной рекристаллизацией мантийных пород, сопровождавшейся переходом хрома и алюминия из силикатов (пироксенов) в рудный минерал (хромшпинелид). Причиной перераспределения компонентов и рекристаллизации перидотитов, возможно, служила миграция сквозь гарцбургиты большого объема флюида/расплава, реагировавшего с породой, а также высокая скорость мантийных деформаций (уменьшение размера зерен оливина), сопровождавших эту миграцию. Компоненты, необходимые для формирования хромовых руд (Cr, Al, Fe), поступали как за счет извлечения их из породообразующих силикатов, так и из проходящих расплавов.
DOI: 10.7868/S0024497X15010061
Гарцбургитовые массивы офиолитовой ассоциации, образующиеся в надсубдукционных об-становках, принято относить к потенциально хромитоносным объектам, перспективным на обнаружение высокохромистых руд [Thayer, 1964; Robinson et al., 1997; Zhou Robinson, 1997 и др.]. Однако месторождения хромовых руд известны далеко не во всех дунит-гарцбургитовых или ду-нит-лерцолит-гарцбургитовых массивах офиоли-тов. Присутствие слабоистощенных лерцолитов в мантийных разрезах офиолитов скорее (нередко) указывает на вероятное нахождение крупных месторождений хромитов, относимых к подиформ-
ному типу [Захос, 1973; Moutte et al., 1976; Cassard et al., 1981; Савельева, Савельев, 1991; Zhou et al., 1994]. Вопрос о том, существуют ли значимые различия между составами перидотитов в массивах, вмещающих крупные месторождения хромитов, и в массивах с мелкими рудопроявлениями, остается открытым.
Структуры реститовых перидотитов (гарцбургитов и лерцолитов) в офиолитах сохраняют следы остаточных деформаций, возникших при суб-солидусном твердо-пластическом течении мантийных масс [Nicolas, 1986; 1989; Савельева, 1987]. Расположение рудных тел и вмещающих их
дунитов по отношению к мантийным деформационным структурам и критическим горизонтам рассмотрены в ряде работ [Moutte, 1979; Захос, 1973; Савельева, Савельев, 1991 и др.]. Выявленные структурные критерии можно использовать в основном как локальные для прослеживания тел в потенциальных рудных полях.
Вариации общего петрохимического состава мантийных перидотитов офиолитов обусловлены в основном мерой деплетирования (истощения) пород в процессе частичного плавления мантийного вещества. С ростом деплетирования перидотитов происходит слабое увеличение магнезиаль-ности пород и уменьшение в них содержания оксидов кремния, кальция и алюминия [Dick, Bullen, 1984; Prinzhofer, Allegre, 1985; Kelemen et al., 1995]. Составы минералов широко варьируют даже в пределах одного массива, что особенно характерно для рудообразующих оксидов Cr2O3, Al2O3 и FeO в пироксенах и акцессорном хром-шпинелиде [Савельева, 1987; Савельева, Перцев, 1995; Kelemen et al., 1995]. Количество этих оксидов уменьшается от центра крупных зерен пирок-сенов к их периферии (параллельно с уменьшением СаО в энстатите от центра к краю) и существенно понижается в мелких зернах пироксенов (необластах). Во многих случаях устанавливается связь процесса миграции и перераспределения оксидов с высокотемпературными деформациями перидотитов [Dick, 1977; Савельева, 1987; Kaczmarek, Muntener, 2008]. Состав необласт пироксенов, образующихся в ходе деформаций, аналогичен составу краевых частей крупных зерен.
Перераспределение рудообразующих оксидов в ходе высокотемпературных деформаций, отмеченное во многих мантийных ультрамафитах офиолитов, побуждает искать различия в их распределении между минералами в массивах с крупными месторождениями хромовых руд и массивах с многочисленными, но мелкими рудопроявления-ми. Задачей статьи является выявление значимых различий в составе минералов перидотитов двух уральских офиолитовых массивов.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Было поведено сравнение составов оливина, пироксенов (энстатита и диопсида) и акцессорного хромшпинелида из гарцбургитов, отбран-ных на разных участков двух крупнейших офиолитовых массивов Урала — Кемпирсайского и Войкаро-Сыньинского. В пределах Кемпирсай-ского массива давно разрабатываются уникальные по запасам и качеству хромиты; на Войкаро-Сыньинском массиве известны многочисленные мелкие месторождения и рудопроявления различного состава. Геологическое строение этих массивов, а также петрологический и минералогический состав слагающих их пород хорошо изучены [Павлов и др., 1968; Самсонов, Бачин, 1988;
Савельева, 1987; Савельева, Перцев, 1995; Савельева, и др., 2008; Чащухин, Вотяков, 2009; Ме1еИег й а1., 1999 и др.]. Образцы для микрозон-дового анализа были отобраны и проанализированы с учетом уже существующих данных, в том числе, и анализов, опубликованных нами ранее [Савельева, Перцев, 1995], с точной привязкой к геологическим структурам, хромитоносным зонам или месторождениям хромитов (Кемпирсай-ский массив).
Состав всех минералов, обсуждаемых в этой статье, изучался на электронном микроанализаторе JEOL 8200 в Институте химии им. Макса Планка, г. Майнц, ФРГ, в лаборатории А.В. Соболева, аналитик Д.В. Кузьмин. Оливины измерялись по специально разработанной точной методике анализа ^оЪо1еу е! а1., 2007], позволяющей достоверно определять концентрации кальция, никеля и марганца в третьем знаке. Хромшпинелид, клинопироксен и ортопироксен измерялись при ускоряющем напряжении 20 кУ и силе тока 80 пА. В качестве стандартов использовались природные минералы и оксиды.
ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ
Мантийный разрез офиолитов Войкаро-Сы-ньинского массива на Полярном Урале представлен шпинелевыми гарцбургитами с небольшими участками лерцолитов, многочисленными дуни-товыми телами и жилами дунитов и пироксени-тов. В этих породах сохранились свидетельства сложной истории частичного плавления в условиях астеносферы/литосферы, пластических деформаций, многостадийной миграции расплава и его взаимодействия с породами [Савельева, 1987; Ва1апоуа е! а1., 2011]. Шпинелевые гарцбургиты, отобранные вдали от дунитовых и пироксенито-вых тел, состоят из оливина (75—80%), энстатита (15—20%), диопсида (1—4%) и хромшпинелида (около 1.5%); в лерцолитах содержание диопсида повышается до 7%. Степень серпентинизации пород (петельчатый хризотил без магнетита) колеблется, в основном, от 40 до 60%, но присутствуют и совершенно свежие гарцбургиты и лерцолиты [Савельева, 1987]. Химический и минеральный состав гарцбургитов, включая концентрации и распределение в них редкоземельных и сидерофильных элементов, позволяет рассматривать их как ре-ститы, образованные после частичного (14—16%) плавления мантийного вещества [Ва1апоуа е! а1., 2011].
Участки опробования охватывают значительную часть разреза гарцбургитов Войкаро-Сы-ньинского массива — от нижней части аллохтон-ной пластины на западе до верхов разреза у контакта с породами дунит-верлит-пироксенитового комплекса на востоке. Опробование проведено как вдали от известных рудопроявлений хроми-
Рис. 1. Схема расположения анализированных образцов на Войкаро-Сыньинском массиве.
1 — метаморфические породы в подошве офиолитового аллохтона; 2 — двупироксеновое флазер-габбро; 3—6 — офио-литы: 3 — комплекс диабазовых даек, 4 — габбро роговообманковое и пироксеновое, габбронориты, 5 — полосчатый комплекс: дуниты, верлиты, клинопироксениты, троктолиты, 6 — комплекс мантийных ультрамафитов: гарцбургиты с телами дунитов; 7 — точки опробования (представительные составы см. табл. 1—3); 8 — рудопроявления хромитов: а — высокохромистые, б — глиноземистые.
тов, так и в пределах 200—300 м от рудных тел хромитов различного состава (рис. 1).
Мантийные породы офиолитов Кемпирсай-ского массива на Южном Урале представлены в основном шпинелевыми гарцбургитами с небольшим количеством лерцолитов в юго-восточной части массива, телами дунитов и жилами веб-стеритов в южной. Сложные ступенчатые дайки ультрабазит-габбрового состава рассекают гарцбургиты. Образцы отобраны на участках в южной части Кемпирсайского массива, где расположены крупнейшие месторождения высокохромистых руд Донской группы, а также севернее, где известны небольшие рудопроявления глиноземистых хромитов (рис. 2).
Минеральный состав гарцбургитов, в целом, аналогичен таковому для Войкаро-Сыньинского массива (оливин 75—80%, энстатит 15—20%, ди-опсид
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.