УДК 553.48:553.061
ИСТОЧНИКИ И УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ СУЛЬФИДО-СИЛИКАТНЫХ МАГМ НОРИЛЬСКОГО РАЙОНА
Рассмотрены особенности геологического строения, тектоно-магматической активизации Норильского района, стратиграфии и геохимии эффузивной толщи. Обсуждаются источники, механизм формирования рудоносных магм, масштабы рудообразующего процесса. Пермо-триасовый трапповый магматизм Норильского района развивался на имеющей блоковое строение части Сибирской платформы с архейско-нижнепротерозойским фундаментом, перекрытым мощным (до 13 км) осадочным чехлом и 3.7 км эффузивной толщей. Геофизические данные свидетельствуют о существовании в мантии протолитов древней субдуцированной океанической коры, а на разных уровнях земной коры — фрагментов промежуточных магматических очагов и подводящих каналов. Тектоно-магматическая активизация территории носила циклический характер со сменой режимов растяжения с интенсивным эффузивным вулканизмом режимами сжатия с его затуханием. Главные этапы: раннний (рифто-генный), переходный и поздний (рассеянного спрединга). В ходе каждого этапа формировалась ассоциация эффузивных (лавы, туфы) и интрузивных пород. Эффузивная толща подразделяется на 11 свит. Рудоносные интрузивы входят в состав Талнахского и Норильского рудных полей. Отличительная их особенность — двухэтажное строение: вверху — рудоносные интрузивы верхненорильского, внизу — безрудные интрузивы нижне-норильского типов. По геохимическим особенностям лав и интрузивов выделяется два типа первичной магмы: высоко-!! 01В-типа (снизу вверх: IV, ¡у, свиты первого этапа) и низко-!! (Ьк, 1к, пё свиты второго и шг—шк свиты третьего этапа). С преобразованием в ходе разнообразных процессов магматической дифференциации первичной низко-И магмы связано формирование дифференцированной, обедненной рудными элементами магмы свиты пё и рудоносного кумулоса, представленного смесью силикатного и сульфидного расплавов, протовыделений силикатных минералов и хромита. По геохимическим параметрам интрузивы нижненорильского типа комагматичны дифференцированным лавам верхней подсвиты пё3, а рудоносные интрузивы верхненорильского типа — лавам шг—шк свит. Геохимическое сходство указывает на состав исходной магмы и время формирования интрузивов. Рудоносные интрузивы верхненорильского типа формировались в начале третьего этапа при внедрении примитивной низко-И магмы, сходной по составу с лавами шг—шк свит. При внедрении эти магмы захватывали и транспортировали в современную магматическую камеру материал рудоносного кумулоса — капли сульфидного расплава, протовыделения оливина, хромита, которые являются ксеногенными по отношению к магме, формирующей интрузивы. В отдельных случаях (Талнахская и Хараелахская интрузии) в движение вовлекались отдельные порции сульфидной магмы, которые внедрялись в качестве самостоятельной интрузивной субфазы. Экспериментально установлен экстремальный характер влияния давления на концентрацию серы в флюидсодержащих мафических магмах в условиях сульфидного насыщения с максимумом в области Р = 1—2 ГПа. В этом интервале давления концентрация серы в сульфидонасыщенных магмах возрастает в последовательности: "сухие" магмы <(Н2О + СО2)-содержащие магмы < Н2О-содержа-щие магмы. В области низких (<0.3 ГПа) и высоких (>2.5 ГПа) давлений концентрации серы (0.1— 0.2 мас. %) соизмеримы. Экстремальный характер барической зависимости концентрации серы в флюидсодержащих мафических магмах в условиях сульфидного насыщения может играть важную роль в формировании рудоносных магм.
Расчеты показывают, что количество сульфидов в уже известных месторождениях составляют не более 2% от геологических ресурсов — сульфидов, выделившихся из трапповой магмы, что позволяет надеяться на открытие новых месторождений. Исходя из рассмотренных особенностей формирования рудоносной магмы и геологической позиции уже известных месторождений предложены индикаторы и выделены потенциально рудоносные площади.
© 2012 г. Н. С. Горбачев
Институт экспериментальной минералогии РАН 142432, Черноголовка, Московской обл., ул. Институтская, 6 Поступила в редакцию 12.10.2011 г.
ВВЕДЕНИЕ
месторождения сульфидных руд Норильского района, входящие в число крупнейших месторождений N1, Си, ЭПГ. Эти уникальные по масштабам и качеству руд месторождения в течении более чем 40 лет служат основой горнорудной и металлургической промышленности района. Не-
Основные источники минерального сырья сосредоточены в относительно небольшом числе месторождений-гигантов. К их числу относятся
Адрес для переписки: Н.С. Горбачев. Е-шаП: gor@iern.ac.ru
смотря на более чем 40-летнюю эксплуатацию, до сих пор они содержат более чем 30% мировых запасов N1, 35% платиновых металлов, 20% Со и Си (Симонов и др., 2009).
Месторождения приурочены к расслоенным интрузивам, формирование которых связано с пермо-трисовым трапповым магматизмом Сибирской платформы. Норильский район, расположенный в северо-западной части трапповой провинции, отличается наиболее высокой интенсивностью процессов магмаобразования. Здесь, на площади 40 тыс. км2 за короткий промежуток времени (порядка 1 млн. лет) сформировалась ту-фолавовая толща мощностью 3.5 км, объемом более 150 тыс. км3, состоящая из более чем 200 лавовых и 30 туфовых покровов (Федоренко, 1981; Рябов и др., 2000). Часть магматических расплавов кристаллизовалась на глубине, образуя различного типа интрузивы, в том числе Норильского типа с гигантскими месторождениями Р1-Си-№-суль-фидных руд (фиг. 1).
Проблемы генезиса месторождений связаны с происхождением и эволюцией эффузивной и интрузивной фаций траппового магматизма Норильского района. Большое значение имеют фундаментальные работы М.Н. Годлевского (1959, 1968), внесшего существенный вклад в изучение генезиса магматических сульфидных месторождений. Хотя прошло более чем полвека со дня опубликования его монографии "Траппы и рудоносные интрузии Норильского района" (Годлевский, 1959), однако предложенная в ней периодизация вулканизма района, основанная на принципе тектоно-магматической цикличности, особенности внутреннего строения рудоносных интрузивов, их генетические связи с лавами, физико-химические условия формирования и дифференциации сульфидной магмы не потеряли своей актуальности.
К настоящему времени накоплен огромный материал по геологическому строению района, стратиграфии, распространению, составу эффузивной толщи, интрузивов и руд. Имеются экспериментальные данные по плавлению мантии, условиям сульфидно-силикатной ликвации, распределению рудных элементов в сульфидно-силикатных системах. Однако до сих пор предметом дискуссии, имеющей не только фундаментальное, но и прикладное значение для оценки дальнейших перспектив территории в отношении сульфидного оруденения, является вопрос об источниках рудоносных магм и условиях образования суперконцентраций сульфидов и металлов в них в достаточно небольших по объему (5—10 км3) интрузивах. Существует две крайние точки зрения на генезис рудоносных магм и характере их связи с эффузивами:
1. Исходные магмы рудоносных интрузивов — особые мантийные выплавки, не связанные с эффузивами (Лихачев, 2006; Криволуцкая, Рудакова, 2009). По мнению А. Лихачева, магма рудоносных интрузивов формировалась на поздних стадиях многоэтапного частичного плавления мантии из рестита, обогащенного сульфидами в результате удаления легкоплавкой базальтовой компоненты.
2. Формирование рудоносной магмы и лав происходило из одной и той же родоначальной магмы в результате сложных процессов магматической дифференциации, протекавших в особых геологических условиях. Одни исследователи важную роль в этих процессах отводят метамагма-тическим процессам — взаимодействию глубинных рудоносных флюидов с магмами, базит-ги-пербазитовому расслоению флюидсодержащих магм и их сульфуризации (Маракушев, Горбачев, 1993; Маракушев и др. 2003), другие — ассимиляции корового материала, сульфидно-силикатной ликвации, протекавшими в промежуточных магматических очагах на определенных этапах траппового магматизма (Горбачев, 1989; Налдретт, 2003; Naldrett at al., 1992; Lightfoot et al., 1994).
В настоящей статье, посвященной памяти М.Н. Годлевского, на основе обобщения результатов изучения петрохимии лав и рудоносных интрузивов Норильского района рассматриваются источники и условия формирования рудоносных магм месторождений Норильского района. Главные результаты этих исследований изложены в ряде публикаций (Горбачев, 1989; 2003, 2009; Brugmann et al, 1993; Gorbachev, 1998, 1990; Light-foot et al, 1990, 1993, 1994; Hawkesworth et al., 1995; Naldrett et.al, 1992, 1994, 1996, 1998, 2003.). Кроме того, используются результаты экспериментального изучения сульфидно-силикатных систем при высоких давлениях (Горбачев, Каширцева, 1986; Горбачев, 2010; Горбачев и др., 1985; Горбачев, Костюк, 2005).
ГЕОЛОГИЯ И МАГМАТИЗМ
Трапповый магматизм Норильского района развивался на разбитой глубинными разломами на отдельные блоки части древней платформы с архейско-нижнепротерозойским фундаментом, перекрытым мощным (до 13 км) верхнепротеро-зойско-палеозойским осадочным чехлом, состоящим из глинистых пород, эвапоритов (ангидрит, гипс, галит), карбонатов (известняки, доломиты), черносланцевых, нефтегазоносных и угленосных отложений. Геофизические данные свидетельствует о существовании в верхней мантии прото-литов древней океанической коры, субдуциро-ванной в ходе коллизии Таймыро-Североземель-ской области и Сибирской платформы (Додин и др., 2000), а в верхах мантии и на разных уровнях
1_ 1_
1
2
3
4
5
6
7
Фиг. 1. Геологическая схема Норильского района.
1 — платобазальты (Р2—Т1); 2 — (С2—Р2) — осадочные породы тунгусской серии; 3 — осадочные породы ^^—С^); 4 — рудоносные интрузивы (1 — Норильск I, 2 — Талнахский, 3 — Хараелахский, 4 — гора Черная; 5 — Норильск II); 5 — изопахиты базальтов, м; 6 — разломы; 7 — перспективные площади. СГ-4, КЗ-1799 и т.д. — номера скважин; Ш и т.д. — номера обнажений (Лихачев, 2006; с изменениями).
земной коры — фрагментов магматических очагов и подводящих каналов (Кривцов и др., 2001).
Тектоно-магматическая
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.