Новая концепция в минерагении юга сибирской платформы

НОВАЯ КОНЦЕПЦИЯ В МИНЕРАГЕНИИ ЮГА СИБИРСКОЙ ПЛАТФОРМЫ

1, 2, 3

1Институт земной коры СО РАН, Иркутск, Россия, *****@

2Иркутский государственный технический университет, Россия

3 Институт геохимии СО РАН, Иркутск, Россия

Железорудные месторождения особого ангаро-илимского типа (Ангарская рудная провинция), локализованные в специфических диатремовых структурах, сформировались в раннемезозойскую эпоху тектономагматической активизации Сибирской платформы. Рядом исследователей предполагается, что такая активизация является отражением процессов, происходящих на границе ядро-мантия. В эту катастрофическую, учитывая её непродолжительность, эпоху на территории платформы образовались грандиозные объемы траппов, щелочно-ультраосновные комплексы (ЩУОК) с карбонатитами и магматическими магнетитовыми рудами (фоскориты), в том числе самый крупный в мире Гулинский, а также кимберлиты – Маймеча-Котуйская провинция, Чадобец и, возможно, другие районы, включая Иркутскую область. Подчеркнем, что образования этой петрологической триады (траппы, ЩУОК, кимберлиты) на платформе нередко пространственно совмещены или сближены. В настоящий момент нет окончательной ясности в вопросах природы как рудолокализующих структур Fe-рудных месторождений Ангарской провинции, так и комплекса слагающих их пород – магматитов, руд и гидротермально-метасоматических образований.

Ангарская рудная провинция – неотъемлемый структурно-вещественный таксон Сибирской платформы, связанный с ЩУОК Маймеча-Котуя синхронностью формирования, структурным контролем железорудных месторождений западной части платформы единой системой линеаментов [Амиржанов, 2000], а также сходством природы руд с фоскоритовыми рудами ЩУОК. Установлено, что в ангаро-илимских месторождениях ранний и основной по продуктивности этап рудогенеза связан с формированием магматитов (фоскоритов), образующих серию от форстерититов до апатит-магнетитовых (нельсониты) и пирит-магнетитовых руд [Амиржанов и др., 1996; Амиржанов, Суворова, 1999]. Определяющим механизмом эволюции рудных расплавов служит фракционирование форстерита, а именно его преимущественная кристаллизация на поверхности обломков брекчий, что в условиях диатрем – протяженных брекчиевых тел – эффективно обогащает остаточные расплавы ферритной и флюидной компонентами, приводя к образованию на верхних горизонтах диатрем богатых руд – магнетитовых, апатит - и пирит-магнетитовых (рис. 1, 2).

Второй тренд направлен от рудных форстерититов – наименее дифференцированных расплавов с титаномагнетитом, перовскитом, Mg-Mn-ильменитом – к форстерититам. Он подтверждается локализацией форстерититов в контакте с аргиллитами верхоленской свиты (Рудногорское м-ние) и устраняет парадокс между высокими Тобр. анхимономинеральных форстерититов и Тобр. форстерита из фоскоритов (Т = 900 °С, [Соколов, 1981]). Эффектом “намораживания”, очевидно, обусловлено также формирование эндоконтактовых форстерититов Ковдора (рис. 1, тренд II).

Рис. 1. 1 – минералы (Фо – форстерит, Хл – хлорит, Сп – серпентин, КПи – пироксен, Мт – магнетит). Ангарская провинция: 2 – фоскориты, 3 – нельсониты, 4 – апофоскориты серпентиновой и хлоритовой фаций (А); 5 – апофоскориты клинопироксеновой фации (Б); 6 –Рудногорское м-ние; горизонты (м): 1 – -250 ¸ -150, 2 – -150 ¸ -50, 3 – -50 ¸ 50, 4 – 50 ¸ 150, 5 – 150 ¸ 250, 6 – 250 ¸350, 7 – 350 ¸ 450, 8 – от 450 до поверхности; I – эволюция составов руд к верхним горизонтам. Стрелка справа – снижение количеств Al2O3 (масс.%) от “закаленных” Al-Mg-магнетитов из форстеритовых магнетитолитов к вторичным магнетитам из апофоскоритов клинопироксеновой фации. 7 – фоскориты Ковдора; II – изменение их состава от эндоконтакта к центру Fe-рудной залежи.

Рис. 2. Рудная зональность Рудногорского и Капаевского месторождений. Цифры – степень окисленности (h). Излом линии у отметки “0” обусловлен частичным опробованием обломочно-осадочных “чашечных” руд. Рудногорское месторождение характеризуется более окисленными (до 1/3 FeO) и богатыми рудами по данным [Ангаро-Илимские ..., 1960].

Фоскоритовые расплавы обладают уникальными реологическими свойствами. Так, вязкость магнетитового расплава с примесью 5% SiO2 при Т = 1450 ºС составляет лишь 0,02 пуаз [Коробов и др., 1968] и сопоставима с таковой у воды (0,01 пуаз при Т = 25 ºС). Это свойство расплавов объясняет как формирование крупных вертикальных и горизонтальных рудных тел, так и, по-видимому, отсутствие в месторождениях продуктов вязких и быстро кристаллизующихся силикатных магм, типичных во вскрытых ЩУОК.

Формирование структур во многом определялось процессами рыхления (флюидизации) осадочных пород под воздействием флюидов (газы, растворы), связанных с внедрением или, точнее, “втеканием” рудных фоскоритовых магм. В качестве примера приведено Капаевское месторождение (рис. 3), где прослеживается следующая стадийность формирования структуры: куполовидное вздутие ® образование радиальных трещин ® их заполнение рудной магмой ® обрушение центральной части. Во вмещающих осадочных породах рудные магмы образуют также серии силлоподобных тел.

Рис. 3. План Капаевского месторождения. Показаны рудные тела (черное), ореолы ртути (1) и меди (2), проявления аметиста (3), горного хрусталя (4) и яшмы (Я).

Ранее сложилось представление о генетическом единстве руд и метасоматитов (“скарнов”), образующих “скарново-рудные” тела [Ангаро-Илимские …, 1960]. Процессы “скарнирования” при этом связывались с постмагматической деятельностью трапповых очагов. Кроме известковых скарнов, в том числе так называемых автореакционных, выделяются магнезиальные скарны, в том числе автореакционные [Вахрушев, Воронцов, 1976]. Однако отметим, что ни в одном из месторождений, несмотря на интенсивное разведочное бурение, не установлен необходимый признак принадлежности этих пород к скарнам, а именно их приуроченность к контактам магматитов с карбонатными осадочными породами – известняками или доломитами. В этой связи отнесение месторождений к скарновой формации некорректно, поскольку, к тому же, пироксен-гранатовый парагенезис формируется не только в скарновом процессе. Он характерен и для гипербазитовых массивов, где образуются Ca-Mg-метасоматиты (родингиты), а также для кимберлитов, пикритов, то есть, подчеркнем, для высокомагнезиальных сред.

Характер взаимоотношения “известковых скарнов” с магматитами отрицает их взаимосвязь, т. к. собственно диатремовые магматиты (не учитывая преддиатремовые силлы типа Нерюндинского) цементируют обломки “скарнов” и рассекают ранее сформировавшуюся зональность этих метасоматитов. Таким образом, базальтоиды внедрялись позднее времени проявления главного этапа метасоматизма, а также рудогенеза, что отмечается наличием обломков руд в базальтоидах. Именно такая специфика проявления метасоматизма в диатремах вынудила рассматривать “скарны” как “автореакционные” образования, сформировавшиеся не в связи с базальтоидами, а с мантийными растворами [Вахрушев, Воронцов, 1976]. Также именно в ЩУОК впервые выделены “автореакционные известковые скарны”; в дальнейшем этот термин был адаптирован к “скарнам” ангаро-илимских месторождений. Отметим также, что подобно последним, некоторые железорудные месторождения в ЩУОК (Ковдор, Арбарастах) ранее относились к скарновой формации.

Особенности кинетики метасоматических процессов и образования продуктов метасоматоза фиксируются при замещении обломочного материала брекчий, вследствие которого в каждом обломке формируется метасоматическая колонка различного состава (микрозональность). Диатремовый метасоматизм характеризуется выносом из субстрата Si, Al, Na, K и привносом Mg, Ca, температурами вплоть до волластонит-плагиоклазовой (750-800 OC) или пироксен-гранат-волластонитовой (550-750 OC) фаций и щелочными условиями, регулируемыми активностями Mg и Ca, соотношения которых и Т определяют формирование волластонит - или тальксодержащих пород. Для известково-магнезиальных метасоматитов характерно: 1) образование краевой клинопироксеновой зоны, что обусловлено высокой магнезиальностью цементирующих пород – фоскоритов и апофоскоритов; 2) с увеличением интенсивности метасоматоза происходит замещение фронтальных зон краевыми, т. е. при максимальном преобразовании обломки полностью замещаются пироксеновым агрегатом. Такие условия метасоматоза осуществляются в существенно магнезиальных средах [Амиржанов, Воронцов, 1984].

Вертикальная метасоматическая зональность (макрозональность) демонстрирует подобные закономерности, установленные для микрозональности, что особенно наглядно видно на рис. 4.

Рис. 4. Характер изменения отношения MgO/CaO в известково-магнезиальных метасоматитах Коршуновского (слева) и Капаевского (справа) месторождений. В Коршуновском месторождении общая протяженность интервалов составляет 1352,6 м, которые представлены 161 валовой пробой из 22 скважин; составы метасоматитов Капаевского месторождения включают 445 анализов. Пунктир – отношение MgO/CaO в диопсиде, поэтому: 1 – область метасоматитов гранатового, пироксен-гранатового составов, 2 – преимущественно пироксенового (+ Хл, Сп) состава. Средневзвешенный состав Ca-Mg-метасоматитов Коршуновского месторождения весьма близок составу “скарноподобных пород” (“автореакционных скарнов”) Ковдора [Лапин, 1965].

Как видно из рис. 4, с глубиной происходит рост относительной доли клинопироксеновых метасоматитов. Этот рост обусловлен увеличением Mg-силикатной компоненты (Фо, Сп, Хл, КПи) в рудах. Выявленная сопряженность в изменчивости по вертикали составов фоскоритов (и апофоскоритов) и известково-магнезиальных метасоматитов свидетельствует о формировании Ca-Mg-метасоматитов в связи с проявлением фоскоритового магматизма, а выделяемые ранее в качестве единых комплексов “скарново-рудные зоны” получили генетическую интерпретацию.

Таким образом, причина дифференцированности состава метасоматических комплексов состоит в дифференцированности магматических руд, а именно в преобладании на глубоких горизонтах их существенно форстеритовых разностей (форстерититы, рудные форстерититы). Известково-магнезиальный метасоматоз обломочного материала осуществлялся на поздне - и постмагматической стадиях фоскоритового магматизма синхронно с процессами серпентинизации и хлоритизации фоскоритов, т. е. формированием апофоскоритов серпентиновой и хлоритовой фаций.

Ca-Mg-метасоматизм значительно затушевал природу вещества диатрем, однако его специфика позволяет реставрировать состав и генезис исходного субстрата, что важно также для оценки механизма формирования диатрем. Высокая щелочность флюидов определяет инертное поведение Ti при метасоматозе алюмосиликатного материала брекчий. Таким образом, Ti, сохраняющий исходные содержания в зонах независимо от их мощности и состава, является индикатором природы субстрата [Амиржанов, Воронцов, 1984]. Уровень содержаний TiO2 в исходных породах различен: долериты, туфы – около 2 %; аргиллиты, алевролиты – 0.5-0.7 %; кварцевые песчаники – около 0.1 % и менее. Как видно из рис. 5, основным субстратом метасоматитов являлись осадочные породы чехла Сибирской платформы, среди которых превалируют аргиллиты. Эти данные опровергают

представление о преобладании базитов в качестве субстрата метасоматитов и также их главенствующую роль в формировании структур.

Рис. 5. Гистограммы распределения количеств TiO2 в известково-магнезиальных метасоматитах Коршуновского (слева) и Капаевского (справа) месторождений.

Таким образом, в пределах обширной Ангарской провинции в эпоху раннемезозойской тектономагматической активизации Сибирской платформы как в сквозных диатремовых структурах, уходящих корнями в фундамент, так и в “слепых” телах внутри чехла, проявились сопряженные процессы – рудный фоскоритовый магматизм и известково-магнезиальный метасоматизм, – имеющие многочисленные признаки принадлежности к ЩУОК, т. е. генетически связаны с глубинными щелочно-ультраосновными массивами.

Список литературы

Геоструктурное положение железорудных месторождений Ангарской провинции // Мат-лы научн.-практ. конф. “Минерально-сырьевая база России на пороге XXI века”. С.-Петербург, 2000. С. 13-14.

, Новые данные о происхождении гранат-пироксеновой ассоциации в железорудных месторождениях ангаро-илимского типа // Докл. АН СССР, 1984, Т.274, №5. С..

, , Фоскориты в железорудных месторождениях Ангарской провинции Сибирской платформы // Докл. АН, 1996, Т. 350, № 3.

, Особенности состава и генезис магнетита из железорудных месторождений Ангарской провинции // Геология рудных месторождений, 1999, Т.41, № 2. С. 171-182.

Ангаро-Илимские железорудные месторождения трапповой формации южной части Сибирской платформы // , , и др. М., 1960.

, Минералогия и геохимия железорудных месторождений юга Сибирской платформы. Новосибирск, 1976.

Новые данные об условиях образования Ковдорского апатито-магнетитового месторождения // ЗВМО, 1981, вып. 5, ч. 110. С. 581-588.

, , Гидродинамика взаимодействия струи водорода с железорудным расплавом и влияние ее на скорость восстановления окислов железа // Восстановление и рафинирование железа. М.: Наука, 1968. С. 32-59.

О скарноподобных образованиях в Ковдорском массиве // Петрология и геохимические особенности комплекса ультрабазитов, щелочных пород и карбонатитов. М.: Наука, 1965.