ФОРМИРОВАНИЕ СУЛЬФИДНО-НИКЕЛЕВЫХ И ПЛАТИНОНОСНЫХ (NI-PGE) РУД В АРХЕЙ-ПАЛЕОПРОТЕРОЗОЙСКИХ (3.6-1.65 МЛРД. ЛЕТ) ПРОВИНЦИЯХ: ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ ПРОГНОЗА И ПОИСКОВ

Турченко Станислав Иванович доктор геолого-минералогических наук, заведующий лабораторией, Институт геологии и геохронологии докембрия Российской Академии Наук, Санкт-Петербург

Аннотация

     Наиболее важной и актуальной проблемой геолого-минералогических исследований в XXI веке является изучение особенностей формирования Ni-PGE(Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, Re, Os) сульфидных руд в мантийных породах и вмещающих их субстратах. Сульфидные руды обычно принадлежат к мантийным мафит-ультрамафитовым породным ассоциациям, сформированным в обстановках континентального рифтогенеза. Такие обстановки обычно способствуют быстрой доставке мантийных магм в земную кору. В результате рифтовые магмы имеют тенденцию быть менее чувствительными к дифференциации и потере сульфидов во время прохождения через мантийную литосферу и нижние уровни коры и, таким образом, они могут оставаться обогащенными Ni и PGE при внедрении в верхнюю кору. Рифты могут также содержать богатые серой осадки, которые служат внешним источником для насыщения серой мантийных магм и соответственно способствовать формированию NiPGE сульфидных руд.

Ключевые слова: архей-палеопротерозойские провинции; сульфидные никель-платинометальные руды; факторы рудообразования.

FORMATION SULFIDE-NICKEL AND PLATINUM (Ni-PgE) ORES IN ARCHEANPALEOPROTEROzOIC (3.6-1.65 ga) PROVINCES: APPLICATION FOR PROgNOSIS AND ExPLORATION

Turchenko Stanislav Ivanovich professor geology, head of laboratory, Institute of Precambrian geology and geochronology Russian Academy of Sciences, Saint-Petersburg, Russia.

Annotation

Most important and actual problem of geology-mineralogical investigations in XXI century are studying peculiarities of formation Ni-PGE(Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, Re, Os) sulfide ores in mantle rocks and hosted substrates. Sulfide ores usually belong to mantle mafic-ultramafic rock associations, formed in circumstance of continental rifts. Such circumstances usually assist a rapidly delivery of the mantle magmas in the Earth’s crust. In result rift magmas have tendencies to be low sensitiveness to differentiation and loss of sulfides during its moving through mantle lithosphere and lower crust. And such, mantle magmas can be left more enrichment of Ni and PGE during introduction in upper crust. Rifts can also content deposits rich sulfur that is served inside source for full of sulfur the mantle magmas and accordingly promote of the forming Ni-PGE sulfide ores.

Key words: Archean-Paleoproterozoic provinces; sulfide Ni-PGE ores; factors of ore forming events

Относительно важным фактором рудоносности является возраст мафитультрамафитовых тел и рифтогенных структур. Наиболее активным в архее был коматиитовый магматизм, имеющий плюм-тектоническое происхождение и позволяющий наиболее быструю доставку таких магм к верхнекоровым уровням. С другой стороны, обогащенные серой осадочные породы, были идеальными контаминантами для насыщения серой магматических тел, но возможно они были незначительно распространены в палеоархее (3.8-3.4 млрд. лет) по сравнению с другими раннедокембрийскими эпохами. Таким образом, возраст мафитультрамафитовых изверженных серий и вмещающих их пород может играть существенную роль как ведущий фактор в разведочной геологии. Это обстоятельство является важным фактом, определяющим то, что содержания сульфидного никеля и платиноидов, распространены в большей степени в коматиитах и коматиитовых базальтах, а также приурочены к древнейшим бонинитовым расслоенным интрузиям, распространенным в архейских провинциях. Такими типичными коматиитовыми ассоциациями, вмещающими сульфидные Ni-PgE магматические месторождения, являются ассоциации в неоархейских (3.0-2.7 млрд. лет) зеленокаменных поясах Зап. Австралии (пояса Камбалда) и Канаде (пояса Абитиби) или ассоциации с коматиитовыми базальтами, палеопротерозойскими бонинитами и габбро-верлитами рифтогенного пояса Томпсон в архей-палеопротерозойской провинции Черчилл в Канаде [1; 2] и Печенги [3] в Кольской архей-палеопротерозойской провинции. В противоположность этому коматииты из палеоархейских  (3.6-3.4 млрд. лет) зеленокаменных поясов или их фрагментов, типа пояса барбертон в ю.Африке, не несут заметного сульфидно-никелевого и платинового оруденения. Так, например, небольшое месторождение бон Аккорд хотя и относится к коматиит-вмещающим [4] и предельно богато Ni (до 36% NiO), но исключительно обеднено серой. Причиной незначительного распространения Ni сульфидных руд в коматиитах ю. Африки является обедненность их именно серой.

Магматические Ni-PgE сульфидные руды, ассоциирующие с коматиитами, обычно находится в основании лавовых потоков коматиитов или коматиитовых базальтов. Наиболее популярной является модель рудообразования, формирующегося при магматической ассимиляции серы из осадочного субстрата. Основой этой модели является насыщение серой и сегрегация несмесимого сульфидного расплава в основании коматиитовых лавовых потоков. Коматииты имеют значительно более высокий сульфидно-никелевый потенциал по сравнению с базальтами. Это может быть объяснено более высокой температурой их расплавов (1560°С) по сравнению с базальтами (1250-1200°С) и в связи с этим большей способностью к ассимиляции любых несущих серу окружающих пород [5]. Коматииты, обладая значительно более высоким содержанием Ni по сравнению с базальтами (см. табл.1), так что любые сульфиды, которые могут в них образоваться, являются потенциально более никеленосными и соответственно платиноносными. Потоки  коматиитовых   лав имели   турбулентный   характер  и  таким   образом   сульфиды,   которые  были

Табл. 1. Содержание Ni в ppm и PgE (Os, Ir, Ru, Rh, Pt, Pd) в ppb в типовых мафитультрамафитовых породах.

Таблицай

Локализованы в них, изначально носили форму суспензии, перед тем как концентрировались в основании лавовых потоков, силлов или краях даек, представляющих собой подводящие каналы таких потоков. По приведенной модели вполне объяснимо отсутствие руд в областях, содержащих богатые серой осадочные породы, но не имеющих коматиитовых лавовых потоков, или в областях содержащих подобные потоки, но не содержащих пород, которые могли бы быть источником серы.

Сульфидно-никелевые платиноносные руды обычно ассоциируют с неоархейскими коматиитами интрузивных и вулканических фаций или же с бонинитовыми и габбро-верлитовыми интрузиями, приуроченными к толеитбазальтовым вулканитам палеорифтовых поясов в архей-палеопротерозойских провинциях. Неоархейские (2.85-2.7 млрд. лет) рудоносные коматиит-содержащие провинции представлены зеленокаменными поясами Норсеман-Калгурли, АгнюВилуна и Форрестайнья в Зап. Австралии; поясами Кидд-Мунро и Тисдейл в провинции Абитиби в Канаде. Палеопротерозойские бонинитовые сульфидно-никеленосные и платиноносные расслоенные интрузии с возрастом 2.5-2.35 млрд. лет характеризуют глобальный этап рифтогенеза и распространены в большинстве архейских кратонов. Они представлены платиноносными интрузиями с малосульфидно-никелевым оруденением: в архейском кратоне Зимбабве — Великая Дайка (2460±16 млн. лет), в рифтогенном обрамлении Карелского кратона на балтийском щите — линейные пояса интрузий Койлисмаа-Суханко в Сев. Финляндии и Олангской группы в Сев. Карелии; расслоенные интрузии Кольского п-ва – Мончеплутон (2500 млн. лет) и ФедоровоПанские Тундры (2450-2470 ±30 млн. лет); интрузии комплекса Ист булл лейк (2,45 млрд. лет) в провинции Онтарио на Канадском щите.

Значительно более древние коматиит-содержащие зеленокаменные пояса с возрастом 3.6-3.4 млрд. лет, распространенные в Капваалском кратоне в ю. Африке и кратоне Пилбара в Зап. Австралии несут лишь слабо выраженное сульфидноникелевое платиноносное оруденение. В разновозрастных поясах Абитиби (Канада) в палеоархейских коматиитах также отсутствует сульфидно-никелевая минерализация, в то время как неоархейские коматиит-содержащие пояса несут сульфидно-никелевые с платиной месторождения и признаки контаминации сульфид-содержащих сланцев [9]. Это может поддерживать модель соотношения между возрастом коматиитовых лав и их потенциальной возможностью ассимилировать вмещающие породы и нести сульфидно-никелевое с платиной оруденение.

Древнейшие коматииты отчетливо различаются по главным элементам и элементам-примесям от более молодых коматиитов любых докембрийских провинций. Наиболее заметно это в отношении деплетированности древнейших коматиитов (например, пояса барбертон в ю. Африке) Al2O3, Ti, V, Sc и HREE [10]. Предполагается, что эти особенности состава связаны с низкими степенями (около 30%) парциального плавления мантии в условиях высокого давления от 7 до 10 гигапаскаль (gPa) [11]. Условия высокого давления мантийных расплавов характеризовали палеоархейскую мантию ранних этапов эволюции Земли. Однако, некоторые зеленокаменные пояса, такие как пояса Абитиби в Канаде, содержат оба типа коматиитов и соответственно можно предположить, что деплетированные глиноземом и не деплетированные коматииты могли быть образованы и вынесены из разных по глубинности частей одного и того же плюма [12]. Древнейшие коматииты были образованы, вероятно, при плавлении метасоматизированной субконтинентальной литосферной мантии.

Коматииты, подобные древнейшим зеленокаменным поясам типа барбертон в ю. Африке, имеют гораздо более низкое содержание металлов платиновой группы и низкое Pd/Ir отношение, чем глинозем-недеплетированные коматииты более молодых поясов различных архейских кратонов. Растворимость серы и содержание PgE в базальт-пикритовых магмах сильно зависит от глубин их выплавления [13]. При 10 gPa и 1810°С пикриты могут растворять до 685ppm S, а при 14 gPa и 2000°С они могут растворить лишь 386ppm S. если эти результаты применить для коматиитов и предположить, что примитивная мантия содержит приблизительно 200ppm серы, то неоархейские не деплетированные в отношении глинозема коматииты требуют 30% плавления мантии, чтобы поглотить все сульфиды источника, в то время как палеоархейские такие же коматииты требуют 50% парциального плавления. Таким образом, данные по содержанию PgE поддерживают модель происхождения палеоархейских коматиитов из глубинной мантии — более глубинной, чем это требуется для коматиитов не деплетированных по глинозему и несущих Ni-PgE сульфидное оруденение.

Как было отмечено, деплетированные по глинозему коматииты, которые были образованы на глубинах с давлением 14 gPa, содержат на 50% меньше серы, чем не деплетированные по глинозему коматииты, образующиеся при 10gPa. Температура излияния деплетированных по глинозему коматиитов на 100°С выше, чем не деплетированных по глинозему коматиитов, что сказывается на более высокой растворимости серы во время излияния первых. Поэтому коматииты деплетированные по глинозему, требуют гораздо большей доли участия в контаминации внешнего дополнительного источника серы для достижения насыщения серой коматиитов и проявлению в них NI-PgE рудоносности.

Палеоархейская кора кратонов Каапваал и Пилбара могла быть менее насыщена серой, чем неоархейская кора кратонов йилгарн, Зимбабве, Карело-Кольского и поясов Абитиби. В результате термальная контаминация коры мантийными расплавами в неоархейских кратонах была более значительной для насыщения серой. Коровые признаки (такие как значения изотопного состава серы) могут быть значительно занижены в магматических системах [14] и такие свидетельства коровой контаминации часто трудны для определения. В случае с палеоархейскими коматиитами возникают дополнительные проблемы, выраженные в том, что их основание часто не обнажено и, таким образом, прямое определение содержания серы в субстрате коматиитовых лав невозможно. Можно также отметить факты низкой активности серы в истории эволюции палеоархейских поясов, указывая на широкое распространение в них железо-окисных фаций (железистых кварцитов). Субстрат (вмещающие породы) коматиитовых потоков мог быть в палеоархее более примитивным, чем в неоархее или палеопротерозое и поэтому был более труден для ассимиляции лавовыми потоками коматиитов. если неоархейская кора была более легкой и более эволюционированной чем палеоархейская, то поднимающиеся в промежуточные камеры магмы могли легче ассимилировать вмещающие породы. При формировании древнейших коматиитов кора была более плотной и маломощной и магмы могли изливаться без предварительного внедрения в промежуточные камеры и были, поэтому менее контаминироваными. Форма плюмов должна была быть также иной – плитообразной.  В соответствии с этим можно предполагать, что для молодых коматиитов коровая ассимиляция могла быть тем начальным механизмом, который способствовал сегрегации сульфидов и платиноидов в промежуточных камерах. Часть никельсодержащих сульфидов и платиноидов могла быть перемещена из промежуточных магматическмх камер флюидами и отложена в основании коматиитовых потоков или лейкократовых дифференциатах (анортозитах или лейконоритах) расслоенных интрузий.

Многие не деплетированные по глинозему неоархейские коматииты также могут быть безрудными в отношении платиноносных сульфидно-никелевых руд. Это может быть связано и с провинциальными геохимическими особенностями территорий. Отсутствие сульфидно-никелевых руд в древнейших коматиитовых провинциях может быть, конечно, и случайностью, связанной с незначительной современной распространенностью областей с сохраненными палеоархейскими коматиитами, в которых сульфидно-никелевое платиноносное оруденение к тому же, возможно, еще не открыто.

Список использованных источников
  1. Condie, K.C. Mantle plumes and their record in Earth history. Cambridge. Cambridge University Press. U.K. 2001. 306 p.
  2. Zwanzic H.V., Macek J.J., Mcgregor C.R. Lithostratigraphy and geochemistry of the High-grade metasedimentary rocks in the Thompson nickel belt and adjacent Kisseynew domain, Manitoba: implication for nickel exploration // Econ. geol. V. 102, No. 7, pp. 1197-1216.
  3. Турченко С.И. Металлогения тектонических структур палеопротерозоя. СПб. Наука. 2007. 175 с.
  4. Tredoux M., Roelofse F., Shukolyukov A. A Cr isotopic study of the Bon Accord NiO body in the Barberton greenstone belt, South Africa // Chemical geology. 2014. V. 390. P. 182–190.
  5. Arndt N.T., ginibre C., Albarede F., Cheablle M., Herzberg C., Jenner g., Lahaye Y. Ore deposits associated with mafic magmas in the Kaapvaal craton // geology. 1998. V. 26. P. 739-742.
  6. Crocket, J.H. Platinum group element geochemistry of mafic and ultramafic rocks // The geology, geochemistry, Mineralogy and Beneficiation of PgE (L.J. Cabri, ed.), CIM Spec. Vol. 54. P. 177-210
  7. Brügmann, g.E., Naldrett, A.J., Asif, M., Lightfoot, P.C., gorbachev, N.S. and Fedorenko, V.A., Siderophile and chalcophile metals as tracers of the evolution of the Siberian Trap in the Noril’sk region, Russia // geochimica et Cosmochimica Acta. 1993. V. 57, P. 2001-2018.
  8. Peck J., Keays R.I. Insights into the behaviour of precious metals in primitive, S-undersaturated magmas: Evidence from the Heazlewood River complex, Tasmania. Canadian Mineralogist. 1990. V. 28, P. 553-577.
  9. Sproule R.A., Lesher L.M., Ayer J.A., Thurston P.C., Harzberg C.T. Spatial and themporal variations in the geochemistry of komatiites and komatiitic basalts in the Abitibi greenstone belt // Precambrian Research. 2002. V. 115. P. 153-186.
  10. Nesbit R.w., Sun S-S., Purvis A.C. Komatiites geochemistry and genesis // Canadian mineralogist. 1979.17. P. 165-186.
  11. Herzberg C. generation of plume magmas through time: an experimental approach // Journ. of geophysical research. 1992. V. 97. P. 4521-4540.
  12. Tomilinson K.Y., Hughes D.J., Thurston P.C., Hal R.P. Plume magmatism and crustal growth at 2.9 to 3.0 ga in the Steep Rock and Lumby Lake area, western Superior Province. // Lithos. 1999. V. 46. P. 103-136.
  13. Mavrogenes J.A., O’Neill H. St. C. The relative effects of pressure, temperature and oxygen fugacity on the solubility of sulfide in mafic magma // geochemica et Cosmochimica Acta. 1999. V. 65. P. 1175-1180.
  14. Lesher C.M., Burnhum O.M., Keays R.R., Barnes S.-J., Hulbert L. Trace elements geochemistry and petrogenesis of barren and ore-associated komatiites // Canadian mineralogist. 2001. V. 39. P. 673-696.

Post a comment

Book your tickets