08.02.2018

Классификация мафических и ультрамафических пород и связанных с ними сульфидных никелевых месторождений


Попытки классифицировать тела мафических и ультрамафических пород предпринимались неоднократно. Первой из них была классификация, приведенная в книге Уилли «Ультрамафические и связанные с ними мафические породы». Налдретт развил классификацию, используя многие подразделения из упомянутой книги и включая не признанный ранее класс коматиитов; эта классификация была впоследствии пересмотрена Налдреттом и Кабри. Эта последняя классификация как основа, на которой строилась классификация сульфидных никелевых руд, имела некоторые недостатки, так как большая часть таких руд встречается на площадях, где породы настолько сильно деформированы и изменены метасоматически, что невозможно уверенно определить их происхождение. Соответственно на первом совещании Международной геологической корреляционной программы по проекту № 161 «Магматические сульфидные руды, связанные с мафическими и ультрамафическими породами» группа геологов из семи стран использовала схему Налдретта и Кабри как основу для новой классификации. Эта схема приведена здесь в табл. 1 вместе с примерами пород и ассоциирующихся с ними сульфидных руд. Схема состоит из трех главных подразделений: А — синвулканические тела, Б — тела на площадях кратонов и В — тела, внедренные во время орогенеза. Эти подразделения и будут обсуждены ниже.

Тела, одновременные с внутрикратонным вулканизмом. Опыт, накопленный при изучении площадей архейских и протерозойских зеленокаменных поясов, показывает, что синвулканические ультрамафические породы могут быть отнесены к двум главным классам — коматииты и толеиты и что толеиты в свою очередь делятся на два характерных подтипа — пикритовые и анортозитовые. Ввиду того что анортозитовые толеиты составляют очень незначительную часть ультрамафических пород, данное обсуждение сосредоточено главным образом на коматиитах и пикритовых толеитах.

Коматииты. Возникает некоторое затруднение по поводу определения, что именно представляют собой коматииты. Название было предложено Р. Вильюком и М. Вильюном для пород, широко развитых в бассейне реки Комати в районе Барбертона, ЮАР. Некоторые аспекты их изначального определения, и в частности их интерпретации, сформулированные Бруксом и Хартом, являются до некоторой степени ограниченными. Арндт и др. предложили новое определение коматиитов, утверждая, что они представляют собой такую же отличимую и заслуживающую такого же статуса изверженную серию, как толеитовые, известково-щелочные или щелочные серии. Налдретт и Смит ввели новое определение на основе состава серии, изменяющегося от дунита (> 40 % MgO, относительно к безводной основе), через перидотитовый (20—40% MgO) и базальтовый коматииты (12—20% MgO) и магнезиальный базальт (10—12% MgO) до базальта (< 10% MgO).
Арндт и Брукс, докладывая в 1979 г. на совещании по коматиитам, проведенном в Пенрозе, указали на присутствие в классификации ряда противоречивых положений и на то, что поэтому, вероятно, она будет претерпевать дальнейшие изменения. На совещании в Пенрозе было выдвинуто предложение пересмотреть термин «коматиит» с таким расчетом, чтобы он включал любую ультрамафическую вулканическую породу, в том числе и обломочную, за исключением кумулятов базальтовой магмы. Нижний предел содержания MgO для включения в ультрамафические породы установлен условно в 18%. К породам, содержащим менее 18% MgO, должен применяться термин «коматиитовый базальт», что покажет их определенную пространственную и химическую связь с коматиитами. На данной стадии это хорошее предложение можно считать лишь одним из вариантов классификации. Для того чтобы избежать недоразумений, в данной статье используется терминология Налдретта и Смита, так как она незначительно отклоняется от принятой ныне.

На одной и той же площади обычно развиты как экструзивные, так и интрузивные разности коматиитовых пород, иногда с преобладанием первых (например, Манро-Тауншин), а иногда с преобладанием последних, часто в виде крупных линз массивного дунита (например, площадь Якабинди). Существуют четкие доказательства существования перидотитовых расплавов, содержащих до 35%, но обычно 20—30% MgO и к тому же несущих во взвешенном состоянии 20—30% фенокристаллов оливина. Осаждение и накопление фенокристаллов, фильтрующее выжимание, уплотнение и, возможно, в некоторой степени адкумулятный рост являются причиной образования дунитов и более магнезиальных перидотитов.

В одних потоках (и возможно, в некоторых близповерхностных интрузиях) из верхних частей расплава осаждаются фенокристаллы оливина и пироксена пластинчатого и скелетного облика, образуя структуру, известную под названием спинифекс. В других потоках осаждение фенокристаллов, по-видимому, было замедленным, зона и структуры спинифекс отсутствуют, хотя на фенокристаллах развиты скелетные наросты, а в интерстициях наблюдается скелетный пироксен. Из-за этой структуры, которая является признаком замедленного образования ядер и переохлаждения, условия развития зоны спинифекс рассматриваются как приближающиеся к жидкой порции данной магмы. При таком условии потоки со структурой спинифекс, содержащие около 23% MgO, должны были формироваться при температуре примерно 1425 °C, а потоки, содержащие 35% MgO, — при температуре 1650 °C. Ведется широкая дискуссия по поводу того, можно ли базальтовые породы отождествлять с породами, принадлежащими к коматиитовой серии. Проблема заключается в том, что базальты тесно ассоциируются с серией перидотитовых и базальтовых коматиитов и поэтому, по-видимому, являются частью этой серии, имеют такой же состав главных и многих малых элементов, как и те, что не связаны тесно с ультрамафическими коматиитами и классифицируются как толеиты.

Арндт и др. описали дифференцированный коматиитовый поток мощностью 120 м. Он сложен лежащей в основании зоной кумулуса перидотита, перекрытой пироксенитом (в основном авгит, хотя присутствует также некоторое количество гиперстена), и затем габбро, которое постепенно переходит вверх в кварцевое габбро. Поток покрыт 30-метровой зоной оливинового и пироксенового спинифекса. Это габбро по составу аналогично базальтам, которые являются частью серии базальтовый коматиит — магнезиальный базальт — базальт, перекрывающей поток, что позволяет предполагать связь всех этих типов пород, сформировавшихся в результате фракционной кристаллизации. Эта связь подтверждается данными по элементам-примесям. Однако на других площадях, в том числе в районе Манро-Тауншип, данные по элементам-примесям не подтверждают такой связи и, скорее, указывают на то, что базальтовые коматииты и базальты были результатом особых случаев мантийного плавления.

Несмотря на трудности, касающиеся объяснения химического состава некоторых пород, видимо, можно подразделять серии пород, особенно их ультрамафические разности, на основе общих правил.
Налдретт и Кабрии Арндт и др. отмечают, что коматииты и ассоциирующиеся с ними базальты в Манро-Тауншип, Онтарио, могут быть четко отделены от богатых железом толеитов по диаграммам соотношения содержаний в породе Al2O3 и FeO/(FeO + MgO), где FeO — общее содержание железа. На рис. 1, а такое соотношение приведено для пород Манро и для кумулятных пород силла Дандоналд — дифференцированного силла, принадлежащего к пикрит-толеитовому подклассу. На этой диаграмме четко видно различие между этими двумя типами магмы: коматииты находятся выше наклонной линии, а толеиты — ниже. Арндт и др. отмечали, что другим отличительным признаком является относительно низкое содержание TiO2 в коматиитах по сравнению с толеитами, как это показано на диаграмме TiO2 — MgO (рис. 2, а). Хотя кумулятные перидотиты и пироксениты силла Дандоналд попадают в поле коматиитов; диаграмма TiO2 весьма эффективна при разделении габброидных разностей силла, некоторых экструзивных толеитов и собственно коматиитов.

Если рассмотреть коматииты из других районов мира, то коматииты площади Якабинди, Западная Австралия, описанные Налдреттом и Тернером, по составу подобны породам Манро как по диаграмме соотношений Al2O3 и FeO/(FeO + MgO) (рис. 1, б), так и по диаграмме соотношений TiO2 и MgO (рис. 2, б). Налдретт и Тернер также показали, что базальты, ассоциирующиеся с коматиитами на площади Якабинди, характеризуются высокими содержаниями Ni (в среднем 146 млн-1 при разбросе от 100 до 181 млн-1) и Cr2O3 (в среднем 138 млн-1 при разбросе от <10 до 336 млн-1). Анализы, приведенные Несбиттом для территории Скотия в Западной Австралии (80 км от Калгурли), нанесены совместно с данными по Якабинди. Однако в противоположность породам Канады и Западной Австралии некоторые коматииты Барбертона, в частности базальтовые коматииты типа Бадплас и Барбертон, и низко алюминиевые разности типа Гелук попадают ниже наклонной линии на рис. 1. Арндт рассмотрел в свете современных воззрений необычный состав этих пород, встречающихся только на площади Барбертон, и предлагает некоторые объяснения их образования.
Здесь следует заметить, что хотя та или иная порода может соответствовать химическим параметрам, упомянутым выше, она не обязательно является коматиитом. Например, большинство базальтов океанических хребтов и островных дуг попадают на рис. 1 в поле коматиитов, как и большая часть ультрамафических пород офиолитовых комплексов. Чтобы уверенно утверждать, что имеешь дело с толщей коматиитов, кроме химических критериев необходимо иметь и другие доказательства, о которых мы упоминали, такие, как наличие лав и вероятных субвулканических подводящих каналов, богатых оливином, наличие структуры спинифекс в типичных образцах. Одним из химических критериев, характеризующих большую часть коматиитов, является низкое (по сравнению с другими вулканическими породами с таким же отношением MgO/FeO) содержание редкоземельных элементов, в частности низкие содержания Hf, Y и Zr.

Толеиты: подкласс пикритовые толеиты. Ультрамафические породы, принадлежащие к этому классу, развиты в нижних частях дифференцированных силлов или потоков. Они также встречаются в виде зон гиалокластитов или афанитовых и тонкозернистых пироксенитов, перекрывающих потоки, а также в виде жерловых брекчий, возможно связанных с силлами. Типичный для этого подкласса силл, например силл Дандоналд, сложен в основании слоем перидотита мощностью 320 м, перекрытого 130-метровым слоем авгитового пироксенита и выше 260-метровым слоем габбро, внутри которого по направлению вверх встречаются зоны гранофиров, достигающие мощности 60 м. Подобная последовательность наблюдается в нижних частях дифференцированных потоков, принадлежащих к этому классу, хотя в них габбро переходят вверх в тонкозернистые пироксениты, перекрытые гиалокластитами, необычайно богатыми MgO (13—15%). На руднике Алексо трубообразное тело гиалокластитов пересекает коматиитовые потоки, перекрывающие силл Дандоналд, брекчируя их и сливаясь со стратиформным гиалокластитовым пластом, который в свою очередь перекрыт следующими коматиитовыми потоками, что доказывает одновременность двух типов магматизма. Составы гиалокластитов этого типа (50% SiO2, 14% MgO, 0,9 — 1,52% TiO2) представляют изначальный состав магмы, из которой образовались эти потоки и силлы. Они содержат 10—20% нормативного оливина и могут быть описаны как оливиновый толеит или пикрит.

Толеиты: подкласс анортозитовые толеиты. Эти тела состоят главным образом из анортозита, габбрового анортозита или анортозитового габбро и характеризуются слоями, богатыми титансодержащим магнетитом. Ультрамафические породы сравнительно редки и представлены главным образом слоями, богатыми пироксеновым кумулусом. Один из наиболее полно изученных, правда сильно измененный — это комплекс Доре-Лейк. Повсеместное совпадение расслоенности в теле со складчатостью вмещающих пород предполагает, что оно внедрилось до складчатости. Однако, хотя это и плохо видно, комплекс Камискотия в 24 км западнее Тимминса (Онтарио) является, по-видимому, более дискордантным массивом.

Интрузии на площадях кратонов. Как можно видеть из табл. 1, не говоря уже о характерных интрузиях магм платобазальтового типа и щелочных интрузиях, предметом классификации тел в неорогенных условиях является скорее размер, чем значительное различие в типе интрузии или магмы.

Интрузии, связанные с платобазальтами. Тела этого типа включают очень большие (мощность 6—7 км и площадь более 8000 км2) массивы: интрузив Дьюфек в Антарктиде, комплекс Дулут в штате Миннесота (240 X 80 км), комплекс Инсизва — Ингели в ЮАР и меньшие по размерам (до 1 X 10 км) интрузивы района Норильск Талнах в Сибири. Они ассоциируются с толеитовыми платобазальтами, которые характеризуются более высоким соотношением несовместимых элементов, чем другие толеитовые типы, а отношения изотопов Sr и Nd в них указывают на выделение их из изначально не расплавленной мантии.

Крупные стратиформные комплексы. Как показано в табл. 1, этот класс подразделяется на пластообразные и дайковые тела. Первые включают такие тела, как комплексы Бушвелд, Стиллуотер, Маскокс и Садбери. Последний отличается от других отсутствием повторяющегося чередования слоев пород и выделяется в отдельную группу. В целом состав этих комплексов скорее мафический, чем ультрамафический, хотя зоны ультрамафических пород присутствуют во всех комплексах, кроме Садбери. Однако и на Садбери в рудах встречаются многочисленные ультрамафические включения, состав которых колеблется от дунита до оливинового метагаббро. Полагают, что они связаны со скрыторасслоенной интрузией.

Другие классы. Они включают средние и мелкие по размерам интрузии и тела щелочных пород, такие, как кимберлиты и карбонатиты.

Тела, внедрявшиеся во время орогенеза. Синорогенные интрузии. Мафические интрузии этого типа обычны для Аппалачско-Каледонского орогенного пояса. Они лучше всего описаны в Абердине и Финмарке (Сейланн), где определяются: 1) по данным о синдеформационной интрузии, особенно по неправильной магматической расслоенности, если таковая присутствует, петроструктурным тектонитам и беспорядочному распределению широкого спектра магматических пород; 2) по частичному метаморфизму и деформации на поздних стадиях диастрофизма. Широкое развитие таких интрузий в поясе от острова Мэн до северной Норвегии может быть связано с глубоким уровнем эрозии, особенно в норвежских каледонидах. Подобные интрузии могут встречаться на глубоких уровнях других фанерозойских орогенных поясов. На острове Мэн эти интрузии возникали при столкновении континентов, тогда как принято считать, что происхождение петрографической провинции Сейланн связано с крутопадающей зоной Беньоффа.

Тела тектонического внедрения, офиолитовые комплексы. Офиолитовые комплексы интерпретируются как части океанической коры и верхней мантии и на наиболее сохранных участках характеризуются наличием базальной зоны перидотита с метаморфической структурой, перекрытой серией кумулятов, переходящих от дунита через перидотит в габбро, и подушечными лавами с ассоциирующимися подводящими дайками; все эти породы в свою очередь перекрыты морскими глубоководными осадками, включая радиоляриевые кремнистые сланцы. В некоторых местах внедрение сопровождалось минимальным разрушением, при котором хорошо сохранялась полная офиолитовая серия, а в других местах ультрамафические породы встречаются в виде изолированных блоков в меланже.

Тела тектонического внедрения, возможно мантийные диапиры.
МакГрегор интерпретирует тело Маунт-Альберт (Истерн-Тауншип, провинция Квебек) как высокотемпературную диапировую интрузию твердого мантийного материала, сформировавшуюся во время орогенеза. Он указывает на хорошо выраженный метаморфический ореол в окружающих осадках как на доказательство высокой температуры тела.

Ультрамафические комплексы аляскинского типа. Комплексы этого типа получили свое название по серии отдельных тел, выходящих на поверхность в юго-восточной части материковой Аляски. Более 30 тел встречаются вдоль 550-километровой узкой полосы Аляски, большая часть которых располагается в зоне шириной всего около 40 км. В некоторых из самых крупных комплексов проявляется грубая концентрическая хорошо развитая зональность: дунитовое ядро, окруженное следующими одна из другой скорлупами оливинового клинопироксенита, богатого магнетитом клинопироксенита и и горнблендита. Как группа, комплексы аляскинского типа отличаются от альпийских ультрамафических или стратиформных интрузий наличием высококальциевого клинопироксена, отсутствием ортопироксена или плагиоклаза, обилием роговой обманки, богатого железом хромита и магнетита, причем последний встречается в концентрациях, представляющих местами промышленный интерес.

Подобные тела известны на Урале, на юге центральных частей Британской Колумбии, в Колумбии и Венесуэле (табл. 1). Наиболее полно из всех них изучен комплекс Дьюк-Айленд, охарактеризованный Ирвином, который представил общее описание тел этого типа и подчеркнул их щелочную природу.





Яндекс.Метрика