Садбери

Садбери, его руды, магматические породы и геологическое положение являются предметом обширной литературы, но мы не намереваемся полностью рассмотреть ее тут, а только отметим главные особенности и обратим внимание на некоторые из самых недавних статей, а также на некоторые специфические характеристики, которые рассматриваются как важные для понимания генезиса этих месторождений.

Геологическое строение бассейна Садбери представлено на рис. 4. Рудные месторождения находятся или близко к внешней границе Никеленосного плутона (Nickel Irrnptive) или ассоциируются с дайкоподобными апофизами плутона, отходящими от него. Петрология интрузива рассматривалась многими авторами, совсем недавно Паттисоном, который сосредоточил внимание на породах, тесно связанных с рудой, на магматическом разрезе, а до него Налдреттом и др. и Хьюинсом. Никеленосные интрузии внедрялись вдоль контакта между перекрывающей серией Уайтуотер и подстилающими архейскими гранитами и гнейсами (к северу) и протерозойскими зеленокаменными породами и граувакками (к югу). Возможно, наиболее интересная формация пород на Садбери — это та, что образует основание серии Уайтуотер — формация Онапинг, детально описанная Передери. Она представлена брекчией, сложенной многочисленными обломками вмещающей породы, кварцитов, гранитов, гнейсов и габбро и девитрифицированных остатков стекла, похожего на вулканическое, расположенных в основной массе более мелких обломков породы и девитрифицированных стекловидных осколков.

Структура Садбери первоначально интерпретировалась как вулканическая кальдера, формация Онапинг — как игнимбриты, которые заполнили кальдеру в тот момент, когда произошел взрыв, а плутон — как интрузия в зону разлома, ограничивающую кальдеру. Впоследствии Диц описал конусы дробления в кварцитах, залегающих южнее существующей границы плутона, и предположил, что структура возникла под воздействием удара метеорита. В 1967 г. Френч отметил серии включений в кварце и зерна полевого шпата в обломках вмещающей формации Онапинг, которые, как он предполагал, являются остатками ламеллей тетоморфного стекла, возникшего при ударном давлении более 100 кбар, и таким образом представил существенный аргумент в пользу упомянутой гипотезы.

Согласно этим наблюдениям, формация Онапинг сравнивалась с зювитовыми брекчиями из структуры Рис в Баварии, которые принимались за брекчии камнепада, возникшего при ударе. Неправильной формы тела фельзических магматических пород в основании формации Онапинг интерпретируются как порции расплавов, образовавшиеся за счет энергии удара; брекчиевые дайки, состоящие из местного материала, сопоставляются с псевдотахилитовыми жилами, наблюдаемыми в районах, пораженных ударом метеорита. Внедрение плутона связывается с глубоким коровым разрывообразованием, порожденным ударом. Гипотеза удара широко известна, хотя она не является универсальной и общепринятой.

Никеленосный плутон на Садбери состоит из пласта норитов, перекрывающего краевую зону, в которой породы по направлению к нижнему контакту постепенно становятся более богатыми кварцем. Нориты переходят вверх в габбро с постепенным уменьшением содержания гиперстена. Внутри габбро, резко переходящего по направлению вверх в гранофир, появляется кумулус магнетита. В этом же направлении от норита и габбро к гранофиру и в пограничной зоне вниз как в авгите, так и в гиперстене возрастает отношение Fe/Mg. Содержание анортитовой составляющей в плагиоклазах возрастает вверх от норита к габбро, но остается относительно постоянным в пограничной зоне. В сравнении с другими крупными расслоенными интрузиями плутон характеризуется тремя важными необычными особенностями: отсутствием мелкомасштабных (< 60 м) циклических подразделений, отсутствием видимой расслоенности, происходящей вследствие изменения соотношения минералов, и очень высоким содержанием в породах кварца. Необычайная обогащенность пород Садбери кварцем по сравнению с породами из других расслоенных интрузивов становится весьма заметной, когда их сопоставляют по отношению Fe/Mg в пироксенах или содержанию анортита в плагиоклазе (индикаторы степени дифференциации магмы, из которой они кристаллизовались) (рис. 5).

Предполагается, что магма Садбери была контаминирована материалом, богатым кварцем, и в результате это привело к возрастанию содержаний SiO2 без соответствующего увеличения отношения Fe/Mg. Присутствие многочисленных частично поглощенных обломков внутри Никеленосного плутона и относительно высокое изначальное отношение 87Sr/86Sr, равное 0,706 для норитов, подтверждают эту точку зрения. Отсутствие циклических составных частей и магматической расслоенности также объяснимо, так как необычайно высокие содержания кремнезема должны были привести к повышению вязкости магмы. Это, очевидно, препятствовало конвекции и избирательной сортировке вертикальными потоками магмы, которые, как думают, дают начало циклическим составляющим частям и видимой расслоенности массивов.

Ирвин отмечал, что силицификация мафической магмы должна вызвать насыщение сульфидами, и предположил, что это явилось причиной накопления сульфидных руд на Садбери. Данное предположение иллюстрируется рис. 6, на котором представлен изотермальный разрез системы FeO — SiO2 — FeS при 1200 °C. Мы полагаем, что разрез FeO — SiO2 соответствует природному силикатному расплаву, свободному от сульфида, а разрез FeS — FeO — природному сульфидному расплаву. Точка А лежит внутри поля одной жидкости, представляя полную смесимость составов на разрезах FeO — SiО2 и FeО — FeS, и также соответствует богатому сульфидом, но еще не насыщенному сульфидом силикатному расплаву. Добавка небольшого количества SiO2 будет изменять общий состав от точки А к точке В. Однако точка В лежит в поле двух жидкостей: жидкости FeO—FeS, содержащей очень небольшое количество кварца (состав X), и жидкости (состав Y), богатой силикатом и содержащей меньше сульфида, чем изначальный состав в точке А. Добавка SiO2 в точке А будет вызывать насыщение сульфидом, и в зависимости от того, сколько добавлено SiO2, будет приводить к сегрегации значительных количеств растворенного сульфида. Значение этого процесса заключается в том, что сульфиды осаждаются из магмы без одновременного осаждения силикатов и, таким образом, свободны от них и могут образовывать богатые рудные тела, не разубоженные силикатными минералами. Налдретт и Мак-Доналд показали, как эта концепция может быть применена к геологической структуре Садбери, указывая на то, что образование брекчий, трещинообразование и нагревание фельзических пород рассматриваемой зоны в результате метеоритного удара должны привести к процессу ассимиляции.

Никель-медные месторождения района Садбери могут быть подразделены на три типа: месторождения, расположенные вдоль края южного фланга, месторождения, расположенные вдоль края северного фланга, и месторождения, образовавшиеся за пределами материнского интрузивного тела (офсетные). Подробные описания многих из этих месторождений даны Саучем и др., Налдреттом и Куллерудом, Кауаном и Паттисоном.

Краевые месторождения южного фланга, типичными примерами которых являются Литл-Стоби 2 и Марри, обычно зональны — от массивных руд в лежачем боку до вкрапленных сульфидных руд в направлении к висячему боку. Массивные руды лежат непосредственно на породах лежачего бока п содержат их ксенолиты, а также обломки габбро и перидотитов. Вмещающими породами для вкрапленных руд являются субслоистые нориты, с резким контактом перекрытые кварцевыми норитами главного плутона.

Руды краевых месторождений северного фланга встречаются не только внутри субслоистых норитов, но и в брекчированных вмещающих породах и трещинах вмещающих пород, подстилающих брекчии. Брекчии лежачего бока представляют собой весьма необычные породы, состоящие из обломков вмещающих пород, ультрамафических пород и редко норитов, включенных в основную массу кварц-полевошпатового состава. Принято считать, что эти брекчии образовались в ударном кратере (и оконтуривают основание), хотя в некоторых местах наблюдается пострудное брекчирование. Сульфиды в брекчиях лежачего бока встречаются в виде тонкой и пузырчатой вкрапленности и прожилков в породах лежачего бока, а сульфиды, вкрапленные в субслоистые нориты с ксенолитами, образуют так называемые руды висячего бока. На руднике Страткона недавно был открыт необычный богатыймедью тип руды, сложенной почти однородным халькопиритом с незначительным количеством пентландита. Эта руда встречается в трещинах в пределах гнейсов лежачего бока более чем в 100 м от нижнего контакта Никеленосного плутона.

Месторождения, образовавшиеся за пределами материнской интрузии, встречаются в дайкоподобных ответвлениях субслоистых норитов и габбро, которые протягиваются на несколько километров от плутона в породы лежачего бока. Во многих случаях сульфиды из четкоподобных линз массивной вкрапленной в интерстициях руды ассоциируются с большим количеством ксенолитов в этих ответвленных дайках. Месторождение Фруд — Стоби является необычным месторождением такого типа, тем не менее самым крупным. Ответвление в плане похоже на дайку, вытянутую параллельно нижнему контакту Никеленосного плутона. Оно представляет собой погружающийся вниз клин в поперечном сечении, резко склоняющийся на север. Массивная с включениями ксенолитов руда концентрируется по границам клина и по направлению к основанию месторождения, тогда как верхняя часть разного тела сложена вкрапленными сульфидами в субслоистом норпте с ксенолитами.

Другим необычным рудным телом является месторождение Фалконбридж. Необычность заключается в том, что месторождение расположено вдоль разрыва, параллельного контакту плутона. На незначительной части своей длины разрыв является контактом между породами плутона и вмещающими зеленокаменными породами, хотя к западу он пересекает плутон и затухает в нем, а к востоку проникает в зеленокаменные породы. Разрыв и его взаимоотношение с минерализацией составляют предмет последнего раздела этой статьи.