Руды, связанные с континентальным рифтообразованием

В ответ на конвективное движение в подстилающей мантии в земной коре внутри многих континентов, пересекая их площадь, развивалось рифтообразование значительных масштабов. Рифтообразование местами локализовалось вдоль единичной узкой трещинной зоны, а в других местах встречается в пределах зоны шириной порядка 100 км, состоящей из несметного числа параллельных трещин. Базальтовая магма возникала из подстилающей мантии, поднималась вдоль этих трещин и разливалась по поверхности континента в виде мощных, широко развитых образований, известных как платобазальты. Два очень важных никелевых района ассоциируются с интрузивными подводящими каналами платобазальтов: район Норильск — Талнах в Сибири (руды нижнетриасового возраста), и Дулут в Миннесоте (возраст комплекса 1,1 млрд. лет). В данной статье приведены данные по двум другим месторождениям этого типа: никелевое месторождение Грейт-Лейкс, ассоциирующееся с интрузивом троктолитов в северо-восточном Онтарио, а по возрасту подобное комплексу Дулут, и руды юрского комплекса Инсизва, Транскей, ЮАР. Последний является интрузией, образующей часть магматического комплекса Кару.

Норильск — Талнах. Норильско-Талнахские медно-никелевые месторождения расположены у самой северо-западной границы Сибирской платформы, которая с конца палеозоя является стабильным кратоном (рис. 7). С севера платформа отделяется от другой платформы — полуострова Таймыр — Хатангским прогибом, и эта вторая платформа также стабильна с конца палеозоя. С запада располагается третья платформа — Восточно-Европейско-Уральский блок, который отделен от Сибирской платформы Енисейским прогибом, известным в географии как Западно-Сибирская равнина. Восточно-Европейско-Уральский блок представляет собой кратон с середины пермского времени.

В пределах Западной Сибири нижнепалеозойские глинистые морские отложения перекрыты широко развитыми девонскими эвапоритовыми отложениями и нижнекаменноугольными мелководными известняками, которые в свою очередь несогласно перекрыты среднекаменноугольными лагунными и континентальными осадками, включающими толщи углей. Эта неожиданно появившаяся осадочная толща перекрыта очень мощной толщей (приблизительно один миллион кубических километров) позднепермских и триасовых платобазальтов и туфов, известных под названием сибирских траппов. Силлоподобные толеитовые интрузии с составом, колеблющимся от субщелочных долеритов до габбро-долеритов, внедрились одновременно и являются подводящими каналами экструзивной деятельности.

Вследствие позднепермского и триасового блокового сбросообразования, которое происходило одновременно с магматической деятельностью, территория испытывала воздымание. Длина отдельных сбросов может достигать более 500 км, а вертиальное перемещение — 1000 м. Главные сбросы имеют простирание от северо-северо-восточного до северо-восточного.

Вслед за экструзиями платобазальтов в Енисейском и Хатангском прогибах от раннего триаса до среднетретичного времени происходило значительное опускание с образованием в результате осадочной толщи, достигающей мощности более 10 км. Район опускания совпадает (рис. 8) с Y-образной структурой, ограниченной блоковым сбросом, показанным на рис. 7.

Геофизические исследования до поверхности Мохоровичича указывают на то, что, несмотря на значительную мощность мезозойских и нижнетретичных отложений на этой площади, эта поверхность расположена на значительно меньшей глубине под Енисейским и Хатангским прогибами, чем на соседних платформах. На рифтовые условия формирования прогибов указывает также совпадение значительных опусканий с утонением коры под прогибами. На ранних стадиях рифтообразование сопровождалось широким развитием интрузий и экструзий, как это уже описывалось для Сибирской платформы. Как установлено аэромагнитными исследованиями, эти магматические породы подстилают обширные области депрессий.

Минерализованные триасовые интрузии представляют собой вулканические каналы, расходящиеся радиально в стороны и вверх от интрузивных, центров и прорывающие осадочную толщу. Многие из этих интрузивных, центров в районе Норильск — Талнах приурочены к известному блоковому сбросу Норильск — Хараелах (рис. 9), который располагается в пределах Сибирской платформы, но параллелен системе сбросов, образующей на западе границу между платформой и Западно-Сибирской равниной. Он рассматривается как глубоко заложенный сброс, служивший каналом для поднимающейся магмы. Как месторождение Гора Черная на юге, так и месторождения Талнах и Октябрьское на севере приурочены к этому сбросу. Недавно была описана другая группа медно-никелевых месторождений во вмещающих габбро-долеритах на рудном поле Северный Хараелах, площадь поля 1500 км2. Эти месторождения находящиеся приблизительно в 375 км севернее Норильска, также расположены в непосредственной близости к северному продолжению сброса Норильск — Хараелах.

Рудоносные интрузии дифференцированы, при этом пикриты и пикритовые долериты перекрыты более фельзическими дифференциатами. Взаимоотношения между осадками, интрузивами и экструзивами показаны на рис. 9. Отдельные силлы могут достигать длины 12 км, ширины 2 км и мощности от 30 до 350 м. Медно-никель-платиноидное оруденение образует относительно устойчивые рудные горизонты, встречаясь в виде вкрапленности или массивных скоплений пирротина, пентландит и халькопирита в нижних частях интрузивов и в виде зон вкрапленности и массивных жил в прилегающих, породах лежачего бока.

Между месторождениями Норильска и Талнаха имеются существенные различия. Норильские руды значительно ниже по качеству, и в мае 1978 г. тут действовали только два рудника — открытые разработки карьера Медвежий Ручей на северо-восточном окончании интрузии Норильск I и подземные выработки шахты Заполярная на юго-западе. Месторождения Hoрильск II и Гора Черная описаны Словиковским как условно рентабельные и в настоящее время не разрабатываются. Нa территории Талнаха действуют рудники Маяк, Комсомольский, Октябрьский и Таймыр. Разработка рудника Маяк началась в конце 1965 г., затем она продолжалась на руднике Комсомольском в 1971 г. и Октябрьском в 1974 г. В 1978 г. на Таймыре только еще проводились подготовительные работы.

Большая часть руды, связанной с интрузией Норильск I, состоит из сульфидов, вкрапленных в пикритовые и такситовые (контактовая фаза) габбро, и участков более массивных руд, развитых вблизи контакта. Геология Талнаха достаточно сложная — интрузивные породы расположены внутри и расходятся радиально в стороны от сброса Норильск — Талнах. Строение магматических и рудных тел усложняется постинтрузивным сбросообразованием. Вкрапленная пирротин-пентландитовая руда встречается внутри интрузий и переходит вниз в массивную руду, содержащую значительное количество меди. Более массивные руды также встречаются по направлению к краям рудных тел. Богатые рудные зоны также частично состоят из сульфидных прожилков, выполняющих трещины растяжения. Этот тип минерализации характерен также для флангов рудных тел. Весьма богатая медью минерализация ассоциируется с зонами массивных руд, встречающихся среди ороговикованных и метасоматически измененных вмещающих пород и внутри зон скарнов. Обычно массивные руды по сравнению с вкрапленными сульфидами в троктолитах и габбро обогащены Pt и Pd обеднены Rh, Ru, Tr и Os.

Генкин и др. сообщают, что руды, для которых вмещающими являются интрузии, богаты пирротином, содержат типичную ассоциацию пирротина, халькопирита, пентландита и магнетита. Наиболее массивные руды обогащены медью и в редких случаях сложены богатыми металлом медножелезными сульфидами: кубическим халькопиритом, моихукитом и талнахитом совместно с кубанитом, богатым железом пентландитом (42% Fe), магнетитом и различными количествами богатого железом пирротина или троилита. Они рассматривали эту ассоциацию как результат фракционной кристаллизации Fe- и Ni-носного моносульфидного твердого раствора из сульфидного расплава.

Данные по изотопам серы для района Норильска (рис. 10) указывают на то, что сульфиды чрезвычайно обогащены 34S. Эти данные не совместимы с положением о мантийном происхождении серы, но согласуются с тем, что ее источником были эвапориты.

Геологические и геохимические данные четко указывают на то, что по мере того, как базальтовые магмы поднимались через осадочный чехол, они ассимилировали серу из сульфатных эвапоритов, сквозь которые они проникали. Сера в сульфате кальция восстанавливалась до сульфида, CaO поступал в магму, и железо магмы реагировало с восстановленной серой, что приводило к образованию несмешивающихся капелек сульфида железа, рассеянных в телах интрузивов. Эти капельки действовали как коллекторы никеля, меди и элементов платиновой группы, которыми так богаты руды Норильска. Тарасов отмечает, что из среднекаменноугольных осадков также ассимилировались угленосные горизонты, что могло содействовать восстановлению сульфата кальция.

Минерализация комплекса Дулут. Комплекс Дулут обнажается в виде массива правильной формы, протягивающегося приблизительно на 240 км к северо-востоку от города Дулут, штат Миннесота, к канадской границе. Детальные описания этого комплекса были сделаны Тейлором, Уэйбленом , Финни и Бонничсеном. Симс и Мори представили обобщенное описание стратиграфического положения, а Уйэблен и Мори дали современное обобщение геологии комплекса.

Комплекс тесно ассоциируется с базальтами кивино (поздний протерозой) района озера Верхнего и был внедрен 1,12 млрд. лет назад близко к контакту этих пород с более древними докембрийскими породами, которые ныне обнажаются к северо-западу (рис. 11). Эти породы сложены на севере комплексом архейских фельзических интрузивов и вулканитов, главным образом гранитами Гиантс-Рейндж, которые к югу несогласно перекрываются падающей на юг толщей железистых кварцитов Бивабик. Она в свою очередь перекрывается черными аргиллитами, граувакками, алевролитами, графитовыми аспидными сланцами и сульфидной фацией железорудной формации, включая формацию Виргиния.

Комплекс Дулут содержит множество интрузий, некоторые из них, по-видимому, были подводящими каналами платобазальтов кивино, известных вдоль северного берега озера Верхнего. Минерализация встречается вдоль западной границы этого комплекса. Уэйджер и др. описали геологию месторождения Спрус, принадлежащего INCO Metals Ltd., Мэтлок и Ватович — геологию месторождения Миннамакс, принадлежащего AMAX Exploration Ltd’s, Pao и Рипли — петрологию и геохимию месторождения Данка-Роуд, принадлежащего U.S. Steel Corporation’s, и Мейнуоринг и Налдретт изучили минерализацию комплекса Уотерхен. Положение этих месторождений показано на рис. 11. В первых трех месторождениях минерализация представлена пирротином, халькопиритом, пентландитом и кубанитом, редко вкрапленными в троктолите и норите на расстоянии до 300 м от основания комплекса. Минерализованные зоны характеризуются многочисленными включениями вмещающих пород, сложенных роговиками формации Виргиния и Бивабик, и неминерализованных габбро и перидотитов. Так обстоит дело и на месторождении Спрус (рис. 12), где граниты слагают лежачий бок, а породы формаций Виргиния и Бивабик, по-видимому, не появляются на поверхности на протяжении нескольких километров от месторождения. Как на месторождении Миннамакс, так и на месторождении Данка-Роуд в пределах горизонтов сульфидов норитов становится больше, а троктолитов меньше, что подтверждает взаимодействие между троктолитами и включениями вмещающей породы.

Комплекс Уотерхен несколько отличен тем, что сульфиды ассоциируются с зоной дунита и даже со слоями перидотита внутри перекрывающих троктолитов. Хотя минерализация состоит из обычной ассоциации пирротина, пентландита и халькопирита и располагается в интерстициях зерен силикатов, образуя характерную магматическую «сетчатую структуру», необычной чертой является присутствие в определенных зонах графита, содержание которого достигает 10%. К другим редким особенностям относится наличие в некоторых троктолитах зеленой (Mg-Al) шпинели и местами присутствие кор-диерита. Как и в других месторождениях, здесь в троктолитах встречаются многочисленные частично разрушенные остатки орговикованных аспидных сланцев формации Виргиния.

Эти наблюдения привели Мейнуоринга и Налдретта к представлению о том, что графит и сульфиды могли быть извлечены из формации Виргиния. Результаты изучения ими изотопов серы показаны на рис. 10. В убогих сульфидах из формации Виргиния значение b34S в среднем составляет около 18%, тогда как в сульфидах месторождения Уотерхен — от И до 16%. Эти результаты совпадают с моделью, по которой, по-видимому, около 75% серы были получены из вмещающих пород. Мейнуоринг и Налдретт предложили модель, по которой изначальная порция магмы, богатая фено-кристаллами оливина и контаминированная сульфидами из вмещающих пород, внедрилась, образовав главную сульфидную зону с дунитами в качестве вмещающих пород. Затем началась дифференциация магмы. Значительные порции новой магмы выталкивали существующую частично дифференцированную магму с образованием в Норт-Шор вулканитов серии кивино, и они в свою очередь дифференцировались, давая начало циклическим сериям перидотит-троктолит-анортозитовых разностей, в которых осаждались сульфиды, накапливаясь в основании перидотитовых членов каждой из этих составных частей. Отношение изотопов серы в породах комплекса Дулут также указывает на то, что большая часть серы поступила из корового колочника.

Петрологические и изотопные исследования, выполненные Рас и Рипли, привели их к заключению, что массовая ассимиляция формации Виргиния не является непосредственным источником серы, но что под действием тепла интрузии сульфиды и водные минералы вмещающих пород разрушались и сера была привнесена в интрузив богатой H2O летучей фазой.

Как было установлено ранее, комплекс Дулут является интрузивной составляющей платобазальтов серии кивино провинции озера Верхнего. Само озеро представляет собой северное окончание мидконтинентального гравитационного поднятия, которое пересекает Северную Америку в северо-восточном направлении от штата Канзас до штата Миннесота и затем поворачивает к югу в центральную часть штата Мичиган (рис. 13). Зона гравитационных аномалий совпадает с многочисленными четкими положительными и отрицательными магнитными аномалиями. Допалеозойские породы основания пересечены скважинами в пределах зоны, включающей большое количество базальтов кивино и мафических интрузий. Эти образования и обусловленные ими гравитационные и магнитные аномалии отражают магматическую деятельность, связанную с внутриконтинентальным рифтообразованием, которое имело самое большое развитие на территории провинции озера Верхнего и выразилось в экструзиях платобазальтов кивино и интрузиях комплекса Дулут.

Инсизва, Транскей, ЮАР. Во многих местах в основании субгоризонтального пикрит-габбрового комплекса Инсизва — Ингели — Тонто — Табан-кулу в округе Пондоленд, северный Транскей, появляются сульфиды. Комплекс занимает площадь 1200 км2 и имеет вертикальную мощность не менее 900 м. Он представляет собой часть юрской толщи лав и интрузивов Кару, которая встречается по всей территории ЮАР. Наиболее интересные из них сконцентрированы вокруг района ущелья водопада Инсизва, где несколько штолен было пройдено в сульфидной минерализации в пределах базальной зоны. Породы этой площади состоят из базальной закаленной фазы, контактирующей с подстилающими аспидными сланцами и крупнозернистыми песчаниками, и перекрываются 100-метровой толщей оливин-гиперстено-вых габбро и пикритов, которые переходят вверх в оливин-гиперстеновые габбро главной интрузии. Сульфиды развиты в виде вкрапленности в низах оливин-гиперстеновых габбро и в виде небольших массивных скоплений по трещинам в этих породах, в базальной зоне закалки, и в подстилающих вмещающих породах. Существует связь между сульфидами и гранитными жилами, пересекающими интрузивные породы; Тишлер и др. рассматривали жилы как вмещающие породы, расплавившиеся под действием интрузива, и считали, что присутствие сульфидов является результатом контаминации мафической интрузии вмещающими фельзическими породами. Как было определено Шольцем, минерализация в районе Инсизвы содержит 600 тыс. т руды при сумме содержания никеля и меди 0,5%. Возможно, впоследствии разработка дойдет и до этих резервов.