Месторождения в докембрийских зеленокаменных поясах, связанные с коматиитами

Эти месторождения естественно распадаются на три группы, которые сначала лишь перечислены, а далее описаны более подробно:

Группа 1. Рудные тела, встречающиеся в основании ультрамафических потоков, как правило, небольшие ((от 1 до 5)*10в6 т), но высокосортные (1,5—3,5% Ni). Примерами их являются месторождения района Камбалда и купола Уиджимулта в Западной Австралии, месторождение Дамба — Силвейн в Зимбабве и рудники Лангмуир и Марбридж пояса Абитиби в Канаде.

Группа 2. Месторождения среднего размера ((от 10 до 40)*106 т), довольно высокосортные (1,5—2,5% Ni), локализованные в основании интрузивных тел, которые во многих случаях, как думают, связаны с коматиитовым вулканизмом, возможно являясь подводящими каналами вулканов. Типичными представителями этого класса являются месторождения протерозойского зеленокаменного пояса Кейп-Смит — Уакехам-Бей в Унгаве, Канада. К этой же группе, по-видимому, принадлежит месторождение Персиверанс в Западной Австралии. Хотя месторождения никелевого пояса Манитобы в Канаде сильно деформированы и метаморфизованы, похоже, что их также можно отнести к этой группе.

Группа 3. Очень крупные месторождения ((от 100 до 250)*10в6 т) низкосортных (0,6% Ni) тонковкрапленных сульфидных руд в линзах дунита, которые интерпретируются как интрузивные силлоподобные подводящие тела коматиитового вулканизма. Примерами этих месторождений являются месторождения Сикс-Майл и Маунт-Кейт около Якабинди в Западной Австралии и никелевое месторождение Дьюмонт в Квебеке.

Месторождения группы 1. Район Камбалда. Наиболее детально изученными месторождениями группы 1 являются месторождения района Камбалда в Западной Австралии. Стратиграфический разрез этой площади включает два цикла вулканизма по составу от мафического до кислого; каждый цикл завершается осадками, перекрывая главную толщу железистых кварцитов, которая в свою очередь подстилается фельзическими вулканическими породами.

Никелевые сульфидные месторождения располагаются в пределах нижней, мафической, части нижнего цикла и связаны с группами ультрамафических потоков, которые фациально переходят в базальты. Месторождения Камбалда выходят на поверхность вокруг купола, упрощенный план которого приведен на рис. 14. Базальтовые породы, обнажаясь в ядре, перекрываются 600-метровой толщей ультрамафических лав, а последние в свою очередь перекрываются следующей толщей базальтов. На рис. 14 контуры рудных тел спроецированы на дневную поверхность. Около 75% руды сосредоточено у нижнего контакта ультрамафической толщи, в основании самых нижних ее потоков.

Северо-северо-западное простирание большинства рудных тел является следствием контроля их сбросами. На рис. 15 представлен поперечный разрез через рудный столб Ланнон и показано положение руды, а также утолщение рудоносного потока в ограниченном сбросами прогибе. Оба этих аспекта подтверждают, что прогиб существовал перед экструзией потока и действовал как желоб для накопления сульфидов. На рис. 16 сравнивается типичный разрез через рудную зону с разрезом рудника Алексо, Онтарио, Канада. На месторождении Камбалда базальты лежачего бока перекрыты массивными сульфидами, которые в свою очередь перекрыты рудой, представленной системой прожилков сульфидов во вмещающем оливине; все это перекрывается слабоминерализованными перидотитами. Контакты между типами руд всегда резкие. В недавнем описании Камбалды подчеркивается тектоническая деформация пород района и указывается, что многие контакты, наблюдаемые теперь, являются тектоническими, а не первичными. В этом отношении интересно сравнение руд Камбалды с рудами хорошо сохранившегося месторождения Алексо — оно показывает, что многие контакты на месторождении Камбалда, несмотря на то что они смещены, вероятно, отражают изначальные контакты.

Среди геологов, изучающих эти месторождения, весьма широко распространено мнение, что они являются результатом отложения сульфидов из потоков магмы на местах современного расположения руд. Существует разногласие относительно того, были ли сульфиды «выстрелены» вперед из потока магмы по мере того, как он проходил по ограниченному сбросами трогу с последующей непрерывной добавкой сульфида во время движения магмы, за чем следовал период, во время которого практически достигалось гидростатическое равновесие («модель бильярдного шара»), или же магма однородного сульфида продвигалась впереди потока силикатной магмы и остывала с развитием закаленной верхушки до того, как она была перекрыта потоком силикатной магмы. Почти все авторы согласны с тем, что рудные сульфиды достигали значительного равновесия с вмещающей их магмой до того, как они отложились в теперешнем их местоположении; именно поэтому они не являются результатом узко локальных взаимодействий между рудообразующей магмой и сульфидами окружающих пород, но были перемещены вместе с потоком магмы на некоторое значительное расстояние, возможно даже из мантии.

Месторождения группы 1. Лангмуир 1 и 2. Эти месторождения расположены в поясе Абитиби Канадского щита приблизительно в 40 км юго-восточнее города Тимминс, провинция Онтарио. Месторождения расположены на юго-восточном склоне купольной структуры. В ядре развиты базальты и интрузивные граниты. Базальты перекрываются толщей фельзических пирокластических пород, которые в свою очередь перекрыты сравнительно протяженным мощным (30—50 м) горизонтом слоистых железистых кварцитов. Потоки коматиитовой лавы фациально замещают фельзические вулканиты, и по направлению вверх количество их все увеличивается до тех пор, пока они не становятся преобладающим типом пород. Сами они перекрываются базальтовыми коматиитами, магнезиальными базальтами и в конце концов очень мощной толщей богатых железом толеитовых базальтов. Неправильные массы перидотитов рассекают фельзические вулканиты и базальты в ядре купола и интерпретируются как подводящие каналы коматиитового вулканизма.

Месторождение Лангмуир 2 изучено более подробно, чем месторождение Лангмуир 1, и является единственным разрабатываемым месторождением. Руда и рудоносные магматические потоки находятся над и по соседству с несогласным массивом перидотитов, который по направлению книзу рассекает подстилающие андезитовые лавы (рис. 17); Грином и Налдреттом он интерпретируется как подводящий канал.

Минерализация, особенно та, что находится у основания ультрамафической толщи, контролируется сбросами и неровностями рельефа (рис. 18) точно так же, как на месторождении Камбалда. Некоторые площади месторождения претерпели изменение с развитием богатой пиритом и миллеритом сульфидной ассоциации, но большая часть руды сложена пирротином, пентландитом и небольшим количеством халькопирита.

Месторождение Лангмуир 1 расположено в основании серий лавовых потоков со структурой спинифекс. Здесь не проводились подземные подготовительные работы, и геологический контроль минерализации не ясен. Большая часть руды сильно окислена, превращена в магнетит, который во многих местах псевдоморфно замещает сульфиды в штокверковой структуре руды.

Месторождения группы 1. Месторождения в Зимбабве. Сульфидные месторождения, связанные с коматиитами, развиты в нескольких районах Зимбабве. Месторождение Троян (20*10в6 т, 0,7 % Ni, 0,05% Cu) расположено в зеленокаменном поясе Бинериндже в Биндуре в 80 км западно-северо-западнее Солсбери. Месторождения Дамба — Силвейн, Шангани (18*10в6 т, 0,73% Ni, 0,07 % Cu) и Ипок находятся в 80 км от Булавайо, соответственно в северном, северо-восточном и восточном направлениях.

Вильюн и др. установили, что месторождение Шангани связано с удлиненным телом перидотитов, грибообразным в поперечном сечении, которое внедрилось в фельзические лавы, перекрытые коматиитами. Сульфиды образуют вкрапленность в «шляпке гриба» и особенно концентрируются в основании «шляпки» с обеих сторон «ножки». Уильямс отмечал, что золы менее ультрамафического материала совместно с осадками эксгаляционного типа встречаются внутри «шляпки» и распространяются вверх до ее вершины. Он предполагал также, что рудоносное тело может быть трещинным экструзивным центром, а месторождения Дамба и Силвейн располагаются вблизи основания серии лавовых потоков. Месторождение Ипок им описано как подобное месторождению Шангани в связи с тем, что оно ассоциируется с телом секущих перидотитовых пород, которые залегают ниже коматиитовых вулканитов. Уильямс полагает, что все эти месторождения около Булавайо лежат в основании группы Булавайо или непосредственно под ней и что коматиитовый вулканизм, с которым они связаны, является начальным членом этой группы.

Месторождение Троян не описано в литературе подробно. Зоны вкрапленных сульфидов расположены внутри тела серпентинизированных перидотитов, которые и подстилаются, и перекрываются подушечными базальтами и толщей полосчатых железистых кварцитов с магнетитом. Небольшие зоны практически однородных сульфидов встречаются вдоль нижнего контакта перидотитов.

Месторождения группы 2. Никелевый пояс Унгава. Рудные месторождения никелевого пояса Унгава являются хорошим примером месторождений группы 2. Они расположены в основании линз перидотита на контакте между лавами и подстилающими осадками в зеленокаменном поясе с возрастом 1,8*10в6 лет, протягивающемся от Кейп-Смит на 350 км до Уаке-хам-Бей. Магма, с которой связаны эти руды, представляла собой расплав со взвешенными в нем фенокристаллами оливина и была значительно менее магнезиальной ( ~19% MgO), чем магма архейских перидотитовых коматиитов. Тонкие силлы и потоки, содержащие такие же количества MgO, как и жидкие порции магмы, встречаются стратиграфически выше, и, вероятно, рудоносные линзы действовали как «удерживающие камеры», из которых магма, потерявшая большую часть оливина и сульфида, поднималась до дневной поверхности.

Поперечный разрез через одно из этих месторождений — силл Катиниг представлен на рис. 19. Сульфидная минерализация на этом месторождении представлена тремя структурными типами: 1) тонкораспыленные вкрапленные зерна в интерстициях силикатных минералов, 2) руды сетчатой структуры, представленные непрерывным штокверком сульфидов, с содержанием от 30 до 60% серпентинизированных зерен оливина и 3) массивные сульфиды. Штокверковые руды составляют 80% извлекаемых запасов. Во многих местах вкрапленная руда переходит вниз через штокверк в массивные руды, причем тела этих руд имеют резкий верхний контакт со штокверковой рудой. Однако часто массивная руда отсутствует, хотя в других местах встречается в виде зон и прожилков в контурах штокверковых руд.

Месторождения группы 2. Никелевый пояс Манитобы. Никелевые месторождения этого пояса располагаются на Канадском щите внутри линейной северо-восточного простирания тектонической структуры на границе между провинциями озера Верхнего (последний региональный метаморфизм 2,5 млрд. лет назад) и Черчилл (последний региональный метаморфизм 1,8 млрд. лет назад). Породы пояса на юго-востоке по сбросу контактируют с гранулито-выми гнейсами провинции озера Верхнего, а на северо-западе — с верхами амфиболитовых и гранулитовых гнейсов группы Киссейнью провинции Черчилл. В пределах пояса породы были деформированы по крайней мере в процессе двух стадий складкообразования и состоят из серии от кислых до средних по составу гнейсов и, очевидно, из более молодых, но также существенно деформированных метаосадков и одновозрастных метавулканитов.

Руда ассоциируется с серий серпентинитов, которые Передери рассматривает как деформированные дифференциаты силлов, с составом, колеблющимся от дунитов до перидотитов. На наименее деформированном месторождении Пайп 2 минерализация встречается внутри и на границе серпентинитовых линз. В пределах серпентинитового тела породы становятся менее магнезиальными в направлении вверх, параллельно с уменьшением количества сульфида; это наводит на мысль о том, что концентрация сульфидов осуществляется у основания. Месторождение Томпсон сложено, по-видимому, согласным горизонтом вкрапленных колчеданных руд в пределах зоны биотитовых сланцев. В сульфидных рудах встречаются многочисленные включения серпентинизированных ультрамафических пород, причем некоторые имеют видимую расслоенность, которую Передери интерпретирует как доказательство того, что они вместе с рудой являются будинированными остатками сульфидоносного силла. Одной из особенностей месторождения Томпсон является относительно низкое соотношение ультрамафической породы и сульфидов. Однако это обстоятельство может служить существенным доказательством деформации вдоль рудоносного горизонта в связи с тем, что большая часть послойного скольжения ограничена этим горизонтом. Возможно, что во время деформации в результате скольжения руда была мобилизована и перенесена на несколько километров от главной части вмещающих ультрамафитов.

Многие, но не все рудные месторождения располагаются в пелитовых филлитах. Они образуют прерывистые горизонты в тех частях осадков, которые характеризуются кварцитами, доломитами («скарн») и полосчатой толщей железистых кварцитов. Имеется множество черт сходства между положением месторождений Пайп 2 и Берчтри (другое крупное месторождение), с одной стороны, и месторождением Томпсон — с другой, хотя Передери возражает против сопоставления этих двух горизонтов. Амфиболиты с базальтовыми составляющими и редкой подушечной текстурой одновозрастны с этими осадками. Передери отмечал пироксен-спинифексные структуры в некоторых более богатых MgO членах толщи базальтовых пород и коматиитовые характеристики состава рудоносных серпентинитов и многих базальтов на месторождении Томпсон; он предполагает, что почти все эти толщи являются коматиитовыми. Передери рассматривает рудоносные тела как возможные интрузивные проявления коматиитового вулканизма.

Месторождения группы 3. Площадь Якабинди. Месторождение Сикс-Майл на Якабинди, Западная Австралия, является типичным примером месторождения низкосортных руд вкрапленного типа. Оно представляет собой серию линз (рис. 20), внедренных в осадочные породы и фельзические вулканиты, которые подстилают толщу толеитовыхи коматиитовых лав и приповерхностных интрузий. Никелевая сульфидная минерализация наблюдается главным образом в пределах согласной ультрамафической линзы (рис. 21), состоящей из дунитовой сердцевины мощностью 250—300 м, заключенной в оболочке перидотита. Перидотитовая оболочка имеет большую мощность со стороны, являющейся стратиграфической вершиной, где проявляются циклические изменения в содержании MgO, CaO и Al2O3, которые Налдретт и Тернер приписывали фракционной кристаллизации. Они постулировали внедрение магматической каши из оливиновых фенокристаллов, перидотитового и сульфидного расплавов в осадочно-вулканическую массу. Значительные импульсы магмы внезапно заполняли самую верхнюю часть камеры, причем каждый импульс подвергался некоторой дифференциации, давая таким образом начало циклической расслоенности до достижения им поверхности с излиянием в виде коматиитовых лав.

Сульфиды — пирротин, пентландит, хизлевудит и годлевскит — встречаются главным образом в дунитовом ядре, в местах тройного соединения между плотно расположенными оливиновыми зернами. Содержание никеля в этой зоне оценивается в 0,6%, а запасы — в 60*10в6 т. Более тонкие зоны сульфидов с подобным содержанием также встречаются в перидотите над ядром дунита.

Месторождения группы 3. Другие связанные с коматиитами месторождения. В этой статье приведены данные по другим, связанным с коматиитами месторождениям. К ним относятся месторождения Ланнон, Фишер, Джуан, Даркин, Мак-Магон и Кен, связанные с куполом Камбалда. Более детальное, чем здесь, описание их геологии дано или цитируется Россом и Кейсом и будет опубликовано в специальном номере Economic Geology, посвященном никелевым месторождениям Западной Австралии. Месторождение Heпиан находится в районе Калгурли — Норсмен и сложено сульфидами, связанными с силлом коматиитов; вся толща целиком претерпела значительно более сильный региональный метаморфизм, чем Камбалда. Месторождение Маунт-Эдуард расположено на северном окончании купола Уиджимулта, в 40 км юго-западнее Камбалды. Сульфиды концентрируются в направлении к основанию двух потоков со структурой спинифекс около четко выраженной неровности в лежачем боку базальтов из ультрамафической толщи. Массивные скопления и вкрапленные сульфиды встречаются в потоках, а в меньших количествах также и в осадках между потоками.

Месторождение Мак-Уоттерс располагается на южной границе купола Шо, приблизительно в том же стратиграфическом положении, что и месторождения Лангмуир 1 и 2. Оно сложено массивными сульфидами, в меньшей степени массивными сегрегациями и вкрапленными сульфидами в пределах очень измененной толщи ультрамафических лав. Геология месторождения Марбридж описана Кларком, а некоторые стороны минералогии изучены Гратеролом и Налдреттом. Месторождение ассоциируется с коматиитовыми линзами, которые были сильно метаморфизованы при внедрении двух расположенных по соседству более молодых фельзических интрузий. Руды состоят из вкрапленных в перидотите сульфидов и брекчированных ультрамафических обломков в основной массе переотложенного массивного сульфида.

Выводы относительно обстановок нахождения руд, связанных с коматиитами. Важность стратиграфии для поиска руд, связанных с коматиитами, отмечалась в предшествующих описаниях никеленосных сульфидных районов. Современные аналоги тектонических обстановок, благоприятных для концентрации руд (если такие аналоги есть), не совсем ясны.

Руды района Камбалда и района Уиджимулта, расположенного на 40 км юго-западнее, связаны с мафическим и ультрамафическим вулканизмом, которым начался главный вулканический цикл. Этот цикл характеризуется внезапным переходом от мафического к фельзическому вулканизму и кластическому осаднонакоплению, за которыми следовал подобный цикл, включающий такую же бимодальную серию раннего мафического вулканизма и последующий фельзический вулканизм. Рудных месторождений, связанных со вторым циклом, очень мало. Первый цикл, по-видимому, самый важный на Камбалде.

С другой стороны, в южной части центрального Зимбабве и в поясе Абитиби в Канаде месторождения связаны с ультрамафическими породами основания второго цикла — группой Булавайо в Зимбабве и группой Тисдейл в Канаде. В обоих районах имеются относительно небольшие остатки нижней части раннего цикла, сохранившиеся от воздействия фельзических интрузивов, и, несмотря на редкость связанных с ними месторождений, нельзя утверждать, что этот цикл был изначально менее продуктивен, чем перекрывающий его цикл. Однако очевидно, что нет исключений относительно связи никелевой сульфидной минерализации с первым циклом вулканизма в любом из рассмотренных регионов. Об этом свидетельствуют исследования, проводимые на площади Леонора — Якабинди — Уилуна в Западной Австралии в 500 км севернее Камбалды. Коматииты, вмещающие здесь минерализацию, являются частью второго главного цикла ультрамафической и мафической деятельности; они перекрывают несколько тысяч метров фельзических вулканических пород и ассоциирующихся осадков.

В поясе Абитиби в Канаде самая верхняя часть группы Тисдейл коррелируется с группой Блэк-Ривер, лежащей в 100 км восточнее. Базальты и ультрамафические лавы нижней части группы Тисдейл, так же как такие же породы из района Булавайо в Зимбабве и площади Камбалда — Уид-жимулта в Западной Австралии, имеют составы, которые полностью совпадают с составами первоначальных расплавов или дифференциатов первичных расплавов из мантии. Явно виден резкий разрыв в составе вулканической породы в группе Блэк-Ривер, в которой самая верхняя часть сложена базальтами и андезитами (и прослоями фельзических пород), чьи составы весьма подобны составам пород, обнаруженных в современных островных дугах. Наличие или отсутствие субдукции в архее является предметом весьма горячего спора. Независимо от того была она или нет, породы самой верхней части группы Блэк-Ривер являются вероятно следствием плавления ранее существовавшей вулканической коры. Породы с подобными характеристиками, по-видимому, менее распространены в Западной Австралии, хотя на некоторых площадях их можно обнаружить. Однако возможно, что никель-сульфидоносные коматииты не ассоциируются с повторяющимся типом вулканизма, а встречаются в условиях, где редки породы андезитового состава и любые мафические породы произошли из мантии. Что касается регионального положения, то месторождения ассоциируются с потоками лавы (Камбалда, Маунт-Эдуард, Лангмуир), или непосредственно с подводящими каналами лавовых потоков (Шангани, Лангмуир) или с несколько более глубинными интрузивами, которые, как полагают, являются подводящими каналами коматиитовых лав (Унгава, Якабинди, Томпсон).