Хлоритит-талькитовая формация Печенги

Печенгская структура, расположенная в крайней северо-западной части Кольского мегаблока Балтийского щита, заложилась в среднем протерозое на жестком архейском фундаменте. Эго типичная для карелид мульдообразная грабен-синклиналь, выполненная мощной (5—6 км) ритмичной осадочно-эффузивной толщей существенно диабазового состава. Верхний осадочный (филлитовый) горизонт толщи вмещает никеленосные базит-гипербазиты, образующие пояс мелких линзообразных или силлоподобных доскладчатых интрузивных тел, грубо согласных с вмещающими филлитами. По имеющимся данным, исходные никеленосные породы представлены трехкомпонентной, минеральной ассоциацией (оливин + диопсид = авгит+основной плагиоклаз) и относятся к троктолит-оливинитовому ряду, слагающему расслоенные интрузивы верлит-габбровой формации. Все образования печенгской серии подвержены региональному метаморфизму зеленосланцевой, а на флангах структуры — эпидот-амфиболитовой фаций. Никеленосные троктолит-оливиниты практически полностью переработаны в сложный апогипербазитовый метасоматический комплекс, представленный серпентинитами и тремолит-карбонат-тальковыми апосерпентинитами, относящимися к хлоритит-талькитовой формации.

Серпентинизация фреатического типа, полностью охватывающая все никеленосные базит-гипербазитовые массивы Печенги, приводит к «фоновому», регионально-метасоматическому изменению интрузивов, которое выражается в гидратации исходных минералов магматического парагенезиса со следующими избирательными замещениями: оливин —> серпентин + магнетит + пентландит — 2; клинопироксен —> серпентин — хлорит + титаномагнетит; плагиоклаз —> хлорит + соссюрит.

Метасоматиты хлоритит-талькитовой формации Печенги, представленные разнообразной ассоциацией частично оруденелых тремолитовых, тальк-тремолитовых, хлорит-тальковых и карбонат-тальковых апосерпентинитов, развиты в форме локальных приконтактовых ореолов в серпентинитовых телах в тесной ассоциации с продуктами экзоконтактового изменения (хлоритизация, альбитизация) во вмещающих филлитах. Детальное изучение этих образований показало следующее.

Пространственная локализация. Производные хлоритит-талькитовой формации распределены в Печенгской структуре неравномерно. Их локализация подчиняется вполне определенным закономерностям. Наиболее отчетливо выступает литологический контроль: метасоматиты хлоритит-талькитовой формации развиты (в различной степени) на всех без исключения контактах серпентинитов с филлитами, в то время как на контактах серпентинитов с магнезиально-железистыми породами (габбро, диабазы) метасоматиты хлоритит-талькитовой формации отсутствуют. Помимо важнейшего литологического фактора их локализации многочисленными исследованиями выявлена существенная роль структурно-тектонического контроля. Установлено, что общая степень приконтактовой измененности серпентинитов рудного поля отчетливо возрастает с восточного фланга структуры к западному. В этом же направлении фиксируются существенно качественные изменения апосерпентинизации, что свидетельствует о наличии горизонтальной зональности в развитии метасоматитов хлоритит-талькитовой формации в Печенгском рудном поле. Изучение разрезов серпентинитовых тел указывает на определенное увеличение апосерпентинизации с глубиной (вертикальная зональность), прослеживающееся как по падению крупных массивов, так и при сравнительном изучении массивов различной глубины залегания. Локализация и степень развития метасоматитов хлоритит-талькитовой формации находятся в прямой зависимости от тектонической нарушенности контактов при отсутствии корреляции с мощностью массивов. При прочих равных условиях мелкие тела серпентинитов замещаются метасоматитами хлоритит-талькитовой формации целиком или почти целиком, крупные тела — вдоль контактов и полностью замещаются в «килевой» части. Наблюдаемые закономерности локализации тремолит-карбонат-тальковых апосерпентинитовых метасоматитов (структурный, литологический и тектонический контроль) достаточно убедительно свидетельствуют против гипотезы об автометасоматическом происхождении пород и подчеркивают связь их с вмещающей средой и региональным метаморфизмом Печенгской структуры.

Вещественный состав. Проведенный впервые детальный геолого-петрографический и парагенетический анализ метасоматитов хлоритит-талькитовой формации Печенги показал, что среди них выделяются три самостоятельные минеральные фации: тремолитовая, тальковая и карбонатная, фиксированные тремя типами метасоматических колонок (см. рис. 28). Каждый тип зональности характеризуется определенным набором типоморфных апосерпентиновых минералов при относительной стабильности интерстициального хлорита. Как показал специальный анализ по методу Д.С. Коржинского, минералогическая зональность во всех случаях относится к сложному реакционному типу с образованием метасоматических колонок растворения — осаждения.

Апосерпентинитовые метасоматиты тремолитовой фации обычно образуют неширокие (2—5 м), простые по строению эндоконтактовые ореолы («бронирующие оболочки») в серпентинитах центральной части структуры, а во фланговых частях они нередко развиваются во всем объеме интрузивных тел. Экзоконтактовые изменения филлитов при этом сводятся к собирательной перекристаллизации и альбитизации с образованием адинолов и спилозитов. Метасоматическая колонка тремолитовой фации предельно проста (табл. 6) и носит в основном количественный характер. Амфиболизация пироксеновых серпентинитов (зона 0) проявлена как частичное изменение по схеме Сп —> Трем в периферической зоне (1) и полное замещение (Сп —> Трем, Пи —> Акт — Tp) в тыловой зоне (2) с образованием фибробластовых тремолит-актинолитовых амфиболитов с. хлоритом и магнезиальным арфведсонитом (Ag = 1,630—1,649; Np = 1,603—1,626; cNg(cNp) = 10—15°). Характерно развитие по клинопироксену более железистого амфибола (тремолит-актинолита с 15—29% железистого компонента), чем по серпентину (тремолит с 0—9 % железистого компонента).

Метасоматиты тальковой фации наиболее широко распространены и слагают корневые части почти всех крупных массивов, полностью замещая большинство мелких тел. Реакционноконтактовые ореолы этого типа (мощность 15—25 м) возникают на тектонически нарушенных контактах серпентинитов с филлитами; в последних повсеместно проявлена экзоконтактовая зональность (1—2,5 м) с последовательным чередованием (от контакта) хлоритовой, кварц-хлоритовой, альбит-кварц-хлоритовой зон с постепенным переходом в нормальные хлорит-кварц-плагиоклазовые (филлитовые) сланцы. Апосерпентинитовые метасоматиты тальковой фации имеют наиболее разнообразный набор минеральных ассоциаций с закономерным зональным строением. Типовая метасоматическая колонка тальковой фации (см. табл. 6) характеризуется постепенно усиливающимся от периферической зоны к тыловой оталькованием серпентинитов. Избирательное замещение магнезиальных силикатов (Сп —> Та или Пи —> Ta) в периферической зоне (1) сменяется в следующей зоне (2) полным их оталькованием с образованием реликтово-псевдоморфных хлоритовых талькитов. Aпocepпентиновые и апопироксеновые разновидности талька отличаются только степенью зернистости и тождественны по оптическим (Ng = 1,588—1,598; Np = 1,543—1,548) и рентгеновским параметрам (данные дифрактограмм со шлифов: а = 5,27; b = 2,17; с sin в = 1,873). Во внутренней зоне (3) широко проявлена амфиболизация с типоморфными замещениями Та —> Трем; Пи —> Акт—Tp. Тыловая зона (4) колонки, представленная хлоритовыми тремолититами, имеет много общего с метасоматитами тремолитовой фации и, возможно, является реликтовым образованием. Описанная выше типовая колонка не является единственным вариантом зональности апосерпентинитовых ореолов тальковой фации. Один из распространенных подтипов ее (тремолит-тальковая субфация) характеризуется широким развитием тремолита, появляющегося уже во внешних зонах ореола. Другой подтип — сульфид-хлоритовая субфация, напротив, отличается отсутствием амфиболов в минеральных парагенезисах и широким развитием хлоритизации.

Для апосерпинтинитовых метасоматитов карбонатной фации характерна отчетливая связь с позднейшими тектоническими нарушениями, широкое развитие сланцевых пород и жильной фации, наибольшие вариации в строении зональности при максимальной мощности ореолов. При полном типовом наборе минеральных парагенезисов колонка имеет четырехчленное строение (см. табл. 6) и характеризуется нарастающей от периферической зоны (I) к тыловой зоне (4) карбонатизацией серпентинитов, сопровождающейся комплементарным процессом оталькования (по схеме: Cп —> Карб + Та). При этом в периферических зонах (1, 2) колонки преобладает оталькование (Карб меньше 30 % породы), а во внутренних частях — карбонатизация, приводящая к полному разложению магнезиальных гидросиликатов (Сп —> Та + Карб —> Карб + Кв) в тыловой «сублиственитовой» зоне (4); интерстициальный хлорит стабилен во всем ореоле апосерпентинитового замещения. Результаты изучения карбонатов из рассматриваемых пород показали, что для апогипербазитовых метасоматитов характерен широкий диапазон составов карбонатных фаз с последовательным изменением их от магнезиальных (магнезит) во внешних зонах колонки через кальциево-магнезиальные и железо-кальциево-магнезиальные (доломит, ферродоломит) и кальциевым разновидностям (кальцит) в тыловых зонах колонки.

Режим становления. Условия образования каждой из минеральных фации тремолитит-талькитовой формации восстанавливаются на основе имеющихся экспериментальных и расчетных данных по наблюдаемым типоморфным минеральным замещениям (см. табл. 6), а также путем анализа соответствующих химических реакций минералообразования, рассчитанных по равнообъемному принципу. Результаты проведенного пара-генетического анализа заключаются в следующем. Метасоматиты тремолитовой фации возникали при относительно высокой температуре (—450°C), минимальной анионной (ОН-, Н3SiO4-, CO3-) активности растворов, в условиях щелочной среды. Зональность обусловлена градиентами аСа+, Na+ и pH в растворах. Образование метасоматитов тальковой фации происходило при более низких температурах ( — 250 °С), в условиях относительного повышения aOH-. aCO32-, aS2- и aH2SiO4- и снижения щелочности растворов. Главными факторами возникающей минералогической зональности являлись градиенты аСа2+, aSi4+ и в меньшей степени аNa+, K+ в растворах. Проявление нескольких субфаций тальковой фации (собственно тальковой, тальк-тремолитовой и рудно-хлоритовой) обусловлено широкими вариациями значений pH растворов, менявшихся соответственно от слабощелочных (pH 8—9) через субнейтральные (pH 6—8) до слабокислых (pH 5—7). Метасоматиты карбонатной фации формируются при самых низких температурах (-150 °C), высоких значениях а CO32- и низких аH3SiO4-. Зональность этих образований обусловлена градиентами aCa2+, aCO32- и рН растворов, изменяющихся от кислотных (3—4) до слабощелочных (8). Наличие градиента активности иона OH-(функция от t, °С) во всех фациях снижавшейся при образовании тыловых зон колонок (дегидратация) может рассматриваться как проявление известной температурной зональности в ореолах. Однако микролокальный характер развития минералов, типоморфных для различных температурных фаций (например, при избирательных замещениях Пи—>Трем, Сп—>Та), свидетельствует и о заметной роли химического фактора, минералообразования. Для всех фаций типично проявление комплементарных (биметасоматических) реакций замещения, протекающих как на минеральном уровне (микрозональные структуры, избирательные парные замещения) , так и в масштабах парагенезисов (например, опережающий «фронт» оталькования при карбонатизации серпентинитов).

Как показывают результаты физико-химического анализа, рассмотренные минеральные фации по условиям образования формируют нисходящий температурный ряд: тремолитовая

(-450°С) тальковая (-250°С) карбонатная (-150°C). В этом же направлении последовательно повышалась анионная активность метасоматических растворов и их кислотность, что и нашло отражение в закономерной смене апосерпентиновых парагенезисов. При этом для всех минеральных фаций характерны однонаправленные петрохимические изменения исходных пород, что подчеркивает единый механизм метасоматического взаимодействия серпентинитов с вмещающей средой.

Расчет баланса вещества по атомно-объемному методу показал, что характерной особенностью образования всех рассмотренных типов апосерпентинитовой зональности является привнос в породы Ca2+ и Si4+ с вытеснением из них Mg2+ при относительной стабильности содержания железа. Максимальной абсолютной подвижностью обладает Ca2+, концентрация которого в породах возрастает в 2,4—8,4 раза. Экзоконтактовая зональность в филлитах, напротив, характеризуется последовательным выносом из пород Ca2+, Al3+, N+ и привносом Mg2+, Fe2+. Полученные данные указывают на характерное для системы гипербазит + кальциево-алюмосиликатная порода явление выравнивания химических потенциалов (концентраций) «полярных» компонентов (Mg Si, Ca).

Соотношение мощностей ореолов изменения в серпентинитах и филлитах заставляет отнести данный процесс к биметасоматически-инфильтрационному типу.

Роль метасоматических процессов в образованный эпигенетических сульфидно-никелевых руд. Богатые эпигенетические руды Печенги (сплошные, брекчиевые и «серьге») пространственно тесно ассоциируются с апосерпентинитовыми породами хлоритит-талькитовой формации. Эта связь рассматривается исследователями как структурная, структурно-парагенетическая или генетическая. Однозначное решение этого вопроса должно помочь в разработке поисковых критериев на сульфидно-никелевые руды в потенциально никеленосных районах. Для выявления рудогенной роли метасоматических процессов в хлоритит-талькитовой формации, проведено детальное изучение силикатных парагенезисов различных типов руд с дальнейшей математической обработкой (факторный анализ) полученного материала. Результаты факторного анализа рудно-силикатных парагенезисов следующие: 1) все типы эпигенетического оруденения Печенги тесно связаны только с парагенезисами хлоритит-талькитовой формации; 2) брекчиевые и сплошные руды обнаруживают при этом прямую количественную корреляцию с типоморфными силикатами карбонатной фации (низкотемпературная фаза), а рудные метасоматиты («серые руды») наиболее тесно связаны с парагенезисами тальковой фации (среднетемпературная фаза). «Серые» руды, как несомненно метасоматические образования, псевдоморфно замещающие серпентиниты, были подвергнуты специальному минералогическому и парагенетическому анализу. Как показало сопоставление их рудных и силикатных парагенезисов (табл. 7), рудные метасоматиты возникают в приконтактовых зонах гипербазитовых тел вполне закономерно как тыловые зоны специфической рудно-силикатной метасоматической колонки (сульфид-хлоритовая субфация тальковой фации). Типовая метасоматическая колонка сульфид-хлоритовой субфации характеризуется последовательным (от внешней зоны к тыловой) замещением магнезиальных гидросиликатов (серпентин, тальк), железистыми гидросиликатами и гидроалюмосиликатами.

В зонах максимального развития рудного метасоматоза силикатные фазы представлены: 1) интерстициальным никельсодержащим железистым хлоритом (диабантином) с резким зелено-оранжевым плеохроизмом (Ng = 1,598—1,600); 2) псевдоморфно замещающим апооливиновый серпентин буроватозеленым изотропным никелистым ферро-лизардитом (Ng = 1,578—1,582). Присутствие никеля в этих минералах (десятые доли процента) установлено с помощью полуколичественного микрозондового анализа. Параллельно с развитием никельсодержащих железистых гидросиликатов по направлению к тыловой зоне колонки в породах последовательно увеличивается содержание сульфидов (пирротин, пентландит, халькопирит), псевдоморфно замещающих силикаты и магнетит. Общность многих черт рудной и силикатной зональности выявляет прямую генетическую, а не структурно-парагенетическую связь процессов рудообразования и апосерпентинизации. Генетический характер этой связи косвенно подтверждается также результатами изучения ряда петрохимических отношений для различных типов апосерпентинитовой зональности в безрудных телах. Общая для всех фаций тенденция к повышению железистости (падение Mg2+/Feобщ) метасоматитов тыловых зон, а также к возрастанию отношения Fe2+/Fe3+ в том же направлении показана на рис. 29. Таким образом, в тыловых зонах всех колонок создаются условия (рост aFе+восстановительная среда), благоприятные для сульфидообразоваиия.

Другие типы богатого эпигенетического оруденения (брекчиевые и сплошные руды) связаны с последними низкотемпературными этапами метасоматического процесса, протекавшими в условиях повышенной тектонической напряженности. Они возникают, очевидно, при дальнейшей перекристаллизации и концентрации («течение» под давлением) псевдоморфных рудных масс. Подобное явление в микромасштабе непосредственно наблюдалось автором в шлифах.

Однако далеко не все апосерпентиниты рудоносны. Этот факт доказывает, что породообразующие метасоматические растворы не привносят, а только перераспределяют полезный компонент в никеленосных гипербазитовых телах. Фактическими критериями наличия эпигенетического богатого сульфидно-никелевого оруденения, очевидно, являются: 1) первичная обогащенность гипербазитов рассеянным полезным компонентом (никель в сульфидной и силикатной формах); 2) двустадийная последовательная метасоматическая переработка никеленосного субстрата.

На первой стадии серпентинизации имеет место извлечение к перевод силикатного никеля в легко обогатимую сульфидную форму; на второй — происходит концентрация рассеянного полезного компонента в специфических благоприятных условиях. Приведенные критерии рудоносности подтверждаются фактическими данными и на других крупнейших мировых сульфидно-никелевых месторождениях этого типа (Линн-Лейк, Томпсон, Инсизва).