2011

Тезисы международной конференции

Рудный потенциал щелочного, кимберлитового

 и карбонатитового магматизма

Abstracts of International conference

Ore potential of alkaline, kimberlite

and carbonatite magmatism

Процессы флюидного обогащения в формировании рудной минерализации фельзитовых жил Платрифа, Бушвельдский комплекс, ЮАР

Житова Л.М.***, Боровиков А.А.**, Гора М.П.**, Лапковский А.А.**

*Новосибирский государственный университет, Новосибирск, Россия;

**Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН, Новосибирск, Россия

zhitova@igm.nsc.ru

Фельзитовые жилы кварц-полевошпатовых симплектитов, секущие ультрабазиты, широко распространены в разрезе Платрифа (Armitage et al., 2002). В кварце из этих жил обнаружены акцессорные сульфиды, редкоземельные Ir-Os-сплавы, куперит (PtS), самородное серебро, циркон, монацит, U-Th и Nb-Ti фазы (Hutchinson, Kinnaird, 2005). По данным ICPMS и XRF анализов кварц-полевошпатовый материал жил содержит 230 ppb Au, 1440 ppb Pt, 1665 ppb Pd, 2826 ppm Cu and 2063 ppm Ni. Считается, что источником фельзитовых расплавов могла быть высоко фракционированная остаточная жидкость, отжатая после кристаллизации кумулуса, а также ассимиляция базитовым расплавом вмещающих пород чехла или гнейсов фундамента, либо комбинация всех этих факторов (Kinnaird et al., 2005). Возраст фельзитовых жил по цирконам показал значения 2053.7±3.2 млн. лет, что соответствует возрасту Бушвельдского магматизма (Kinnaird et al., 2005). Предполагается, что фельзитовые расплавы и связанные с ними флюиды перераспределяли первичные магматические концентрации сульфидов и ЭПГ, просачиваясь через породы Платрифа (Armitage et al., 2002; Kinnaird et al., 2005). Мы попытались найти свидетельства этих процессов путем изучения флюидных и сульфидных включений в кварце и кальците из фельзитовых жил Платрифа. Включения были изучены методами термометрии, КР-спектроскопии, сканирующей электронной микроскопии, электронно-зондового микроанализа и лазерной абляции ICPMS.

Образцы кварца для изучения включений были отобраны из фельзитовых симплектитовых жил в Sandsloot карьере и Malatzane Потоке, а также из керна скважин Tweefontain Section. В большинстве образцов кварца наблюдается вкрапленность сульфидов, обнаружены зональные цирконы, REE-фосфаты и мелкие флюидные включения (менее 5 мкм), не пригодные для детального изучения. Наиболее информативными оказались образцы SS2 кварца и кальцита из крупной миароловой полости среди пегматитовой симплектитовой кварц-калишпатовой жилы из Sandsloot карьера. В кварце SS2 выявлены две генерации: кварц первой генерации образует крупные мутные кристаллы призматической огранки длиной более 10 см и диаметром 7-8 см, сдвойникованные по бразильскому закону. На их грани в субпараллельной ориентировке нарастают мелкие (до 1-3 см) прозрачные кристаллы кварца второй генерации. Кальцит SS2 образует ксеноморфные блоковые выделения в срастании с кварцем двух генераций. В кальците наблюдаются включения сульфидов, располагающиеся по зонам роста кальцитовых индивидов.

Результаты изучения флюидных включений в кварце SS2 обобщены в Таблице 1. Первичные многофазные (L+V+H+1-4S) и сингенетичные газовые включения с жидкой углекислотой формируют кластеры, ориентированные параллельно двойниковым субиндивидам в основании и внутренних зонах кристалла кварца первой генерации. Первичные двух- трехфазные и сингенетичные углекислотно-метановые газовые включения декорируют внешние зоны кристалла кварца первой генерации. В кварце второй генерации водно-солевые и преимущественно метановые газовые включения локализованы только в основании кристаллов и не наблюдаются в их внутренних и внешних зонах, из-за чего кристаллы выглядят прозрачными. Все флюидные включения имеют крупные размеры от 10-20 до 30-50 мкм. Большинство многофазных включений декрипитируют при нагревании до 250-300°C, не достигая полной гомогенизации. Подобные многофазные включения описаны в миароловом и симплектитовом кварце Меренски Рифа (Borisenko et al., 2006). В мелких, наиболее устойчивых к декрипитации многофазных включениях (L+V+H+1-4S) газ гомогенизируется раньше плавления твердых фаз, в интервале 220-200°С. Частичное плавление галита наблюдается при 550°С, после чего происходит декрипитация. Если все твердые фазы в этих включениях являются дочерними, то общая соленость растворов включений предельно высокая (~80 мас. % NaCl экв.), что представляется мало вероятным. По данным сканирующей электронной микроскопии в составе твердых фаз вскрытых многофазных включений установлены NaCl, KCl, CaCl₂, MnCl₂, CaCO₃, BaSO₄, REE-алюмосиликат, и REE- фосфат.

Сингенетичные с многофазными включения с жидкой CO₂ представлены типом L+LCO₂+V. Температуры плавления и гомогенизации CO₂ составляют -57.8/-59.6 и +29.6/+31.0°С, соответственно. Гомогенизация включений происходит в газовую фазу с критическими явлениями, плотность CO₂ в среднем составляет 0,34 г/см³ при температуре 650°С. Полная гомогенизация таких включений происходит при 240-235°С. По данным КР-спектроскопии состав газовой фазы флюидов изменялся от существенно углекислотного в кварце первой генерации до метанового во второй. Процесс эволюции флюидов во времени отражен в смене высокотемпературных гетерофазных окисленных рассолов с обособленной метаново-углекислотной газовой фазой более низкотемпературными и восстановленными гетерофазными водно-солевыми растворами с метановой газовой фазой.

Кальцит SS2 содержит первичные двухфазные водные флюидные включения (L>>V), локализованные по зонам роста кальцитовых индивидов, которые сингенетичны включениям сульфидных минералов. Сульфидные включения в кальците представлены пластинчатыми индивидами пирротина и дендритными кристаллами

халькопирита. Морфология халькопиритовых индивидов часто соответствует спайности кальцита. На поверхности сульфидов встречены пленки флюидных включений. Полная гомогенизация таких водных флюидных включений происходит в интервале 75-120°С. При глубоком замораживании (ниже -190°C) жидкая фаза включений становится метастабильной (стеклуется), ее кристаллизация в скелетные кристаллы льда происходит при -98°C. Температура плавления льда для всех включений составляет -54°C. Начало плавления льда происходит при -74°C, что соответствует температуре эвтектики.

Состав и металлоносность флюидов изучены методом лазерной абляции ICP-MS индивидуальных флюидных включений в кварце SS2 первой генерации. Анализы выполнены в Университете Тасмании на приборе AGILENT 7500 с приставкой для лазерной абляции New Wave UP-183 и квадрупольным типом масспектрометра. Среди различных типов проанализированных включений (многофазные L+V+H+1-4S соленостью 29-36%, четырехфазные L+V+H+S соленостью 30-32% и трехфазые L+V+H соленостью 21-23%) наиболее высоко металлоносными являются максимально соленые включения. В них установлены повышенные концентрации Mn, Fe, Pb (мас.%), а также Co, Ni, Cu, As, Mo, Sn, Sb, Bi (ppm). Во всех проанализированных включениях наблюдается недостаток Cl по отношению к содержанию Na, K, Ca, что может быть связано с нахождением этих компонентов во флюидах не только в хлоридной, но и в карбонатной форме. Обнаружение металлов во флюидных включениях в кварце подтверждает возможность участия поздних магматогенных флюидов в перераспределении первичных магматических концентраций металлов. Высокие концентрации Pb (тысячи ppm) во флюидных включениях позволили выполнить изотопные исследования Pb, включая малые количества ²⁰⁴Pb. Сравнение изотопных отношений Pb во флюидных включениях с коровым Pb дало тренд, расчетный возраст которого составляет 2000±70 Ma (для сравнения 2054±22 Ma возраст Бушвельдского комплекса) (Kinnaird et al., 2005). Применение метода лазерной абляции ICPMS для сульфидных включений в кальците SS2 показало присутствие значительных концентраций Ag, Hg, Sn, Se, As, Ni, Co, и Zn, но ЭПГ не были достоверно установлены. Содержание Ag в халькопиритах выше, чем в пирротинах, что может быть связано с присутствием микрокристаллов самородного серебра в халькопирите. Мы полагаем, что сульфиды могли сформироваться из водной суспензии сульфидных микрочастиц, которая оседала на гранях растущих кристаллов кальцита. Состав флюидных включений в кальците по данным ICPMS показывает присутствие Na, K, Ba, Rb, Sr, Ca, Cl а также Cu, Pb, Zn, Cr и следов Ag, Au, Sb, Hg. Присутствие Zn в растворе вероятно в виде фазы ZnCl₂ , что объясняет низкую (-74°C) температуру эвтектики, хотя это также типично для LiCl–содержащих водно-солевых систем.

Изучение флюидных и минеральных включений в кварце и кальците из миароловой полости пегматитовой симплектитовой жилы позволило получить новую информацию о физико-химических параметрах магматогенных флюидов поздней посткумулусной стадии кристаллизации Платрифа. Наиболее ранние из этих флюидов были захвачены кварцем при температуре 600-650°С и давлении >2 кбар. Они были высокотемпературными гетерофазными окисленными карбонатно-хлоридными расплавами-рассолами (соленостью 20-80%) с обособленной преимущественно углекислотной или метаново-углекислотной газовой фазой. Эти флюиды сменились низкотемпературными гетерофазными восстановленными водно-солевыми растворами (соленостью <25%) с обособленной метановой газовой фазой. Все эти компоненты являются конечными несмесимыми фазами. Высокотемпературные рассолы являются металлоносными, включая высокие концентрации Pb, изотопный состав которого соответствует коровому Pb во время формирования симплектитовых жил Платрифа и Бушвельдского магматизма. Более поздние низкотемпературные флюиды (75-120°С), изученные по сульфидным и флюидным включениям в кальците из срастаний с миароловым кварцем, также являются металлоносными. Вероятнее всего металлы входили в состав водно-солевых флюидов в виде тонкодисперсной сульфидной смеси. Присутствие металлов во флюидных включениях в кварце свидетельствует об участии карбонатно-хлоридных водных флюидов в перераспределении первичных магматических концентраций металлов, включая ЭПГ.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ 11-05-00681-а.

Литература:

Armitage P.E.B., McDonald I., Edwards S.J., Manby G.M. Platinum-group element mineralization in the Platreef and calc-silicate footwall at Sandsloot, Potgietersrus, District, South Africa //Trans. Inst. Min. Metall., Appl. Earth Sc. 2002. V. 11. B36-B45.

Kinnaird J.A., Hutchinson D., Schurmann L., Nex P.A.M., R. de Lange Petrology and mineralization of the southern Platreef: northern limb of the Bushveld Complex, South Africa // Miner. Dep. 2005. V.40. P. 576-597.

Hutchinson D., Kinnaird J.A. Complex multistage genesis for the Ni-Cu-PGE mineralization in the southern region of the Platreef, Bushveld Complex, South Africa // Trans. Inst.Min.Metall., Appl. Earth Sc. 2005. V. 114. B208-B224.

Borisenko A.S., Borovikov A.A., Zhitova L.M., Pavlova G.G. Composition of Magmatogene fluids and factors determining their geochemistry and metal contents // Rus. Geol. and Geophys. 2006. V.47 (12). P. 1308-1325.