2011

Тезисы международной конференции

Рудный потенциал щелочного, кимберлитового

 и карбонатитового магматизма

Abstracts of International conference

Ore potential of alkaline, kimberlite

and carbonatite magmatism

Особенности флюидного режима формирования платиноносного Западно-Панского  расслоенного массива на Кольском полуострове по изотопному составу гелия и аргона

Нивин В.А., Рундквист Т.В.

Геологический институт Кольского НЦ РАН, Апатиты, Росси; nivin@geoksc.apatity.ru

В породах и минералах Западно-Панского ультрамафит-мафитового массива изучен изотопный состав гелия и аргона. Гипабиссальные условия формирования массива способствовали потерям первичных мантийных летучих компонентов и разбавлению магматического флюида приповерхностными палеометеорными водами с растворенным в них воздухом еще на докристаллизационном этапе. Характер взаимосвязи распределения изотопов благородных газов и рудогенных элементов не предполагает заимствование последних при ассимиляции корового материала и свидетельствует в пользу их мантийного источника.

Западно-Панский массив (ЗПМ) является центральным из трех крупных структурных блоков раннепротерозойского Федорово-Панского расслоенного ультрамафит-мафитового комплекса в северо-восточной части Балтийского щита. Несмотря на сравнительно хорошую изученность массива,  многие вопросы, касающиеся источников, механизма и условий, в частности, флюидного режима, формирования рудоносных горизонтов и собственно комплексного платинометального оруденения малосульфидного типа остаются неясными. В качестве одного из подходов к их прояснению систематизированы и обобщены накопленные за последние годы и новые данные по изотопному составу гелия и аргона в ЗПМ, сложенным преимущественно мелко- и среднезернистыми габбро-норитами. Cu-Ni и ЭПГ оруденение сосредоточено, в основном, в двух интенсивно расслоенных горизонтах – Нижнем (НРГ) и Верхнем (ВРГ), мощностью, соответственно, 40 – 80 и 100 – 150 м. Выше ВРГ по разрезу залегает горизонт ритмично переслаивающихся оливинсодержащих пород (ОГ). Кроме того, в пределах габброноритовой зоны (ГНЗ) выявлены многочисленные слои и линзообразные тела магнетитовых габбро, а также встречаются небольшие линзы габброидов, норитов и, редко, анортозитов. В пределах габброноритовой зоны выделяются нижняя (НГНЗ), средняя (СГНЗ) и верхняя подзоны, включающие габбронориты, соответственно, ниже НРГ, между рудоносными расслоенными горизонтами и выше ОГ. Изотопные составы гелия и аргона изучены в 44 образцах, отобранных из керна буровых скважин и естественных обнажений. Методика исследований неоднократно описана ранее, например в (Толстихин и др., 1999). Извлечение газов из образцов осуществлялось плавлением в высоковакуумной электропечи и механическим измельчением в  вакуумированных стеклянных ампулах. В первом случае экстрагировался газ из всего объема образца, во втором - главным образом из флюидных микровключений (ФВ) в слагающих образец минералах. Изотопные анализы гелия и аргона выполнялись на однокаскадных магнитных масс-спектрометрах МИ-1201 и МИ-1201ИГ. Интерпретация газо-геохимических данных основывалась на известных оценках изотопного состава благородных газов в метеорных водах с растворенным в них атмосферным воздухом, земной коре и субконтинентальной литосферной мантии, в частности, отношений ³He/⁴He, ⁴⁰Ar/³⁶Ar, ³He/³⁶Ar и ⁴He/⁴⁰Ar*, соответственно: 1.4 × 10^-6, 295.6, (5-30) × 10^-8 и 1 × 10^-4 (метеорные воды), (1-7) × 10^-8, > 40000, (1.7 – 20) × 10^-4 и 4 – 6.4 (кора), (0.8 – 1,0) × 10^-5, < 40000, 0.1 – 1 и 0.3 - 3 (литосферная мантия).

Установлены существенные вариации концентраций гелия и, особенно, аргона (0.8 - 19.2 и 9.1 – 280 см³/г, соответственно), а также отношений ³He/⁴He (1.8×10^-8 – 3.2×10^-7) и ⁴⁰Ar/³⁶Ar (800 – 19634) в газах, выделенных плавлением образцов. Оцененная доля мантийного гелия в общем составе газов не превышает 1 %, а количество атмогенного аргона на разных уровнях разреза варьирует от 6 до 12 %. Анализ концентраций радиогенных изотопов газов и родительских для них U, Th, Li и K, позволил также оценить начальные отношения ³He/⁴He и ⁴⁰Ar/³⁶Ar в захваченном породами флюиде, составившие (20  ÷ 70) ×10^-8  и около 1150, соответственно. Руды ВРГ отличаются от безрудных пород этого же горизонта пониженными содержаниями изотопов He и Ar, чуть меньшей долей мантийного гелия и атмогенного аргона, тогда как оруденелые породы НРГ, напротив, характеризуются более высокими концентрациями обоих изотопов гелия и ⁴⁰Ar, повышенными ³He/⁴He и ⁴⁰Ar/³⁶Ar отношениями. Во флюидных включениях обнаруживаются несколько больший разброс ⁴⁰Ar/³⁶Ar и ³He/⁴He изотопных отношений и более высокие (до 56.4 ×10^-8) значения последнего. В среднем из ФВ извлекается  около 4 % ⁴He, 16 % ³He, 16 %  ⁴⁰Ar и 31 % ³⁶Ar от общего их количества. По сравнению с кристаллической матрицей образцов, отношение ⁴⁰Ar/³⁶Ar  здесь обычно в 4 раза ниже, а ³He/⁴He – в 5-10 раз выше. Наименьшие значения последнего показателя  характерны для пород рудоносных горизонтов. Распределение изотопов в мономинеральных фракциях свидетельствует, что вариации изотопных газовых характеристик пород на разных уровнях разреза ЗПМ определяются в большей мере изотопным составом гелия и аргона в кумулусных минералах, а в пределах расслоенных горизонтов – в более поздних минералах интеркумулуса и постмагматических. В сульфидах, по сравнению с ассоциирующими энстатитом и плагиоклазом доля мантийного гелия оказалась в два раза ниже, а атмогенного аргона содержится в 5 – 7 раз больше. Статистическим анализом выявлены достаточно сильная положительная корреляция между общими концентрациями ³He и отношением ³He/⁴He, с одной стороны, и содержаниями Pd и Pt - с другой, более слабая прямая взаимосвязь проявляется или (при малых выборках) намечается между Cu, Ni, S и ³He, Cu и ³He/⁴He, а отрицательная  - в парах Pd - ³⁶Ar, Pd и Pt - ⁴⁰Ar, а также между Au, Cu, Ni, S и  ⁴⁰Ar/³⁶Ar. Концентрации обоих изотопов гелия в газах ФВ прямо связаны с содержанием в породах практически всех рудогенных компонентов при более сильной связи с ЭПГ. Обнаруживается также положительная корреляция платиноидов и отношения ⁴⁰Ar/³⁶Ar и обратная связь концентраций  ³⁶Ar с S и всеми рудными элементами.

Особенности распределения и взаимосвязи изотопов гелия и аргона в породах и минералах ЗПМ, вариации изотопных газовых показателей по разрезу, сравнение их измеренных значений и ожидаемых, рассчитанных исходя из возраста массива и содержания родительских для радиогенных изотопов этих газов элементов, полученные оценки начальных изотопных отношений в захваченных газах свидетельствуют о потере первичного, очевидно мантийного флюида и разбавление его коровым еще до начала или во время магматической кристаллизации расплава, возможно, по механизму трансвапоризации. Подобный механизм смешения флюидов предполагался, например, при формировании Мончегорского плутона (Tolstikhin et al., 1992) и норильских трапповых интрузий (Покровский и др., 2005). Не сохранилась и большая часть образовавшихся in situ в течение ~ 2.5 млрд лет радиогенных изотопов. Наблюдаемый изотопный состав захваченных породами благородных газов мог получиться, если добавляемый коровый флюид был представлен молодыми на тот момент метеорными водами с растворенным в них воздухом и, следовательно, с низким ⁴⁰Ar/³⁶Ar отношением и незначительным количеством гелия. На поступление в магматическую систему именно приповерхностных метеорных вод указывает, в частности, повышение доли атмогенной компоненты в составе благородных газов снизу вверх по разрезу массива. Судя по большему, относительно общего газосодержания, вкладу той же компоненты в газы, захваченные флюидными включениями, часть из которых определенно вторичные, и лучшей сохранности мантийной составляющей в наименее измененных породах, циркуляция гидротерм поверхностного происхождения в магматической камере имела место и на поздних этапах становления массива. Характер вариаций изотопного состава гелия и аргона подтверждает ранее высказываемые предположения о неодноактном поступлении расплавов в магматическую камеру при формировании ЗПМ, свидетельствует о более интенсивной дегазации расплавов, образовавших рудоносные горизонты, их более продолжительной, по сравнению с вмещающими габбро-норитами, консолидации, происходившей в широком температурном интервале, о большей флюидонасыщенности пород ВРГ относительно НРГ. Особенности взаимосвязи содержаний рудогенных элементов в породах и газо-геохимических характеристик предполагают мантийный, а не коровый источник всех рудных компонентов, в первую очередь платиноидов, и серы, что согласуется с данными по изотопному составу последней (Schissel et al., 2002). Таким образом, по крайней мере, в Западно-Панском массиве, не подтвердились предположения о связи происхождения рудоносной магмы палеопротерозойских расслоенных комплексов Балтийского щита с ассимиляцией высокотемпературными мантийными расплавами архейских супракрутальных пород, в частности, сульфидоносных метаосадков, обогащенных рудными компонентами, а также хлор- и серу-содержащими флюидами (Волошина и др. 2008; Шарков, Дюжиков, 2008 и др.). В то же время получили подтверждение основанные на петрографических и минералогических наблюдениях выводы об участии постмагматических процессов в формировании оруденения (Рундквист, 1999; Волошина и др., 2008). Для лучшего понимания роли летучих соединений и механизма формировании комплексной рудной минерализации ЗПМ необходимы параллельные термобарометрические исследования флюидных микровключений, состава и содержания в породах и минералах основных флюидных компонентов и изотопного состава гелия и аргона.

Исследования поддерживались грантом РФФИ № 03-05-64257.

Литература:

Волошина З.М., Каржавин В.К., Петров В..П. Метаморфизм и рудогенез в платиноносном Панском интрузивном массиве (Кольский полуостров). Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН, 2008. 140 с.

Покровский Б.Г., Служеникин С.Ф., Криволуцкая Н.А. Условия взаимодействия норильских трапповых интрузий с вмещающими породами по изотопным (О, Н, С) данным // Петрология, 2005. Т. 13. № 1. С. 56-80.

Рундквист Т.В. Поздне- и постмагматическое минералообразование в Панском массиве (Кольский полуостров). Апатиты: Полиграф, 1999. 66 с.

Толстихин И.Н., Каменский И.Л., Марти Б. и др. Идентификация вещества нижнемантийного плюма в девонских щелочно-ультраосновных-карбонатитовых комплесах Кольского полуострова на основании изучения изотопии благородных газов и радиоактивных элементов / Препр.- Апатиты-Нанси-Брюссель, 1999. 97 с. (на русском и английском языках).

Шарков Е.В., Дюжиков О.А. Происхождение крупных и уникальных PGE-Cu-Ni месторождений крупных изверженных провинций на примере Северной Сибири и Балтийского щита // Проблемы рудогенеза докембрийских щитов. Труды Всерос.научн. конфер. Апатиты, 17-18 ноября 2008 г. Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН, 2008. С. 158-161.

Schissel D., Tsvetkov A.A., Mitrofanov F.P., Korchagin A.U. Basal platinum-group elment mineralization in the Fedorov Pansky Layered Mafic Intrusion, Kola Peninsula, Russia // Economic geology, 2002. Vol. 97. P. 1657-1677.

Tolstikhin I.N., Dokuchaeva V.S., Kamensky I.L., Amelin Yu.V. Juvenile he-kium in ancient rocks: II. U-He, K-Ar, Sm-Nd, and Rb-Sr systematics in the Monche Pluton. 3He/4He ratios frozen in uranium-free ultramafic rocks// Geochimica et Cosmochimica Acta, 1992. Vol. 56. P. 987-999.