Новые данные о составе и генезисе хромитов Рифа Меренского,

Житова Л.М.***, Шарыгин В.В.**, Гора М.П.**, Нигматулина Е.Н.**

*Новосибирский государственный университет, Новосибирск, Россия;

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

Хромиты в дифференцированных базитовых интрузивных комплексах являются спутниками и коллекторами минералов ЭПГ, а также играют ключевую роль в формировании ЭПГ рифов в разрезах этих интрузий (Naldrett et al., 1986; Cawthorn and Barry, 1992; Finnigan et al., 2008). Проблемы генезиса рифов, хромитов и хромититовых горизонтов Бушвельдского комплекса неразрывно связаны, некоторые из них продолжают оставаться дискуссионными. Предполагается, что хромититы могли образоваться в результате смешения ультраосновной и анортозитовой магм (Irvine, 1975); при реакции новых порций расплава с более ранним частично раскристаллизованным толеитовым расплавом (Cawthorn and Barry, 1992); в результате реакционного взаимодействия просачивающейся остаточной интеркумулусной жидкости с хромитовым кумулусом (Campbell et al., 1983; Naldrett et al., 1986). Хромититы могли сформироваться путем вторичного инконгруэнтного плавления Cr-содержащих пироксенов под воздействием просачивающихся снизу Cl-содержащих водных флюидов (Boudreau, 1988); в результате фракционирования базитового расплава в глубинной магматической камере с формированием хромитовых фенокристов, которые вместе с расплавом отжимались в Нижнюю и Критическую Зоны Рустенбургской расслоенной серии (Eales, 2000; Voordouw et al., 2009). Возможно, инфильтрационный метасоматоз остаточным расплавом мог быть причиной формирования хромититовых горизонтов и рифов (Von Gruenewaldt 1979; Viljoen and Scoon 1985), или масштабное метасоматическое замещение вмещающих Бушвельдский комплекс слоистых известняков и кремнистых сланцев Трасваальской супергруппы (Van Biljon, 1963). Данная работа дополняет обсуждение генезиса хромитов рифа Меренского и показывает неожиданные результаты о составе хромитов и включений в них.

Образцы хромитов были отобраны из нормального Рифа Меренского в районе Dwars River Восточного лимба Бушвельдского комплекса. Препараты для изучения были изготовлены без воды для предотвращения растворения гигроскопичных фаз парами воды из воздуха, что позволило впервые изучить солевые компоненты включений в хромитах. Для изучения хромитов были применены методы рентгеноспектрального микроанализа с использованием анализаторов Camebax-Micro и JEOL JXA-8100; сканирующая электронная микроскопия на приборе LEO 143 OVP EDX Oxford; лазерная абляция ICP-MS (a New Wave Research UP213 Nd-YAG (213 nm) laser coupled to an Agilent 4500 quadruple mass-spectrometer) в CODES Центре Университета Тасмании, Австралия. Валовый состав газовой фазы включений установлен газохроматографическим методом на хроматографе ЛХМ-80.

В разрезе рифа Меренского Бушвельдского комплекса выявлены 2 разновидности хромшпинелидов в зависимости от геологической позиции и характера минеральной ассоциации: хромиты из тонких хромититовых горизонтов в основании и кровле грубозернистых пироксенитов и акцессорные хромиты центральной зоны рифа. Хромиты базального горизонта образуют идиоморфные и амебовидные дендритные кристаллы в парагенезисе с плагиоклазом An_85-78. Эти оптически однородные хромиты содержат сферические и полигональные первичные твердофазные включения, в которых обнаружены орто- и клинопироксены, K-Na-флогопиты (K₂O-4.25, Na₂O-3.34 wt.%), акцессорные ильменит, пирротин, пентландит, халькопирит, рутил, циркон, сперрилит, сплавы Os, Ir, Ru, самородный Bi. Такие преимущественно силикатные включения в хромитах хорошо изучены (Li et al., 2005). Проведенные нами эксперименты по гомогенизации твердофазных включений в хромитах базального горизонта, выполненные при температурах 850-1150°C, показали, что вещество включений плавится с формированием структуры спинифекс при закалке. Эта структура образована силикатными дендритами (MgO-42.52, SiO₂-44.33, FeO-6.95, Al₂O₃-2.73, TiO₂-0.6, Cr₂O₃-0.52, CaO-0.33, K₂O-0.4, Na₂O-0.3, Cl-0,2 wt.%) и анортитовым стеклом (MgO-0.04, SiO₂-48.43, Al₂O₃-17.38, CaO-15.23, Na₂O-2.84, K₂O-0.03 wt.%). Сульфидные минералы включений плавятся с формированием глобулей mss. ЭПГ фазы разлагаются при плавлении и входят в состав глобулей mss или стекла. Хромиты базального и верхнего хромититовых горизонтов аналогичны по морфологии и составу твердофазных включений.

В центральной зоне рифа в парагенезисе с ортопироксеном En_82-60встречаются акцессорные оптически зональные хромиты, которые образуют идиоморфные кристаллы, каймы вокруг сульфидных обособлений, включения в сульфидах и оливинах, вростки по трещинам спайности ортопироксенов. Во внешних зонах этих хромитов наблюдаются мономинеральные сульфидные включения. В центральных и внешних зонах таких хромитов обнаружены полигональные многокомпонентные твердофазные карбонатно-хлоридные включения, в составе которых диагностированы галит, сильвин, ангидрит, кальцит, доломит, K-Na флогопит, акцессорные халькопирит, пентландит, сперрилит, минералы Pd, капли mss, а также Cl-апатит, редкоземельный апатит, кварц, циркон, ураноторианит. По данным газохроматографического анализа карбонатно-хлоридные включения в зональных хромитах рифа Меренского содержат H₂O, CO₂, H₂, N₂, CO, CH₄, C₂H₂, следы C₃H₈.

Хромшпинелиды из разных зон Рифа Меренского различаются по составу (Рис. 1). Шпинелиды базального хромититового горизонта однородны и соответствуют хромиту, в них не проявлены значимые различия между центром и краевой зоной индивидов. Состав этих хромитов сходен с опубликованными

Рисунок 1. Состав хромшпинелидов Рифа Меренского по данным электронно-зондового микроанализа. Наши результаты: 1 – центр и 2 – край зерен хромитов базального горизонта; 3 – центр и 4 – край зерен акцессорных хромитов центральной зоны рифа. Опубликованные данные: 5 – хромиты Нижней и Средней групп Критической зоны (Naldrett et al., 2009); 6 – хромиты Верхней группы Критической зоны (Eales et al., 1986); 7 – хромиты интрузий Норильского типа (Ryabov et al., 2000); 8 – хромиты Йоко-Довырена (Kislov, 1998); 9 – хромиты Нижнего Тагила (Pushkarev et al., 2007); 10 – хромиты Кемпирсая (Pavlov et al., 1968).

данными по составам хромититов Верхней (Eales et al., 1986), Нижней и Средней групп (Naldrett et al., 2009) Критической зоны Рустенбургской расслоенной серии. Состав акцессорных хромитов центральной зоны рифа образует непрерывный тренд от хромит-герцинита в центре до герцинит-шпинели во внешних зонах зерен (Рис. 1). Несмотря на представительную выборку (320 анализов), нам не удалось зафиксировать хромиты промежуточного состава между разновидностями базального хромититового горизонта и акцессорными хромшпинелидами центральной зоны рифа. Сравнение наших результатов с опубликованными данными по составу хромитов дифференцированных базитовых и гипербазитовых комплексов России показало, что ни в одном из этих комплексов нет хромитов, аналогичных хромитам Рифа Меренского. Некоторое сходство отмечено лишь для хромитов интрузий Норильского типа и Йоко-Довыренского расслоенного массива, что свидетельствует об уникальной позиции Рифа. Различия в составе хромитов из разных зон Рифа и разные типы включений в них свидетельствуют о различиях в физико-химических условиях их кристаллизации. Хромиты базального и верхнего хромититовых горизонтов, возможно, транспортировались силикатной жидкостью из глубинной магматической камеры на современную позицию, подобно другим хромитовым горизонтам Критической зоны Рустенбургской расслоенной серии. В этом смысле они являются ксенокристами. Акцессорные хромит-герцинитовые зональные кристаллы центральной зоны рифа Меренского кристаллизовались на месте из остаточной обогащенной летучими жидкости, включающей карбонатно-хлоридные компоненты.

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

Boudreau A.E. Investigation of the Stillwater Complex IV: the role of volatiles in the petrogenesis of the J-M Reef, Minneapolis edit section // Canadian Mineralogist 1988. V. 26. P. 193-208.

Campbell I.H., Naldrett A.J. and Barnes S.J. A model for the origin of the platinum-rich sulfide horizons in the Bushveld and Stillwater Complex // Journal of Petrology 1983. V. 24. P. 133-165.

Cawthorn R.G. and Barry S.D. The role of intercumulus residua in the formation of pegmatoid associated with the UG2 chromite, Bushveld Complex // Australian Journal of Earth Sciences 1992. V. 39. P. 263-276.

Eales H.V. and Reynolds I.M. Cryptic Variations within Chromitites of the Upper Critical Zone, Northwestern Bushveld Complex // Economic Geology 1986. V. 81. P. 1056-1066.

Eales H.V. Implication of the chromium budget of the Western limb of the Bushveld Complex // South African Journal of Geology 2000. V. 103. P. 141-150.

Finnigan C.S., Brenan J.M., Mungall J.E., and McDonough W.F. Experiments and models bearing on the role of chromite as a collector of Platinum Grope Minerals by local reduction // J. of Petrology 2008. V. 49. P. 1647-1665.

Irvine T.N. Crystallization sequences in the Muskox intrusion and other layered intrusions. II. Origin of chromitite layers and similar deposits of other magmatic ores //Geochimica and Cosmochimica Acta 1975. 3V. 9, P. 991-1020.

Li C., Ripley E.M., Sarkar A., Shin D. and Maier W.D. Origin of phlogopite-orthopyroxene inclusions in chromites from the Merensky Reef of the Bushveld Complex, South Africa // Contributions to Mineralogy and Petrology 2005. V. 150. P. 119-130.

Kislov E.V. Ioko-Dovyren Layered Massif. Ulan-Ude, 1998. SD RAS Buryat Science Centre Publishing House. 265 p. (In Russian).

Pushkarev E.V., Anikina E.V., Garuti G. and Zaccarini F. Chromium-Platinum deposits of Nizhny-Tagil type in the Urals: structure-substantial characteristic and problem of genesis // Lithosphere 2007. V. 3. P. 28-65. (In Russian).

Naldrett A.J., Gasparrini E.C., Barnes S.J., Von Gruenevald G. and Sharpe M.R. The Upper Critical Zone of the Bushveld Complex and the Origin of the Merensky-type Ores // Economic Geology 1986. V. 81. P. 1105-1117.

Naldrett A.J., Kinnaird J., Wilson A., Yugovskaya M., McQuade S., Chunnett G. and Stanley C. Chromite composition and PGE content of Bushveld chromitites: Part 1 - the Lover and Middle Groups // Applied Earth Science 2009. V. 118. No. 3/4. P.131-161.

Pavlov N.V., Kravchenko G.G. and Chuprynin I.I. Chromites of the Kempirsai Pluton. Moscow. 1968. Science Publishing House, 178 p. (In Russian).

Ryabov V.V., Shevko A.Ya. and Gora M.P. Magmatic formations in the Norilsk Region. Atlas for magmatic rocks. 2000. Nonparel Publishing. Novosibirsk. Russia, 600 p. (In Russian).

Van Biljon S. Structures in the basic belt of the Bushveld Complex // Transactions and Proceedings of the Geological Society of South Africa 1963. V. 64. P. 11-47.

Viljoen M.J. and Scoon R. The distribution and main geological features of iron-rich dunite and pegmatoid bodies of the Bushveld Complex // Economic Geology 1985. V. 80. P. 1109-1128.

von Gruenewaldt G. A review of some recent concepts of the Bushveld Complex, with particular reference to sulfide mineralization // Canadian Mineralogist 1979. V. 17. P. 133-156.

Voordow R., Cutzmer J. and Beukes N.J. Intrusive origin for Upper Group (UG1, UG2) stratiform chromitite seams in the Dwars River area, Bushveld Complex, South Africa // Mineralogy and Petrology 2009. V. 97. P. 75-94.