398

Артемьев Дмитрий Александрович

Строение и минералого – геохимические особенности серпентинит- карбонатных брекчий в зоне Главного Уральского разлома

Руководитель: Зайков Виктор Владимирович, филиал ЮУрГУ в г. Миассе, зав. кафедрой
Рецензент: Белковский А.И.

Строение и минералого-геохимические особенности серпентинит-карбонатных брекчий в зоне Главного Уральского разлома (текст презентации)

Серпентинит-карбонатные брекчии широко распространены в офиолитах многих сутурных зон, к которым относится зона Главного Уральского разлома, где на территории Ишкининского и Дергамышского рудных полей установлены сульфидно-серпентинит-карбонатные и офикальцитовые брекчии. Выяснение генезиса таких образований может помочь в установлении геодинамических обстановок и дать информацию о геологических процессах. Связь серпентинит-карбонатных брекчий с колчеданоносными территориями, их образование и дезинтеграция являются важным источником для определения условий формирования таких месторождений. Офикальцитовые брекчии были выявлены в Альпах, на Урале, Кавказе, Корякии, Алтае, Тянь-Шане и др.районах, Но единственным местом, в котором они были детально изучены, являются Лигурийские Альпы. Сульфидно-серпентинит-карбонатные брекчии достаточно редки и в литературе не описаны. (1).

Цель работы – характеристика строения, минералогических и геохимических особенностей двух типов серпентинит-карбонатных брекчий Ишкининского и Дергамышского рудных полей для выяснения условий и процессов их образования, источников вещества и установления их связи с рудоотложением.

Задачи: а) изучение геологической позиции и строения серпентинит-карбонатных брекчий; б) исследование их минерального состава и геохимических особенностей; в) определение условий формирования и источников вещества при образовании брекчий; г) сопоставление по литературным данным изученных брекчий с современными океаническими аналогами. (2)

Ишкининское кобальт-медноколчеданное месторождение расположено в южной части Главного Уральского разлома в 20 км западнее г. Гай на левом берегу р. Сухая Губерля (3). Рудоносная зона приурочена к кровле серпентинитовой пластины, слагающей антиформу в деформированной аккреционной призме Западно-Магнитогорской палеоостровной дуги на границе с девонской олистостромой. Подрудная толща, вскрытая в северо-западной части рудного поля, сложена базальтами, кремнистыми сланцами и известняками силура.

В подошвенной зоне колчеданной залежи, среди серпентинитового меланжа располагаются блоки сульфидно-серпентинит-карбонатных брекчий представленные линзо- и штокообразными телами. Тела брекчий залегают в виде узких меридионально вытянутых зон и приурочены к конгломератовидным серпентинитам и тальк-карбонатным апосерпентинитовым метасоматитам в подошве Восточной рудной зоны. Видимая мощность линз 1-3 м. По данным скважинного бурения, они имеют пологое восточное падение и прослеживаются на протяжении 200 м вдоль рудной зоны.

Вблизи границы вулканомиктовой и кремнистой пачек олистостром установлены офикальцитовые брекчии, представленные блоками поперечником 2–4 метра. Часть из них располагается в кремнистом субстрате, другие на подложке серпентинитовых конгломератов и в полимиктовом матриксе олистостромы. (4)

Дергамышское месторождение залегает в синформе, сложенной тектоническими пластинами серпентинитов, базальтов и вулканогенно-осадочных пород силура и девона. В совокупности они образуют синформу с пологим западным и крутым восточным крылом, ядро которой представлено олистостромами и силицитами. Олистострома тянется на протяжении 5-7 км вдоль левого берега р. Дергамыш. Она сложена различными по составу олистолитами (известняками, амфиболитами, кремнями, базальтами, серпентинитовыми конгломерато-брекчиями, дацитами). (5)

Сульфидно-серпентинит-карбонатные брекчии. На Ишкининском месторождении задокументированы два выхода, залегающие в подрудной зоне. На первом, наиболее характерном, видно, что они представлены двумя разностями: 1) брекчии с аподунитовыми и апогарцбургитовыми серпентинитовыми и карбонатными обломками с преобладающим тальк-серпентин-карбонатным цементом с сульфидной “пылью”; 2) брекчии с серпентинитовыми и карбонатными обломками с тальк-серпентин-хлорит-кальцитовым цементом и низким содержанием сульфидов (6).

Тело брекчий имеет форму линзы, залегающей среди тальк-карбонатных пород. Границы с серпентинитовым блоком и тальк-карбонатными метасоматитами имеют тектонический характер. По всему контуру блок сечется карбонатными жилами. Сверху перекрывается сульфидно-серпентинит-карбонатными брекчиями второго типа.

Обломки в брекчиях представлены апогарцбургитовыми и аподунитовыми серпентинитами, размером до 35 см. Большая часть серпентинитов подверглась карбонатизации, оталькованию и хлоритизации. Некоторые обломки полностью замещены карбонатом и тальком. Серпентинитовые и тальк-карбонатные обломки секутся кальцитовыми и сульфидными жилками (7).

Карбонатные обломки представлены кристаллами и зернистыми агрегатами кальцита. Наибольший интерес вызывают обломки сульфидов, изучение которых может помочь в установлении времени образования и разрушения сульфидных тел месторождения. Сульфидные обломки представлены кристаллами и раздробленными массами пирит-халькопирит-пирротиновых руд. Среди рудных обломков можно выделить халькопирит-пирит-пирротиновые, халькопирит-пирротиновые, пирит-пирротиновые и пирротиновые разности. Размер обломков изменяется от долей миллиметров до 2 см, редко встречаются обломки, достигающие 10 см. По морфологии преобладают обломки неправильных очертаний с зазубренными, “рваными” краями (8).

Пирротин является основным сульфидным минералом брекчий, представлен в виде обломков кристаллов, “рваных” масс, в сростках с другими сульфидами. В цементе пирротин имеет ксеноморфные срастания с кальцитом, серпентином, тальком. По количеству среди сульфидных обломков он занимает первое место (80 – 85 %).

Пирит присутствует в виде срастаний с пирротином и халькопиритом, редко также можно наблюдать кристаллы пирита кубического габитуса.

Халькопирит встречается в срастаниях с пирротином и в виде рваных мономинеральных обломков и более характерен для второго типа брекчий.

Также в цементе присутствуют округлые и угловатые зерна хромшпинелидов, размером до 1.5 мм, кристаллы наблюдаются и среди рудного кластогенного материала.

Матрикс сульфидных серпентинит-карбонатных брекчий представлен тальк-серпентин-карбонатными зернами с алеврито-пелитовой размерностью и многочисленными вкраплениями рудной “пыли”. Цемент имеет массивную однородную текстуру темно-серого цвета с зеленоватым оттенком, который меняется в зависимости от соотношения в нем кальцита, серпентина, талька и сульфидов. Часто по цементу развивается хлорит и гидроокислы железа (10).

Серпентин в цементе представлен микрозернистой перетертой массой, образовавшейся при тектонических движениях и составившей матрикс брекчии наряду с карбонатом и тальком.

Второй тип отличается значительно меньшими содержаниями сульфидов и более хлоритизированным цементом, а также присутствием граната.

Офикальцитовые брекчии на территории Ишкининского месторождения представлены небольшими олистолитами, залегающими в обломочном матриксе на границе вулканомиктовой и кремнистой пачек олистостромы. Размер блоков, сложенных офикальцитовыми брекчиями обычно составляет 1–3 м (11). На месторождении известны четыре основных выхода и ряд элювиальных высыпок и щеток. Они протягиваются субмеридионально на протяжении 150 м. На Дергамышском месторождении слагают выход, подстилающий известняки, которые залегают в олистостромовой толще (12)

По составу цемента и обломков выделено 4 основные разности офикальцитовых брекчий.

1. 1. Офикальцитовая брекчия с серпентинитовыми обломками и преимущественно кальцитовым цементом (+– гематит)

1. 1. Офикальцитовая брекчия с серпентинитами, карбонатными и окварцованными обломками брекчий раннего генезиса и гематит-карбонатным цементом (+– гематит)

1. 1. Офикальцитовая брекчия окремненная первичного генезиса с обломками известняков и серпентинитов и гематит-кварц-карбонатным цементом.

1. 1. Офикальцитовая брекчия окремненная с обломками серпентинитов, известняков и окремненных брекчий раннего генезиса и кварц-гематит-карбонатным цементом.

Обломки представлены округлыми и угловатыми апогарцбургитовыми и аподунитовыми серпентинитами, различной степени измененности. Размер обломков до 3 см. Сложены преимущественно β-лизардитом с окаймлением из магнетита и хризотила, также имеется пироксен, замещенный баститом. В серпентинитах имеются кристаллы хромшпинелидов и магнетита. По трещинам развивается хризотил-асбест, карбонат и тальк. В большей части офикальцитовых брекчий присутствует значительное количество обломков тальк-карбонатных метасоматитов, которые образовались по серпентиниту.

Значительную часть обломков составляют карбонаты и гематитизированные офикальцитовые брекчии более раннего генезиса, которые часто окремнены. Также в обломках присутствуют плагиоклазы, амфиболы и пироксены. Среди обломков встречен карбонат известняков с фрагментами криноидей. Содержание карбонатных обломков составляет первые проценты. В цементе имеются зерна хромшпинелидов размер которых достигает 0.5 мм. В офикальцитовых брекчиях присутствуют обломки гематит-кварцевых пород и пироксенитов. В шлихах были найдены такие акцессорные минералы как титаномагнетит, ильменит, рутил, сфен, циркон, пирит и пирротин.

Матрикс брекчии состоит, главным образом, из кальцита, реже арагонита и других карбонатов. Цвет изменяется от белого, до темно-бурого в зависимости от насыщенности гематитом. Также в некоторых типах имеется кварц-гематит-карбонатный и кварц-гематитовый цемент.

Брекчии секутся более поздними жилками кальцита, кварца, хризотил-асбестаВ одной из кварцевых жилок были обнаружены зерна пирита.

Гранаты. К обломкам тальк-карбонатных метасоматитов часто бывает приурочен гранат, представленный отдельными кристаллами и сростками. Форма кристаллов округлая, поверхность бугорчатая, обусловленная неравномерным ростом. У цепочек граната форма веретенообразная, образовавшаяся за счет роста по трещинам. Размер зерен от 0.03 мм до 0.3 мм. Имеются единичные случаи роста граната в серпентинитовых обломках. Также гранат развивается в пустотах и присутствует в виде обломков в цементе. В шлихе он представлен округлыми зернами, реже частично ограненными ромбододекаэдрическими кристаллами.

Исследования зерен гранатов из шлихов показали наличие трех видов: прозрачные розовые зерна оказались спессартином Mn₃Al₂[SiO₄]₃, изометричные зерна с зеленоватым цветом – гидрогроссуляром Ca₃Fe₂[SiO₄]₃ • nH₂O, бесцветные зерна с сероватым оттенком – андрадитом Ca₃(Al,Ti)₂[SiO₄]₃ (14).

Микрозондовые анализы хромшпинелидов из брекчий показали, что составы обломков хромшпинелидов в цементе офикальцитовых и сульфидно-серпентинит-карбонатных брекчий схожи с составом апогарцбургитовых серпентинитов и близки к хромшпинелидам колчеданных руд Ишкининского месторождения. На классификационной диаграмме фигуративные точки составов попадают в поле хромшпинелидов из перидотитов надсубдукционных зон.

Атомно-абсорбционный анализ карбонатного цемента, проведенный для выяснения элементов-примесей в кальците, выявил повышенные содержания кобальта, не характерного для осадочных карбонатных пород. Остальные элементы находятся в пределах нормального содержания.

Изотопный анализ углерода и кислорода карбонатного цемента офикальцитовых брекчий показал, что он имеет гидротермальный генезис, аналогичный кальциту из гнезд в колчеданных рудах и тальк-карбонатных метасоматитах. Значения характеризуется соотношениями изотопов δ¹³С/¹²С в интервале от – 6 до – 11 ‰, относительно стандарта PDB и значениями соотношений изотопов δ¹⁸О/¹⁶О в интервале от 8 до 14 ‰, относительно стандарта SMOW.

После изучения минералогических и геохимических особенностей, была построена гипотеза образования изучаемых серпентинит-карбонатных брекчий, которая состоит в следующем.

В неизмененных перидотитах, в условиях аккреционной призмы, под воздействием тектонических перемещений, происходили деформации с образованием трещин. По ним проникали рудоносные гидротермальные растворы, которые приводили к серпентинизации и рудоотложению. В этот период и происходило формирование серпентинит-карбонатных брекчий с сульфидными обломками. В дальнейшем по серпентинизированной породе в результате воздействия остаточных гидротерм начали развиваться карбонатизация и оталькование, что вело к выносу кобальта и никеля с образованием тальк-карбонатных метасоматитов. Все эти процессы сопровождались дроблением и образованием брекчий. В устьях гидротермальных источников в местах выхода их на морское дно происходил вынос обломков серпентинитов, приводивших к формированию гидротермальных построек, сопровождавшихся офикальцитовыми брекчиями. Процессы выветривания, окисления и дальнейшая дезинтеграция построек приводила к формированию различных типов брекчий.

Сравнение Аналогичные образования описаны и на современных активных океанических окраинах. На гидротермальных полях вулкана Пийпа в тылу Алеутской островной дуги обнаружены кальцитовые трубы. Также схожие образования известны в срединно-океанических хребтах. На гидротермальном поле Лост-Сити (САХ) выявлены карбонатные гидротермальные постройки высотой 3–6 м, по изотопным данным характеризующиеся двумя источниками углерода – гидротермальным и морским.

Выводы:

1. 1. В результате проделанной работы была дана типизация серпентинит-карбонатных брекчий по составу обломочного материала и цемента. На территории Ишкининского и Дергамышского рудных полей выделено 4 типа офикальцитовых и 2 типа сульфидно-серпентинит-карбонатных брекчий, формировавшихся последовательно.

1. 1. Cульфидно-серпентинит-карбонатные брекчии содержат обломки колчеданных руд, среди которых установлен пирротин, халькопирит и пирит. В брекчиях не установлена кобальт-арсенидная минерализация, что подкрепляет мнение о формировании этих руд на коллизионном этапе.

1. 1. Методом изотопного анализа углерода и кислорода установлен гидротермальный источник кальцита цемента офикальцитовых брекчий, родственный таковым из карбонатных жил в тальк-карбонатных метасоматитах и рудах. Гидротермальное происхождение цемента подтверждается наличием в нем повышенных содержаний кобальта, не характерного для осадочных карбонатных пород.

1. 1. Установлена принадлежность хромшпинелидов из офикальцитовых и сульфидно-серпентинит-карбонатных брекчий к аналогам из перидотитов надсубдукционных зон, что может говорить о геодинамической позиции формирования всего района. Хромшпинелиды серпентинит-карбонатных брекчий по составу близки к таковым из рудных тел и апогарцбургитовых серпентинитов Восточной рудной зоны. Высокохромистые хромшпинелиды офикальцитовых брекчий Дергамышской олистостромы в целом аналогичны данным образованиям Ишкининского рудного поля.

1. 1. В трех типах офикальцитовых и одном типе сульфидно-серпентинит-карбонатных брекчий установлены гранаты, образование которых связано с тальк-карбонатным метасоматозом, при этом в тальк-карбонатных метасоматитах рудных зон известна лишь единичная находка граната. Исследования показали наличие гидрогроссуляра, андрадита и спессартина – образовавшихся последовательно при разных температурах.

Таким образом, образование метасоматитов, руд и серпентинит-карбонатных брекчий кобальт-медноколчеданных месторождений ультрамафитов Главного Уральского разлома связано с единой гидротермальной системой в аккреционной призме Западно-Магнитогорской палеоостровной дуги.

В дальнейшем целесообразно провести поиски аналогичных объектов на участках полимиктового меланжа, олистостромовых толщ и офиолитов в зоне ГУРа, что может дать дополнительный материал о возможности наличия сульфидного оруденения и проявлений гидротермальной деятельности.