Изотопная геохимия и геохронология золоторудной минерализации в архейских и палеопротерозойских комплексах Карелии

Введение.

Актуальность темы. Ведущим промышленным типом коренного золота в Мире являются мезотермальные орогенные месторождения раннедокембрийских кратонов. Разные по масштабам, включая крупные и уникальные, месторождения этого типа детально изучены и эксплуатируются во многих архейских гранит-зеленокаменных областях (ГЗО) (Groves et al., 2003). Исключением является Карельская ГЗО (Балтийский щит), на территории которой на сегодня известны лишь несколько небольших месторождений и рудопроявлений золота. В чем же специфика Карельской области, делающая её исключением среди других архейских ГЗО с крупномасштабным золотым оруденением? Главным отличием Карельской ГЗО от других архейских структур этого типа является ее интенсивная структурно-метаморфическая переработка в ходе свекофенской орогении 1.95-1.80 млрд. лет (Кожевников и др., 1998). Логично предположить, что эта переработка могла сопровождаться своим этапом рудогенеза, по крайней мере в отношении мезотермального золоторудного процесса, который протекает при невысоких Р-Т параметрах и обеспечивается преимущественно флюидами метаморфогенного генезиса (Groves et al., 2003). Оценка масштабов проявления свекофенского золоторудного процесса в Карельской ГЗО и его влияния на предшествовавшую архейскую золотую минерализацию представляется первоочередной задачей, поскольку возраст оруденения - главный критерий при выборе тектонических структур, перспективных для поисков мезотермальных месторождений. Решению этой задачи на сегодня уделено недостойно мало внимания. Для российской части Карельской области единственным критерием возрастной оценки служат структурные данные, на основании которых мезотермальная золоторудная минерализация может быть отнесена как к архею (Кожевников и др., 1998), так и к палеопротерозою (Кулешевич, 1992). Геохронологические исследования мезотермального золотого оруденения, локализованного в архейских вулканогенно-осадочных толщах зеленокаменного пояса Иломантси (Финляндия) свидетельствуют в пользу полицикличности золоторудного процесса (Vaasjoki et al., 1993, O'Brien et al., 1993) и фиксируют палеопротерозойские возрасты гидротермальных образований. На сегодня очевидно, что для решения этой дискуссионной и крайне актуальной в научном и практическом плане проблемы необходимо проведение геолого-структурных, петрографических, геохимических и минералогических работ в сочетании с детальными изотопно-геохронологическими исследованиями. Только такое комплексное изучение, выполненное для наиболее дискуссионных в научном и представительных в практическом плане золоторудных проявлений Карельского блока, позволит решить фундаментальные вопросы возрастной позиции и генетической принадлежности золоторудной минерализации. Это приблизит к пониманию основной прикладной проблемы - является ли отсутствие крупных золоторудных объектов в Карелии обоснованным фактом, или это всего лишь результат недостаточной изученности региона.

Цель работы: определение генетической принадлежности и возрастной позиции золоторудной минерализации в архейских комплексах Карельского блока и в палеопротерозойских комплексах Свекофенского блока.

Объекты исследований. В архейском блоке было проведено изучение 5 золоторудных проявлений, локализованных в разных частях кратона: месторождение Таловейс (западная Карелия), месторождение Педролампи (центральная Карелия), рудопроявление Хаутоваара (Центральная Карелия), месторождение Фаддейн-Келья (южная Карелия) и участок Хатуной Ялонваарского месторождения (юго-западная Карелия). В Свекофенком блоке было изучено рудопроявление Пякюля, локализованное в гранитоидах Суйстамского комплекса, С-З Приладожье.

Задачи исследований. Для каждого из объектов необходимо было провести геолого-структурное, петрографическое, геохимическое и изотопно-геохронологическое изучение рудовмещающих гранитоидов, околорудных метасоматитов и золоторудных зон. Основное внимание было уделено изотопным исследованиям, которые дают принципиально новую информацию о дискуссионных вопросах времени формирования золотого оруденения и его взаимосвязи с рудовмещающими гранитоидами, обсуждавшиеся ранее только на основании геологических и петрогеохимических данных.

Фактический материал и методы исследования. В основу диссертации легли материалы, собранные автором при полевых работах 2002-2006 гг. При полевых работах было проведено геолого-структурное изучение и опробование рудовмещающих супракрустальных толщ и гранитоидов, околорудных метасоматитов и золоторудных зон на шести объектах в архейской и протерозойской частях Карельского кратона. Для всего объема собранного каменного материала были проведены: петрографическое изучение пород (около 600 шлифов); микрозондовое изучение породообразующих и рудных минералов (около 1000 анализов); петрохимические исследования пород (около 400 образцов); геохимическое изучение пород с привлечением метода ICP-MS на 45 элементов (около 200 образцов) и метода нейтронной активации с определением концентраций редких и рудных элементов (около 400 образцов); Rb-Sr изотопные исследования по образцам пород в целом и минералам (более 100 образцов). Все изотопные исследования были выполнены автором работы.

Научная новизна диссертационной работы связана с принципиально новым для Карелии исследовательским подходом, в котором сочетание методов магматической, метаморфической петрологии, геохронологии и изотопной геохимии позволило рассмотреть образование золоторудных объектов в тесной взаимосвязи как с процессами тектоно-магматической истории формирования локальных рудовмещающих структур, так и в региональном масштабе. Для Карельского блока главным новым научным результатом работы является обоснование возрастного и генетического единства золоторудных проявлений, локализованных в архейских гранит-зеленокаменных поясах разных частей блока. Образование этих рудопроявлений связывается с гидротермально-метасоматическими процессами в зонах сдвиговых хрупко-пластичных дислокаций при близких Р-Т условиях вне связи с гранитоидным магматизмом, вероятно, при участии метаморфогенного флюида, и происходило практически синхронно на всей территории Карельского блока в конце палеопротерозоя около 1.7 млрд. лет назад на заключительной стадии свекофенского орогенеза. Для Свекофенского блока новым и важным результатом исследований является доказательство тесной возрастной и генетической связи гидротермальной золотой минерализации с рудовмещающими пост-коллизионными палеопротерозойскими гранитоидными интрузиями.

Практическая значимость работы определяется тем фактом, что полученные в ней новые данные о генетической принадлежности и возрастной позиции золоторудной минерализации изменяют стратегию поисковых работ по золоту в регионе.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы (137 наименований) и приложения. Объем работы - 180 страниц, 86 рисунков, 28 таблиц и 37 страниц приложения.

Апробация работы. По теме диссертации всего опубликовано 19 печатных работ, включая 4 статьи в рецензируемых журналах и 15 тезисов докладов. Результаты исследований докладывались на российских и международных совещаниях: X Петрографическое совещание, Апатиты, 2005; I Российская конференция по проблемам геологии и геодинамики докембрия: <Геология и геодинамика архея>, Cанкт-Петербург, 2005; 27th Nordic Geological Winter meeting, Oulu, Finland, 2006; III Российской конференции по изотопной геохронологии, Москва, 2006; XVII молодежная научной конференции <Геология, полезные ископаемые и геоэкология северо-запада России> Петрозаводск, 2006; MINEX FORUM Северо-Запад 2007, Петрозаводск.

Защищаемые положения:

1. Золотые рудопроявления и месторождения, локализованные в архейских гранит-зеленокаменных поясах Карельского блока, являются генетически однотипными, принадлежат к орогенному мезотермальному типу и связаны с гидротермально-метасоматическими процессами в зонах сдвиговых хрупко-пластичных дислокаций.

2. Формирование золотого оруденения в изученных рудопроявлениях и месторождениях происходило практически синхронно на всей территории Карельского блока около 1.7 млрд. лет назад и было более чем на 1 млрд. лет оторвано от времени формирования архейских рудовмещающих вулканогенно-осадочных толщ зеленокаменных поясов и позднетектонических гранитоидных интрузивов.

3. В пределах Свекофенской провинции гидротермальная золотая минерализация является постмагматической и имеет четкую возрастную и генетическую связь с рудовмещающими орогенными гранитоидными массивами палеопротерозойского возраста (1870 млн. лет).

Благодарности. Работа в разное время выполнялась в МГУ им. М.В. Ломоносова, ГЕОХИ РАН, ИМГРЭ МПР и ИГЕМ РАН. Автор выражает безграничную признательность своим научным руководителям А.Ю. Бычкову и К.Н. Шатагину за их поддержку, неоценимую помощь и терпение. Особую признательность автор выражает своим первым наставникам и учителям в освоении изотопных методов исследования А.Ю. Петровой и В.И. Богатову. Самая разносторонняя помощь на всех этапах работы была оказана А.В. Самсоновым, без деятельного участия которого данная работа была бы невозможна. Большая помощь в консультации по методическим вопросам была оказана Д.З. Журавлевым. Большой вклад в работу внесли советы и деятельное участие А.А. Носовой. Проведение изотопных работ было бы невозможно без активного содействия руководителей двух лабораторий И.В. Чернышева и О.А. Богатикова. При полевых работах большую помощь оказали А.М. Ручьев, О.Б. Лавров и В.Ю. Алексеев. За бессонные ночи и помощь в освоении методики работы на Sector 54 автор благодарит Ю.В. Гольцмана. Помощь В.Е. Павличенко в отборке мономинеральных фракций помогла увеличить объем изотопных исследований. Микрозондовые исследования рудных минералов были проведены С.Е. Борисовским. Исследования участка Педролампи проводились в тесном сотрудничестве с Сизовой Е.В. Отдельную благодарность за теплую моральную поддержку автор выражает М.М. Аракелянц. Многие аспекты работы неоднократно обсуждались с Е.О. Дубининой и А.С. Авдеенко. Автор также выражает глубокую признательность Ю.А. Костицыну, под руководством которого были получены первые геохронологические результаты данной работы, положившие начало всем последующим исследованиям.