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

Глава IV. Золоторудные проявления AR Карельского блока.

В главе III отмечалось, что все промышленно значимые золоторудные объекты Фенноскандинавского щита относятся к Свекофенской эпохе развития области. К настоящему времени из всего объема добытого на территории Фенноскандинавии золота (~ 500 т) на долю архейских месторождений приходится ~ 2 т (Пампало, Финляндия) (Иващенко, 2006). На сегодня в пределах архейского Карельского блока на территории Карелии известны лишь мелкие золоторудные месторождения и рудопроявления - так называемое золото зеленокаменных поясов. В главе I была кратко отмечена проблема типизации этих объектов.

В главе IV рассматриваются наиболее известные золоторудные проявления и месторождения коренного золота, локализованные в архейских комплексах Карельского блока: Таловейс, Педролампи, Хаутоваара (Центральное), Фаддейн-Келья и Хатуной (положение объектов см. на рис. 1), основные характеристики перечисленных объектов, установленные в ходе предшествующих исследований приводятся в главе I. В результате наших исследований для этих объектов была получена принципиально новая информация о времени формирования золоторудной минерализации, что позволило по-новому взглянуть на проблемы типизации изученных участков, проблемы формирования мезотермальных орогенных месторождений в целом, а также вновь затронуть вопрос об отсутствии крупных золоторудных объектов на территории Карелии.

4.1. Месторождение Таловейс локализовано в одноименном диорит-гранодиоритовом массиве, который внедрился 2715±5 млн. лет назад в метаморфизованные базальт-коматиитовые толщи Костомукшской зеленокаменной структуры (Cамсонов и др., 2004). Золотая минерализация приурочена к кварцевым жилам, выполняющим систему меридиональных разломов, которые пересекают весь массив и являются частью региональной сдвиговой зоны. Заложение разломов и формирование кварцевых жил сопровождалось метасоматическими преобразованиями вмещающих гранитоидов. Вблизи жил гранодиориты преобразованы в березиты, которые на удалении сменяются ореолами березитизации. Гидротермально-метасоматические процессы березитизации рудовмещающих гранитоидов массива сопровождались изменениями концентраций многих петрогенных, редких и рудных элементов. Концентрация Au устанавливается во всех изученных разновидностях пород массива, достигая максимума в собственно кварцевых и кварц-сульфидных жилах. Минерально-геохимический состав околорудных метасоматитов и кварцевых жил довольно <беден> и позволяет отнести данное месторождение к золото-кварцевому типу. Золото высокопробное представлено в свободной форме (табл. 2).

Основываясь на результатах проведенных петро-геохимических исследований, Rb-Sr изотопные исследования были проведены для пяти разновидностей пород на месторождении Таловейс.

Rb-Sr изотопный возраст диоритов и гранодиоритов из разных частей массива, слабо затронутых метасоматическими процессами, 2637±140 млн. лет в пределах погрешности совпадает со временем внедрения массива, оценивающимся по результатам U-Pb датирования цирконов в 2715±5 млн. лет (Самсонов и др., 2004). Высокая погрешность полученного Rb-Sr изотопного возраста обусловлена большим разбросом фигуративных точек на изохронной диаграмме (СКВО=66) (рис. 3А). Этот разброс может быть как следствием начальной неоднородности гранитоидов по значению ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr, так и результатом их метасоматического изменения. Принимая во внимание тот факт, что практически все гранитоиды месторождения в той или иной степени затронуты гидротермально-метасоматической переработкой, более вероятным следует считать второе предположение.

Как следует из анализа распределения Rb и Sr в гранитоидах и их березитизированных разностях, нарушение замкнутости Rb-Sr изотопной системы в объеме проб гранитоидов при березитизации выразилось в большем или меньшем росте величины Rb/Sr отношения. В непосредственной близости от рудных жил нарушение замкнутости Rb-Sr изотопной системы гранитоидов вследствие метасоматического преобразования становится более явным.

Для месторождения Таловейс также были проведены изотопные исследования образцов из пересечения Главной рудной зоны. Однако, проведенные изотопные исследования околорудных березитов и образца собственно золоторудной кварцевой жилы надежной геохронологической информации не дали - в изохронных координатах точки образцов околорудных березитов и кварцевой жилы дают более <молодой> наклон (2045±250 млн. лет), чем вмещающие гранитоиды, но характеризуются большим разбросом аналитических данных (рис. 3А). Таким образом, в ходе формирования околорудных березитов происходило весьма значительное перераспределение Rb и Sr, но выравнивания изотопного состава стронция между отдельными участками этой зоны не произошло.

Время метасоматических преобразований, приведших к перестройке изотопной системы в пробах гранитоидов и околорудных метасоматитов, установлено при Rb-Sr датировании мономинеральных фракций. Для средне березитизированного гранодиорита, отобранного на удалении от рудной зоны, плагиоклаз, микроклин и биотит вместе с валовой пробой дают изохрону с возрастом 1717±27 млн. лет, (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)₀ = 0.71074±12, СКВО = 1.1 (рис. 3Б). Важно отметить, что исключение из расчета этой минеральной изохроны точки биотита дает тот же результат: 1710±16 млн. лет, СКВО = 0.89. Петрографические и микрозондовые исследования этого образца, как и других гранитоидов массива, не фиксируют высокотемпературного метаморфического процесса, который мог бы обеспечить изотопное переуравновешивание минералов метасоматита с разными температурами закрытия Rb-Sr изотопной системы (от 200^оС для биотита до 740^оС для плагиоклаза (Brabander D.J., et al., 1995). Более вероятно, что полная перестройка Rb-Sr изотопной системы в породообразующих минералах была достигнута в сравнительно низкотемпературных условиях, но при участии флюида в ходе метасоматической переработки гранитоидов. Влияние последней в изученном образце устанавливается по замещению биотита мусковитом, развитию кварц-пирит-карбонат-мусковитовых просечек и гнезд, изменению состава минералов с уменьшением основности плагиоклазов (Ab от 25 до 8), увеличением ортоклазовой компоненты в микроклине и повышением магнезиальности биотита (Mg# от 53 до 56). Полученная изохрона по минеральным фракциям с хорошими статистическими параметрами позволяет утверждать, что мы установили возраст того процесса, который был ответственен за химические преобразования минералов, т.е. метасоматоза.

Полученные Rb-Sr результаты позволяют уверенно заключить, что формирование околорудных метасоматитов, а, следовательно, и золоторудной минерализации в целом, на месторождении Таловейс не было связано с архейским гранитоидным магматизмом, а происходило в ходе более поздних гидротермально-метасоматических процессов, сопровождавших сдвиговые деформации палеопротерозойского этапа развития области. Данные Rb-Sr исследований о палеопротерозойском возрасте золоторудного процесса на участке Таловейс были подтверждены другими исследователями (Власов, Бакшеев, 2007), анализировавшими Sm-Nd систему собственно рудных и метасоматических минералов рассматриваемого месторождения. В результате Sm-Nd изотопно-геохронологических исследований был получен возраст рудообразования, аналогичный Rb-Sr датировкам - 1.7 млрд. лет.

4.2. Месторождение Педролампи расположено в северной части Ведлозерско-Сегозерского зеленокаменного пояса, в зоне сочленения архейских и палеопротерозойских супракрустальных пород (рис. 1). В области тектонического сочленения архейских и палеопротерозойских образований сохранились фрагменты ятулийского базального горизонта метаконгломератов, свидетельствуя об исходном стратиграфическом характере контакта. Рудная минерализация приурочена к региональному сдвиговому нарушению северо-западного простирания, наложенному как на архейский метавулканогенный, так и на палеопротерозойский (ятулийский) метаосадочный субстрат. В пределах зоны разлома субстрат полностью преобразован в гидротермалиты березитового типа. Основные рудные концентрации приурочены к зоне пирит-турмалин-хлорит-кварц-серицитовых метасоматитов, сформированных как по архейскому, так и палеопротерозойскому субстрату в осевой части разлома. На западном фланге в архейском субстрате развиты пирит-турмалин-карбонат (кальцит, анкерит, доломит)-кварц-хлоритовые метасоматиты, вмещающие Западную жилу халькопирит-пирит-турмалин (шерл-дравит, увит)-анкерит-кварцевого состава. На восточном фланге в палеопротерозойских метаосадках распространены пирит-турмалин-мусковит-кальцит-кварц-хлоритовые метасоматиты.

Турмалины из всех типов метасоматитов характеризуются высокой долей дравитовой составляющей и низкой - Са минала, что характерно для метаморфогенных турмалинов и может служить указанием на природу гидротермальных растворов. Результаты изучения газово-жидких включений в кварце свидетельствуют о протекании гидротермального процесса в интервале 200-260^oС (табл. 2)

Поскольку месторождение Педролампи локализовано в области сочленения архейских вулканогенно-осадочных толщ (~2.87 млрд. лет) и палеопротерозойских метаосадков ятулия (~2.15 млрд. лет), для Rb-Sr изотопно-геохронологических исследований объекта были выбраны образцы метасоматитов и рудных жил, развитых как в архейских, так и в палеопротерозойских толщах, а также образец, характеризующий центральную часть основной рудной зоны. Из всех перечисленных образцов были выделены и проанализированы основные фракции минералов, слагающих метасоматиты (за исключением рудных минералов и кварца), и образцы пород в целом.

Точки мусковита, хлорита и турмалина из образца метасоматита 628-7, образованного по кислым архейским туфам, в координатах 87Rb/86Sr - ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr дают изохрону с возрастом 1732±12 млн. лет, (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)₀ = 0.710057±0.000027, СКВО = 2.0 (рис. 4.А). Включение в расчет изохронной зависимости образца породы в целом определяет тот же возраст 1736±110 млн. лет, но приводит к увеличению погрешности возраста и величины СКВО до 7.6.

Наиболее результативными в геохронологическом аспекте оказались исследования образца 622-2, отобранного из центральной части основной рудной зоны. Точки кальцита, хлорита, мусковита и образца породы в целом дают изохрону с возрастом 1717±9.6 млн. лет, (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)₀ = 0.709834±0.000021, СКВО = 0.22 (рис. 4Б). Как и в случае с образцом 628-7, анализируемый парагенезис минералов данной пробы является новообразованным в ходе гидротермально-метасоматических процессов, но в данном образце изотопное равновесие было достигнуто не только между проанализированными минералами, но в объеме породы в целом.

Полученная изохрона с хорошими параметрами для образца 622-2 из основной рудной зоны неплохо согласуется с возрастом, определяемым изохроной по новообразованной минеральной ассоциации образца 628-7 - такая сходимость результатов при изучении одной изотопной системы в разных образцах является дополнительным критерием надежности полученных результатов. Результаты проведенных изотопно-геохронологических исследований вкупе с геолого-структурными данными позволяют уверенно интерпретировать полученный возраст 1.72 млрд. лет как время золоторудного процесса на месторождении Педролампи.

4.3. Рудопроявление Центральное на участке Хаутоваара расположено в южной части Ведлозерско-Сегозерского зеленокаменного пояса (рис. 1). Рудовмещающими породами являются орогенные гранитоиды архейского возраста, березитизированные вблизи рудоносной кварцевой жилы. Золотую минерализацию рудопроявления Центральное относят к порфировому генетическому типу (Афонасьева и др., 1998), т.е. предполагается архейский возраст золоторудных процессов на данном участке. Максимальные концентрации Au устанавливаются непосредственно в кварцевой жиле и составляют 35 г/т (табл. 2). По аналогии с предыдущими объектами, для Rb-Sr изучения были выбраны сильно березитизированные гранитоиды и предпринята попытка датирования времени метасоматоза по мономинеральным фракциям.

Rb-Sr изотопные исследования были проведены для семи образцов метасоматизированных гранитоидов, образца золоторудной кварцевой жилы, а также проанализированы минеральные фракции двух образцов березитизированных гранитоидов. Точки образцов пород в целом рудовмещающих метасоматизированных гранитоидов в изохронных координатах дают линию, наклон которой отвечает возрасту 1470±130 млн. лет, (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)0=0.7378±0.0058, СКВО=9.6. Величина СКВО и весьма узкий интервал значений ⁸⁷Rb/⁸⁶Sr не позволяют относить данную зависимость к изохронной. Сравнение Rb-Sr данных с результатами U-Pb датирования цирконов (2743±8 млн. лет) однозначно указывает на то, что замкнутость Rb-Sr изотопной системы гранитов была нарушена много позже момента становления гранитоидного массива.

Для определения времени метасоматических процессов была предпринята попытка изотопного датирования мономинеральных фракций, выделенных из березитизированных гранитоидов. Отдельно выделить фракции серицита не удалось из-за слишком маленького размера зерен, поэтому из двух проб (617-7 и 617-8) были выделены несколько фракций микроклина и биотита.

Точки всех минералов и образца породы в целом 617-7 ложатся на изохрону с возрастом 1740±22 млн. лет, (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)₀0 = 0.72776±0.00096, СКВО = 0.53 (рис. 5.А). Исключение из расчета точки биотита дает сходный результат: 1727±58 млн. лет, (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)₀0 = 0.7283±0.0023, СКВО = 0.99. Близкий с учетом погрешности возраст был получен для минералов и образца породы в целом метасоматизированного гранодиорита 617-8: возраст 1704±22 млн. лет, (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)₀0 = 0.7273±0.0091, СКВО = 3.4 (рис. 5.Б).

По аналогии с другими объектами, изученными в рамках данной работы (Таловейс, Педролампи, Фаддейн-Келья, Ялонваара), для которых были получены и надежно обоснованы возрасты рудного процесса 1.7 млрд. лет, для рассматриваемого участка Хаутоваара, возрасты, определяемые минеральными изохронами, могут быть также интерпретированы как время гидротермально-метасоматических процессов, приводивших к рудоотложению на данном рудопроявлении.

4.4. Месторождение Фаддейн-Келья. Медно-полиметаллическое золотосодержащее месторождение Фаддейн-Келья было известно уже в конце XIX столетия и разрабатывалось на медь. Это месторождение относят к <рудной медьсодержащей формации в сульфидизированных метасоматитах зон дробления> Туломозерского рудного узла, в рудном поле Колос (Минерально-сырьевая база, 2005). В структурном плане рудное поле Колос приурочено к горстовому поднятию архейского фундамента, расположенному вдоль западного борта Туломозерской структуры. Рудовмещающими породами являются микроклиновые, плагиоклаз-микроклиновые граниты архея и габбродиабазы, диабазовые порфириты дайкового комплекса палеопротерозоя, что позволяет предполагать возраст рудных гидротермально-метасоматических процессов не древнее палеопротерозоя. На месторождении Фаддейн-Келья описаны 4 рудные жилы с раздувами и пережимами, расположенные кулисообразно на разных глубинах. На сегодня рудные тела почти полностью отработаны.

В ходе полевых работ нами была изучена древняя выработка карьерного типа, пройденная в среднезернистых гранитах, содержащих рудные тела -кварцевые, карбонат-барит-кварцевые жилы с сульфидной минерализацией и рудоносные метасоматиты. Метасоматиты представлены полнопроявленными березитами - кварц+серицит+карбонат+сульфиды породами с <нечитаемым> протолитом. Гидротермально-метасоматические процессы березитизации рудовмещающих гранитов сопровождались изменениями концентраций многих петрогенных, редких и рудных элементов. Максимальная концентрация Au была установлена в собственно кварцевой жиле, однако повышенные содержания этого элемента присутствуют и в околорудных березитах (табл. 2).

Геолого-структурные данные четко указывают на палеопротерозойское время золоторудных процессов на месторождении Фаддейн-Келья, однако более точных определений возраста золоторудной минерализации для данного месторождения ранее получено не было. Для определения возраста гидротермально-метасоматических процессов на месторождении Фаддейн-Келья были проведены Rb-Sr изотопные исследования образца сильно березитизированного гранита, двух образцов из золоторудных кварцевых жил и трех образцов березитов. Точки всех вышеперечисленных образцов лежат на одной изохроне с возрастом 1726±8.5 млн. лет, (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)₀0 = 0.71185±0.00037, СКВО=0.5 (рис. 6).

На месторождении Фаддейн-Келья рудно-гидротермальные процессы привели не только к значительным метасоматическим преобразованиям, зафиксированным при петрографическом анализе (новообразованная лепидогранобластовая структура, полностью новообразованные фазы) и по геохимическим данным (концентрация Sr в березитах уменьшается до 10 раз по сравнению с исходными калиевыми гранитами, концентрация Rb увеличивается до двух раз), но и сопровождались сильными изотопно-геохимическими преобразованиями - даже на уровне образцов пород в целом, отобранных на значительном расстоянии друг от друга, Rb-Sr система достигла нового изотопного равновесия.

Вкупе с представительным количеством исследованных образцов и хорошими статистическими параметрами полученной изохронной зависимости, можно уверенно утверждать, что рудные процессы на месторождении протекали в палеопротерозое 1.7 млрд. лет назад.

4.5. Участок Хатуной, Ялонваарское месторождение располагается в южной части Иломанси-Ялонваарского зеленокаменного пояса (рис. 1). В геологическом строении этого участка принимают участие архейские и палеопротерозойские комплексы. Архейские (~ 2.74 млрд. лет) комплексы представлены сложно дислоцированными метаморфизованными вулканогенно-осадочными толщами, которые прорваны крупным полифазным массивом позднетектонических магнезиальных гранитоидов санукитоидной серии (Иващенко и др., 2005). Палеопротерозойские комплексы представлены метаморфизованными конгломератами и многочисленными базитовыми дайками, прорывающими архейские метавулканиты и гранитоиды. На участке Хатуной выделяются три типа оруденения 1) серно-колчеданное оруденение; 2) Mo-Cu-Au-W оруденение и 3) Au-полиметаллическое. Наиболее детально изучалось Mo-Cu-Au-W оруденение, локализованное в полифазном гранитоидном Ялонваарском массиве, который сложен диоритами, кварцевыми диоритами и гранитами санукитоидной серии. Рудная минерализация в Ялонваарском гранитоидном массиве сопряжена с тектоническими зонами и кварцевыми жилами. Система кварцевых жил на участке довольно сложная - были выделены четыре типа кварцевых жил, различающихся по структурно-возрастной позиции, морфологии и рудно-геохимической специализации. Два ранних типа кварцевых жил (один с W минерализацией), вероятно, формировались на постмагматическом этапе становления массива архейских гранитоидов. Кварцевые жилы, с которыми связана золоторудная минерализация, локализованы в диоритах. Они прослеживаются до 20 метров, видимая мощность до 1.5 м. Это жилы довольно сложной морфологии: ветвятся, имеют раздувы и пережимы. На контакте кварцевых жил и диоритов развивается маломощная (не более 20 см) оторочка пропилитов с ярко проявленными подворотами и микроскладчатостью гнейсовидности пород, что подчеркивает сдвиговый характер деформаций при их внедрении. По геолого-структурным данным формирование этих рудных жил было оторвано во времени от внедрения и деформации массива и происходило в ходе более поздних хрупко-пластических сдвиговых дислокаций. Четвертый тип жил является самым поздним, с ним не связана рудная специализация и формировался он, вероятно, при хрупких деформациях.

Для характеристики процесса рудоотложения, связанного с формированием кварцевых жил третьего типа, были отобраны и пранализированны серии штуфных проб по системе профилей вкрест рудной зоны. Анализ полученных данных показывает, что максимальные концентрации Мо (0.5%) устанавливаются в центральной части кварцевой жилы, постепенно понижаясь в зоне околожильных метасоматитов (до 200 мкг/г). Тот же тип распределения характерен и для содержаний Au - максимальные концентрации обнаружены в кварцевой жиле (1.1 г/т), в зоне околожильных метасоматитов - до 0.5 г/т. При Rb-Sr изотопных исследованиях этой рудной зоны были получены весьма неожиданные результаты. Точки образцов, отобранные из разных частей рудоносной кварцевой жилы, и околорудных метасоматитов располагаются в ⁸⁷Ки/⁸⁶Sr-⁸⁷Sr/⁸⁶Sr координатах на двух параллельных изохронах (рис. 7).

Возраст, определяемый этими двумя изохронами, в пределах погрешностей совпадает: 1745±15 и 1716±95 млн. лет. Положение точек на двух изохронах определяет два разных отношения (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)₀ ~0.712 и ~0.717. На изохроне с возрастом 1745±15 млн. лет, СКВО=0.5 лежат точки образцов из центральной части жилы и образец вмещающего сильно пропилитизированного диорита. Все проанализированные точки околорудных пропилитов, краевых частей кварцевой жилы и образец, отобранный из апофиза жилы, определяют изохрону с возрастом 1716±95, СКВО=5.5.

На сегодня у нас нет четкого объяснения причины наличия в одной жиле вещества с разным ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr. Тем не менее можно уверенно говорить о том, что на участке Хатуной Ялонваарского рудного поля был довольно мощно проявлен палеопротерозойский рудный процесс и заложение золоторудных жил и формирование околорудных метасоматитов происходило в палеопротерозое, 1.7 млрд. лет назад.