Габбро-гипербазитовые комплексы зоны сочленения Южного и Среднего Урала: строение и условия формирования

Введение.

Актуальность исследований. История развития складчатых сооружений, особенно ранних ее этапов, теснейшим образом связана с формированием габбро-гипербазитовых массивов. Кроме того, они являются вмещающими породами для целого ряда полезных ископаемых, в том числе хромитов, золота, элементов группы платины, никеля, меди и т.д.

В силу широкого развития и высокой степени изученности гипербазиты Урала представляют в этом отношении эталонный объект. Подавляющее большинство габбро-гипербазитовых массивов Урала традиционно относятся либо к дунит-гарцбургитовой (хромитоносной), либо дунит-клинопироксенит-габбровой (платиноносной) формациям. Представители первой из них наибольшим развитием пользуются на Полярном и Южном Урале, а второй - на Среднем и Северном. В то же время в последние годы появилось много свидетельств того, что в пределах единых массивов возможно совмещение различных формационных типов гипербазитов с присущей для них промышленной хромитовой и платиноидной минерализацией. В этой связи возникла острая необходимость вновь вернуться к проблеме рудоносности габбро-гипербазитовых массивов на Кыштымской площади, расположенной в пограничной зоне между Южным и Средним Уралом.

Определенный интерес представляет и вопрос о геодинамической обстановке формирования габбро-гипербазитовых массивов рассматриваемой территории, выяснение которой поможет сделать еще один шаг к пониманию раннепалеозойской истории её развития.

Цель и основные задачи работы. Целью настоящей работы является выяснение формационной принадлежности и палеогеодинамических условий формирования гипербазитовых массивов. Для достижения этой цели необходимо было решить ряд следующих конкретных задач:
1. Уточнить геологическое строение габбро-гипербазитовых массивов в зоне сочленения Южного и Среднего Урала.
2. Изучить петрографические и петрогеохимические особенности основных и ультраосновных пород различных структурно-формационных зон рассматриваемой территории, сопоставить их между собой, а также с таковыми современных геодинамических обстановок.
3. Оценить степень серпентинизации и метаморфизма гипербазитов.
4. Изучить химический состав акцессорных и рудных хромшпинелидов.
5. Установить геодинамические условия формирования габбро-гипербазитовых массивов.

Фактический материал и методы исследований. Работа написана на основе материала, собранного и проанализированного автором за период с 2006 по 2009 г.г. в процессе выполнения лабораторией <Рудных месторождений> Института геологии УНЦ РАН хоздоговора по объекту <Геологическая съёмка, ГДП 200, лист N-41-I (Кыштымская площадь)" с ОАО "Челябинскгеосъемка", а также госбюджетных тем: <Габбро-гипербазитовые массивы Южного Урала: петрология и металлогения> N 01.980007935 и <Хромитоносность габбро-гипербазитовых массивов Южного Урала> N 01.200310549. Описано 125 прозрачных шлифов, проанализировано 160 проб силикатным анализом, в том числе 100 собственных; в них же были определены Ni, Co, Cr атомно-абсорбционным методом (химическая лаборатория ИГ УНЦ РАН, аналитики С.А. Ягудина и Н.Г. Христофорова). Изучено 165 проб габброидов и гипербазитов нейтронно-активационным методом на редкоземельные и малые элементы в ЦЛАВ ГЕОХИ (г. Москва, аналитики Сапожников Д.Ю., Лоренц А.Л.). В работе использованы результаты изучения термическим анализом 121 пробы серпентинитов, выполненные в Институте геологии УНЦ РАН (аналитик Черникова Т.И.). Кроме того проведено исследование химического состава 205 зёрен акцессорных хромшпинелидов, из которых 72 - выполнено в Институте минералогии УрО РАН (г. Миасс, аналитик Е.Н. Чурин) на рентгеноспектральном микроанализаторе JCXA-733 JEOL и 133 - в аналитическом центре при Институте геологии и минералогии СО РАН (г. Новосибирск) на микрозонде Camebax-Micro (аналитик О.С. Хмельникова). Так же изучены физические свойства 220 образцов габброидов и гипербазитов: при помощи каппаметра КТ-5 была измерена магнитная восприимчивость пород, а на весах гидростатическим взвешиванием определен объёмный вес.

Научная новизна проведенных исследований заключается в следующем:
Уточнено геологическое строение габбро-гипербазитовых массивов пограничной области между Южным и Средним Уралом, установлена различная степень их тектонической переработки.
2. Впервые изучены геохимические особенности всех разновидностей пород, проведено сопоставление их с соответствующими породами других габбро-гипербазитовых массивов Урала, а так же современных геодинамических обстановок.
3. Проанализирован состав акцессорных и рудных хромшпинелидов, установлена зависимость между составом первых из них и степенью метаморфизма пород, показано сходство изученных акцессорных шпинелидов с таковыми глубоководных желобов.
4. Впервые составлены карты степени серпентинизации гипербазитов, распространения в породах вторичного магнетита и средневзвешенных значений температур эндотермического эффекта.
5. Установлена геодинамическая позиция формирования габбро-гипербазитовых массивов рассматриваемой территории.

Практическая ценность. Результаты изучения габбро-гипербазитовых массивов вошли составной частью в отчет ОАО "Челябинскгеосъемка" по объекту <Геологическая съёмка, ГДП-200 листа N-41-I (Кыштымская площадь)>.

В работе дана оценка перспектив габбро-гипербазитовых массивов на хромитовое оруденение. Показано, что наиболее продуктивными в отношении хромитового оруденения являются Иткульский и Уфалейский массивы, в пределах которых необходима постановка более детальных исследований. Переданные в ОАО <Челябинскгеосъёмка> материалы используются для направления поисковых работ в пограничной области между Южным и Средним Уралом на рудные полезные ископаемые.

Предложенная интерпретация истории развития рассматриваемой территории в раннепалеозойское время позволяет уточнить металлогеническую специализацию развитых здесь основных и ультраосновных массивов.

Защищаемые положения.

1. Состав и морфология гипербазитовых массивов зависят от их структурного положения. В пределах Уфалейского и Ильменогорского поднятий развиты практически нацело серпентинизированные мелкие изометричные и пластинообразные тела. Крупные линзовидные массивы гипербазитов, в центральных частях которых присутствуют реликты первичных пород, приурочены к Тагило-Магнитогорской мегазоне (Уфалейский, Таловский).

2. Гипербазитовые массивы Уфалейского и Ильменогорского поднятий сложены слабо деплетированными, а Тагило-Магнитогорской мегазоны - в значительной степени деплетированными мантийными реститами и относятся к дунит-гарцбургитовой формации. В Таловском массиве совмещены верлит-клинопироксенит-габбровая и дунит-гарцбургитовая формации; в последней установлены как слабо, так и в значительной степени деплетированные гипербазиты.

3. Акцессорные хромшпинелиды из гипербазитов укладываются в две группы: первично-мантийную (алюмохромиты со средней и высокой хромистостью) и метаморфизованную (хроммагнетит-магнетит). Первичные хромшпинелиды большинства массивов Тагило-Магнитогорской мегазоны (Уфалейский, Сугомакский, Карабашский и др.) обнаруживают сходство между собой и близки по составу к хромшпинелидам перидотитов, драгированных в глубоководных желобах. В Таловском массиве, наряду с отмеченными выше, распространены хромшпинелиды, близкие по составу к таковым из ультрабазитов Платиноносного пояса.

4. Гипербазиты Тагило-Магнитогорской мегазоны испытали коровые метаморфические преобразования в различной степени. Наиболее метаморфизованы породы Сугомакского массива. К северу и югу от него, в направлении Уфалейского и Карабашского массивов, интенсивность метаморфических изменений заметно снижается, что указывает на неоднородный характер коллизионных процессов на Южном Урале в позднепалеозойское время.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения и 5 приложений. Она изложена на 128 страницах текста и сопровождается 41 иллюстрациями и 4 таблицами. Список литературы включает 171 наименование.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на XI, XII, XIII и XIV научных студенческих школах "Металлогения древних и современ-ных океанов" (Миасс, 2005-2008 г.г.), III и IV научных конференциях молодых ученых по наукам о Земле (Новосибирск, 2006, 2008), на конференции <Проблемы геохимии эндогенных процессов и окружающей среды> (Иркутск, 2007), на научной конференции <Чтения памяти П.Н. Чирвинского> (Пермь, 2008), на молодёжной школе-семинаре <Рудоносность ультрамафит-мафитовых и карбонатитовых комплексов складчатых областей> (Улан-Удэ, 2008), а также на заседаниях Ученого Совета ИГ УНЦ РАН. По теме диссертации опубликовано 27 работ.

Благодарности. Работа выполнена в лаборатории "Рудных месторождений" Института геологии УНЦ РАН под руководством доктора геол.-мин. наук В.И. Сначёва, которому автор выражает особую признательность. Автор благодарит директора Института член-корр. РАН В.Н. Пучкова и докторов геол.-мин. наук: И.Б. Серавкина, Т.Т. Казанцеву и С.Е. Знаменского за внимательное прочтение работы и ценные замечания. Автор выражает благодарность кандидату геол.-мин. наук Д.Е. Савельеву за обсуждение результатов исследований и повседневную помощь, а также кандидатам геол.-мин. наук А.В. Сначёву, Е.Н. Савельевой и другим сотрудникам лаборатории - Ф.Р. Ардисламову, А.А. Малиновской, Р.Е. Николаеву, Л.В. Хасановой за помощь на всех стадиях подготовки диссертации. Автор считает своим долгом выразить признательность руководству (В.Х. Аршакяну, С.А. Белякову) и сотрудникам (Н.С. Кузнецову, А.В. Моисееву, В.И. Петрову, В.А. Пужакову, Е.П. Щулькину, В.П. Савельеву, В.Д. Шох, Н.Е. Щулькиной) ОАО <Челябинскгеосъёмка> за представленную возможность участвовать в полноценных геолого-съёмочных работах в составе этого дружного коллектива. При проведении аналитических исследований большую помощь оказали С.А. Ягудина, Н.Г. Христофорова, Д.Ю. Сапожников, А.Л. Лоренц, Т.И. Черникова, Е.Н. Чурин, О.С. Хмельникова, которым автор выражает искреннюю признательность.