Особенности строения и состава трапповой формации обрамления Хантайско-Рыбнинского вала (Норильский район)

Введение.

Актуальность работы. Связь большинства Cu-Ni-Pt месторождений с крупными трапповыми провинциями, а также совпадение возраста этих провинций со временем массового вымирания многих видов живых организмов, вызывает неугасающий интерес к трапповым формациям. Сибирские платобазальты (251млн. лет) представляют самую крупную континентальную трапповую провинцию на Земле. При этом Норильский район наиболее важен для понимания истории развития территории в силу особенностей его геологического строения: большой мощности вулканитов (3,5 км), присутствия в разрезе наряду с широко распространенными толеитовыми базальтами субщелочных и пикритовых разновидностей пород, а также наличием уникальных Cu-Ni-Pt месторождений.

Несмотря на многолетние исследования территории до сих пор нет устоявшихся представлений о происхождении главных типов магматических пород Норильского района и связанных с ними сульфидных месторождений. В частности, резко различаются представления о комагматичности интрузивных и вулканических пород. Одни исследователи отстаивают точку зрения о формировании плутонических и эффузивных пород в рамках единой магматической системы (Налдретт, 2003; Naldrett, 2005; Keayes et al, 2007), другие рассматривают массивы норильского комплекса в качестве производных самостоятельной магмы (Лихачев, 2006; Криволуцкая и др., 2008; Криволуцкая, Рудакова, 2009). Такое расхождение обусловлено тем, что в настоящее время район крупнейших Норильских медно-никелевых месторождений изучен в основном в отношении интрузивов, содержащих оруденение, а вмещающая их трапповая формация изучена в значительной мере хуже и крайне неравномерно. Именно поэтому ограничены данные о геологических взаимоотношениях как между эффузивами и интрузивами, так и между интрузивными образованиями разного типа. Дополнительные трудности в интерпретации эволюции магматизма в пределах провинции обусловлены чрезвычайно быстрым образованием всей трапповой толщи (Wooden et al., 1993), вследствие чего определения изотопного возраста пород не могут дать последовательности образования магматических тел. В такой ситуации особое значение приобретают геохимические, минералогические и др. методы.

Особое внимание привлекает крупнейшая структура района - Хантайско-Рыбнинский вал, простирание которого совпадает с простиранием большинства разрывных и складчатых структур (север-северо-восточное), а также с главным рудоконтролирующим Норильско-Хараелахским разломом. Уточнение истории развития вала и его влияния на особенности формирование трапповой формации дает ценнейший материал для понимания общей эволюции Сибирских траппов.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является определение общей эволюции трапповой формации Норильского района и выяснение истории развития Хантайско-Рыбнинского вала. Основными задачами стали:

1. Изучение геологического строения трапповой формации по глубоким скважинам в различных структурах с детальным выяснением вариаций геологических, петрографических и геохимических характеристик отдельных покровов, свит и всей толщи в целом.

2. Изучение геологического строения туфо-лавовой толщи по геологическим обнажениям с выяснением условий залегания, изменения мощностей свит, а также особенностей строения расслоенных покровов и интрузивных тел.

3. Выявление соотношения лав и туфов и изменения этих соотношений по разрезу и по латерали.

4. Сопоставление геологического строения изученных разрезов для выяснения эволюции вулканизма этого региона.

5. Изучение петрографических и минералогических особенностей пород.

6. Изучение геохимических особенностей вулканических пород каждой свиты во всех разрезах, а также интрузивных тел для определения направленности эволюции расплавов, участвующих в формировании вулканогенной толщи.

7. Выяснение возможных способов формирования расслоенных покровов.

Фактический материал и методика исследований. В основу работы положены данные, полученные автором в ходе полевых исследований в Норильском районе в 2008-2010 гг. в составе геологического отряда ГЕОХИ РАН под руководством Н.А. Криволуцкой. При полевых исследованиях проведена документация 4 скважин " ООО "НорильскГеология" (общая длина документированного керна 4205 м), а также маршрутные описания 6 разрезов естественных обнажений вдоль русел ручьев. Помимо объектов, изученных автором, для получения более полной картины использованы данные, любезно предоставленные Н.А. Криволуцкой (разрез г. Сундук, южный берег оз. Глубокое; верхняя часть разреза L, северо-восточный берег оз. Лама). Все изученные объекты расположены по обрамлению Хантайско-Рыбнинского вала (далее ХРВ) и охватывают большую часть структурных элементов Норильского района: Норильская, Хараелахская мульды, Микчангдинский блок (площадь) и западный борт Тунгусской синеклизы. Каменный материал отбирался из центральной части каждого потока, а также из приподошвенной и прикровельной частей нескольких потоков. В интрузивных телах материал отбирался равномерно по мощности, включая эндо- и экзоконтактовые области. Всего было отобрано 695 образцов.

Из наиболее свежих разностей были изготовлено и описано 272 шлифа для выявления петрографо-минералогических особенностей, из которых 52 шлифа было исследовано на микрозондах ГЕОХИ РАН (аналитик Н.Н. Кононкова) и геологического факультета МГУ (аналитики Е.В. Гусева и Н.Н. Коротаева) с определением состава 168 зерен плагиоклаза и 237 зерен пироксена.

Для геохимических исследований автором было подготовлено 200 проб, прошедших дробление, истирание и спекания в стёкла для 47 проб. Геохимические исследования проводились различными методами. Концентрации главных элементов определялись для 133 проб рентгено-флюоресцентным методом в лабораториях ГЕОХИ РАН (г. Москва) и Института им. М. Планка (г. Майнц, Германия). Концентрации рассеянных элементов определялись для 194 проб масс-спектральным методом с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS), а также атомно-эмиссионным методом с индуктивно связанной плазмой (ICP-AES) в лабораториях ИМГРЭ, ГЕОХИ РАН (г. Москва), институте ИПТМ РАН (г. Черноголовка) и Институте им. М. Планка (г. Майнц).

Научная новизна

1. Впервые проведено системное исследование разреза трапповой формации по новым скважинам и разрезам каждого структурного элемента с определением типа контакта с подстилающими породами тунгусской серии и выяснением характер изменения мощностей свит в пределах каждой из мульд.

2. Впервые для изученных районов выполнены детальные "послойные" петрографические, геохимические и минералогические исследования.

3. Впервые обосновано геологическими данными синвулканический характер развития Хантайско-Рыбнинского вала.

4. Впервые обоснована геологическая позиция (установлена "нижняя" граница) интрузивов, синхронных вулканитам трапповой формации, в том числе содержащих медно-никелевое оруденение.

Защищаемые положения

1. Хантайско-Рыбнинский вал Норильского рудного района является долгоживущей, периодически проявлявшей активность структурой, заложенной до начала излияния траппов. Структурные элементы, разделенные валом, характеризуется индивидуальными особенностями геологического строения: в них различаются полнота разрезов и мощности отдельных свит, соотношение в них лав и туфов, геохимические характеристики базальтоидов.

2. В формировании туфо-лавовой толщи Норильского района выделяются три тектономагматических этапа. Первый этап связан с глубинным обогащенным источником. В это время формировались покровы трахибазальтов и трахиандезибазальтов. На втором этапе из глубинного истощенного источника, претерпевшего фракционную дифференциацию, изливались коматиитоподобные лавы пониженной основности. Третий этап (собственно трапповый) связан с малоглубинными источниками, поставлявшими толеитовые базальты.

3. Рудоносные массивы норильского комплекса были сформированы в результате самостоятельного магматического этапа в посленадеждинское время. Их геохимические характеристики, полученные в результате проведенных работ, существенно отличаются от геохимических характеристик базальтоидов нижележащих свит, рассматривавшихся ранее в качестве комагматов рудоносных массивов в Норильском районе. Преимущественная локализация массивов среди терригенно-осадочных пород объясняется и литологическими особенностями вмещающих пород, и экранирующим действием мощного покрова базальтов.

Теоретическая и практическая значимость работы.

1. Полученные результаты позволяют с новых, современных позиций интерпретировать закономерности развития траппового вулканизма Норильского района, провести его корреляцию с другими трапповыми провинциями мира.

2. Новая интерпретация геологической позиции рудоносных интрузивов и геохимических особенностей их состава позволяют существенно приблизиться к пониманию природы уникальных рудоносных тел, что в свою очередь помогает улучшить качество прогнозных исследований в пределах Норильского рудного района, а также в аналогичных по геологическому строению регионах.

3. Результаты работ должны учитываться при проведении региональных геологических исследований, составлении новых стратиграфических схем и схем интрузивного магматизма.

Публикации и апробация работы. По теме диссертации автором лично и в соавторстве опубликовано 17 печатных работ, из них 4 статьи в реферируемых журналах и 13 тезисов докладов. Результаты исследований докладывались на конференциях и совещаниях различного уровня: Международной конференции, посвященной памяти академика В.Е.Хаина (Москва, 2011); Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Ломоносов" (Москва, 2007-2010 гг.); III и V Сибирской конференции молодых учёных по наукам о Земле (Новосибирск, 2006 г, 2010 г); XVII молодежной научной конференции, посвященной памяти К.О. Кратца (Петрозаводск, 2006); конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Молодые ? наукам о Земле" (МГРИ, Москва 2007); научной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения проф. Ф.И. Вольфсона (Москва, 2007); I Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов, посвященной памяти академика А.П. Карпинского (С-Петербург, 2009); конференции, посвященной 125-летию со дня рождения академика А.Н. Заварицкого (Москва, 2009); XXI Международной научной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения академика В.И. Смирнова (Москва, 2010).

Структура и объём работы. Работа изложена на 165 страницах текста, состоит из введения, шести глав и заключения, сопровождается 7 таблицами, 146 рисунком, списком литературы из 70 наименований и 8 приложениями.

Благодарности. Диссертация подготовлена на кафедре региональной геологии и истории Земли, всему коллективу которой и заведующему кафедрой профессору А.М. Никишину автор выражает искреннюю благодарность за возможность учиться 8 лет на великолепной кафедре среди необыкновенных людей. Особая глубокая благодарность моему научному руководителю доктору геолого-минералогических наук Александру Вениаминовичу Тевелеву за многолетнее грамотное руководство, постоянную внимательную опеку и мудрые советы. Также моя особая благодарность Надежде Александровне Криволуцкой за возможность заниматься интереснейшей научной темой и за совместные первые и основные шаги над её разработкой. Отдельно хочу поблагодарить А.Н. Белову, Д.Ю. Балыкова, Н.В. Правикову, Е.А. Лыгину, Ю.Г. Маринову за организационную помощь и моральную поддержку во время работы над диссертацией. Искренняя признательность П.Л. Тихомирову за ценнейшие советы и готовность в любой момент уделить время для консультаций, Б.Я. Журавлёву за постоянное внимание к моей научной деятельности в течение всего периода обучения в аспирантуре, Р.Р. Габдуллину, впервые открывшему во мне любовь к науке. Искренняя благодарность моим друзьям: И.В. Храмову, М.А. Фуриной, О.И. Кабановой, Г.Т. Джеджея, О.В. Гаврилюк, братьям В. и М. Таракановским за бесконечную поддержку и помощь, а также научным и полевым коллегам из институтов ГИН РАН, ГЕОХИ РАН и им. М.Планка за плодотворное сотрудничество в полевых исследованиях и консультации при обработке материалов. Отдельная благодарность зав. лабораторией магматических и метаморфических пород А.В. Соболеву за предоставленную возможность работать в коллективе института ГЕОХИ РАН, а также за поездку в г. Майнц для научных исследований.