Фальбанды Керетского архипелага Белого моря: характеристика состава пород и минералов, рудная минерализация

Введение. Термин «фальбанды» (fahlbaands) впервые вошел в употребление в серебряных шахтах Конгсберга (Северная Норвегия). Конгсберг был одним из основных горнодобывающих центров Европы в XVII-XIX вв., его шахты посещались многими выдающимися, в том числе и иностранными, геологами, благодаря чему термин распространился на всю Северную Европу. Термин применялся для разных типов руд, сейчас общепринятое определение для этой формы рудных тел следующее: фальбанды – это прослои или линзы с сульфидной вкрапленностью, рас-полагающиеся во вмещающей, как правило, метаморфической породе. При этом содержание сульфидов в породе слишком велико для того, чтобы назвать их акцессорными минералами, и слишком мало, чтобы сформировать линзу массивных руд. В обнажениях выветрелые фальбанды хорошо заметны благодаря ржаво-коричневому цвету [11].

Сульфидсодержащие породы, слагающие пласты и линзы, широко распространены в мета-морфических комплексах по всему миру. Например, в породах докембрийского возраста в Швециинередко встречаются зоны, содержащие сульфидную вкрапленность. В данном случае фальбан-дами называют зоны, пригодные для добычи руды [11].

Подобные образования также распространены в породах докембрийского возраста в Фин-ляндии. Для этих так называемых «черных сланцев» характерно повышенное содержание графи-та и сульфидов железа, преобладающих над халькопиритом, сфалеритом или пентландитом [12]. Похожие полосы, в полной мере повторяющие структурный рисунок вмещающих пород с круп-нозернистой сульфидной вкрапленностью, представленной пиритом, пирротином и подчинен-ным количеством графита, наблюдаются и в норвежских каледонидах [11].

В Карело-Кольском регионе были выявлены рудопроявления этого типа, сосредоточенныена северном и южном побережье Кандалакшского залива Белого моря. На северном побережье, в районе Порьей Губы (о-в Медвежий, Хедостров и др.) расположены заброшенные шахты свин-цово-серебряных рудников, действовавших с середины XVI в. до середины XVIII в. [9]. Однако более поздние попытки возродить добычу серебра в этом регионе не увенчались успехом.

Район изучали исследователи Е.С.Федоров, А.К.Болдырев, Д.С.Белянкин, В.А.Токарев в конце XIX – начале XX вв. [8]. Впервые детальное описание и оценка рудоносности, в том числе на золото, фальбанд на южном побережье Кандалакшского залива, в районе мыса Картеш, были проведены И.И.Гинзбургом в 1921 г. [2]. В этом регионе проводились детальные поисковые ра-боты Т.С.Левиным в 1973 г.и Н.Н.Саморуковым в 1985 г., не подтвердившие аномально высокие содержания золота в этих рудах [3]. Кроме того, рудная минерализация фальбанд изучалась В.А.Крупеником с коллегами [3, 10]. В настоящее время фальбанды района Кив-губа-Картеш рассматриваются как потенциально рудоносные на благородные металлы. Однако подробной минералого-геохимической характеристики пород до сих пор не было выполнено, что и опреде-лило задачи настоящего исследования.

Геологическая характеристика. Большую часть Чупино-Лоухского сегмента Беломорско-го подвижного пояса (БПП) занимают магматические и метаморфические образования, пред-ставленные комплексами пород, состоящими из двух подкомплексов – неоархейского хетолам-бинского ортоамфиболитового и неопротерозойского котозерского мигматит-плагиогранитного. Наиболее перспективным в плане благороднометалльного оруденения является хетоламбинский ортоамфиболитовый подкомплекс [10].

Особую роль в складчато-разрывной структуре хетоламбинского подкомплекса играют по-логопадающие разломы – надвиги, оперяющие главный структурообразующий разлом северо-западного простирания, формирующие проницаемые зоны и часто контролирующие размещение рудоносных фальбанд [10]. В строении хетоламбинского комплекса выделяются два типа круп-ных структур: мафические зоны протяженностью несколько десятков километров при мощности 2-6 км и области развития гнейсов (купольные структуры), разделяющие эти мафические зоны. Мафические зоны сложены преимущественно амфиболитами и кристаллическими сланцами раз-ного состава. Среди амфиболитов часто встречаются тела метаультрабазитов [7]. В пределах ма-фических зон горизонты фальбанд переслаиваются с амфиболитами и амфиболовыми гнейсами, образуя пачки мощностью до 80 м [3]. Магнитная аномалия, связанная с ними, прослеживается полосой шириной до 80 м по побережью на север до Кандалакшской губы на расстояние до 150 км. Фальбанды проявления Кив-губа-Картеш образуют зону длиной 7 км [4].

В настоящей работе представленырезультаты минералого-геохимическогоисследования пяти проб из фальбанд, отобранных в ходе полевых работ на Беломорском побережье в районе губы Медвежья и мыса Картеш (рис.1). В изученных обнажениях фальбанды представляют собой линзообразныетела различной мощности (до 5 м) при видимой протяженности до 20 м, зале-гающие в амфиболитах. Фальбанды заметно выделяются среди вмещаю-щих пород ржаво-коричневым цветом и более интенсивной степенью вывет-ривания (рис.2).

Аналитическая методика. Аналитические работы проводились по пяти опорным образцам. Содержание петрогенных (главных) элементов в породах были проанализировано XRF методом на многоканальном спектро-метре ARL-9800 по стандартной методике (ВСЕГЕИ). Нижний предел оп-ределения оксидов петрогенных элементов составляет 0.01-0.05 %. Анализ пород на редкие и редкозе-мельные элементы (REE) проводил-ся ICP-MS методом на квадруполь-ном масс-спектрометре ELAN-DRC-6100 по стандартной методике (ВСЕГЕИ). При этом относительная погрешность определения элементов не превышает 5-10 %.

Химический состав (табл.1, 2), а также строение и взаимоотношение минералов исследовались в плоско-полированных шлифах (ППШ) в ре-жиме композиционного контраста (BSE) на сканирующих электрон-ных микроскопах CamScan MV2300 (ВСЕГЕИ) и JEOL JSM-6510 LA (ИГГД РАН) с энергодисперсионной системой JED-2200 (JEOL). Условия съемки для электронного микроскопа JSM-6510 LA (ИГГД РАН): ускоряющее напряжение катода 20 кВ,сила тока 1нА, ZAF-метод коррекции матричных эффектов. Использованы стандартные образцы состава: Si, Mg, Fe – оливин, Al – керсутит, Ca – диопсид, Na – жадеит, K – ортоклаз, Mn – спессартин,Ti – TiO₂, а также чистые соединения и металлы. Локальность анализа составляла 1-2 мкм. Суммы определяемых оксидов и элементов в анализах минералов приведены к 100 %.

Результаты и их обсуждение. Минералого-петрографическая характеристика. Все изу-ченные образцы можно охарактеризовать как амфиболиты, отличающиеся друг от друга количе-ством граната и степенью окварцевания.

Гранатовый амфиболит (обр. F1). Структурный рисунок породы определяется значительным количеством порфиробластов граната (около 50 % от объема породы) и удлиненными и направ-ленными параллельно сланцеватости зернами амфибола (25 %). Размер порфиробластов граната колеблется в пределах от 1 до 6 мм, они содержат множественные включения кварца, в некото-рых случаях – рудных минералов (пирротина). По своему составу (см. табл.1) гранат относится к гроссуляр-альмандиновому ряду (Alm 50-55 мол. %, Grs 27-29 мол. %, Prp 12-18 мол. %, Sps 2-4мол. %).

Зерна амфибола имеют субидиоморфный облик, плеохроируют в густо-зеленых тонах. По химическому составу амфиболы соответствуют магнезиальной роговой обманке [14]. В межзер-новом пространстве наблюдаются тонкозернистые хлорит-серицит-плагиоклазовые агрегаты, при этом плагиоклаз основной по составу (до An 88 мол. %). В одном из таких агрегатов было обнаружено мелкое зерно ганита – цинковой шпинели. Также в породе наблюдаются единичные зерна клиноцоизита.

Амфиболит в значительной степени окварцован, содержание кварца около 15 %. Кроме того, в большом количестве отмечена рудная минерализация (10%), но она сильно окислена и с трудом поддается диагностике оптическими методами (подробнее будет описана далее). Ориенти-ровка рудных минералов совпадает с общей сланцеватостью амфиболита.

Таблица 1

Представительные анализы основных породообразующих минералов пород фальбанд (по результатам SEM-EDS)

Таблица 2

Представительные анализы рудных минералов пород фальбанд (по результатам SEM-EDS)

Гранатсодержащий амфиболит (обр. F2, F3, F4, F5). Эта разновидность пород во многом по-хожа на предыдущий, но отличается гораздо меньшим содержанием граната (единичные зерна), варьирующей степенью окварцевания (от его отсутствия до почти полного замещения кварцем других породообразующих минералов). Поскольку не наблюдается прямой зависимости степени окварцевания от содержания рудных минералов, предполагается, что в данном случае окварце-вание имеет наложенный характер, не связанный с рудообразованием.

Директивность структуры породы выражена не так ярко и обуславливается в основном при-сутствием удлиненных зерен амфибола. Также как в гранатовых амфиболитах, в данном случае амфиболы имеют субидиоморфный облик, ярко окрашены, их состав аналогичен составу вышеописанных амфиболов. Наблюдается значительное количество вторичных минералов (лимонита и др.), развивающихся по рудным минералам.

Единичные зерна граната формируют мелкие порфиробласты (до 0,5 мм в поперечнике), практически не содержащие включений. Плагиоклазы в этих амфиболитах можно разделить на две разновидности: основные по составу плагиоклазы (An 70-84 мол. %), формирующие относительно крупные гипидиоморфные зерна (до 0,5 мм) и средние по составу плагиоклазы (An 30-40мол. %),развивающиеся по первым. Из акцессорных минералов в породе присутствуют эпидот, циркон, титанит и рутил. В некоторых случаях (обр. F5) эпидот представлен мелкими единичными зер-нами, а в некоторых (обр. F4) формирует кварц-эпидотовые срастания (рис.3, а).

Ограниченность аналитических данных и значительная степень изменения пород фальбанд позволяет лишь приблизительно оценить P-T параметры формирования метаморфических пара-генезисов. Низкая магнезиальность граната (Prp 12-18 мол. %) наряду с высокой магнезиально-стью амфибола позволяют ограничить значение температуры метаморфизма не выше 650°С. На-личие высококальциевого плагиоклаза (An до 84 мол. %) вместе с рутилом, ильменитом, кварцем и гранатом ограничивает предел давления в 6-8 кбар. Эти параметры позволяют для гранатамфибол-плагиоклазового парагенезиса предположить формирование в условиях не выше амфи-болитовой фации умеренных давлений.

Рудная минерализация представлена довольно скудным набором минералов. Наиболее рас-пространенными фазами являются пирротин и пирит. Зерна пирротина часто замещаются по пе-риферии окислами и гидроокислами железа, а на них в свою очередь нарастает пирит (рис.3, а, б).Размер таких пирротин-пиритовых агрегатов (обр. F2, F4) колеблется от 100 до 500 мкм. Эти особенности могут указывать на два разделенных во времени геологических события (или одно пролонгированное), результатом которых стало развитие сульфидной минерализации в иссле-дуемых породах.

Рудная минерализация представлена довольно скудным набором минералов. Наиболее рас-пространенными фазами являются пирротин и пирит. Зерна пирротина часто замещаются по пе-риферии окислами и гидроокислами железа, а на них в свою очередь нарастает пирит (рис.3, а, б).Размер таких пирротин-пиритовых агрегатов (обр. F2, F4) колеблется от 100 до 500 мкм. Эти особенности могут указывать на два разделенных во времени геологических события (или одно пролонгированное), результатом которых стало развитие сульфидной минерализации в иссле-дуемых породах.

В некоторых случаях (обр. F1) наблюдаются практически неизмененные зерна пирротина неправильной формы с тонкими структурами распада (рис.3, в), сложенными пентландитом, и такие же отдельные зерна пирита с повышенным содержанием никеля (до 5,4 %).

Кроме вышеописанных минералов, также часто встречается халькопирит, формирующий удлиненные зерна от 20 до 100 мкм в поперечнике. Взаимоотношение его с другими рудными минералами не столь ясно, хотя в некоторых случаях встречаются мелкие зерна халькопирита, захваченные пирротином (обр. F1). Также были обнаружены единичные зерна соболевскита и хедлейита субмикронного размера (рис.3, г).

Геохимические особенности пород. Для обсуждения геохимических особенностей фальбанд были привлечены данные (как авторские, так и опубликованные) по составу аналогичных пород БПП. Для сравнения были использованы несколько групп пород (табл.3): метабазиты (металей-когаббро) предположительно архейского возраста (обр. 609 и 616); группа базитов протерозой-ского возраста – в различной степени эклогитизированные (обр. S1, S3, V1) [1] или практически неизмененные (обр. 300, 309, 310) метагабброиды; группа метаультрабазитов – оливин-пироксеновые метапорфириты, метаперидотиты (обр. 405-444, В1326а, В1326b). Кроме того, бы-ли привлечены результаты анализов метабазальтов архейского возраста Серякской и Лоухско-Пиземской структур (обр. С-2650-2, С-2800-16, Э-7/1, Э-144-4) [6].

Таблица 3

Состав пород по главным (мас. %) и редким (ppm) элементам

При рассмотрении состава пород фальбанд весьма проблематично оперировать стандартны-ми петрохимическими характеристиками, описывающими основность пород, из-за значительной степени проявления наложенных процессов (окварцевания), сильно раскисляющих породу. В ре-зультате содержание кремнезема в этих породах сильно варьирует от 33 до 65 мас. %, (табл.3). Однако есть некоторые закономерности по главным элементам, на которые следует обратить внимание. Во-первых, для фальбанд установлено значительно пониженное, относительно ульт-рабазитов и части базитов, содержание MgO (табл.3). По магнезиальности фальбанды ближе к породам основного состава [5]. Во-вторых, в некоторых случаях (обр. F2 и F4) сильно повышает-ся содержание Fe₂O₃^* (до 40 мас. %), что коррелируется с большим количеством рудной минера-лизации в этих образцах.

В целом породы фальбанд обогащены относительно других типов пород рядом металлов (Cu, Co, Mo) (рис.4, а, б), что согласуется с наличием рудных минералов этих элементов. Отри-цательная связь между содержанием Cu и Cr может указывать, что медная минерализация не со-пряжена с ультраосновным магматизмом. В некоторых случаях (обр. F2, F4) породы фальбанд обеднены такими литофильными элементами как Rb, Ba, Nb, Sr.

Спектры распределения REE пород фальбанд слабо дифференцированы (рис.4, в) при их от-носительно невысоком суммарном содержании от 12 до 45 ppm (табл.3). В некоторых случаях (обр. F2, F3) наблюдается заметно выраженная положительная Eu-аномалия (Eu/Eu^* составляет в среднем 1.5), связанная, вероятно, с повышенным количеством плагиоклаза в этих породах. Спектры распределения REE для метагабброидов и метаультрабазитов отличаются тем, что они значительно более дифференцированы (рис.4, г, д); кроме того, в метагабброидах выше суммарное содержание REE – от 40 до 114 ppm (табл.3). Однако прослеживается тождественность характера спектров распределения и общего уровня содержания REE в породах фальбанд и в мета-базальтах Серякской и Лоухско-Пиземской структур [6]. Это дает основание предположить генетическую связь фальбанд с метабазальтами вышеуказанных структур, а не с метагабброидами и метаультрабазитами, распространенными в районе исследования.

Заключение. Авторами статьи впервые дана комплексная минералого-геохимическая ха-рактеристика (SEM-EDS, ICP-MS методы) пород фальбанд проявления Кив-губа-Картеш в Беломорском подвижном поясе. Породы фальбанд можно охарактеризовать как амфиболиты, отличающиеся друг от друга количеством граната и степенью окварцевания. Рудная минерализация представлена довольно скудным набором минералов. Наиболее распространенными фазами являются пирротин и пирит. Зерна пирротина часто замещаются по периферии окислами и гидроокислами железа, а на них в свою очередь нарастает пирит. В некоторых случаях наблюдаются практически неизмененные зерна пирротина неправильной формы с тонкими структурами распада, сложенными пентландитом, и такие же отдельные зерна пирита с повышенным содержанием никеля (до 5,4 %). Были обнаружены единичные зерна соболевскита и хедлейита субмикрон-ного размера. Характер распределения REE в породах фальбанд дает основание предположить их генетическую связь с метабазальтами архейского возраста Серякской и Лоухско-Пиземской структурах БПП, а не с метагабброидами и метаультрабазитами, распространенными в районе исследования.

Литература