Содержание к диссертации
Введение
1. История изученности 7
2. Геологическое строение массивов Крака 12
3. Петрогеохимическая характеристика пород массивов Крака 23
4. Хромитовые месторождения и проявления массивов Крака 33
4.1. Северный Крака 34
4.2. Средний Крака 37
4.3. Южный Крака 41
4.4. Узянский Крака 45
5. Критерии хромитоносности 47
6. Хромитоносность перспективных участков массивов Крака 53
6.1. Хамитовская площадь 53
6.2. Апшакская площадь 68
6.1.1. Участок «Ашкарка» 69
6.2.1. Участок «Кумысный» 75
6.2.2. Участок «Саптарат» 77
6.2.3. Участок «Южный» 78
6.2.4. Участок «Пастушье-Медвежье» 80
6.3. Малобашартовская площадь 82
7. Состав акцессорных и рудообразующих хромшпинелидов 93
8. Закономерности размещения хромитового оруденения в пределах массивов Крака 101
9. Модель формирования хромитопроявлений массивов Крака 111
10. Перспективы массивов Крака на выявление практически значимых месторождений хромитов и их комплексное использование 124
Заключение 129
Список литературы 131
Приложения 141
- История изученности
- Геологическое строение массивов Крака
- Петрогеохимическая характеристика пород массивов Крака
- Состав акцессорных и рудообразующих хромшпинелидов
Введение к работе
Актуальность исследований определяется острым дефицитом хромитово-го сырья в России, который обусловлен распадом Советского Союза и потерей хромитовых месторождений Южно-Кемпирсайской группы (Казахстан). Разработка их давала 96% союзной добычи хрома. Кроме того, уникальность запасов Юж-но-Кемпирсайских месторождений сыграла отрицательную роль в изучении других гипербазитовых массивов Урала: в конце 1930-х годов почти повсеместно в регионе поисковые работы на хромиты были свернуты.
В российской части Урала разрабатывается единственное месторождение глиноземистых хромитов Сарановского массива (Пермская область), на Полярном Урале разведано и готовится к эксплуатации месторождение Центральное (массив Рай-Из). Еще несколько перспективных объектов разведуется на Кольском полуострове и в Карелии. Но все это не снимает проблемы поисков новых месторождений. Создавшаяся в России с начала 1990-х годов ситуация с хромом привела к тому, что более 90% его потребности покрывается за счет импорта из стран СНГ, на что расходуются довольно значительные валютные суммы.
На Южном Урале к числу перспективных относится территория Республики Башкортостан, где еще с начала XX века известны многочисленные рудопрояв-ления хромитов. Подавляющее их большинство сосредоточено в гипербазитовых массивах Крака. В случае же открытия здесь даже небольших по запасам месторождений они будут являться очень благоприятными с экономической точки зрения (развитая сеть автодорог, близость источников энергии и т. д.).
В научном плане актуальность работы обусловлена отсутствием на сегодняшний день единой обоснованной концепции формирования хромитовых месторождений в массивах альпинотипной формации, которая бы учитывала современные представления о строении и вещественном составе верхней мантии. Существующие представления о хромитах как о ранне- и позднемагматических образованиях находятся в противоречии с теоретическими и экспериментальными данными. Цель работы. Целью данной работы является определение закономерностей размещения хромитовых месторождений габбро-гипербазитовых массивов Крака. В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
Установление степени деплетирования массивов Крака на основе создания и обработки базы геохимических данных.
Изучение условий локализации, вещественного состава, геологического положения и других особенностей рудных тел проявлений и известных месторождений хромитов.
Выявление закономерностей размещения различных типов хромитового оруденения.
Опробация поисковых признаков и критериев на хромитовое оруденение в пределах массивов Крака.
Разработка механизма формирования хромитовых руд.
Оценка перспектив гипербазитовых массивов Крака на поиски хромитового оруденения.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Проведена классификация хромитопроявлений, в значительной мере обновлен и дополнен реестр хромитовых объектов массивов Крака.
Для перспективных на хромиты участков составлены карты дунитовой составляющей, составлены схемы геологического строения Саксей-Ключевской и Апшакской площадей.
В пределах массивов выявлены и описаны новые хромитопроявления (около 20), изучен состав хромшпинелидов из руд и вмещающих гипербазитов.
Предложена двухстадийная модель образования хромитовых объектов и на ее основе проанализированы закономерности размещения хромитовых месторождений и проявлений.
Дана оценка перспектив массивов Крака на выявление и комплексное использование месторождений хромитов, предложена рациональная схема их обогащения.
Практическая значимость работы. Исследования автора явились основой
хоздоговорного отчета по теме «Прогнозная оценка хромитоносности массивов Крака» и использовались горно-добывающей компанией «Хром», горно-рудной компанией «Восток» и ООО «Уралметаллкомплект» для проведения поисковых работ на хромитовое оруденение. В результате проведения работ выявлены, изучены с поверхности и на глубину, а в дальнейшем и отработаны новые хромитовые объекты, среди которых наиболее крупными являются Лактыбаш, Придорожное, Ситновское. С целью повышения рентабельности разработки хромитовых месторождений предложена схема комплексного использования руд и вмещающих их
дунитов. Анализ изученного материала позволил выделить в пределах массивов Крака ряд перспективных участков на поиски хромитового оруденения. Защищаемые положения:
Хромитовое оруденение массивов Крака приурочено к магнезиальным ду-нитам, развитым на фоне общей слабой степени деплетирования гипербазитов. Хромиты, вмещающие дуниты и шпинелевые перидотиты характеризуются преимущественно согласной ориентировкой и крутыми углами падения первичной полосчатости.
Акцессорные хромшпинелиды из шпинелевых перидотитов массивов Крака образуют эволюционный тренд от пикотита до хромпикотита. Хромшпинелиды из дунитов и рудных тел обладают устойчивым высокохромистым составом.
В пределах массивов Крака преобладают два типа хромитопроявлений. Первый тип связан с небольшими по мощности полосовидными и жилообразными дунитовыми телами в дунит-гарцбургитовом комплексе. Рудные тела сложены средне- и крупнозернистыми, средне- и густовкрапленными полосчатыми хромитами. Второй тип представлен бедно- и средневкрапленными мелкозернистыми полосчатыми хромитами, залегающими в крупных дунитовых телах, расположенных вблизи контакта с породами габброидного комплекса. Для второго типа хромитопроявлений установлена четкая положительная корреляция масштабов оруденения с величиной дунитовой составляющей.
При образовании хромитовых руд массивов Крака основным фактором являлось деплетирование примитивных лерцолитов с образованием реститового дунит-гарцбургитового комплекса, сопровождавшееся выделением хромшпинели-дов и концентрацией их в полосовидные рудные тела.
Фактическая основа работы. В основу работы положен фактический материал, собранный автором в ходе полевых работ 2000-2005 годов в составе лаборатории "Рудных месторождений" Института геологии УНЦ РАН при проведении поисковых и тематических работ.
Собственный аналитический материал, собранный автором включает в себя: более 200 силикатных и атомно-абсорбционных анализов пород, руд и монофракций хромшпинелидов, выполненных в химической лаборатории ИГ УНЦ РАН (аналитики Ягудина С.А. и Христофорова Н.Г.); 65 анализов гипербазитов на редкоземельные элементы (РЗЭ), выполненных нейтронно-активационным методом в
ЦЛАВ ГЕОХИ (г. Москва, аналитики Сапожников Д.Ю., Лоренц А.Л.). Изготовлено и описано 250 шлифов основных и ультраосновных пород. Петролого-минералогические исследования в полированных шлифах производились с помощью рентгеноспектрального микроанализатора JCXA-733 JEOL в ИМин УрО РАН (г. Миасс; аналитик Е.И. Чурин).
Объем и структура работы. Текст диссертационной работы состоит из введения, 10 глав и заключения. Она изложена на 156 страницах и сопровождается 58 иллюстрациями, 4 таблицами и 13 приложениями. Список литературы включает 116 наименований.
Апробация работы. Защищаемые положения диссертационной работы докладывались на V и VI Республиканских научно-практических конференциях: «Геология, полезные ископаемые и проблемы геоэкологии Башкортостана (г. Уфа, 2003, 2006 гг.), на VII, VIII, X студенческих школах «Металлогения древних и современных океанов» (г. Миасс, 2001, 2002, 2004г.г.), на VIII молодежной конференции «Геология и геоэкология: исследования молодых» (Апатиты, 2002 г.), на XX молодежной конференции "Строение литосферы и геодинамика" (Иркутск, 2003 г.), а также на заседаниях Ученого совета ИГ УНЦ РАН и лаборатории «Рудных месторождений». По теме диссертации опубликовано 14 работ из них 2 статьи в сборниках ИГ УНЦ РАН и 1 - в «Вестнике МГУ».
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 Членов Ученого совета ИГ УНЦ РАН член.-корр. РАН В.Н. Пучкова, д.г.-м.н. И.Б. Серавкина, д.г.-м.н. Т.Т. Казанцеву, д.г.-м.н. С.Г. Ковалева и к.г.-м.н. A.M. Косарева за внимательное прочтение работы и ценные замечания. Автор также благодарен за повседневную помощь в работе и ценные советы к.г.-м.н. Д.Е. Савельеву, а также всем сотрудникам лаборатории «Рудных месторождений»: кандидатам геол.-мин. наук М.В. Рыкусу, Н.Г. Рыкус и А.В. Сначеву, инженерам Е.А. Бажину, Ф.Р. Ардисламову и АА. Шияновой за помощь при проведении полевых работ и подготовке материала. Автор благодарен Т.Ф.Меньшиковой и руководству ЗАО «ГДК Хром» и ООО «Уралметаллкомплект», проводивших поисковые работы на массивах Крака и предоставившие возможность получить ценный первичный материал для исследований.
История изученности
Изучение гипербазитовых массивов Крака и прилегающих к ним палеозойских образований начинается с 20-х годов XX столетия. Работы, проводившиеся ранее, сейчас представляют больше исторический, чем научный интерес.
Планомерное геологическое изучения района исследований началось в 20-е г.г., когда на территории массивов проводились геолого-съёмочные работы масштаба 1: 200 000 /Квятковский, 1929ф/ и 1: 50 000 /Логинов, 1933ф/, целью которых было составление стратиграфической основы северной части Зилаирского ме-гасинклинория. В частности, Р.Э. Квятковским был установлен ордовикский, силурийский и девонский возраст пород, слагающих мегасинклинорий и верхнепалеозойских возраст массивов Крака. В.П. Логинов же обосновал синклинальную модель структуры массивов и отметил в их строении закономерную смену состава /ультраосновных пород снизу вверх по разрезу от дунитов к лерцолитам.
Исследования стратиграфической направленности продолжились и в 50-60-х годах: были выделены отложения и образования зилаирскои свиты /Андриянова, Спасский, 1953/, уточнены фациальные особенности и порядок напластования девонских отложений, расчленены силурийские отложения и показана нецелесообразность выделения в них свит/Краузе, Маслов, 1961/.
В конце 50-х и начале 60-х гг. на Южном Урале проводилась съемка серии листов масштаба 1:200000, в некоторые из которых вошла территория массивов Крака и их обрамления. Результатами проведённых работ Д.Г. Ожигановым и О.А. Нестояновой /1962ф/, И.В. Ленных /1962ф/, Г.Б. Яковлевым и Н.Ф. Решетниковым /1962ф/ явилось уточнение границ свит, возраста отложений, а также прорывающих их интрузивных образований, составление карты полезных ископаемых. Подтверждён и послеверхнедевонский возраст гипербазитовых массивов Крака в силу установления в нескольких местах рвущего контакта с отложениями зилаирскои свиты. Схожие результаты относительно возраста массивов Крака были получены А.В. Клочихиным, В.В. Радченко и А.В. Буряченко /1969ф/, проводившими в первой половине 60-х годов съёмку листа N-40-XXVIII. Ими были уточнены и геологические границы образований различного стратиграфического диапазона, их объёмы, на две толщи расчленена зилаирская свита. Определённый вклад в изучение доордовикских, ордовикских, силурийских, девонских, кайнозойских отложений Южного Урала в целом и северной части Зилаирского мегасинклинория в частности внесла группа геологов ВСЕГЕИ, в том числе: Н.П. Вербицкая, А.И. Кукушкин, М.Г. Орлова, Ю.Д. Румянцева, Г.В. Волкова и другие. Отдельно следует упомянуть труды СВ. Москалёвой /1972/, на протяжении ряда лет проводившей работы непосредственно на гипербазитовых массивах Крака и много сделавшей для понимания тектонической их позиции и разработки критериев на поиски хромитовых руд, установления механизмов образования рудных тел и т.д.
Кроме того, габбро-гипербазитовые комплексы Южного Урала изучались и сотрудниками ГИНа, проводившими исследования по научной программе «Офиолиты». Детальное исследование массива Средний Крака позволило выявить его зональное, асимметричное строение в плане, которое определяется последовательной сменой с востока на запад следующих комплексов пород: лерцолитового, гарцбургитового и дунит-гарцбургитового. Согласно мнению Г.Н. Савельевой /1987/, такая же зональность наблюдается снизу вверх по разрезу массива. Данное представление основано на гипотезе образования альпинотипных гипербазитов в результате деплетирования мантийного субстрата в ходе декомпрессии при рифто-генезе и диаметрально противоположно «магматической гипотезе».
На протяжении 60-х годов на территории массивов проводились геофизические исследования, основными задачами которых являлись установление морфологии и мощности гипербазитов, а также разработка геофизических критериев на поиски хромитовых руд. В результате проведенных работ сделаны следующие выводы: 1) магнитные аномалии, выявленные в пределах массивов, обусловлены либо вулканогенными породами и интрузиями основного состава, либо процессами серпентинизации гипербазитов /Беляев, Ильина, 1961ф/; 2) в северо - северовосточной части массива Южный Крака имеется подводящий канал /Таврин, Ра-дионов, 1963/, 3) почти повсеместно массивы имеют пологие контакты, падающие к их центру, а слагающие массивы гипербазиты интенсивно подроблены, большинство их серпентинизировано и обладает повышенной магнитностью /Ильина, Вальков, 1964ф/. На основе обобщения региональных геофизических съемок масштаба 1:200000 и 1:50000 Н.Ф. Решетников и А.А. Пацков /1969ф/ пришли к выводу о лакколитообразной форме массивов Крака. Наиболее глубокие корни были установлены в массиве Средний Крака.
На рубеже 60-70-х г.г. /Казанцева, 1970; Казанцева, Камалетдинов, 1969; Камалетдинов, 1972, 1974/ на массиве Южный Крака проводились исследования, целью которых было выяснение его структурной позиции. Результатом этих работ явился вывод о том, что гипербазитовые массивы Крака вместе с вмещающими их ордовикскими, силурийскими и девонскими образованиями представляют собой одну из пластин, шарьированную из эвгеосинклинальной области восточного склона Южного Урала.
В 1962-1969 гг. в северной части Зилаирского мегасинклинклинория под руководством А.В. Клочихина проводилась геологическая съемка масштаба 1: 50000. На основе большого фактического материала автор заключил, что: 1) все массивы на глубине соединяются между собой и представляют единую интрузию; 2) гипербазиты залегают в виде лакколитообразных тел, нижняя граница которых находится на глубинах от 1-2 до 4-5 км; 3) у массивов Средний и Южный Крака имеются подводящие каналы; 4) возраст интрузий определяется как нижневизей-ский; 5) гипербазитовые массивы Крака потенциально хромитоносны.
В середине-конце 70-х гг. проводилось изучение петрологии массивов Крака с прогнозной их оценкой на медно-кобальтовые руды, никель и хромиты /Радченко, 1977ф/. Автором, как наиболее перспективным на поиски хромитового оруденения, выделен дунит-гарцбургитовый комплекс, а масштабы оруденения связаны с относительным количеством дунитов в разрезе. Ниже рассмотрим подробнее историю изучения хромитоносности гиперба-зитовых массивов Крака. Разработка хромитовых месторождений на рассматриваемых массивах началась еще в 60-х гг. XIX столетия. В то время они эксплуатировались преимущественно немецкими фирмами, экспортировавшими руду в Англию и Германию (месторождение Б. Башарт и др.). Позднее руда применялась как огнеупор на местных металлургических заводах (Белорецком, Узянском, Кагинском) и частично транспортировалась в г. Магнитогорск. К 30-м г.г. XX столетия основная масса известных в то время месторождений была выработана.
Геологическое строение массивов Крака
Габбро-гипербазитовые массивы Крака расположены в северном замыкании Зилаирского мегасинклинория . Это четыре изометричных и слегка удлиненных в плане тела общей площадью порядка 900 км2, разделенные полями осадоч-но-вулканогенных толщ палеозоя. С севера на юг выделяют: Северный, Средний, Узянский и Южный Крака.
Условные обозначения: 1 - аллювиальные отложения надпойменных террас, 2 - делювиальные отложения, 3-15 - стратифицированные палеозойские отложения: 3 - полимиктовые песчаники, алевролиты, глинистые сланцы; 4 - известняки, 5 - тонкослоистые известняки, кварцевые песчаники, аргиллиты; 6 - битуминозные известняки, органогенные известняки; 7 - кварцевые песчаники, алевролиты, аргиллиты, глинистые сланцы; 8 - толстослоистые известняки, 9 - доломиты, известняки; 10 - кварцевые песчаники, алевролиты; 11 - кремнистые, глинистые сланцы, вулканиты; 12 - глинистые, известково-глинистые сланцы, известняки; 13 - кварцевые песчаники, гравеллиты; редко доломиты, кремнистые сланцы, диабазы; 14 - глинистые сланцы, конглобрекчии, 15 - базальты; 16 - геологические границы (а - ультраосновных массивов, б - краевых серпентинитов, в - стратиграфических подразделений и структурно-вещественных комплексов ультрабазитов), 17 - разрывные нарушения, 18- 27 - структурно-вещественные комплексы массивов Крака: 18 - габброиды, 19 - полосчатый верлит-клинопироксенитовый комплекс, 20 - преимущественно лерцолиты, 21 - лерцолиты ( 50%) и гарцбургиты ( 50%), 22 - лерцолиты ( 50%) и гарцбургиты ( 50%), 23 - преимущественно гарцбургиты, 24- 26 - гарцбургиты и дуниты , 24 - дуниты 10-30%, 25 - дуниты 30-50%, 26 - дуниты 50%, 27 - серпентиниты, 28 - дайки габброидов, 29 - границы распространения тел плагиоклазовых перидотитов, 30 - элементы залегания полосчатости в гипербазитах (а - наклонное, б - субвертикальное), 31 - серпентиниты с псевдоморфными структурами.
Массив Северный Крака представлен телом изометричной формы с размерами 15x18 км. Большую часть его площади (около 80 %) занимают клинопироксено-вые гарцбургиты (рис. 2.1). Дунит-гарцбургитовый комплекс тяготеет к периферии массива и распространен там довольно неравномерно. Тела дунитов, с которыми связаны почти все хромитовые объекты Северного Крака, встречаются спорадически и также расположены по периферии массива. Среди клинопироксеновых гарцбургитов, главным образом в восточной части комплекса, встречаются плагиоклазовые перидотиты.
Здесь необходимо отметить, что в петрографическом описании гипербазитов у авторов, ранее изучавших массив Северный Крака наблюдаются некоторые расхождения. По принятой петрографической классификации /Магматические..., 1983; Петрографический кодекс, 1995/ лерцолит - это порода, содержащая 10 % клинопирок-сена и исходя из этого некоторые исследователи считают, что наибольшим распространением на массиве пользуются гарцбургиты, а лерцолиты и их плагиоклазсодер-жащие разности в виде отдельных тел развиты в центральной части массива /Клочихин и др, 1969ф; Москалева, 1974/. Другие исследователи /Савельева, 1987/ относят к лерцолиту породу с меньшим содержанием клинопироксена и, соответст венно полагают, что массив Северный Крака большей частью сложен лерцолитами, а гарцбургиты картируются там лишь в виде небольших изолированных тел. В настоящей работе принята следующая классификация: при содержании клинопироксена 5 % породы относятся к лерцолитам, а при меньшем его содержании - к клинопи-роксеновым гарцбургитам.
Серпентиниты в приконтактовой части массива образуют оторочку небольшой мощности и представлены обычно лизардитовыми и хризотил-лизардитовыми разновидностями с реликтами первичной породы. Там же встречаются и рассланцованные «краевые» серпентиниты, но без реликтов исходной породы. Клинопироксениты и верлиты не образуют на рассматриваемом массиве значительных скоплений, но иногда среди перидотитов встречаются довольно обширные зоны, содержащие линзы данных пород. Габброиды распространены большей частью в южной части массива и представлены мелкозернистыми разновидностями. Кроме того они встречаются и на се-веро-западе, в долине руч. Б. Саргая /Квятковский, 1929ф/.
Наиболее разнообразным геологическим строением характеризуется массив Средний Крака, занимающий площадь около 9x20 км. Здесь выделяются три глав ные группы пород: гипербазиты с подчиненным количеством дунитов, слагающие восточную часть массива и занимающие примерно 80% его площади; габброиды, об-разующие вытянутое в меридиональном направлении тело шириной 0,5 - 1,5 км на западе территории и дунит-верлит-пироксенитовый полосчатый комплекс, занимающий промежуточное положение (рис. 2.1). На 75-80% гипербазитовая часть массива также, как и на Северном Крака, сложена клинопироксеновыми гарцбургитами.
Рассмотрим геологическое строение Саксей-Ключевской площади, расположенной в западной части массива и отличающейся наиболее сложным строением, отчетливой асимметричной зональностью (рис 2.2). Она была изучена нами при проведении поисковых работ на хромитовое оруденение.
По западной границе данной площади проходит контакт габбро-гипербазитового массива Средний Крака с вмещающими осадочными и вулканоген-но-осадочными породами палеозоя (они незначительно распространены и в юго-западной части площади).
Породы габброидного комплекса тяготеют также к западной части Саксей-Ключевской площади, причем ширина их выходов изменяется от 700 м на севере площади до 2 км на юге. Это различные габброиды, клинопироксениты и верлиты, а также образованные по ним метасоматиты и серпентиниты. Вблизи северной границы рассматриваемой территории габброидный комплекс перекрыт четвертичными отложениями долины руч. Сухоляд. К востоку он сменяется ультрабазитовым комплексом, занимающим центральную и восточную часть площади. Ширина выходов слагающих его пород изменяется от 1,5-2 км на юге до 3 км на севере.
Ультрабазитовый комплекс массива Средний Крака представлен породами ряда гарцбургит-лерцолит с переменными количествами пироксенов (Орх-10-40%, Срх - 0-10%), в меньшей степени распространены дуниты. В гипербазитах постоянно в акцессорных количествах присутствуют хромшпинелиды (1-5%).
Гарцбургиты и лерцолиты обычно слагают скальные гребни хребтов. Они характеризуются интенсивной трещиноватостью и неравномерной бурой, часто с зеленоватыми и коричневатыми оттенками, выветрелой поверхностью, на которой выступают зерна пироксенов (рис. 2.3). В редких случаях в обнажениях гарцбургитов можно наблюдать отчетливо проявленную пироксеновую и хромшпинелидовую полосчатость. Замеры элементов залегания полосчатости и минеральной уплощенности в гарцбургитах показали, что они субсогласны элементам залегания дунитовых полос и рудных тел рудопроявлений данной площади (аз.прост.300-3400, крутое падение (Z 70-90), преимущественно по аз.210-250). В отдельных случаях в обнажениях удавалось зафиксировать развитие дунитов по гарцбургитам (рис. 2.4). Обычно они имеют форму маломощных ветвящихся жил, постепенно срастающихся и переходящих в более мощные тела. При этом, во всех случаях контакты дунитовых жил субсогласны с пироксеновой полосчатостью гарцбургитов.
Петрогеохимическая характеристика пород массивов Крака
Отличительной чертой реститовых гипербазитов является их довольно однородный состав. Для них характерны низкие содержания большинства породообразующих оксидов: ТіОг, АЬО?, СаО, щелочей, а также относительной железисто-ети пород. Напротив, в них резко повышено содержание ряда тугоплавких компонентов, в первую очередь MgO, Сг и Ni. Следует отметить, что породообразующие минералы альпинотипных гипербазитов также имеют очень выдержанный состав: они представлены форстеритом Fa6.i2, энстатитом En8o-9oFsio.i5Wo0-5 и диопсидом
Еп45-55 FS3.5WO45.55 Поскольку деплетирование ультрабазитов формирует последовательный ряд лерцолит-гарцбургит-дунит, то наиболее важную информацию о степени истощенности того или иного массива несут содержания СаО (или содержание нормативного диопсида), А1203 и величина их отношения в породе. При последовательном обеднении мантийного источника легкоплавкими компонентами постепенно снижаются концентрации как кальция, так и алюминия. Однако из-за того, что кальций преимущественно входит в клинопироксен, который наиболее интенсивно удаляется при частичном плавлении, отношение СаО/АЬОз уменьшается от 1 и выше в лерцолитах до 0,5 и ниже в гарцбургитах и дунитах. В процессе серпен-тинизации гипербазитов это соотношение почти не изменяется. Значительные изменения его связаны с гидротермальными процессами: карбонатизацией, родинги-тизацией и др.
Нами с использованием литературных данных /Породообразующие ..., 1971; Савельева, 1987; Магматические ..., 1988 и др./ составлена модельная диаграмма Di (нормативный) - СаО/А1203. Крестиками на ней показаны рассчитанные составы пород с различными соотношениями главных породообразующих минералов альпинотипных гипербазитов (оливина, орто- и клинопироксена) с учетом вариаций их состава в природных парагенезисах (рис.3.2). На эту же диаграмму нанесены фигуративные точки составов ультрабазитов массивов Крака.
На диаграмме две пунктирные линии ограничивают область составов первичных шпинелевых перидотитов в соответствии с расчетными данными. В поле правее и ниже линии CaO/AI203 = 0,3 (Di - 1,2) попадают фигуративные точки ал-лохимически измененных гипербазитов и парагенезисов с участием плагиоклаза. В левый верхний угол диаграммы попадают точки анализов с очень низкими содержаниями алюминия.
Таким образом, данная диаграмма несколько дополняет известную диаграмму Н.Д.Соболева (Ol-En-Di) и совместно с ней может быть использована при оценке деплетирования отдельных массивов гипербазитов при их сопоставлении. Рис. 3.2 Диаграмма Di - СаО/А1203 для реститовых гипербазитов массивов Крака
Анализ вариаций отношения СаО/А1203 в лерцолитах и гарцбургитах массивов Крака показал следующее. Для перидотитов всех четырех массивов характерны стабильно высокие значения рассматриваемого показателя, что говорит о широком развитии парагенезисов с участием клинопироксена. Этот факт свидетельствует в свою очередь, о низкой степени истощения пород легкоплавкими компонентами (деплетированности). На основании обработки большого количества аналитических данных построена статистическая гистограмма (рис. 3.3).
Из анализа гистограммы следует, что наиболее распространенными в аль-пинотипных гипербазитах массивов Крака являются значения СаО/А(2Оз = 0,8-1,6, характерные для слабодеплетированных лерцолитов и клинопироксеновых гарц-буртйтов. Несколько меньшим развитием пользуются породы со значениями данной величины 0,4-0,8 (гарцбургиты и дунит-гарцбургиты) и 1,6-6,4 (лерцолиты). Характер распределения отношения СаО/А1203 в перидотитах массива Средний Крака несколько отличается от такового массивов Северный и Южный Крака. Здесь фиксируется два максимума значений: главный (0,8-1,6), который совпадает с максимумами для двух других массивов и второстепенный (6,4-12,8). Второй максимум соответствует клинопироксенсодержащим дунитам, для которых характерно очень низкое содержание А1203. Эти породы чаще всего встречаются вблизи іраницьі с полосчатым верлит-клинопироксенитовым комплексом и в пределах хромитовых месторождений ПравосаксейскоЙ рудоносной зоны.
Из элементов-примесей в альпинотипных гипербазитах в заметных количествах присутствуют лишь тугоплавкие сидерофильные: хром, никель и кобальт. Хром в гипербазитах встречается в двух позициях: 1) в виде примеси в пироксенах (в оливине его содержание ничтожно мало) и 2) в виде минералообразующего компонента в хромшпинелиде. Это отражается на характере распределения Сг в породах, обуславливая его высокую дисперсию.
Никель и кобальт в породах присутствуют только в виде изоморфных примесей в силикатах. Наиболее высокие содержания Ni и Со характерны для оливина, поэтому их концентрация постепенно возрастает от лерцолитов к дунитам. На статистических гистограммах распределения данных этих элементов наблюдаются четкие максимумы встречаемости (рис. 3.5, 3.6). Для никеля наиболее распространенным является содержание 0,2-0,25 %, для кобальта - 0,009-0,01%.
Диаграмма Ni-Co также иллюстрирует сказанное выше, а именно - что для гипербазитов массивов Крака характерны незначительные вариации содержаний рассматриваемых элементов (рис. 3.7). Выделенная область значений соответствует составам наиболее распространенных пород массивов - клинопироксеновым гарц-бургитам.
В породах габброидного комплекса массивов Крака наблюдается обогащение средними РЗЭ при отрицательной аномалии европия. От меланократовых к лейкократовым габбро происходит постепенное увеличение концентрации легких РЗЭ. Таким образом, составы рестита и дифференциатов выплавки являются комплементарными, а состав вероятного источника близок к гипотетическому составу примитивной мантии.
Обобщение петрогеохимических данных показало, что альпинотипные гипербазиты массивов Крака являются слабодеплетированными. Содержание в них базальтоидных компонентов (Са и А1), а также РЗЭ выше чем в большинстве аналогичных пород офиолитовых комплексов Южного Урала и гипербазитах драгированных в срединно-океанических хребтах. Таким образом, по геохимическим особенностям альпинотипные гипербазиты массивов Крака сопоставимы со слабо истощенными мантийными породами, слагающими корневые части континентально-рифтогенных структур.
Со степенью деплетирования гипербазитов многими исследователями связывается потенциальная хромитоносность массивов /Паланджян, 1992 и др/. Поскольку гипербазиты рассматриваемых массивов являются слабодеплетированными, то обнаружение в их пределах крупных месторождений хромитовых руд по-видимому маловероятно.
Состав акцессорных и рудообразующих хромшпинелидов
Наряду с главными породообразующими минералами альпинотипных гипер-базитов - оливином, орто- и клинопироксеном, в составе пород важная роль принадлежит хромшпинелидам. Они присутствуют в акцессорных количествах в лер-цолитах и гарцбургитах, а в дунитах часто образуют рудные скопления. Хромшпи-нелиды являются типоморфным минералом-индикатором петрологических процессов, протекающих в ультрабазитах /Павлов, 1949; Irvine, 1965; Макеев, Брянчани-нова, 1999 и др., Melcheretal, 1999; Thayer, 1970/. Так, при оценке степени деплети-рованности мантийного вещества, представленного в современном эрозионном срезе в виде массивов гипербазитов, важное значение имеет величина отношения Сг/А1 в хромшпинелиде /Паланджян, 1992; Перевозчиков, 1998 и др./, а при изучении метаморфизма - величина железистости минерала /Макеев, Брянчанинова, 1999 и др./. Вместе с тем, следует отметить, что проводить оценку степени депле-тированности ультрабазитов только по отношению Сг/А1 в хромшпинелидах без учета геологического строения массивов (относительной распространенности тех или иных разновидностей пород в разрезе) не корректно, поскольку часто в одном и том же массиве может быть представлен весь спектр составов хромшпинелидов от пикотита до хромита.
Химический состав акцессорных хромшпинелидов массивов Крака изучался главным образом методом микрозондового анализа в ИМин УрО РАН (Миасс) на рентгено-спектральном микроанализаторе JCXA-733 JEOL (аналитик Е.А.Чурин), часть данных по составу хромшпинелидов массивов Крака заимствована из ранее опубликованных работ/Савельева, 1987; Сначев и др., 2001/ (табл.7.1). Состав рудных минералов из хромитопроявлений массивов Крака (табл.7.2) определялся при помощи силикатного и атомно-абсорбционного анализа монофракций в ИГ УНЦ РАН (аналитики С.А.Ягудина и Н.Г.Христофорова).
На классификационных диаграммах Н.В.Павлова и Т.Ирвайна (рис.7.4 и 7.5.) хромшпинелиды массивов Крака образуют три обособленных поля. Первое включает в себя фигуративные точки акцессорных хромшпинелидов из лерцолитов и гарцбургитов и охватывает диапазон составов от пикотита до хромпикотита. Для них характерна низкая хромистость и высокая глиноземистость при незначительной роли окисного железа. При этом, отмечаются довольно широкие вариации отношений Сг/А1 и Fe?+/Mg.
Вторая группа включает в себя составы хромшпинелидов из околорудных дунитов и хромитовых тел дунит-гарцбургитового комплекса. На диаграмме Сг/(Сг+А1) - Fe27(Fe2++Mg) хорошо видно, что наиболее высокохромистые хромшпинелиды характерны для дунитов и хромитов Саксей-Ключевской и Шатранс-кой зон (Средний Крака), а также проявления Лактыбаш (Южный Крака), где ду-нитовые тела характеризуются наибольшей мощностью. Несколько ниже отноше ниє Cr/АІ и содержание СьО в хромитах, локализованных среди дунитовых тел мощностью 20-40 м в пределах Апшакской площади, еще ниже они в хромшпине-лидах рудных тел, приуроченных к маломощным дунитовым жилам и гарцбурги-там. Для хромшпинелидов Саксей-Ключевской и Шатранской зон также характерна несколько более высокая железистость, их составы приближаются к субалюмо-феррихромиту и субферрихромиту, тогда как хромшпинелиды Апшакской площади большей частью соответствуют алюмохромиту и субферриалгомохромиту.
Третья, самая малочисленная группа точек, представлена анализами железистых хромшпинелидов, образующих рудные скопления среди пород полосчатого комплекса - верлитов и клинопироксенитов. Среди верлитов они обычно развиты в виде маломощных полос средне- и бедновкрапленного типа мелкозернистого строения. В клииопироксенитах железистые хромиты образуют небольшие по масштабам (0,п-10 м) штокверкообразные обособления, сложенные тонкими (0,п-10 см) разнонаправленными прожилками массивных руд. К ним приурочены повышенные содержания платины и палладия /Сначев и др., 2001/.
Таким образом для акцессорных хромшпинелидов массивов Крака характерен протяженный эволюционный тренд составов от пикотита до хромита. Состав хромшпинелидов обнаруживаег четкую зависимость от состава пород. Наиболее богатые глиноземом шпинели характерны для лерцолитов, а наиболее высокохромистые связаны с дунитами. В то же время состав хромшпинелидов практически не зависит от положения пород в разрезе и близости к рудным объектам. Хромшпинелиды массивов Крака в целом очень слабо метаморфизованы, что находится в соответствии с установленной ранее невысокой степенью метаморфизма и тектонической переработки самих гипербазитов.
Установление закономерностей размещения месторождений хромовых руд в массивах альпинотипной формации является серьезной научной и практической проблемой на протяжении многих десятилетий. К разрешению ее различные исследователи подходили с разными критериями в зависимости от их взглядов на генезис ультрабазитов и оруденения.
Следует отметить, что большинство исследований, посвященных проблемам генезиса хромитов и закономерностям их размещения проводилось на южноуральском материале, поскольку именно здесь наиболее полно представлены различные типы массивов дунит-гарцбургитовой (альпинотипной) формации.
В пределах Южного Урала гипербазиты альпинотипной формации слагают массивы двух главных морфологических типов: 1) крупные тела, по форме изомет-ричные или слегка вытянутые в меридиональном направлении, сложенные в различной степени серпентинизированными шпинелевыми перидотитами; в геофизических полях они обычно выражены наличием одной или нескольких гравиметро-вых аномалий, интерпретируемых обычно как «подводящий канал», для них характерно наличие магнитного поля мозаичного характера /Таврин, 1968/, 2) линейные, резко удлиненные в плане зоны общеуральского простирания, сложенные серпентинитами, четко выраженные в геофизических полях наличием положительных магнитных аномалий /Таврин, Родионов, 1963/.
