Мезозойские гранитоиды золотоносных районов Верхнего Приамурья Стриха Василий Егорович

Введение к работе

Актуальность исследований. Проблема рудоносности гранитоидов и прогнозирования связанного с ними оруденения тесно переплетается с вопросами возникновения и эволюции гранитоидных расплавов, а также условиями их кристаллизации. Все это, в свою очередь, связано с расшифровкой геодинамических обстановок и реконструкцией возможных источников. В рамках решения данных проблем настоящая работа направлена на рассмотрение закономерностей размещения, выявление особенностей вещественного состава пород мезозойских гранитоидных ассоциаций одного из крупнейших золотоносных регионов Востока России. Связь золотого оруденения с позднемезозойским гранитоидным магматизмом Верхнего Приамурья отмечали многие исследователи (Геологические..., 1991; Гуров, 1971, 1978; Моисеенко, 1977, 1996, 1999; Остапенко, 2007, Эйриш, 1995, 2002, Степанов и др., 1996; Стриха, 1995, 2001). Поэтому данный регион является благоприятным для решения вопросов оценки продуктивности гранитоидов в отношении золота и, соответственно, прогнозирования золотого оруденения. Вопросы расчленения и корреляции плутонов мезозойских гранитоидов, а также интерпретация геодинамических условий формирования и их генезиса оставались до сих пор недостаточно разработанными. Это, а также систематизация имеющихся для них геохимических и металлогенических данных является актуальным.

Цели и задачи исследований. Основной целью исследований является изучение петрологических особенностей продуктивных на золото гранитоидных ассоциаций Верхнего Приамурья.

В процессе исследований решались следующие основные задачи:

1. Уточнение изотопного возраста и проведение петролого-геохимической типизации мезозойских гранитоидных ассоциаций золотоносных районов Верхнего Приамурья.

2. Оценка геодинамических обстановок формирования, условий образования исходных расплавов и особенностей эволюции этих гранитоидов

3. Установление возраста и реконструкция состава предполагаемых источников, изучение их взаимосвязи с продуктивностью гранитоидных ассоциаций в отношении золота.

4. Исследование условий кристаллизации и особенностей флюидного режима пород
продуктивных на золото гранитоидных ассоциаций.

Фактический материал и методы исследований. Работа основана на 30-летних личных исследованиях петрографии, минералогии и геохимии плутонических ассоциаций Востока России (Чукотка, Верхнее Приамурье) в процессе геолого-съемочных и научно-исследовательских работ.

Изучение гранитоидов Верхнего Приамурья проводились в Амурском комплексном научно-исследовательском институте Дальневосточного отделения РАН (АмурКНИИ ДВО РАН) (г. Благовещенск) по программе изучения геохимии и петрологии золотоносных плутонических поясов Востока Азии, в процессе среднемасштабных геолого-съемочных работ и по программе совершенствования серийных легенд «Госгеолкарты-200» Федерального государственного унитарного геологического предприятия «Амургеология». Окончательная доработка полученного в процессе исследований фактического материала

4 производилась в Закрытом акционерном обществе «Научно-производственной компании «Геотехнология» (г. Петропавловск-Камчатский).

В диссертации использовано около 350 оригинальных химических анализов интрузивных пород, 264 определения составов породообразующих минералов на микрозонде, результаты анализов более 200 проб на широкий круг элементов-примесей в породах, в том числе 60 определений 38 элементов, включая РЗЭ, методом ICP-MS, 67 определений изотопного состава Rb и Sr в горных породах и минералах, 43 определения абсолютного возраста цирконов U-Pb методом на микрозонде SHRIMP-II, 38 определений абсолютного возраста породообразующих минералов К-Ar методом, 25 определений изотопного состава кислорода в горных породах, 24 определения изотопов Sm и Nd, результаты изучения более тысячи шлифов.

Состав минералов был определен в рентгеноспектральной лаборатории Аналитического центра ОИГГМ СО РАН методом электронно-зондового микроанализа на микрозонде JXA-8100 фирмы JEOL (Япония), аналитики Л.В. Усова, В.Н. Королюк, а также в лаборатории электоронной микроскопии ДВГИ ДВО РАН на микрозонде JXA-5A фирмы JEOL (Япония), аналитик В.И. Сапин. Для микрозонда JXA-8100 ускоряющее напряжение - 20 кВ, ток зонда -40 нА, время счета - 10 с. Использовались стандартные образцы из лабораторной коллекции: природные пироп обр. 0-145 (Si, Al, Mg, Fe), хромовый пироп обр. Уд-92 (Сг), марганцевый гранат обр. Гран 25 (Мп), голубой диопсид (Са), альбит (Na), ортоклаз обр. 359-1 (К), а также стекло обр. GP-6 (Ті) и синтетические F-флогопит (F) и СІ-апатит (СІ). Для расчета концентраций был применен ZAF-метод коррекции из фирменного программного обеспечения. Воспроизводимость определения основных элементов характеризовалась относительным стандартным отклонением порядка 1-2 %. Предел обнаружения элементов -0,01-0,02 %. Для микрозонда JXA-5A ускоряющее напряжение составляло 20 кВ, ток зонда -50-60 нА, время счета - 10 с.

Исследование калиевого полевого шпата проводилось методами рентгеноструктурного анализа, аналитики И.В.Александров, Е.В.Шумейко. Съемка производилась на дифрактометрах ДРОН-3, ДРОН-ЗМ в АмурКНИИ ДВО РАН на СиК_а - излучении методом Дебая - Шеррера с фокусировкой по Бреггу-Брентано. Напряжение на трубке - 30 кВ, ток - 25 мА, щели - 2; 4; 0,25, скорость гониометра - 1 град./мин, скорость движения диаграммной ленты - 720 мм/час, при вращающемся образце. Для определения параметров структуры съемка произведена при скорости гониометра 0,25 град/мин.

Определение содержаний главных элементов в породах выполнялось в Центральной лаборатории ПГО «Дальгеология» (г. Хабаровск), АмурКНИИ ДВО РАН (г. Благовещенск) силикатным методом, аналитики С.М.Радомский, Л.П.Носкова, О.А.Зубова.

Содержания широкого круга элементов-примесей, включая РЗЭ, в представительных пробах интрузивных пород определены методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на приборе ICP-MS Elan DRC II PerkinElmer (США) в Хабаровском аналитическом центре Института геофизики и тектоники ДВО РАН, аналитики Д.В. Авдеев, Л.С. Боковенко, В.Е. Зазулина, Н.И. Ильина.. Относительная погрешность определения не превышает 5%.

Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Pb, Th, Ті, Ba, Cr, Ni, Co, V, Cu, Zn в породах определялись методом рентгено флюоресцентного анализа (РФА) в Институте геологии и геохронологии докембрия РАН (г. Санкт-Петербург), а также Отделении региональной геологии и гидрогеологии ДВО РАН (г. Благовещенск), аналитик А.А.Зеневич. Относительная погрешность определения не превышает 10 %. Оценка точности и воспроизводства методик определения элементов осуществлялась с помощью внутренних и международных стандартов.

Определения изотопного возраста пород Rb-Sr и К-Ar методами выполнялись в лабораториях ВСЕГЕИ и ИГГД РАН (аналитики Ю.П. Шергина, А.Г. Рублев). Содержания рубидия и стронция определены методом двойного изотопного разбавления с погрешностью + 1,5-2,0 %. Использован комбинированный трассер, обогащенный изотопами ⁸⁴Sr и ⁸⁵Rb. Измерения изотопного состава стронция произведены на масс-спектрометре МИ -120IT с ошибкой ± 0,05-0,1%. Для контроля измерений отношений ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr и ⁸⁷Rb/⁸⁶Sr был использован стандарт Национального Бюро Стандартов США SRM-987. Для большинства проб погрешности определений отношений ⁸⁷Rb/⁸⁶Sr составляли 1% на 95% уровне доверительной вероятности. Лишь для амфиболов, проанализированных во ВСЕГЕИ, эта погрешность достигала 2 %. Ошибка в определении ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr составляет 0,05 %> (для амфиболов - 0,1%)). Расчёт параметров изохрон осуществлялся по программе ISOPLOT, аналитические ошибки приведены с доверительной вероятностью 0,95 (2а).

U-Pb датирование цирконов осуществлялось на ионном микрозонде SHRIMP-II в Центре изотопных исследований ВСЕГЕИ им. А.П. Карпинского (аналитик Н.И. Родионов). Отобранные вручную зерна цирконов были имплантированы в эпоксидную смолу вместе с зернами цирконовых стандартов TEMORA и 91500. Далее зерна цирконов были сошлифованы и приполированы приблизительно на половину своей толщины. Для выбора участков (точек) датирования на поверхности зерен использовались оптические (в проходящем и отраженном свете) и катодо-люминисцентные изображения, отражающие внутреннюю структуру и зональность цирконов. Измерения U-Pb отношений на SHRIMP-II проводились по методике, описанной в статье (Williams, 1998). Интенсивность первичного пучка молекулярных отрицательно заряженных ионов кислорода составляла 5 нА, диаметр пятна (кратера) составлял 25 мкм. Обработка полученных данных осуществлялась с использованием программы SQUID (Tudwig, 2000). U-Pb отношения нормализовались на значение 0,0668, приписанное стандартному циркону TEMORA, что соответствует возрасту этого циркона в 416,75 млн. лет (Black, Kamo, 2003). Погрешности единичных анализов (отношений и возрастов) приводятся на уровне 1а, погрешности вычисленных конкордатных возрастов и пересечений с конкордией приводятся на уровне двух сигма. Построение графиков с конкордией (Wetherill, 1956) проводилось с использованием программы ISOPTOT/EX (Tudwig, 1999).

Изотопный состав Sr и Nd и содержание Rb, Sr, Sm, Nd в образцах гранитоидов были определены в Центре изотопных исследований ВСЕГЕИ (г. Санкт-Петербург), аналитик Р.Ш.Крымский. Анализ изотопного состава Sr и Nd выполнен на многоколлекторном масс-спектрометре TRITON (Thermo) по стандартной методике. Средняя точность определения изотопных отношений (2а) составила: ⁸⁷Rb/⁸⁵Rb - 0,005 %, ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr - 0,002%, ¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd -

6 0,03%, ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd - 0,005%. Изотопный состав стандарта NIST 987: ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr = 0,710244 ± 0,000011. Изотопный состав стандарта Nd JNdi-1: ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd = 0,512106 ± 0,000002. При расчете величин s_Nd(T) и модельных возрастов T_Nd(DM) использованы современные значения CHUR по (Jacobsen, Wasserburg, 1984) - (¹⁴³Sm/¹⁴⁴Nd = 0,512638, ¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd = 0,1967) и DM no (Goldstein, Jacobsen, 1988) - (¹⁴³Nd /¹⁴⁴Nd = 0,513151, ¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd = 0,2136). При расчете двухстадийных модельных возрастов T_Nd(DM-2st) принята среднекоровая величина отношения ¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd = 0,12 (Taylor, McLennan, 1985).

Изотопный состав кислорода для гранитоидов выполнен в Институте геохимии, минералогии и рудообразования НАН Украины (г. Киев) по стандартной методике на масс-спектрометре МИ-1201В, аналитик В.Н. Загнитко, а также в Институте геологии ДВО РАН (г. Владивосток) по стандартной методике на масс-спектрометре Finnigan МАТ-252, аналитик Т.А. Веливецкая. Точность определений 5¹⁸0 составляет ± 0,2 %о.

Кроме оригинальных анализов пород и минералов, полученных и обработанных автором, привлекались аналитические данные геолого-съемочных работ, а также литературные материалы.

Основные защищаемые положения.

1. Породы мезозойских (210-107 млн. лет) гранитоидных ассоциаций золотоносных районов Верхнего Приамурья относятся к 1-тиггу и группируются в две интрузивных серии -диорит-гранитовую щелочно-известковую и монцодиорит-лейкогранитовую известково-щелочную, в составе которых по соотношению Rb и Sr выделяются геохимические группы кислых пород с содержанием Si0₂ более 64 %: А - с относительно высокими содержаниями Rb (> 95 г/т), низкими - Sr (< 500 г/т); Б - низкими - Rb (< 95 г/т) и Sr (< 500 г/т); В -высокими Rb (> 95 г/т) и Sr (> 500 г/т), Г - низкими Rb (< 95 г/т), высокими - Sr (> 500 г/т).

2. Мезозойские гранитоидные ассоциации Верхнего Приамурья являются гибридными образованиями и имеют смешанное, мантийно-коровое происхождение, с преобладанием в их составе корового вещества. Ведущими механизмами при формировании гранитоидных ассоциаций являются взаимодействие мантийных базитовых расплавов с продуктами частичного плавления континентальной коры для пород среднего состава, частичное плавление корового материала для кислых пород.

3. В пределах Верхнего Приамурья выделено два этапа формирования континентальной коры - раннего протерозоя (1,7-2,5 млрд лет) и рифея (0,9-1,5 млрд лет). Продуктивность гранитоидных ассоциаций в отношении золота коррелируется с составом исходной для них континентальной коры и содержаниями MgO в гранитах. Для пород высокопродуктивных на золото гранитоидных ассоциаций источником являлась кора амфиболитового состава, а граниты этих ассоциаций характеризуются наиболее высокими содержаниями MgO (> 1 %). Граниты низкопродуктивных ассоциаций обладают наиболее низкими содержаниями MgO (< 0,75 %) и образуются за счет корового материала метаграуваккового состава. Для пород умереннопродуктивных ассоциаций характерен смешанный метаграувакко-амфиболитовый состав источника и умеренные содержания MgO (0,7-0,92 %) в гранитах.

4. Мезозойские гранитоиды Верхнего Приамурья, с которыми связано золотое оруденение, кристаллизуются в целом при высокой фугитивности кислорода и воды, но при различном режиме галогенов. Наблюдается рост активности фтора и снижение роли хлора при переходе

7 от высокопродуктивных в отношении золота гранитоидов к низкопродуктивным. Высокопродуктивные гранитоиды характеризуются близким составом флюидов с гранитоидами, сопровождающимися молибденовым и медно-молибденовым оруденением, низкопродуктивные по составу флюида близки к вольфрамоносным гранитоидам. Флюидный режим гранитов низкопродуктивных в отношении золота ассоциаций отличается от состава флюидов оловоносных гранитоидов высокой активностью кислорода и воды, а высокопродуктивных, кроме этого, низкими значениями отношений летучестей фтора к хлору, высокими - хлора к воде.

Научная новизна работы.

В работе обобщены данные по петрографии, минералогии, геохимии, включая редкоземельные элементы, а также радиогенные изотопы Rb, Sr, Sm, Nd, К, Аг, О, мезозойских гранитоидов одного из крупнейших золотоносных регионов Востока России.

Разработана новая схема расчленения и корреляции мезозойских гранитоидов в различных геологических структурах Верхнего Приамурья. Впервые в результате комплексного Rb-Sr, K-Ar, U-Pb изотопного датирования получены достоверные оценки изотопного возраста пород двух этапов коллизионного гранитоидного магматизма: позднетриасово-раннеюрского - 210-185 млн. лет и позднеюрско-раннемелового - 150-108 млн. лет. На основе Rb-Sr и К-Ar изотопных исследований впервые получены данные о раннеюрском (а не позднепалеозойском, как это считалось ранее) изотопном возрасте гранитоидов Чагоянского рудно-россыпного узла, позднеюрско-раннемеловом (а не раннемеловом) возрасте монцодиорит-гранитовой ассоциации Умлекано-Огоджинской зоны, раннемеловом (а не позднеюрском) этапе становления граносиенит-гранитовых ассоциаций Умлекано-Огоджинской зоны и Байкало-Витимского супертеррейна. В результате U-Pb изотопного датирования впервые получены данные о раннемеловом (а не ранне- и позднемеловом) изотопном возрасте гранит-лейкогранитовой ассоциации Станового пояса, раннемеловом возрасте гранодиорит-гранитовой ассоциации Умлекано-Огоджинской зоны, подтвержден раннемеловой возраст граносиенит-гранитовой ассоциации Умлекано-Огоджинской зоны.

Впервые среди мезозойских гранитоидов Верхнего Приамурья выделены две интрузивные серии - диорит-гранитовую и монцодиорит-лейкогранитовую, которые по соотношению Rb, Cs и Sr разделены на геохимические группы А, Б, В и Г отражающие различие пород гранитоидных ассоциаций в зависимости от возраста, положения в региональных структурах, состава, изотопного возраста исходного субстрата и условий генерации родоначальных расплавов.

В результате выполненных исследований впервые проведено районирование коры Верхнего Приамурья по модельному возрасту ее формирования. Выявлена зависимость геохимических особенностей пород гранитоидных ассоциаций от возраста исходной коры. На основании геохимических и изотопно-геохимических данных (Sm-Nd, Rb-Sr, О) оценен возможный состав коровых источников родоначальных магматических расплавов.

Установлено, что разнообразие составов гранитоидов и их продуктивность на золото в значительной степепени зависит от состава исходного корового субстрата. Продуктивность гранитоидных ассоциаций в отношении золота коррелируется с составом исходной для них

8 континентальной коры и содержаниями MgO в гранитах. Для пород высокопродуктивных на золото гранитоидных ассоциаций источником являлась кора амфиболитового состава, а граниты этих ассоциаций характеризуются наиболее высокими содержаниями MgO. Граниты низкопродуктивных ассоциаций обладают наиболее низкими содержаниями MgO и образуются за счет корового материала метаграуваккового состава.

Впервые наиболее полно исследованы особенности составов породообразующих минералов гранитоидных ассоциаций и произведена оценка РТ условий, кислотности-щелочности и важнейших параметров флюидного режима при их кристаллизации. Выявлены геохимические различия флюидного режима гранитоидов различной продуктивности в отношении золота, а также показаны их отличия от гранитоидов, сопровождающихся оруденением другого состава. Установлено, что наиболее общей закономерностью флюидного режима гранитоидов Верхнего Приамурья является рост активности фтора и снижение роли хлора при переходе от высокопродуктивных известково-щелочных и умеренно-щелочных гранитоидов, сопровождающихся золотым и золото-редкометалльным оруденением скарнового и гидротермального типов к низкопродуктивным умеренно-щелочным гранитоидам с золото-редкометалльным оруденением грейзенового и гидротермального типов. Флюидный режим высокопродуктивных на золото гранитоидов характеризуются близким составом флюидов с гранитоидами, хлоротипных рудно-магматических систем с молибденовым и медно-молибденовым оруденением, а низкопродуктивные по составу флюида близки к вольфрамоносным гранитоидам фторотипных рудно-магматических систем. Флюидный режим гранитодов золотоносных районов Верхнего Приамурья в целом отличается от состава флюидов оловоносных гранитоидов высокой активностью кислорода и воды.

Практическое значение. Полученные данные использованы при составлении мелкомасштабных карт масштаба 1:10000000 Новой серии и совершенствовании Становой и Зейской серийных легенд «Госгеокарты-200». Выявленные геохимические и петрологические особенности пород, также как и данные по флюидному режиму кристаллизации гранитоидов, различающихся по продуктивности в отношении золота, могут быть использованы для прогноза ассоциированного с гранитоидами оруденения.

Публикации и апробация работы. По теме диссертации опубликованы 3 монографии и более 50 научных работ. Результаты исследований вошли в 7 производственных и 5 научно-исследовательских отчетов. Основные положения работы и отдельные выводы докладывались или были представлены на различных региональных, всесоюзных или всероссийских, международных совещаниях и симпозиумах, в том числе на 2 региональном петрографическом совещании «Магматические и метаморфические комплексы Северо-востока СССР и составление Госгеолкарты-50» (г. Магадан, 1988), международном семинаре «Тектоника и минерагения Северо-востока СССР» (Магадан, 1990), Первом всероссийском петрографическом совещания «Магматизм и геодинамика» (г. Уфа, 1995), международной конференции к 100-летию со дня рождения Н.А.Елисеева «Проблемы генезиса магматических и метаморфических пород» (С.-Петербург, 1998), неоднократно на международной конференции "Новые идеи в науках о Земле" (г. Москва, 1999, 2005), международном геологическом симпозиуме «International Geological Symposium East-Asia» (г.

9
Улан-Батор, Монголия, 1999), международной научной конференции «Генезис
месторождений золота и методы добычи благородных металлов» (г. Благовещенск, 2000), IV
Дальневосточном региональном петрографическом совещании (г. Хабаровск, 2001), IV
международном геологическом симпозиуме «Геологическая и минерагеническая корреляция
в сопредельных районах России, Китая и Монголии» (г. Чита, 2001), международном (X
Всероссийском) петрографическое совещание «Петрография XXI век» (г. Апатиты, 2005),
региональной конференции «Тектоника, глубинное строение и

минерагения Востока Азии: V Косыгинские чтения» (г. Хабаровск, 2006), международной научной конференции «Геодинамика формирования подвижных поясов Земли» (г. Екатеринбург, 2007).

Благодарности. Исследования велись в тесном контакте со многими коллегами из Анюйской экспедиции ПГО «Севвостгеология» (п. Билибино), СВКНИИ ДВО РАН, ФГУГП «Амургеология», АмурКНИИ ДВО РАН. В разное время автор плодотворно обсуждал отдельные аспекты работы с д.г.-м.н. С.М.Бескиным, д.г.-м.н. А.М.Борсуком, к.г.-м.н. М.Л.Гельманом, д.г.-м.н. Ю.А.Костицыным, академиком РАН АА.Маракушевым, д.г.-м.н. В.Д.Мельниковым, д.г.-м.н. Л.Ф.Мишиным, д.г.-м.н. Г.И.Неронским, к.г.-м.н. Ю.Г.Пискуновым, д.г.-м.н. В.С.Поповым, член-корреспондентом РАН В.Г.Сахно, к.г.-м.н. А.С.Синдеевым, д.г.-м.н. В.Ф.Смолькиным, д.г.-м.н. В.И.Черновым, д.г.-м.н. Л.В.Эйришем. Содействие в проведении исследований было оказано академиком РАН В.Г.Моисеенко, д.г.-м.н. Ю.П.Трухиным, д.г.-м.н. В.А.Степановым, В.И.Голиком, Н.Н.Петрук, А.В.Пипичем, к.г.-м.н. Г.В.Ботряковым, к.г.-м.н. А.В.Мельниковым, в проведении аналитических работ -д.ф.-м.н. Е.С.Астаповой, Б.В.Беляцким, к.г.-м.н. Н.В.Бердниковым, к.г.-м.н. В.И.Гвоздевым, д.х.н. А.В.Ивановым, д.г.н. А.Н.Пономаренко, к.г.-м.н. С.М.Радомским, к.г.-м.н. Л.И.Рогулиной, Е.В.Шарудо. Большая помощь в графическом оформлении рукописи оказана Т.М.Чубовой, в пробоподготовке - Т.С.Серебрянской и С.Г.Батуриным. Автор глубоко признателен всем названным лицам за помощь и полезные дискуссии.