CC BY
75
Геология, поиски и разведка месторождений полезных ископаемых
УДК 552.3:550.42
ИЗОТОПНЫЙ СОСТАВ СВИНЦА ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ РУД НОВО-ШИРОКИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ВОСТОЧНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ: ИСТОЧНИКИ ВЕЩЕСТВА И ВОЗМОЖНАЯ СВЯЗЬ С ПОЗДНЕМЕЗОЗОЙСКИМ ВНУТРИПЛИТОВЫМ МАГМАТИЗМОМ РЕГИОНА
© С.И. Дриль1
Институт геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН, 664033, Россия, г. Иркутск, ул. Фаворского, 1а.
Целью работы стало изучение природы источника рудного вещества, что является одним из наиболее актуальных вопросов в учении о месторождениях полезных ископаемых. Особенно остро он стоит в настоящее время, когда сложилась парадигма глубинной геодинамики и тектоники плюмов, то есть концепция движения к земной коре мантийных потоков, с которыми связано образование крупных изверженных провинций, обладающих значительной металлогенической нагрузкой. Исследованы вариации изотопного состава свинца галенитов руд Ново-Широкинского полиметаллического месторождения Восточного Забайкалья, что позволило выделить два источника рудного вещества - коровый и корово-мантийный. Коровый преобладающий источник соответствует по своим изотопным характеристикам источнику «Ороген» (¡и = 9,6-9,7) плюмботектонической модели. Корово-мантийный источник (и = 9,4), играющий резко подчиненную роль, может представлять собой вещество раннепалеозойских офиолитовых комплексов обрамления Аргунского террейна. Предполагается незначительное влияние на изотопный состав свинца руд ко-рово-мантийной компоненты (¡и и 9,2-9,4), связанной с внутриплитовыми магматическими образованиями трахибазальтовой серии Восточного Забайкалья.
Ключевые слова: Ново-Широкинское полиметаллическое месторождение; изотопный состав свинца; внутриплитовый магматизм.
LEAD ISOTOPIC COMPOSITION OF NOVO-SHIROKINSKOYE DEPOSIT BASE METAL ORES IN EASTERN TRANSBAIKALIA: SOURCES OF SUBSTANCE AND POSSIBLE ASSOCIATION WITH LATE MESOZOIC WITHIN-PLATE MAGMATISM OF THE REGION
S.I. Dril1
A.P. Vinogradov Institute of Geochemistry SB RAS, 1a Favorsky St., Irkutsk, 664033, Russia.
The purpose of the paper is the study of the sources of ore substance that is one of the most relevant problems in the theory of mineral deposits. It is a particularly pressing issue now, when the paradigm of deep plume geody-namics and tectonics, that is, the concept of mantle flow motion to the Earth's crust has been created. Mantle flows are associated with the formation of large igneous provinces with a significant metallogenic load. The study is given to the variations of the isotopic composition of lead from the ore galenas of Novo-Shirokinskoye base metal deposit in Eastern Transbaikalia. From the study we can suggest two sources of ore substance - crustal and crustal-mantle. By its isotopic characteristics the predominant crustal ore source is similar to the "Orogen" source (p = 9,6-9,7) of the plumbotectonic model. The strongly subordinated crustal and mantle source (p = 9,4) can include the substance of Early Paleozoic ophiolitic complexes framing the Argun terrane. We suppose that the isotopic composition of lead is slightly influenced by the crustal and mantle component (p = 9,2-9,4) related to the within-plate magmatic formations of the trachybasaltic series of Eastern Transbaikalia.
Keywords: Novo-Shirokinskoye base metal deposit; isotopic composition of lead; within-plate magmatism.
1 Дриль Сергей Игоревич, заведующий лабораторией геохимии изотопов, тел.: (3952) 426034, e-mail: sdril@igc.irk.ru
Dril Sergei, Head of the Isotope Geochemistry Laboratory, tel.: (3952) 426034, e-mail: sdril@igc.irk.ru
Вопрос о природе источников рудного вещества, формирующего месторождения полезных ископаемых, всегда являлся одним из наиболее актуальных в геохимии. Особенно остро он стоит в настоящее время, когда сложилась парадигма глубинной геодинамики и тектоники плюмов, то есть концепция движения к земной коре мантийных потоков, с которыми связано образование крупных изверженных провинций, обладающих значительной металлогениче-ской нагрузкой [4, 10].
Восточное Забайкалье, где развиты разнообразные типы рудных месторождений, связанные с внутриплитовым магматизмом, является одним из эталонных регионов для решения вопроса о взаимосвязи внутриплитовой (плюмовой) эндогенной активности и рудного процесса. Закрытие Монголо-Охотского палеооке-ана в его забайкальской части произошло в средне-позднеюрское время [2]. В результате этого оказались пространственно совмещены разновозрастные структурно-вещественные комплексы Западно-Станового и Аргунского супертер-рейнов, разделенные тектоническими фрагментами аккреционных призм па-леоокеана, объединенными в составе Ононского террейна [6]. Постаккреционный этап развития Восточного Забайкалья характеризовался широким развитием внутриплитового магматизма, в составе которого следует отметить средне-верхнеюрские вулканогенные и интрузивные образования шошонит-латитовой серии, проявленные в пределах Аргунского супертеррейна южнее Монголо-Охотской сутурной зоны. Более масштабный импульс внутриплитовой эндогенной активности привел к формированию пород верхнеюрско-нижнемеловой тра-хибазальтовой серии, проявленной в рифтогенных впадинах как в Западном, так и в Восточном Забайкалье к югу и к северу от Монголо-Охотской сутуры. Для рудно-магматических систем, связанных с магматитами шошонит-латито-вой серии, типоморфными являются месторождения полиметаллов с серебром и
золотом, тогда как с образованиями тра-хибазальтовой серии - кварц-золоторудные месторождения [9].
Изотопно-геохимическим репером для выяснения природы рудного вещества полиметаллических месторождений является изотопный состав свинца, поскольку этот элемент входит в состав как руд, так и рудовмещающих и рудогенери-рующих пород. Это позволяет проследить вариации изотопного состава свинца на всех стадиях рудного процесса. Нами [4] была предложена модель гетерогенного состава рудных свинцов кварц-золоторудных месторождений Восточного Забайкалья, основанная на смешении свин-цов мантийного и корового генезиса. Более поздними исследованиями [3] были конкретизированы параметры этих компонентов и их соотношения в рудах различных полиметаллических месторождений Восточного Забайкалья. Кроме того, было предположено [3], что степень ман-тийности или коровости изотопного состава свинца руд может зависеть как от типа магматических пород, связанных с оруденением, так и от типа коры, присущего конкретному террейну, где расположено месторождение. Так, золотосуль-фидные месторождения южной окраины Западно-Станового террейна (Дарасун-ское, Теремкинское) имеют корово-ман-тийный источник свинца, что обусловлено тесной связью рудного процесса с основными магмами повышенной щелочности. Для полиметаллических месторождений Аргунского террейна (Бугдаинского, Шахтаминского, Ново-Широкинского, Акатуевского, Благодат-ского и других) фиксируется коровый источник рудного свинца, близкий по изотопным характеристикам к линии изотопной эволюции свинца в источнике вещества типа «Ороген» плюмботектониче-ской модели [12].
Нами были исследованы изотопные составы рудных свинцов Ново-Широкин-ского месторождения, принадлежащего колчедано-галенит-сфалеритовой формации и расположенного в пределах Аргунского террейна (рис. 1). Кроме того, был
исследован изотопный состав свинца монцогаббро и шошонитов Акатуевской вулкано-плутонической ассоциации Александрово-Заводской рифтогенной впадины (шошонит-латитовая серия) и трахибазальтов одноименной серии Ингодинской, Усуглинской и Мулинской рифтогенных впадин Восточного Забайкалья.
Рис. 1. Схема террейнов восточной части Монголо-Охотского орогенного пояса, выполненная на основе [6]:
1 (I) - образования Западно-Станового террейна; 2 (II) - образования Каменского острово-дужного террейна; 3 (III) - образования Онон-ского террейна аккреционного клина; 4 (IV) - образования Аргунского террейна; 5 - позднеюрско-раннемеловые рифтогенные впадины с вулкано-генно-осадочным выполнением; 6 - Ново-Широ-кинское полиметаллическое месторождение (НШ); 7 - граница распространения карбонатного неопротерозойско-нижнекембрийского чехла Аргунского террейна; 8 - разломы, ограничивающие Монголо-Охотскую сутурную зону
Структура рудного района, к которому приурочено Ново-Широкинское месторождение, представляет собой грабен с блоковым внутренним строением [8]. Нижний структурный этаж грабена сложен кристаллическими сланцами, кварцитами и карбонатными породами ранне-палеозойского возраста. Верхний структурный этаж подразделяется на два яруса. Нижний структурный ярус представлен морскими терригенными отложениями
раннеюрского возраста. Верхний структурный ярус включает в себя базальные конгломераты, туфы трахиандезитового и трахиандезибазальтового составов, которые венчаются толщей андезитов, тра-хиандезитов, трахиандезибазальтов и трахибазальтов [7].
Рудные тела месторождения обладают трубо-, гнездо-, линзо-, жилообраз-ной формой, а зоны минерализации имеют крутые углы падения и кулисооб-разный характер размещения (рис. 2) [8]. Выделяются сплошные и преобладающие прожилково-вкрапленные руды колчеданного, колчеданно-полиметалличе-ского и существенно полиметаллического типов. Для Ново-Широкинского месторождения традиционно отмечается тесная связь рудного процесса с магматическими образованиями шошонит-лати-товой серии Забайкалья [9].
Рис. 2. Геологический разрез центральной части Ново-Широкинского полиметаллического месторождения по данным [8]:
1 - лиственитизированные трахиандезиба-зальты; 2 - лиственитизированные диоритовые порфириты; 3 - березитизированные гранодио-рит-порфиры; 4 - участки интенсивной серици-тизации, окварцевания и пиритизации; 6 - рудные тела; 7 - скважины
Определения изотопного состава свинцов руд и магматических пород проводились на многоколлекторном с индуктивно связанной плазмой масс-спектрометре MC-ICP-NEPTUNE plus методом двойного изотопного разбавления с применением трассера 207Pb + 204Pb. Многократные измерения стандартного образца NIST SRM-981 (n = 27) дали следующие результаты: 206Pb/204Pb = 16,9376 ± 0,0022; 207Pb/204Pb = 15,4918 ± 0,0022; 208Pb/204Pb = 36,695 ± 0,006. Погрешность анализов (2SD) составила 0,017-0,019%.
На диаграмме в координатах
207Pb/204Pb-206Pb/204Pb (рис. 3) показана
изотопная систематика галенитов Ново-Широкинского месторождения, а также рассеянных свинцов пород шошонит-ла-титовой и трахибазальтовой серии. Изотопный состав большинства галенитов главного рудного тела Ново-Широкин-ского месторождения (р = 9,60-9,64) близок к линии изотопной эволюции свинца в источнике «Ороген», что подтверждает вывод о коровом источнике свинца этого месторождения [3]. Возраст свинцов главного рудного тела, рассчитанный по модели [11], лежит в пределах 100-114 MA млн лет, что может, вероятно, служить верхней возрастной оценкой процесса рудоотложения. Этот возраст заметно моложе возраста магматических образований шошонит-латитовой серии -165-155 млн, но близок к возрасту вулканитов трахибазальтовой серии - 118-125 МА, что позволяет по-новому взглянуть на роль последних в генезисе Ново-Ши-рокинского месторождения. В пользу последнего соображения свидетельствует и намечающаяся линия смешения между составами трахибазальтов и рудных свинцов (рис. 3), связывающая корово-мантийный (р« 9,2-9,4) и коровый источники вещества типа «Ороген» (р « 9,69,7). При этом следует признать, что возможная доля мантийной компоненты в галенитах главного рудного тела месторождения крайне мала.
Кроме корового свинца на Ново-Широкинском месторождении обнаружен свинец, изотопный состав которого
резко отличен от преобладающего изотопного состава свинца главного рудного тела. Его изотопный состав сопоставляется с корово-мантийным трендом модели Стейси-Крамерса [11] (тренд I S-K, р = 9,4 на рис. 3). Этот свинец обнаружен в рудной жиле, находящейся вблизи главного рудного тела месторождения. Рудная жила имеет полосчатое строение, характеризующееся чередованием полос среднекристаллического галенита с примесью мелкозернистого пирита и полос, сложенных пиритом, кварцем и карбонатом. Сульфидная часть жилы переходит в интенсивно измененный эффузив шошо-нит-латитовой серии. Таким образом, можно было бы полагать, что корово-мантийный источник свинца связан именно с магматитами шошонит-латито-вой серии. Однако изотопный состав (р = 9,44) и возраст этого рудного свинца, составляющий 430 млн лет, исключает его непосредственную генетическую связь с позднемезозойскими внутриплитовыми магматическими образованиями региона. Факт существования рудного свинца с такими изотопными характеристиками может быть объяснен только с позиций его мобилизации в процессе рудогенеза из пород рифейско-раннепалеозойского фундамента Аргунского террейна. На роль такого протолита могут претендовать базиты офиолитовой природы, развитые в пределах северо-западного обрамления Аргунского террейна, для которых обоснован изотопный возраст 446476 млн лет [ 1 ].
Таким образом, корово-мантийный тренд эволюции изотопного состава рудных свинцов (S-K, р = 9,4), предложенный для рудно-магматических систем золото-сульфидных месторождений южной окраины Западно-Станового террейна [3], получил дополнительное подтверждение нашими исследованиями руд Ново-Широкинского месторождения Аргунского террейна.
На диаграмме в координатах
208Pb/204Pb-206Pb/204Pb (рис. 4) составы
рудных свинцов Ново-Широкинского месторождения группируются вблизи
линии изотопнои эволюции свинца, отвечающей среднему составу континентальной коры и = 36,84). Точки составов свинцов месторождений Западно-Станового террейна, имеющие корово-мантий-ный источник, смещены от этого тренда в область более низких величин и = 34,75-34,97 [3], что свидетельствует об относительно высоком ТЫи отношении в источнике. Изотопный состав ко-рово-мантийного свинца Ново-Широкин-ского месторождения имеет величину и = 35,75, что ближе к среднекоровой величине. Это может указывать на различия в природе корово-мантийных источников рудного свинца месторождений в пределах Западно-Станового и Аргунского террейнов.
Рис. 3. Диаграмма зависимости 207Pb/204Pb от 206pb/04pb для галенитов Ново-Широкинского полиметаллического месторождения:
1 - составы галенитов Ново-Широкинского месторождения; 2 - составы рассеянных свинцов вулканитов трахибазальтовой серии Восточного Забайкалья (Ингодинская, Усуглинская, Му-линская рифтогенные впадины); 3 - составы рассеянных свинцов монцогаббро и шошонитов шо-шонит-латиовой серии вулкано-плутонической ассоциации Александрово-Заводской впадины. Линия эволюции изотопного состава Pb для коро-вого источника «Ороген» дана по [12]; сплошные линии соответствуют изотопной эволюции свинца по модели Стейси-Крамерса (S-K) [11]. Тренды (I) и (II) показывают эволюцию свинца в корово-мантийном и коровом источниках по [3]. Линией (III) показана возможная линия смешения между корово-мантийным и коровым источниками свинца, намеченная по тренду пород трахибазальтовой серии и «коровым» рудам Ново-Ши-рокинского месторождения
Рис. 4. Диаграмма зависимости 208РЬ/204РЬ от 206РЬ/204РЬ для галенитов Ново-Широкинского полиметаллического месторождения.
Условные обозначения см. на рис. 3
Таким образом, на основе исследования вариаций изотопного состава свинца галенитов руд Ново-Широкин-ского полиметаллического месторождения впервые обосновано выделение двух источников рудного вещества - корового и корово-мантийного, что дополняет модель, предложенную в статье [3]. Коро-вый преобладающий источник соответствует по своим изотопным характеристикам источнику «Ороген» (и = 9,6-9,7) плюмботектонической модели. Корово-мантийный источник (и = 9,4), играющий резко подчиненную роль, может представлять собой вещество раннепалеозой-ских офиолитовых комплексов северо-западного обрамления Аргунского террейна. Кроме того, можно предполагать незначительное влияние на изотопный состав свинца руд корово-мантийной компоненты (и и 9,2-9,4), связанной с внутриплитовыми магматическими образованиями трахибазальтовой серии.
Исследования выполнялись при финансовой поддержке грантов РФФИ 14-05-00887, 15-05-05079, 13-05-12026_офи_м, а также интеграционных проектов ИП 99 и ИП87.
Библиографический список
1. Булгатов А.Н., Климук В.С., Ши-вохин Е.А. Кулиндинская свита в страто-типе (Восточное Забайкалье, Монголо-
Охотский складчатый пояс) // Отечественная Геология. 2010. № 4. С. 54-60.
2. Зоненшайн Л.П., Кузьмин М.И., Натапов Л.М. Тектоника литосферных плит территории СССР. В 2 кн. М.: Недра, 1990. Кн. 1. 328 с.
3. Изотопно-свинцовые рудные провинции Восточного Забайкалья и их связь со структурами региона (по данным высокоточного MC-ICP-MS-изучения изотопного состава РЬ) / А.В. Чугаев, И.В. Чернышев, Н.С. Бортников, В.А. Ко-валенкер, Г.Д. Киселева, В.Ю. Прокофьев // Геология рудных месторождений. 2013. № 4 (55). С. 282-294.
4. Карийская золоторудно-магмати-ческая система Восточного Забайкалья: Rb-Sr геохронология грани-тоидов и изотопный состав рудных свинцов / С.И. Дриль, А.М. Спиридонов, С.В. Ефремов, Т.А. Владимирова, В.С. Чуканова, Н.Н. Ильина // Новые горизонты в изучении процессов магмо- и рудообразова-ния: материалы науч. конф. (8-10 ноября 2010 г.). М.: Изд-во ИГЕМ РАН, 2010. С. 66-67.
5. Кузьмин М.И., Ярмолюк В.В. Мантийные плюмы Северо-Восточной Азии и их роль в формировании эндогенных месторождений // Геология и геофизика. 2014. № 2 (55). С. 153-184.
6. Модель формирования ороген-ных поясов Центральной и Северо-Восточной Азии / Л.М. Парфенов, Н.А. Бер-зин, А.И. Ханчук, Г. Бадарч, В.Г. Бели-ченко, А.Н. Булгатов, С.И. Дриль,
Г.Л. Кириллова, М.И. Кузьмин, У. Нокле-берг, А.В. Прокопьев, В.Ф. Тимофеев, О. Томуртогоо, Х. Янь // Модель формирования орогенных поясов Центральной и Северо-Восточной Азии // Тихоокеанская геология. 2003. № 6 (22). С. 7-41.
7. Петрохимические и геохимические особенности вулкано-плутониче-ской ассоциации Быстринской тектоно-магматической структуры / Л.Д. Зорина, З.И. Куликова, В.И. Баумштейн, В.Н. Смирнов // Геология и геофизика. 1986. № 9 (27). С. 67-74.
8. Санин Б.П., Зорина Л.Д. Формации свинцово-цинковых месторождений Восточного Забайкалья. М.: Наука, 1980. 184 с.
9. Спиридонов А.М., Зорина Л.Д., Китаев Н.А. Золотоносные рудно-магма-тические системы Забайкалья. Новосибирск: Академическое изд-во «Гео», 2006. 291 с.
10. Pirajno F. Ore deposits and mantle plumes. Netherlands: Kluwer Aa Publishers, 2000. 550 p.
11. Stacey J.S., Kramers I.D. Approximation of terrestrial lead isotope evolution by a two-stage model // Earth Planet. Sci. Lett. 1975. V. 26. I. 2. P. 207-221.
12. Zartman R.E., Doe B.R. Plumbo-tectonics - the model // Tectonophysics. 1981. V. 75. P. 135-162.
Статья поступила 17.09.2015 г.
