CC BY
40
Кора выветривания в депрессии озера Сопчъявр и возможность образования россыпей благородных металлов
0.П. Корсакова
Геологический институт КНЦ РАН, Апатитский филиал МГТУ
Аннотация. В статье анализируются геолого-геоморфологические, литологические, минералогические и геохимические данные, характеризующие смещенную кору физико-химического выветривания, не моложе миоцен-плиоценового возраста, обнаруженную при поисковом бурении в депрессии оз. Сопчъявр. Установлено, что условия выветривания были достаточными для гипергенного минералообразования и высвобождения минеральных фаз, несущих полезный компонент, с последующим возможным формированием россыпей. Отмечены значительные концентрации хрома, никеля и незначительное обогащение платиной, палладием, золотом.
Abstract. The paper has considered the geological, geomorphological, lithological, mineralogical and geochemical data characterized the dislocated crust of weathering discovered during the prospect drilling of the Sopchyavr lake depression. The age of the weathering crust is not younger than the Miocene-Pliocene. It has been established that weathering conditions were appropriate to produce hypergene minerals, to release mineral phases bearing precious metals and subsequent possible formation of the placers. The rocks of the crust contain some concentration of chromium, nickel, platinum, palladium and gold.
1. Введение
Наличие коры выветривания является одним из важнейших факторов россыпеобразования, т.к. именно она служит первым промежуточным коллектором полезных минералов на пути их миграции и концентрации в виде россыпи. Мобилизация россыпеобразующих минералов из коренного источника почти всегда осуществляется в результате выветривания коренных пород и образования элювия. Имеются данные о повышенном содержании золота, серебра и платины в коре выветривания Кольского региона.
Повышенным содержанием золота (0.34 г/т) и серебра (1.13 г/т) характеризуется кора выветривания, развивающаяся по эффузивно-осадочным породам Контозерской палеокальдеры девонского возраста (Киселев, 1993). Отдельные повышенные концентрации золота (до 3 г/т) отмечены в каолинит-гидрослюдистой коре выветривания, развивающейся по углеродистым сланцам в верховьях р. Варзуги в районе рудопроявления Фомкин ручей. Миоцен-плиоценовая кора выветривания, которая встречается практически на всех породах в Прихибинье, образуя здесь небольшие (до нескольких километров) в поперечнике площадные ареалы, также характеризуется отдельными повышенными (0.1 г/т) концентрациями золота, а в бассейне р. Черной в пределах зоны окварцованных сульфидно-карбонатно-углеродистых сланцев имандра-варзугского комплекса переотложенная в карстовой воронке кора выветривания характеризуется высокой (3-5 г/т) концентрацией серебра (Киселев, 1989). Кора выветривания, переотложенная в карстовых полостях и воронках, обнаружена и в долине руч. Аномального, где к нижним частям каолинизированных отложений (каолинит-гидрослюдистым и гидрослюдистым глинисто-дресвянистым образованиям) приурочено золото. Максимальные концентрации металла здесь достигают 1 г/т (Киселев, 1989). Приведенные примеры свидетельствуют о наличии гипергенного минералообразования, связанного с выветриванием коренных пород, и начальных стадий формирования россыпей, особенно россыпей минералов высокой плотности.
Как известно, россыпи минералов высокой плотности (золото, алмазы, минералы платиновой группы и др.) могут образовываться в самых разнообразных палеогеографических обстановках, в том числе и в обстановках высокоширотных кристаллических щитов вблизи богатых коренных источников полезных компонентов. Наличие богатого коренного источника, подвергающегося выветриванию, в данном случае является главным условием для благоприятного прогноза россыпеобразования. Этому условию отвечают платиноносные интрузивы Монче-тундр.
Хотя платиновые месторождения обнаружены достаточно давно, вопросам формирования россыпей платины пока уделялось мало внимания. Существуют единичные определения содержания минералов платиновой группы (МПГ) в коре выветривания, развивающейся на массивах щелочно-ультраосновной формации, в частности на массиве Себльявр, где содержание МПГ достигает 0.57 г/т. Здесь же зафиксированы и повышенные содержания золота - 0.18 г/т (Гаврилепко и др., 1998).
Поисковым бурением в депрессии оз. Сопчъявр у подножия северного склона г. Лойпешнюн (Монче-тундра) в пределах платиноносного Мончегорского плутона была обнаружена кора выветривания, которая может являться промежуточным коллектором россыпеобразующих минералов.
2. Геолого-геоморфологическая характеристика района исследования
Изученная кора выветривания развивается по габброидам в зоне контакта основных и ультраосновных пород Мончегорского дифференцированного плутона - лополита (Козлов, 1973) и габбро-лабрадоритов массива Главного хребта Чуна-Монче-Волчьих тундр в юго-западной выпуклой части Мончеплутона (рис. 1). Мончегорский плутон занимает площадь более 50 км2 и состоит из двух частей: субмеридионального массива Ниттис-Кумужья-Травяная и субширотной ветви, образованной массивами Сопча и Нюд-Поаз. Соединяясь, эти две ветви создают подковообразную форму плутона, выпуклой стороной обращенного на юго-запад, где массив имеет наибольшую мощность, равную 1.5 км (Козлов и др., 1967).
Депрессия озера Сопчъявр соответствует западной части массива Сопча, который сложен преимущественно ультраосновными породами. В целом сверху вниз здесь выделены: пироксениты -бронзититы; переслаивающиеся пироксениты, оливиновые пироксениты и перидотиты; перидотиты; ультраосновные полевошпатовые и основные породы. Дно массива Сопча имеет форму симметричной мульды, которая полого погружается на запад-юго-запад, а крылья имеют наклон к центру иод углом 4045° на западе и 20-25° на востоке (Горбунов и др., 1981).
Рельеф дневной поверхности в пределах депрессии Сопчъявр имеет ярусное строение (рис. 2). Верхний ярус рельефа представлен выровненными поверхностями, являющимися, возможно, остатками древнего пенеплена, на котором продолжается денудационное разрушение (физическое выветривание, нивация и т.п.), также идущее по пути пенепленизации. Продукты выветривания снесены вниз по склонам, и большая их часть сосредоточена в элювиально-делювиальных покровах предгорий, в конечных моренах горных ледников, в гравийно-песчаных абляционных и основных моренах, а также удалены за пределы горных массивов флювиальными и ледниковыми процессами.
Рис. 1. Схематическая геологическая карта Мончегорского плутона (Горбунов и др., 1981). 1 - сульфидные медно-никелевые жилы; 2 - дайки диабазов и лампрофиров; 3 - породы "критического" горизонта; 4 - рудные пласты Сопчи; 5 - лейко-мезократовые нориты; 6 - меланократовые нориты; 7 -оливиновые нориты; 8 - плагиоклазовые пироксениты; 9 - пироксениты (бронзититы); 10 - зона чередования пироксенитов, оливиновых пироксенитов и перидотитов; 11 - перидотиты (гарцбургиты); 12 - зона чередования пироксенитов, перидотитов, норитов, рассеченная многочисленными жилами основных и кислых пород; 13 - оливиниты; 14 - метаморфизованные нориты и габбро-нориты предгорий Выручуайвенч; 15 - кварцевые габбро и диориты; 16 - андезиты, дациты и их туфы; 17 -метадиабазы и метамандельштейны серии имандра-варзуга; 18 - массивные габбро-нориты и габбро Главного хребта; 19 - метаморфизованные и рассланцованные габбро и габбро-нориты; 20 - гнейсы кольско-беломорского комплекса; 21 - диориты, гранодиориты; 22 - тектонические нарушения; 23 -контакты плутона (а - установленные, б - предполагаемые); 24 - границы распространения пород
шь Е
12
в
ю
Рис. 2. Геоморфологическая схема района депрессии оз. Сопчъявр.
1 - выровненные поверхности верхнего яруса рельефа;
2 - склоновые поверхности верхнего и среднего ярусов рельефа;
3 - предгорные педименты;
4 - выровненные наклонные и ступенчатые поверхности нижнего яруса рельефа (структурно-денудационные и аккумулятивные поверхности);
5 - поверхности преобладания эрозионного расчленения (а), с фрагментами аккумулятивных поверхностей (б);
6 - техногенно-преобразованный рельеф;
7 - конечные морены горных ледников;
8 - гравийно-песчаные морены, элювиально-делювиальные отложения;
9 - озы, флювиогляциальные дельты, краевые гряды из сортированного материала;
10 - аллювиальные, аллювиально-озерные отложения
Средний ярус рельефа представлен склонами разной крутизны. В нижних своих частях они образуют предгорный педимент, наиболее морфологически выраженный у подножия г. Ниттис. С поверхностью педимента связаны элювиально-делювиальные отложения. Площадка педимента наклонена в сторону падения склонов, и нижние ее части погребены под гравийно-песчаными моренами (абляционной и основной) или под элювиально-делювиальным плащом пород. Эти отложения и породы формируют выровненные наклонные ступенчатые поверхности и нижнего яруса рельефа (структурно-денудационные и денудационно-аккумулятивные поверхности). Педимент выработан главным образом в габброидах Главного хребта и в пироксенитах, норитах и оливинитах Мончеплутона, подверженных тектоническим нарушениям, которые способствуют денудации.
Самые нижние части склонов, морфологически выраженные днищем депрессии оз. Сопчъяв, подвержены эрозионно-аккумулятивной деятельности современных флювиальных и древних водноледниковых процессов (речных потоков и потоков талых ледниковых вод). В связи с этим здесь представлены аллювиальные, аллювиально-озерные отложения, отложения флювиогляциальных дельт, озы и краевые гряды из сортированного материала.
Поисковая скважина (скважина 1705), вскрывшая мощную толщу рыхлых пород, находится у бровки депрессии Сопчъявр (рис. 1, 2). Депрессия морфологически выражена ступенчатыми склонами нижних ярусов рельефа, представляющих собой структурно-денудационные и аккумулятивные поверхности.
3. Геологический разрез рыхлых пород, включающих кору выветривания
Мощность разреза рыхлых пород, вскрытых скважиной 1705, составляет 65.4 м. Вся эта толща представлена в основном супесчано-суглинистой породой с большим количеством песка, гравия, щебня, дресвы, неокатанных и в разной степени окатанных валунов (рис. 3).
Верхние два метра разреза сложены рыхлыми, пылеватыми супесчано-суглинистыми отложениями с большим количеством гравия, гальки, мелких валунов, слабо- и среднеокатанных. С глубины 2 м до глубины
20-
30
40
50
.'©Л
Г Л Г Л
2.0
6.6
47.4
©
Рис. 3. Геологический разрез рыхлых пород по скважине. 1 - морена; 2 - песок; 3 - супесь; 4 - суглинок; 5 -песчано-галечно-гравийная смесь со щебнем и валунами; 6 -
кристаллические породы со щебнем; 7 - коренные кристаллические породы, 8 -следы ожелезнения пород
6.8 м - аналогичная супесчано-суглнннстая порода, однако она сцементирована, и в керне местами сохранились признаки плитчатой текстуры. В этом слое отдельные гравийные зерна и мелкие валуны хорошо окатаны. Переход в нижележащий горизонт четкий, отбивается по цвету и гранулометрическому составу пород. Породы, залегающие в верхней части разреза (0.0-6.8 м), относятся к моренным отложениям (абляционной и базальной морене).
С глубины 6.8 м до глубины 47.4 м отмечается напластование пылеватой, песчаной, супесчано-суглинистой, суглинистой пород, содержащих большое количество разнозернистого, преимущественно крупнозернистого песка и щебня. Порода в этой части разреза в основном слабо сцементирована, включает большое количество выветрелого крупнообломочного материала. Прослои отличаются количеством грубообломочного материала и цветом, меняющимся от светло-серого, палевого до бурого. Эта часть разреза в скважине дважды прерывается массивными кристаллическими породами (возможно крупными валунами), представленными меланократовым габбро, где проходка велась с промывкой рыхлого материала, о чем свидетельствуют потери керна (на глубине 9.3-15.3 м из-за потери керна разрез сокращен почти вдвое, на глубине 32.8-36.1 м потеря керна незначительна, но имеет место). В средней части этой толщи отмечены мелкие валуны сильно выветрелой массивной породы светло-серого цвета с зеленоватым оттенком и вкраплениями темноцветных минералов. По определению Т.В. Рундквист, это выветрелый пироксенит. Данная часть разреза соответствует переотложенной склоновыми и преобразованной криогенными процессами коре выветривания. Отмечается увеличение грубообломочного материала в верхних частях толщи, к подошве состав становится более глинистым. Нарушение единства профиля выветривания здесь объясняется криотурбацией. Вертикальное перемещение материала, имеющее место в таком случае, приводит к скоплению наиболее крупных обломков в верхних частях толщи, а мелкозем, особенно алевритовые и глинистые частицы, смещается в нижние части толщи.
С глубины 47.4 м до 65.4 м отмечается последовательная смена сверху вниз плотной сцементированной песчанистой, суглинистой, супесчано-суглинистой, суглинистой пород с большим количеством щебня, дресвы, гравия, песка. Цвет пород в этой, нижней части, рыхлой толщи - светлосерый, темно-серый, местами с буроватым и зеленоватым оттенками. Нижняя часть разреза рыхлой толщи является, возможно, частично смещенной корой выветривания.
Нижние 40 см разреза рыхлых образований, в интервале глубин 65.4-65.8 м представлены щебнем материнских пород, а с глубины 65.8 м отмечаются материнские породы габбро-норитов с признаками оталькования и ожелезнения.
4. Характер выветривания, концентрация петрогенных и рудогенных элементов в породах
Процессами выветривания затронуты исходные породы эпидотизированного габбро с глубины 77 м, где они сменяются хлоритизированным рассланцованным габбро. Выше по разрезу, в интервале 65.6-70.4 м, по определению A.A. Калинина и A.A. Басалаева фиксируется хлорит-монтмориллонитовая зона коры выветривания (рис. 4).
Нижние горизонты рыхлой толщи сложены породами преимущественно супесчано-суглинистого состава. Следует заметить, что собственно глинистая зона коры выветривания здесь отсутствует, хотя отмечено наличие каолинита. Эта, возможно, частично смещенная кора выветривания, развивающаяся по габброидам, залегает в интервале 47.4-65.8 м. Она является продуктом физико-химического выветривания, которое сопровождалось полным разложением амфибола, в меньшей степени плагиоклаза, образованием хлорита, монтмориллонита, каолинита (Корсакова и др., 1997). Приподошвенные горизонты коры выветривания незначительно обогащены платиной, золотом (десятки миллиграммов на тонну), а также никелем и хромом. Выше по разрезу толщи содержание названных элементов сильно изменчиво (рис. 4).
Средняя часть рыхлой толщи (на глубине 6.8-47.4 м) отличается большим количеством грубообломочного слабо- и неокатанного материала преимущественно ультраосновных пород. Из глинистых минералов термическим и рентгеновским дифрактометрическим методами здесь установлены хлорит, монтмориллонит и гидрослюда (гидробиотит и, вероятно, вермикулит). Эта часть толщи сформирована продуктами выветривания ультраосновных пород, переотложенными под воздействием криогенных и спровоцированных ими склоновых процессов. Концентрации благородных металлов здесь составляют: около 0.06 г/т (60 ppb) платины, 0.03 г/т (30 ppb) золота, 0.6 г/т (0.6 ppm) палладия. Характерны высокие содержания хрома - 3000 г/т (3000 ppm) и никеля 1500 г/т (1500 ppm) (Корсакова и др., 1997).
Верхняя часть рыхлых пород (до глубины 6.8 м) представлена ледниковыми отложениями абляционной и основной морен, сформированными за счет местного и приносного материала.
В связи с особенностями строения толщи рыхлых пород и их соотношения с подстилающими кристаллическими породами, а также с особенностями минералообразования и содержания различных элементов находятся вопросы генетической и возрастной интерпретации обнаруженной коры выветривания.
ао2(%)
О 10 20 30 40 50
А1,03,Мд0('Л)
ЫЦррт)
ъ
{ РРт)
м,Н »1
Nаг0з (%)
О ОА ов 1.2 16 2.0
к,о (%)
О 0.2 ОА 0 6 0 6 1.0
[7ПГ), [ГТ}2 ЕЗз
Iм I* * 1.ч ЕЭе
Шу
1 ООО
2000
О 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1
Аы (РРт)
О 0.02 О'ОА О'йб 0.06 Ра1 (РРт) _
РдРРт)
6.2 0.3 ОА 0.6 0.6
Рис. 4. Концентрации петро- и рудогенных элементов в породах скважины.
1 - кварц, полевой шпат;
2 - габбро;
3 - хлорит;
4 - монтмориллонит;
5 - каолин;
6 - хлорит-
монтмориллонитовая зона коры выветривания;
7 - места опробования
Наиболее чутким индикатором палеогеографических условий минералообразования в связи с различным типом выветривания является глинистая фракция. Известно, что минералы группы каолинита образуются в условиях жаркого и влажного климата при изменении силикатов, главным образом, полевых шпатов. Минералы группы монтмориллонита, хлориты при отсутствии каолинита являются свидетельством влажного умеренного климата и образуются при выветривании основных вулканогенных пород в условиях значительного обводнения (Афанасьев, 1977). В нашем случае данные условия выполняются: выветриванию подвергаются интрузивные породы в условиях значительного обводнения, чему способствует большой размах рельефа поверхности и наличие грунтовых вод в породах, т.к. отмечено, что скважина фонтанирует.
Наличие каолинита в нижних частях разреза исследованной рыхлой толщи свидетельствует о том, что условия, при которых образовывались эти породы, существенно отличались от современных в сторону потепления и увлажнения, поэтому данную кору выветривания следует считать образованием, возраст которого не моложе, чем миоцен-плиоценовый.
Известно, что основной особенностью профиля выветривания миоцен-плиоценовой коры выветривания является отсутствие собственно глинистой зоны. Даже наиболее проработанные продукты выветривания имеют песчано-алевритовый состав (Афанасьев, 1977). Образование такой коры выветривания происходило в гумидной зоне при умеренном климате, который является более теплым и влажным, чем климат, характерный для четвертичного периода.
При четвертичном выветривании глинистая фракция имеет довольно сложный состав, т.е. она полиминеральна. На дифрактограммах в этом случае фиксируются рефлексы хлорита, монтмориллонита и гидрослюд (гидробиотита и вермикулита). Важной характерной особенностью четвертичного гипергенеза является отсутствие каолинита среди продуктов выветривания, т.е. характер выветривания относится к гидрослюдистому безкаолиновому типу, синтез новых гипергенных минералов подавлен (Афанасьев, 1977). Минералогический анализ глинистой фракции нижних частей коры выветривания в изучаемой скважине показывает наличие каолинита. Это является свидетельством возраста, более древнего, чем четвертичный, несмотря на полиминеральный состав глинистой фракции.
Похолодание климата и длительное сезонное промерзание грунтов, характерное для четвертичного периода, нарушают условия сохранения продуктов выветривания на месте своего образования. Под влиянием криогенных процессов, провоцирующих и развитие склоновых процессов, возникший при выветривании рыхлый материал испытывает перемещение и в горизонтальном, и в вертикальном направлениях (Швецов, 1963). В таком случае формируется переотложенная и смещенная кора выветривания (средняя часть разреза рыхлой толщи в скважине), которая по сути уже является осадочным образованием.
5. Выводы
1. Кора выветривания, вскрытая скважиной в депрессии оз. Сопчьявр, является частично смещенной криогенными процессами и переотложенной склоновыми процессами. Она развивается по тектоническому контакту пород Мончеплутона и Главного хребта и относится к типу линейных кор выветривания. Возраст изученной коры выветривания не моложе, чем миоцен-плиоценовый.
2. Большой размах рельефа, наличие наклонных поверхностей выравнивания, типичных для горных районов, геологические, литологические, минералогические и геохимические данные позволяют считать, что условия выветривания были достаточными для гипергенного минералообразования и высвобождения платиноносных минеральных фаз с последующим возможным формированием россыпей. Положительный прогноз их формирования не зависит от того, связано ли развитие коры выветривания с мезозойско-кайнозойской эпохой глубокой химической переработки или изученная кора выветривания сформировалась в результате физико-химического выветривания и действия других экзогенных процессов в условиях умеренного влажного климата.
Работа выполнена в рамках тематических исследований Геологического института КНЦ РАН и Договора о сотрудничестве с Центрально-Кольской геологической экспедицией. Автор благодарит своих коллег А.Е. Антонюка, A.A. Басалаева, Б.В. Гавриленко, A.A. Калинина, Т.В. Рундквист за плодотворное сотрудничество, полезные советы и консультации.
Литература
Афанасьев А.П. Фанерозойские коры выветривания Балтийского щита. Л., Наука, 244 е., 1977. Гавриленко Б.В., Афанасьев Б.В., Шпаченко А.К., Скиба В.И. Благородные металлы в щелочно-габброидных и карбонатитовых комплексах Кольского региона. Стратегия использования и развития минерально-сырьевой базы редких металлов России в XXI веке: Тезисы докладов Международного симпозиума, Москва, 5-9 октября 1998 г. М, с.281-282, 1998. Горбунов Г.И., Бельков И.В., Макиевский С.И. Минеральные месторождения Кольского полуострова. Л., Наука, 272 е., 1981.
Киселев И.И. Поиски карстовых россыпей в Карело-Кольском регионе. Разведка и охрана недр, № 9, с.34-38, 1989.
Киселев И.И. Концентрация ценных минералов в рыхлом покрове восточной части Балтийского щита.
Отечественная геология, № 11, с.25-32, 1993. Козлов Е.К. Естественные ряды пород никеленосных интрузий и их металлогения. На примере
Кольского полуострова. Л., Наука, 288 е., 1973. Козлов Е.К., Юдин Б.А., Докучаева B.C. Основной и ультраосновной комплексы Монче-Волчьих-
Лосевых Тундр. Л., Наука, 166 е., 1967. Корсакова О.П., Калинин A.A., Антонюк А.Е., Бахчисарайцев А.Ю. Кора выветривания платиноносных интрузивов Монче-тундр как палеогеографический индикатор россыпеобразования. Важнейшие промышленные типы россыпей и месторождений кор выветривания, технология оценки и освоения: Тезисы докладов XI Международного совещания по геологии россыпей и месторождений кор выветривания, Москва — Дубна, 15-19 сентября 1997 г. М, с.122, 1997. Швецов П.Ф. Мерзлые слои земные, их распространение и значение. М., Недра, 102 е., 1963.
