Глубинное строение и рудообразующие системы Печенгского рудного района (Арктическая зона России)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Глубинное строение и рудообразующие системы Печенгского рудного района (Арктическая зона России)

К.В. Лобанов, М. В. Чичеров, И. А. Чижова, Т. А. Горностаева

ФГБУН Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН (Москва, Российская Федерация)

Н.В. Шаров

DEPTH STRUCTURE AND ORE-FORMING SYSTEMS OF THE PECHENGA ORE REGION (RUSSIAN ARCTIC ZONE)

Lobanov K. V., Chicherov M. V., Chizhova I. A., Gornostaeva T. A.

Institute of Geology of Ore Deposits, Petrography, Mineralogy and Geochemistry, RAS (Moscow, Russian Federation)

Sharov N. V.

Institute of Geology of the Karelian Research Centre of the Russian Academy of Sciences (Petrozavodsk, Russian Federation)

Abstract

The integral depth model of the Pechenga ore region was created via computer simulation on the basis of the results of geophysical studies and ultra-deep drilling. The integral depth model simulates the Pechenga ore region as a horizontal section of a mantle volcano-plutonic ore-forming system of the central type. The model defines the North wing of the Pechenga structure as a volcanic caldera fragment, and its southern part describes as a scaly monocline, combined with the domes of rheomorphic granitoids. Subsequently, they underwent intense compression and metamorphism. Then, in conditions of stretching, steeply dipping zones of cataclasites and retrograde metamorphism were formed. Thus, the Pechenga Cu-Ni deposit can be referred to the volcano-plutonic type and the corresponding ore-forming system of the mantle-crust type.

Using geophysical methods, the Vp/Vs anomaly at a depth of 20-25 km and the rise of the Moho boundary, reaching a maximum height of 34 km under the Pechenga structure, were identified. This can be interpreted as a relic mantle plume that determined geological events in the Paleoproterozoic.

The compilation of structural, petrological, mineralogical and geochemical data suggests that at the upper levels of the Cu-Ni ore-forming system was evolving in two stages: 1) the introduction mantle gabbro-wehrlite sills in heterogeneous Productive strata, their differentiation and the formation of magmatic Cu-Ni ores; 2) shear deformations and metamorphism of gabbro-wehrlite sills and the deposition of remobilized Cu-Ni ores in the synmetamorphic shear zones.

Drilling and studies of the SG-3 well have proven high saturation of the Precambrian crust with a variety of ore mineralization cross the whole section, including gold ore one in the range of 9800-11000 meters. The gold mineralization spatially coincides with the zones of regressive changes, which indicates its structural control. The question of the gold mineralization position in the SG-3section in the overall sequence of endogenous processes remains debatable.

Based on the integral geodynamic model of the deep structure of the Pechenga ore region, a new interpretation of the deposits' localization is proposed. According to these views, the Pechenga ore field with nickel-bearing intrusions is a paleo-analogue of the Norilsk ore region, but has undergone intensive tectonic-metamorphic transformations. Given that the horizons of low-sulfide PGE mineralization in gabbro-wehrlite stratified intrusions were identified in the Norilsk area, an attempt was made to study the same mineralization in the Pechenga ore region.

Keywords: The Arctic zone, the Pechenga ore region, copper-nickel deposits, gold mineralization, platinum group metals, Kola super-deep well, seismic studies.

Введение

В экономическом развитии и геологическом изучении Печенгского рудного района преобладают добыча и переработка сульфидных медно-никеле- вых руд. Сульфидные медно-никелевые месторождения Печенгского рудного поля являются вторым после Норильского района источником никеля в нашей стране и основой самого крупного из ныне действующих горнодобывающих предприятий Европы. Они входят в первую пятерку сульфидных медно-ни- келевых месторождений мира и являются объектом все расширяющихся геолого-разведочных и научноисследовательских работ. Главные металлы -- медь, никель и кобальт. Попутно добываются металлы платиновой группы. Балансом на 31 декабря 2017 г. учтены запасы в количестве 470,4 млн т руды, содержащие 3,16 млн т Ni и 1,54 млн т Cu.

Печенгский рудный район традиционно рассматривается как состоящий из Печенгского и Алларе- ченского рудных полей. Первое приурочено к структуре одноименного раннепротерозойского вулканогенно-осадочного комплекса. Второе расположено к югу от этой структуры в архейских метаморфических породах. В составе карельской Печенга-Иман- дра-Варзугской зоны Печенгский рудный район фигурировал во всех геотектонических и металло- генических интерпретациях Фенноскандинавско- го щита. Зона состоит из нескольких тектонически нарушенных сегментов, отличающихся различными раннепротерозойскими вулканогенно-осадочными комплексами и их строением. Основными частями являются Имандра-Варзугская зона и Печенгская структура. Иногда Печенгская структура объединяется с поясом Пасвик-Полмас [1; 2]. Корреляция геологических, геофизических и металлогенических данных по прилегающим территориям России, Норвегии и Финляндии позволила предположить, что Печенгский рудный район представляет собой изолированный сегмент Печенга-Имандра-Варзугской металлогенической зоны [2; 3].

На северо-востоке район ограничен Титовско-Ам- барной (Воронья-Колмозерской) системой разломов, с юго-востока -- Лицко-Арагубской, на северо- западе -- Инари-Киркинесской, а на юго-западе -- системой малоизученных разломов северо-западного простирания (рис. 1a). В этой интерпретации архейский фундамент Печенгского рудного районавключает в себя несколько фрагментов Норвежско- Кольского и Инари блоков, в то время как его протерозойские структурные элементы включают в себя Печенгскую структуру, пояс Пасвик-Полмак, цепь лицко-арагубских гранитоидных массивов, гранито- идного массива Вайноспаа, а также ряд разломов фундамента более высоких порядков. Некоторые из этих разломов, вероятно, были унаследованы от архейских структур (рис. 1б).

Рис. 1. Схема регионального размещения (а) геологического строения (б), гравитационного поля (в) в Печенгском рудном районе [1; 2]: 1 - позднепротерозойские осадочные отложения; 2-7 - ранний протерозой: 2, 3 - южнопеченгская серия (Пороярвинский блок - IX): 2 - метавулканогенные и метаосадочные породы, 3 - метаандезиты; 4-7 - северопеченгская серия: 4 - метабазальты и метапикриты свиты пильгуярви (Пильгуярвинский - I), 5 - метаосадочная Продуктивная толща с никеленосными интрузиями (Продуктивный - II), 6 - метабазальты и метаосадочные породы свиты колосйоки (Колосйокский - III), 7 - метаандезиты и метаосадочные породы свит куэтсярви, ахмалахти (Луостаринский - IV); 8 - северопеченгская и южнопеченгская серии не- расчлененные; 9 - кристаллические сланцы тундровой серии (Тундровый - XI); 10-12 - архей: 10 - гнейсы, мигматиты, граниты и амфиболиты Кольско-Норвежского блока (Западно-Няссюкский - V, Няссюкско-Титовский - VI, Лиинахамарский - VII), 11 - гнейсы и кристаллические сланцы блока Инари (Аллареченский - XII), 12 - гранитизированные гнейсы Мурманского блока (VIII); 13-15 - раннепротерозойские гранитоиды: 13 - поздние интрузивные (лицко-арагубский комплекс), В - Вайноспаа, Л - Лицкий; 14 - реоморфические (Толпвыдский - X); 15 - ранние интрузивные, Н - Нейден; 16-21 - рудные месторождения (крупные значки) и рудопроявления (мелкие значки): 16 - Fe, 17 - ЭПГ, 18 - Cu-Ni, 19 - U, 20 - Pb-Zn, 21 - Au; 22 - зоны разломов (буквы в ромбах): Т-А - Титовско-Амбарная (Воронья-Колмозерская), Л-А - Лицко-Арагубская, И-К - Инари-Киркенесская, П-И - Печенга- Имандра, Л - Лучломпольский, П - Порьиташский); 23 - места отбора ориентированных образцов, 24 - результаты изохронного датирования (млн лет). П-С - Северное крыло, П-Ю - Южное крыло Печенгской структуры, П-П - пояс Пасвик-Полмак. Цифры в кружках - формализованные тектонические блоки. I-I - расчетный профиль, проходящий через Кольскую сверхглубокую скважину, II-II - опорный профиль на поверхности через Печенгский район, III-III - сейсмический профиль КОЛА ОГТ-92

Fig. 1. Scheme of the regional location (a), the geological structure (б), and the gravitational field (в) in the Pechenga ore region [1; 2]. 1 - late Proterozoic sediment rocks; 2-7 - early Proterozoic: 2, 3 - South Pechenga series (Porojarvi block - IX): 2 - metavolcanic and metasedimentary rocks, 3 - metaandesites; 4-7 - North Pechenga series: 4 - metabasalts and metapicrites of Pilgujarvi formation (Pilgujarvi block - I), 5 - metasedimentary Productive mass enclosing Ni-bearing intrusions (Productive block - II), 6 - metabasalts and metasedimentary rocks of Kolasjoki formation (Kolasjoki block - III), 7 - metandesites and metasedimentary rocks of Kuetsjarvi and Ahmalahti formation (Luostari block - IV); 8 - South Pechenga and North Pechenga series undivided;9 - crystalline schist of Tundra series (Tundra block - XI); 10-12 - Archaean: 10 - gneisses, crystalline schist of the Kola-Norwegian block (West Njassjuksky - V, Njassjuksko-Titovsky - VI, Liinahamari - VII), 11 - gneiss and crystalline schist of Inari block (Allarechensky - XII), 12 - granitized gneisses of the Murmansk block (VIII); 13-15 - early Proterozoic granitoids: 13 - late intrusive (Litsko-Aragubsky complex), В - Wainospaa, Л - Litsky; 14 - reomorphic (Tolpvydsky - Х); 15 - early intrusive, Н - Neiden; 16-21 - ore deposits (large icons) and ore occurrences (small icons): 16 - Fe, 17 - PGE, 18 - Cu-Ni, 19 - U, 20 - Pb-Zn, 21 - Au; 22 - fault zones (letters in rhombi): T-A - Titovsko-Ambarnaya (Voronya-Kolmozerskaya), Л-А - Litsko-Aragubskaya, И-К - Inari-Kirkeneskaya, П-И - Pechenga- Imandra, Л - Luchlompolsky, П - Por'itashsky); 23 - oriented sampling sites, 24 - isochronous dating results (millions of years). П-С - North wing, П-Ю - South wing of the Pechenga structure, П-П - Pasvik-Polmak belt. Numbers in the circles - formalized tectonic blocks. I-I - design profile passing through the Kola super-deep well, II-II - reference profile on the surface through the Pechenga district, III-III- KOLA OGT-92 seismic profile

Следует подчеркнуть, что основные тектонические элементы Печенгского рудного района четко отражены в региональном гравитационном поле. Печенгская структура соответствует положительной гравитационной аномалии, которая охватывает как северную, так и южную ее части и прилегающую территорию блока Инари. Отрицательные гравитационные аномалии совпадают с лицкими гранитами и гранитоидным массивом Вайноспаа, и они симметричны относительно положительной аномалии. Мелкие аномалии гравитационного поля связаны с куполами реоморфических гранитоидов (рис. 1в).

В рамках предложенных границ в Печенгский рудный район кроме Печенгского и Аллареченско- го рудных полей входят архейские железные руды Судварангера (Sydvaranger), раннепротерозойские элементы платиновой группы (ЭПГ) и никелевые рудопроявления горы Генеральской, позднеархей- ская-раннепротерозойская радиоактивная минерализация различных типов, гидротермальные свинцо- во-цинковые жилы (вероятно, рифейского возраста) и золотосеребряная минерализация, открытая на глубоких горизонтах скважины СГ-3 и в Южно-Пе- ченгской структурной зоне [2; 4].

Глубинная интегральная модель Печенгского рудного района

Исследование Кольской сверхглубокой скважины СГ-3 не ограничивалось изучением керна. Также принималась во внимание ее общая геологическая позиция, установленная в ходе долгосрочных комплексных работ, направленных на создание интегральной геодинамической модели Печенгского района. Исследования проводились на основе специализированной документации разреза скважины и включали структурно-петрологические и петрофизические исследования образцов керна, дополненные изучением соответствующих участков коренных пород на поверхности для корреляции разреза скважины и опорного профиля, проходившего от побережья Баренцева моря до Аллареченского рудного поля [2; 3].

Исследования были направлены на выявление взаимосвязи между деформацией и метаморфизмом, а также петрофизическими свойствами горных пород и рудных месторождений. В базу данных были включены 1600 образцов керна скважины СГ-3 и 3500 образцов, отобранных на поверхности. Плотность пород и анизотропия продольных ультразвуковых волн (KAVp) были использованы в качестве основных параметров для сравнения разреза скважины СГ-3 и опорного профиля на поверхности (рис. 2). Первый параметр отражает литологию пород, второй -- интенсивность синметаморфическихтектонических деформаций. Кроме того, были учтены новые данные по возрасту и морфологии гравитационного поля в Печенгском районе. Для расчета параметров использовались специальные компьютерные программы. Данные по отдельным пробам были составлены для типов пород и обработаны методом средневзвешенных значений для эталонного разреза скважины и пород, отобранных для сравнения с поверхности [2].

До бурения СГ-3

Рис. 2. Альтернативные модели глубинного строения Печенгской структуры в проекции разреза через Кольскую сверхглубокую скважину (слева) и сопоставление наблюдаемого и расчетного гравиметрических профилей (справа) (I-I) [1]

Fig. 2. Alternative models of the deep Pechenga structure in the projection of the section through the Kola super-deep well (on the left) and comparison of the observed and calculated gravimetric profiles (on the right) (I-I) [1]

Рис. 3. Схематический разрез объемной интегральной геодинамической модели Печенгского рудного района через скважину СГ-3 и сопоставление наблюдаемого (красная сплошная линия) и расчетного (черный пунктир) гравиметрических профилей. Условные обозначения - на рис. 1. Цифры в квадратах - средние значения для пород формализованных тектонических блоков (I-XII): верхняя - возраст пород (млрд лет), средняя - плотность (г/см³), нижняя - значение KAVp

Fig. 3. Schematic section of the volume integrated geodynamic model of the Pechenga ore district through the SG-3 well and comparison of the observed (red solid line) and calculated (intermittent black line) gravimetric profiles. See fig. 1 for legend. Numbers in squares - average values for rocks of formalized tectonic blocks (I-XII): the upper one - the age of rocks billion years, the medium - density (g/cm³), the lower one - the KAVp value

Были сформулированы геологические ограничения объемной модели Печенгского района, вытекающие из изучения поверхности и скважины. Но их оказалось недостаточно для градуировки модели по вертикали. Решение было найдено путем формализации и корреляции разреза скважины и опорного профиля по плотности пород и объемной анизотропии скоростей продольных волн.

Никеленосная Печенгская структура лучше всего изучена в Печенгском рудном районе. Серия глубинных моделей, предложенных в середине 1980-х годов, были основаны на той же геологической карте Печенгского рудного поля и разрезе скважины СГ-3. Эти модели рассматривают структуру Печенги как грабен-синклиналь, асимметричную синклиналь, взрывной вулканический центр, зону шва столкновения континент-континент и др.

Компьютерная технология позволила пересмотреть эти альтернативные модели путем сравнения наблюдаемых и расчетных профилей силы тяжести, проходящих через скважину СГ-3. Геологические ограничения модели, данные о плотности и значении KAVp в разрезе скважины и на поверхности впервые были использованы для переоценки интегрированной глубинной геодинамической модели на глубину до 15 км. Переоценка геодинамической модели в основном базировалась на сопоставлении наблюдаемых и расчетных профилей гравитации вдоль участка, проходящего через скважину СГ-3. Компьютерная технология позволила рассчитать гравитационные профили для различных моделей по морфологии и размерам тектонических единиц и соответствующих средних плотностей пород. Другими словами, решена обратная задача моделирования и воспроизведения поля по объекту с известными параметрами. В интегральной объемной геодина- мической модели рассчитанные и наблюдаемые гравитационные профили лучше соответствуют друг другу (рис. 3) [4].

Важным результатом разработки интегральной модели Печенгского рудного района является вывод о сравнительно небольшой глубине ее северной части (т. е. северопеченгской серии), которая в вертикальном разрезе не превышает 10--12 км. То же характерно для южной части (или южнопе- ченгской серии). Согласно компьютерному анализу гравитационных данных под центральной частью Печенгской структуры нет мощных основных и уль- траосновных тел. Вариации KAVp в разрезе Печенг- ской структуры указывают на более интенсивные деформации северной части по сравнению с южной. В северном сегменте синметаморфические сдвиги и разломы в основном влияли на рудоносную Продуктивную толщу и нижние части северопеченгской серии. Судя по распределению плотностей пород, максимальная глубина нижнего контакта Продуктивной толщи не превышает 5--6 км. На юге распространение Продуктивной толщи ограничено По- рьиташским разломом [1--3].

Интегральная глубинная модель рассматривает Печенгский рудный район как горизонтальный разрез мантийной вулкано-плутонической рудообразующей системы центрального типа. Модель определяет северное крыло Печенгской структуры как фрагмент вулканической кальдеры, а ее южную часть описывает как чешуйчатую моноклиналь в сочетании с куполами реоморфических гранитоидов. Развитию системы предшествовал рифтогенез консолидированной сиалической коры. Модель предполагает генетическую связь между протерозойским вулканизмом и никеленосным основным-ультраосновным плутонизмом. Основные и более молодые средние вулканические породы, заполняющие две вулкано-тектонические депрессии, прослеживаются в мощной зоне северо-западных разломов. В дальнейшем вулканотектонические депрессии подверглись интенсивному сжатию и метаморфизму, что отразилось и на породах фундамента. Наконец, в условиях растяжения сформировались крутопадающие зоны катаклазитов и ретроградного метаморфизма [4].

Рудообразующие системы Печенгского рудного района

В Печенгском рудном районе пространственно совмещены четыре разнотипных рудообразующих системы -- платинометалльная плутоногенная, мед- но-никелевая вулкано-плутоногенная, урановорудная и золоторудная флюидно-метасоматические, которые образованы при разных геотектонических режимах на карельском и свекофеннском (2,4-- 1,6 млрд лет) этапах развития Балтийского щита. Более молодые процессы тектоно-магматической активизации, связанные с формированием шельфа Баренцева моря, привели к преобразованию этих месторождений и формированию гидротермальной свинцово-цинковой минерализации. Установлено, что роль мантийных источников и процессов в развитии уменьшалась, а внутрикоровых увеличивалась. Этим объясняется последовательный переход платинометалльного оруденения в связи с гиперба- зитами к сульфидному медно-никелевому в ассоциации с габбро-верлитовыми интрузиями и далее к метаморфогенному гидротермально-метасоматическому урановому и золотому рудообразованию.

Нет никаких доказательств непрерывного простирания медно-никелевой рудообразующей системы под Печенгской структурой. Наряду с этим с помощью сейсмических и петрологических данных были обнаружены два свидетельства медно-никелевой рудообразующей системы на более глубоких горизонтах [5], а именно: Vp/Vs аномалии на глубине 20-- 25 км, аналогичные той, что существует под Норильским рудным районом и считается промежуточной магматической камерой, и подъем границы Мохо, достигающий максимальной высоты 34 км под Пе- ченгской структурой, которые могут быть истолкованы как реликтовый мантийный плюм [2--4; 6].

Центральная часть Печенгского рудного района была выбрана для более детальных сейсмотомогра- фических исследований с использованием геологических, геофизических, петрологических и дополнительных сейсмических данных. Установлено, что под Печенгской структурой верхняя граница поверхности Мохо расположена на минимальной глубине 34--41 км. Основываясь на последних металлоге- нических данных, мы рассматриваем это поднятие Мохо как реликтовый мантийный плюм, который определял геологические события в палеопротерозое (рис. 4).

Анализ имеющихся сейсмических, геологических и петрофизических данных позволяет выделить три типа сейсмогеологических границ первого порядка:

(1) основание древней континентальной коры Земли,

границу раздела нижних гомогенных и верхних гетерогенных слоев земной коры, (3) границу раз-дела докембрийского фундамента и неметаморфи- зованных рифейских пород. Все эти границы влияют на металлогеническое районирование Печенгского рудного района. Наибольшее значение имеют сейс- могеологические границы 1 и 3. Распределение рудных залежей карельского и свекофенского циклов коррелирует с границей 1, а низкотемпературная гидротермальная полиметаллическая минерализация, наложенная на карельские структуры, в целом приурочена к границе 3 [2].

Рис. 4. Взаимосвязь между мантийными, коровыми и рудообразующими системами Печенгского рудного района [2-4] Fig. 4. Relationship between the mantle, crust and ore-forming systems of the Pechenga ore district [2-4]

Рис. 5. Петрофизическая схема Восточного рудного узла Печенгского рудного поля: 1 - эпигенетические брекчиевидные, сплошные и богатые вкрапленные сульфидные медно-никелевые руды, 2 - вкрапленные руды в серпентинизированных перидотитах, 3 - перидотиты, 4 - пироксениты, 5 - габбро, 6 - габбро-диабазы, 7 - породы Продуктивной туфогенно-осадочной толщи, 8 - вулканогенные породы пильгуярвинской свиты, 9 - вулканогенные породы колосйокской свиты; 10-11 - разрывные тектонические нарушения: 10 - диагональные разломы, 11 - межпластовые тектонические зоны; 12 - места отбора ориентированных образцов и участки детальных структурно-петрофизических исследований; 13-14 - средние значения KAVp для пород: 13 - тектонических блоков, 14 - межпластовых тектонических зон; 15 - месторождения медно-никелевых руд, 16 - рудные тела сульфидных медно-никелевых руд

Fig. 5. Petrophysical scheme of the Eastern ore cluster of the Pechenga ore field: 1 - epigenetic brecciated, solid and rich disseminated sulfide copper-nickel ores, 2 - disseminated ores in serpentinized peridotites, 3 - peridotites, 4 - pyroxenites, 5 - gabbros, 6 - gabbro-diabase, 7 - rocks of the Productive tufaceous-sedimentary strata, 8 - igneous rocks of the Pilgujarvi suite, 9 - igneous rocks of the Kolosjoki suite; 10-11 - discontinuous tectonic faults; 10 - diagonal faults, 11 - interlayer tectonic zones; 12 - oriented sampling sites and areas of detailed structural-petrophysical studies; 13-14 - average KAVp values for rocks: 13 - for tectonic blocks, 14 - for interlayer tectonic zones; 15 - deposits of copper-nickel ores, 16 - ore bodies of sulfide copper-nickel ores

Имеются достаточные доказательства того, что палеопротерозойские породы Печенгского рудного района испытывали тектонические деформации, сопровождавшиеся зональным метаморфизмом. Характерная особенность -- воздействие низкотемпературного метаморфизма на габбро-верлитовые интрузии и ассоциированные с ними медно-никелевые месторождения [7]. Если предложенная интерпретация структуры Печенги как деформированного вулканического центра, ограниченного системами разломов, верна, то Печенгское Cu-Ni месторождение может быть отнесено к вулкано-плутоническому типу и соответствующей рудообразующей системе мантийно-корового типа [4].

Никеленосный с ЭПГ раннепротерозойский массив горы Генеральская состоит из габбро-норитов и небольшого количества оливин-плагио- клазовых кумулатов. Его малосульфидная ЭПГ- минерализация представлена сульфоарсенидами. Обогащение пойкилитовых и такситовых вмещающих пород летучими минералами, обилие неравновесных ассоциаций, достаточно полное фракционирование ЭПГ, преобладание тяжелых и редких ЭПГ свидетельствуют о существовании спредингового центра, вероятно, связанного с горячей точкой или мантийным плюмом. В рамках глубинной модели предполагается, что северная часть Печенгской структуры (где сосредоточены Cu-Ni руды) представляет собой срезанный фрагмент вулканической кальдеры, а ее южная часть -- сочетание круто погружающейся чешуйчатой моноклинали с надвинутыми гранитоидными куполами. Вертикальная протяженность Печенгской структуры оценивается примерно в 10 км. Предполагалось также, что нынешний уровень эрозии Печенгского рудного района может рассматриваться как горизонтальное сечение мантийной рудообразующей системы центрального типа (см. рис. 4).

Медно-никелевые месторождения не только занимают определенное положение в палеопротеро- зойском вулканогенно-осадочном комплексе. Никеленосные габбро-верлитовые интрузии генетически связаны с ферропикритами пильгуярвинской свиты, перекрывающей Продуктивную толщу. В пределах северной оконечности три четверти никеленосных интрузий и Cu-Ni месторождений сосредоточены в пределах так называемого структурного рва, ориентированного поперек общего простирания Печенг- ской структуры [4]. Продуктивная толща также достигает максимальной толщины в структурном рве.

На первично-магматические особенности строения месторождения наложили существенный отпечаток тектонические нарушения, возникшие на коллизионном этапе. Среди них важную роль играют крутопадающие межпластовые тектонические зоны, к которым приурочено основное количество рудных тел. Всего в Восточном рудном узле Печенгского рудного поля выделяются четыре таких зоны (рис. 5).

Первая (Главная) зона проходит вдоль нижнего контакта материнского интрузива и контролирует размещение богатых брекчиевидных и сплошных сульфидных руд в Центральном, Западном и Восточном рудных телах. Морфологически Главная зона выражена брекчированием и рассланцевани- ем оруденелых серпентинизированных перидотитов, местами -- оруденелой тектонической брекчией и сплошными сульфидными рудами. Вторая -- Верхняя межпластовая тектоническая зона простирается параллельно Главной в 200--500 м выше по разрезу. Она разбивает массив Пильгуярви на два крупных блока: Главный, в низах которого расположены Западное, Центральное и Восточное рудные тела, и Верхний, где с ней непосредственно связаны богатые руды. В пределах Юго-Восточного и Южного рудных тел зона выражена оруденелой тектонической брекчией, реже богатыми брекчиевидными и сплошными сульфидными рудами. Третья межпластовая тектоническая зона проходит параллельно двум первым в 300--400 м выше по разрезу над Юго-Восточным и Южным рудными телами и контролирует локализацию Быстринского месторождения. Четвертая межпластовая тектоническая зона пересечена в самых верхах продуктивной толщи, в 300--400 м от перекрывающих вулканитов. В ее пределах отмечаются только маломощные тела уль- траосновных пород с локально проявленным оруденением. Таким образом, рудоносность этих зон уменьшается вверх по разрезу.

Значения петрофизических параметров пород в межпластовых тектонических зонах характеризуются наиболее высокими плотностью, пористостью и коэффициентом АVp. Высокая плотность объясняется наличием массивных и брекчиевидных руд в этих зонах, а пористость -- тем, что породы интенсивно рассланцованы и раздроблены. Высокие значения KAVp (1,29--1,32) подтверждают, что породы в этих зонах формировались при интенсивных пластических деформациях. Богатые брекчиевидные руды, судя по их высокой анизотропии, являются составной частью межпластовых тектонических зон.

Было предпринято несколько попыток обнаружить Cu-Ni руды вдоль простирания Печенгской структуры в поясе Пасвик. Разведочными скважинами было вскрыто несколько габбро-верлитовых тел в нижней части Продуктивной толщи. Тела имеют те же петрологические характеристики, что и пильгуярвинские интрузии, но содержат только следы Ni и Cu.

Этот вывод позволяет связать печенгские Cu-Ni месторождения, подвергшиеся воздействию метаморфизма, с вулканогенно-плутоническими типами и дает новое представление об их положении, окружающей обстановке и происхождении. Обобщение структурных, петрологических, минералогических и геохимических данных позволяет предположить, что на верхних уровнях Cu-Ni рудообразующая система развивалась в два этапа: (1) внедрение мантийных габбро-верлитовых силлов в гетерогенную Продуктивную толщу, их дифференциация и образование магматических Cu-Ni руд; (2) сдвиговые деформации и метаморфизм габбро-верлитовых силлов и отложение ремобилизованных Cu-Ni руд в синметаморфических зонах сдвига [2;7].

Формирование эпигенетических медно-никеле- вых рудных зон, связанных с синметаморфическими вторичными сдвиговыми деформациями, произошло в свекофенский тектономагматический цикл в результате переотложения первичных магматических сульфидов (1750 млн лет) [8]. Продуктивная толща по текстурно-структурным особенностям, минеральному составу и генезису руд схожа с теми образованиями, которые встречаются на поверхности, что доказывает выдержанность Cu-Ni минерализации вниз по разрезу не менее чем на 2,5 км.

Южно-Печенгская структурная зона включает рудопроявления Джеваннет (Норвегия), Пороярви, Шуони, Капля, Ансем, Весикьявр, Валунное, Брагин- ское и др. Наиболее высокие содержания золота (до 3,5 г/т) с повышенными концентрациями As, Sb, Bi установлены в хлорит-карбонатных, биотит-хлорит- карбонатных, углеродисто-карбонатных, углеродисто-хлоритовых и серицит-хлоритовых сланцах. Эта зона испытала преобразования в свекофеннский период тектоно-магматической активизации и воздействие различных процессов: катаклаза, милонитизации, метасоматоза, диафтореза и др., что определило развитие по всем типам вулканогенно-осадочных пород различных по составу метасоматитов.

В Печенгском районе в пределах Лицевского рудного поля обнаружено около 40 урановых рудопро- явлений и выделяется пять типов и этапов урановой минерализации: ранняя TR-Th-U (2750--2650 млн лет), U минерализация в альбититовых метасомати- тах (2200--2100 млн лет), Th-U в альбит-микрокли- новых метасоматитах (1850--1750 млн лет), TR-P-U в терригенных породах венда (900--800 млн лет) и наиболее представительная U минерализация в альбит-гидрослюдисто-хлоритовых метасомати- тах (400--300 млн лет). печенгский рудный район скважина

Наиболее ранние проявления урановой минерализации связаны с архейскими пегматоидными гранитами. Урановые аномалии участков связаны с кварц-полевошпатовыми жилами в мигматизи- рованных и деформированных биотитовых, гранат- биотитовых и двуслюдяных гнейсах с прослоями амфиболитов. Максимальные содержания урана по двум участкам -- до 0,4% и 0,2% соответственно. Температура образования этих гранитов и кварц- полевошпатовых метасоматитов находится в интервале 550--650°С.

В разрезе скважины СГ-3 рудная минерализация установлена на всем интервале в 12 км. В зависимости от сочетаний рудных элементов, форм их нахождения и минеральных парагенезисов в разрезе выделены шесть основных типов рудной минерализации: (1) сульфидная медно-никелевая и платино- металльная, (2) сульфидная железная, (3) оксидная железная, (4) оксидная железо-титановая, (5) сульфидная медно-цинковая и (6) самородная золотая. Первые четыре типа коррелировали по минеральному составу, вмещающим породам и происхождениюс рудной минерализацией, расположенной в протерозойской Печенгской структуре и ее архейском обрамлении. Положение последних двух типов осталось неясным (рис. 6) [7].

Рис. 6. Вертикальная рудная зональность в разрезе Кольской сверхглубокой скважины [7] Fig. 6. Vertical ore zonality in the Kola super-deep well section [7]

В связи с обнаружением Au-Ag минерализации в разрезе СГ-3 и на поверхности в породах южно- печенгской серии была установлена генетическая связь между золоторудной минерализацией и магматическими метасоматическими процессами [7].

Неожиданным результатом изучения СГ-3 стало открытие повышенных содержаний золота в интервале 9500--11 000 м, сложенном амфиболитами и гнейсами архейского возраста (2,6--2,8 млрд лет), метаморфизованными в условиях амфиболитовой фации при 500--650°C и 3,5--6 кбар [8]. Оно было обнаружено с помощью нейтронно-активационного анализа и подтверждено результатами мине- раграфических исследований. В интервале 410 м содержания золота превышают 0,1 г/т, а местами достигают 1--6,7 г/т. В шлифах из керна обнаружены мельчайшие выделения самородного золота, представленного (размером до 10 мкм) чешуйками и зернами неправильной формы в биотите, роговой обманке, плагиоклазе [9]. Иногда чешуйки золота располагаются по спайности биотита. Золото не образует срастаний с другими рудными минералами и содержит до 26% серебра.

Верхняя граница золотоносного интервала совпадает с крупным разломом (интервал 9500--9700 м), который проявлен в керне скважины резким переходом от пологозалегающих биотит-амфиболитовых гнейсов к крутопадающим железистым кварцитам, горнблендитам, тальк-тремолит-флогопитовым сланцам и дайкообразному телу среднепротерозойских порфировидных гранитов лицко-арагубского комплекса (1,76 млрд лет) (рис. 7). Золотая минерализация пространственно совпадает с зонами регрессивных изменений, что говорит о ее структурном контроле [9].

Детальные минералогические исследования проводились в Институте геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН с помощью сканирующей аналитической электронной микроскопии (микроскоп JSM-5610LV + ЭДСINCA-450). Поиск золотосодержащих включений проводился в режиме отраженных электронов.

Рис. 7. Сканирующая электронная микроскопия золотой минерализации в зоне глубинного разлома 9500-9700 м: 1 - среднезернистые граниты, 2 - гнейсы с прослоями мигматитов, 3 - рассланцеванные амфиболиты, 4 - бластокатаклазиты, 5 - образцы керна (К-9630, К-9640)

Fig. 7. Scanning electron microscopy of gold mineralization in the deep fault zone of 9500-9700 m: 1 - medium-grained granites, 2 - gneisses with migmatite interlayers, 3 - schist amphibolites, 4 - blastocataclasites, 5 - core samples (К-9630, К-9640)

В образце с глубины К-9630 м обнаружены частицы золота с серебром, палладием и висмутом размером в несколько микрон в ассоциации с халькопиритом в диопсидовой матрице. В образцах с глубины К-10167 м найдены частицы золота размером до 10 мкм с содержанием серебра до 12 масо. %, которые фиксировались по трещинам в роговой обманке. Впервые установлено наличие золота в сульфидах.

На глубоких горизонтах СГ-3 в породах кольской серии зафиксированы проявления регрессивного дислокационного метаморфизма. Обычно это согласные со сланцеватостью зоны (мощностью 10-- 15 м) катаклаза и трещиноватости гнейсов и амфиболитов, в которых олигоклаз, высокоглиноземистая роговая обманка, биотит, гранат и другие минералы амфиболитовой фации замещаются альбитом, эпидотом, актинолитом, хлоритом, пренитом, серицитом, калишпатом. Судя по минеральным парагенезисам, даже на максимальных глубинах регрессивный метаморфизм происходил при температуре порядка 300°С, отвечающей границе между пре- нит-пумпеллиитовой и зеленосланцевой фациями. В зоне глубинного разлома вблизи милонитового шва, проходящего по контакту амфиболитов и мигматитов, последние катаклазированы и рассечены тонкими трещинами, выполненными пренитом, вторичным кварцем, карбонатом, хлоритом, серицитом.

Измененные мигматиты содержат вкрапленность халькопирита.

Сопоставление золоторудной минерализации в зонах дислокационного метаморфизма с данными по поверхности в Южно-Печенгской структуре показало возможность ее формирования в диапазоне от 1842 ± 9 до 1928 ± 12 млн лет по Rb/Sr геохронометру [10].

Вопрос о положении золотого оруденения в разрезе СГ-3 в общей последовательности эндогенных процессов остается открытым. Возможны три варианта: (1) перераспределение золота при метаморфизме за счет первичных концентраций во вмещающих породах, (2) избирательное осаждение на периферии зон регрессивных изменений и гидротермальной сульфидной минерализации, (3) отложение из восстановительных флюидов глубинного происхождения.

Малосульфидное платинометалльное оруденение в дифференцированных интрузивах Печенгского рудного поля

Хотя Печенгский рудный район принадлежит к числу наиболее изученных территорий северовосточной части Балтийского щита, где в течение 50 лет разрабатываются крупные сульфидные мед- но-никелевые месторождения, приуроченные к раннепротерозойским габбро-верлитовым интрузивам, детальное изучение малосульфидной минерализации в габброидных частях этих расслоенных массивов с особым вниманием к платинометалльному оруденению ранее не проводилось.

Как отмечалось выше, на основе разработанной интегральной геодинамической модели глубинного строения Печенгский рудный район трактуется как горизонтальное сечение мантийной рудообразующей системы центрального типа. Согласно той же модели богатые сульфидные руды Печенгского рудного поля образовались на коллизионном этапе развития карелид и контролируются зонами рас- сланцевания пород Продуктивной толщи. Эти зоны обладают максимальной анизотропией по упругим свойствам.

Сопоставление структурно-петрологических и петрофизических данных для таких зон межпластовых разрывных нарушений в разрезе СГ-3 и на поверхности в пределах Восточного рудного узла Печенгского рудного поля позволило проследить все четыре зоны и приуроченные к ним интрузивы и эпигенетические руды до глубины 2,5 км (рис. 8). Такая выдержанная по простиранию протяженность рудных тел объясняется исходным горизонтальным залеганием никеленосных основных-ультраоснов- ных силлов, что является аналогичным залеганию габбро-верлитовых дифференцированных интрузивов в Норильском рудном районе [5].

Дальнейшее преобразование никеленосных дифференцированных габбро-верлитовых интрузивов Печенгского рудного поля с последующей их деформацией в обстановке сжатия и чешуйчатых перемещений тектонических блоков по зонам межпластовых разрывных нарушений происходило в условиях метаморфизма зеленосланцевой фации (Т = 350-- 450°С, Р = 0,2--0,3 МПа) с ремобилизацией рудного вещества. Об этом свидетельствуют: (1) тектонический характер контактов большинства габбро-вер- литовых интрузивов как со стороны лежачего и висячего бока, так и по простиранию; (2) наклонное залегание первичной расслоенности интрузивов, границ вкрапленных руд и слоистости вмещающих осадочных пород; (3) отсутствие прямой корреляции между мощностью интрузивов и мощностью сульфидных медно-никелевых руд; (4) более интенсивное развитие в продуктивной толще согласных зон рассланцевания по сравнению с другими свитами; (5) максимальные значения коэффициента объемной анизотропии Vp в согласных зонах рассланце- вания и богатых эпигенетических брекчиевидных сульфидных медно-никелевых рудах.

Таким образом, этот рудный район с никеленосными дифференцированными интрузивами Печенгско- го рудного поля по своему формированию является палеоаналогом Норильского рудного района, но претерпевшим тектоно-метаморфические преобразования. В Норильском районе выявлены горизонты малосульфидного платинометалльного оруденения в габбро-верлитовых расслоенных интрузивах с высоким содержанием платиноидов, представляющих собой самостоятельный тип магматических рудных месторождений. Это и обуславливает необходимость поиска и детального изучения данного типа оруденения в Печенгском рудном поле.

Габброидная часть Пильгуярвинского массива была исследована скважинами в интервале от поверхности до 1000 м. Установлено, что в габбровой части дифференцированных интрузивов месторождений имеется бедная малосульфидная минерализация с содержанием платиноидов от 0,005 до 0,01 г/т, что имеет меньшие значения, чем в богатых медно-никелевых рудах Печенгского рудного поля и в габбро норильских интрузивов. При этом в данной части интрузивов было обнаружено повышенное содержание золота до 0,2 г/т.

В сульфидных медно-никелевых рудах Печенгско- го рудного поля основные черты их платиноносно- сти определяются специфическими особенностями поведения платиновых металлов на магматическом и гидротермально-метаморфическом этапах рудо- образования. Всего выделено восемь этапов формирования и преобразования медно-никелевых руд в интервале от 2000 до 340 млн лет. Важным доказательством многоэтапности рудоотложения наряду с текстурно-парагенетическими признаками служат вариации равновесного распределения никеля в сосуществующих сульфидах [11].

Распределение платиновых металлов отражает их накопление при увеличении общей сульфидона- сыщенности во всех типах руд с сохранившимися чертами первичной магматической природы. При метаморфическом преобразовании первичных руд наблюдается локально незакономерное перераспределение платиновых металлов и нарушение пропорциональности накопления цветных и благородных металлов. Ведущий тип состояний платиновых металлов в рудах -- это сульфоарсениды никеля и кобальта ряда кобальтин -- герсдорфит, содержащие платину, родий, иридий и осмий с неравномерным их распределением между отдельными метакристаллами. Отмечено присутствие платиновых металлов в некоторых редких сульфидах (шандит) и арсенидах (маухерит) (рис. 9). Типоморфные для сульфидных медно-никелевых месторождений минералы платиновых металлов -- интерметаллиды, теллуриды, теллуровисмутиды, арсениды и др. -- встречены в месторождениях Восточного рудного узла Печенги.

Формирование платиноносных сульфоарсенидов происходит за счет освобождения платиноидов из твердых растворов в магматических сульфидах при их метаморфическом переотложении.

Температурные условия стабильности платиноносных сульфоарсенидов оценены по устойчивости сосуществующей гидротермально-метаморфической ассоциации тальк-тремолит-кальцит. Относительно низкая растворимость платиновых металлов в сульфоарсенидах никеля и кобальта связывается с их формированием в условиях зеленосланцевогометаморфизма, который претерпели дифференцированные габбро-верлитовые интрузии Печенгского рудного поля.

Рис. 8. Петрофизическая схема по профилю через Восточный рудный узел Печенгского рудного поля [5; 11]: 1 - эпигенетические брекчиевидные, сплошные и богатые вкрапленные сульфидные медно-никелевые руды, 2 - вкрапленные руды в серпен- тинизированных перидотитах, 3 - перидотиты, 4 - пироксениты, 5 - габбро, 6 - габбро-диабазы, 7 - породы Продуктивной туфогенно-осадочной толщи, 8 - вулканогенные породы пильгуярвинской свиты, 9 - вулканогенные породы колосйокской свиты, 10 - межпластовые синметаморфические тектонические зоны (I-IV), 11 - места отбора ориентированных образцов и участки детальных структурно-петрофизических исследований; 12-13 - средние значения KAVp для пород: 12 - тектонических блоков, 13 - межпластовых тектонических зон; 14 - рудные тела сульфидных медно-никелевых руд

Fig. 8. Petrophysical scheme along the profile through the Eastern ore cluster of the Pechenga ore field [5;11]: 1 - epigenetic brecciated, solid and rich disseminated sulfide copper-nickel ores, 2 - disseminated ores in serpentinized peridotites, 3 - peridotites, 4 - pyroxenites, 5 - gabbros, 6 - gabbro-diabase, 7 - rocks of the Productive tufaceous-sedimentary strata, 8 - igneous rocks of the Pilgujarvi suite, 9 - igneous rocks of the Kolosjoki suite, 10 - interlayer synmetamorphic tectonic zones (I-IV), 11 - oriented sampling sites and areas of detailed structural-petrophysical studies; 12-13 - average KAVp values for rocks: 12 - for tectonic blocks, 13 - for interlayer tectonic zones; 14 - ore bodies of sulfide copper-nickel ores

Рис. 9. Морфология выделений никелистого кобальтина (а1), никелина (62) и маухерита (63) в рудах Печенги. Основная масса - пирротин (серое) и силикат (черное) [11]

Fig. 9. The morphology of nickel cobaltite (al), niccolite (62) and maucherite (63) precipitates in Pechenga ores. The bulk of pyrrhotite (gray) and silicate (black) [11]

Выводы

Рудообразующие системы Печенгского рудного района (арктическая зона России) известны крупными месторождениями медно-никелевых руд и месторождений и рудопроявлений Pt, U, Au, Pb, Zn. Существуют три совмещенные системы: ЭПГ плутонические, Cu-Ni вулканогенно-плутонические и U флюидно-метасоматические руды, которые были сформированы при различных геотектонических условиях в карельском и свекофенском (2,4-- 1,6 млрд лет) циклах. Процессы тектономагматиче- ской активизации, обусловленные формированием шельфа Баренцева моря, привели к трансформации этих рудных месторождений и формированию гидротермальной Pb-Zn минерализации, Au-Ag минерализации в СГ-3 и в южнопеченгской структурной зоне.

Согласно интегральной геодинамической модели Печенгского рудного района никеленосные габбро- верлитовые интрузии в основном формировались как силлы и занимали субгоризонтальное положение, как и рудоносные интрузивы Норильского района. Руды Печенгского рудного района образовались на стадии коллизионного развития свекофенско- го цикла и контролировались сдвиговыми зонами в Продуктивной толще.

Эпигенетические Cu-Ni руды находятся во вторичных сдвиговых зонах, гидротермальные руды U и Au -- в свекофенской области тектономагматиче- ской активации Фенноскандинавского щита.

В течение многих лет главное внимание в Печенг- ском рудном районе уделялось месторождениям сульфидных медно-никелевых руд, образовавшимся в течение карельского цикла. Принципиальную новизну исследований по проекту определяет то обстоятельство, что в Печенгском рудном поле тип малосульфидного платинометалльного оруденения до сих пор детально не изучался и горизонты его распространения в пределах разрабатываемых никеленосных интрузивов не определялись, хотя проводилось изучение платиновых минералов в богатых медно-никелевых рудах.

Опыт изучения месторождений в Норильском рудном районе показал, что формирование этого типа оруденения, локализованного в критических зонах интрузивов, связано с аномальным строением и специфическим составом рудовмещающих габбро- идов и обусловлено эволюцией единой рудно-магматической системы.

Проведенные в Печенгском рудном районе исследования с использованием данных по СГ-3 и поверхности на месторождениях Печенгского рудного поля, с детальной структурно-петрологической, минералогической, геохимической и петрофизической характеристикой особенностей формирования малосульфид- ного платинометалльного оруденения в дифференцированных габбро-верлитовых интрузивах показали, что эти месторождения не имеют полных аналогов с месторождениями Норильского рудного района.

Литература

1. Казанский В. И., Кузнецов О. Л., Кузнецов А. В. и др. Глубинное строение и геодинамика Печенгского рудного района: опыт исследования Кольской сверхглубокой скважины // Геология руд.месторождений. -- 1994. -- Т. 36, № 6. -- С. 500--519.

2. Лобанов К. В., Казанский В. И., Кузнецов А. В., Жариков А. В. Интегральная геодинамическая модель Печенгского рудного района на основе корреляции геологических, петрологических и петрофизических данных по Кольской сверхглубокой скважине и опорному профилю на поверхности // Современные проблемы рудной геологии, петрологии, минералогии и геохимии / ИГЕМ РАН. -- М., 2010. -- С. 258--300.

3. Kazansky V. I., Lobanov K. V., Isanina E. V., Sharov N. V The Paleoproterozoic Pechenga Cu-Ni ore field (Fen- noscandian Shield): a fault-bound volcanic center // Izvestiya Earth Sciences section Russian academy of Natural Sciences 33 International Geological Congress. -- 2008. -- № 17: Special Iss. -- P 43--46.

4. Lobanov K. V., Kazansky V. I. The mantle-crustal ore- forming Cu-Ni system of the Pechenga ore district (Fen- noscandianshield)//Proceedingsof6European Congress on Regional Geoscientific Cartography and Information Systems EUREGEO. -- 2009. -- Vol. 2. -- P 201--205.

5. Казанский В. И., Лобанов К. В. Структурно-геофизическая позиция, глубинное строение и условия локализации уникального Печенгского рудного поля (Балтийский щит) // Крупные и суперкрупные месторождения: закономерности размещения и условия образования / ИГЕМ РАН. -- М., 2004. -- С. 187--205.