Условия локализации хромового оруденения в ультрамафитовых массивах Рай-Из и Войкаро-Сынинский

На правах рукописи

в ультрамафитовых массивах

Рай-Из и Войкаро-Сынинский

Специальность 25.00.11 – «Геология, поиски и разведка

твердых полезных ископаемых, минерагения»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата геолого-минералогических наук

Екатеринбург – 2011

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Защита состоится «30» июня 2011 г. в 14³⁰ часов на заседании диссертационного совета Д 212.280.01 при ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» по адресу: 620144, ГСП, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30 (III уч. корпус, ауд. 3325).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Автореферат разослан 30 мая 2011 г.

Введение
Актуальность исследования обусловлена резким дефицитом хромового сырья в России. Для решения этой проблемы проводятся разномасштабные геолого-поисковые и разведочные работы в Карелии, Ямало-Ненецком автономном округе, Мурманской, Оренбургской и других областях. Полярноуральский регион, водораздельная часть которого практически непрерывно трассируется гигантскими ультрамафитовыми массивами, является одним из наиболее перспективных в стране на обнаружение месторождений хромититов и находится в качестве постоянного объекта исследований с первой половины ХХ века и по настоящее время.

За весь период проведения геологоразведочных работ на хромовые руды в пределах ультрамафитовых массивов Полярного Урала не выявлено уникальных и крупных рудных объектов и разведано два средних месторождения (Центральное и Западное) с запасами хромититов первые млн. тонн. На сегодняшний день на массиве Рай-Из ОАО «Челябинский электрометаллургический комбинат» отрабатывает месторождение Центральное, на котором в ближайшее время планируется завершение открытой разработки со значительным истощением запасов хромовых руд. Кроме того, в пределах ультрамафитовых массивов Полярноуральского региона выявлено множество мелких объектов с запасами хромититов в десятки - сотни тысяч тонн, которые могут быть экономически рентабельными для отработки при благоприятных условиях развитой инфраструктуры. К таким объектам относится Енгайская площадь, слагающая одноименное рудное поле и расположенная в непосредственной близости от технологической дороги, соединяющей месторождение Центральное и поселок Харп. При строительстве проектируемой железной дороги Полуночное - Обская, которая свяжет Ямал и Свердловскую область, рентабельными станут мелкие объекты, расположенные на восточном склоне Приполярного и Полярного Урала, в пределах Войкаро-Сынинского массива. Одним из таких объектов является Ямботывисская площадь, входящая в состав Левопайерского рудного поля.

Научный интерес обусловлен не только развитием генетической модели хромитообразования, но и необходимостью разработки на её основе прогнозных критериев и уточнения поисковых признаков локализации хромового оруденения определенного химического типа.

Фактический материал. Основой работы послужили коллекции каменного материала (более 800 образцов, около 400 из которых рудные), собранные в 2005-2007 гг. при проведении тематических исследований и геологосъемочных работ ООО «ЮУГЦ» (ответственный исполнитель - Н.В. Вахрушева), а также оценочных работ ОАО «Конгор-Хром» в северной части Войкаро-Сынинского массива, в которых автор принимал участие в качестве геолога 2-й категории. Коллекции пополнялись в 2007-2009 гг. при проведении тематических исследований и геологосъемочных работ ООО «Гео-Хром» (ответственный исполнитель - Н.В. Вахрушева), а также оценочных работ ПФ «Конгор-Хром» ОАО «ЧЭМК» на Енгайском рудном поле при участии автора в качестве ответственного исполнителя. В работе использовались результаты исследований 340 шлифов ультрамафитов, рудных аншлифов и аналитические данные (396 микрозондовых анализов акцессорных и рудных шпинелей и 159 рентгено-флуоресцентных анализов хромовых руд) из отчетных материалов ООО «ЮУГЦ» и ООО «Гео-Хром» [Вахрушева, 2007ф, 2010аф]. Микрозондовый анализ выполнен в ГЕОХИ РАН (аналитик Н.Н. Кононкова, г. Москва), рентгено-флуоресцентный анализ - в Лаборатории физико-химических методов исследования ИГГ УрО РАН (аналитики Н.П. Горбунова, Л.М. Татаринова, Г.М. Ятлук, г. Екатеринбург).

1. В пределах Енгайской (массив Рай-Из) и Ямботывисской (Войкаро-Сынинский массив) площадей по условиям локализации установлено две группы хромового оруденения: вкрапленно-полосчатое в дунитах, представленное сериями сближенных рудных тел, сложенных бедными убого-редковкрапленными рудами; и компактное в дунит-гарцбургитовом комплексе, представленное одиночными телами богатых густовкрапленных до сплошных руд.

2. При исследовании составов рудообразующих шпинелидов установлено три последовательных этапа минералообразования: на раннем формируются глиноземистые шпинели; на более позднем – хромистые. Железистые шпинели, развиваясь как по глиноземистым, так и хромистым разностям, являются наиболее поздними. Последовательность преобразования ранних шпинелей фиксируется развитием зональных шпинелидов с глиноземистыми центральными, хромистыми и железистыми краевыми составами рудных зерен.

3. В пределах исследованных площадей выделены два основных химических типа хромового оруденения: глиноземистое и высокохромистое. Как в дунитовых телах, так и в дунит-гарцбургитовом комплексе Ямботывисской площади Войкаро-Сынинского массива развито только глиноземистое оруденение; для Енгайской площади массива Рай-Из в аналогичных по первичному составу рудовмещающих комплексах, претерпевших полную метаморфическую перекристаллизацию, установлены глиноземистый и высокохромистый типы оруденения. Высокохромистое оруденение образуется при метаморфизме ранних глиноземистых руд и/или концентрации полезного компонента в рудные тела под влиянием высокобарического динамометаморфизма.

Автор выражает огромную благодарность научному руководителю зав. кафедрой минералогии, петрографии и геохимии, академику РАН В.А. Коротееву; куратору работы вед. науч. сотруднику ИГГ УрО РАН, канд. геол.-мин. наук Н.В. Вахрушевой за конструктивное обсуждение работы, советы и постоянную поддержку; руководству и сотрудникам горно-геологического управления ОАО «ЧЭМК» и Приуральского филиала «Конгор-Хром» за предоставленную возможность пользования материалами производственных работ; главному геологу ПФ «Конгор-Хром» В.В. Нужину за помощь и поддержку в работе; зам. зав. кафедрой минералогии, петрографии и геохимии канд. геол.-мин. наук С.Г. Суставову за полезные советы; Э.Д. Селивановой, П.Б. Ширяеву, Н.А. Максимчук, Е.В. Демочкиной, В.А. Драницыну за помощь в обработке данных и обсуждении результатов, Н.Е. Никольской за помощь в интерпретации результатов исследования.

Наиболее полные исследования проведены в 1970-1980-х годах. Детальным изучением структурно-тектонических, петрографических, петроструктурных, минералогических и других особенностей полярноуральских ультрамафитов в разное время занимались Н.Л. Добрецов, Ю.Е. Молдаванцев, Г.П. Софронов, А.П. Казак, А.К. Афанасьев, В.Н. Пучков, Д.С. Штейнберг, А.А. Ефимов, С.В. Руженцев, Е.П. Царицын, А.А. Савельев, Г.Н. Савельева, А.И. Гончаренко, И.С. Чащухин, Б.В. Перевозчиков, А.Б. Макеев, Н.И. Брянчанинова, В.Р. Шмелев, С.А. Щербаков, Ю.А. Волченко, В.Ю. Алимов, Н.В. Вахрушева, Н.Е. Никольская, Е.В. Аникина и др.

В настоящее время сформулирована обобщенная модель формирования ультрамафитовых массивов в процессе палеозойской эволюции Уральской складчатой области от заложения рифтовых систем до коллизии [Душин, 1997; Иванов, 1998; Пучков, 2000, 2010]. Но возникают важнейшие вопросы, связанные с оценкой локализации и условий формирования различных типов хромового оруденения, в ответах на которые исследователи пока не пришли к общему мнению. Так, образование глиноземистого оруденения большинство исследователей связывают с реститогенными комплексами ультрамафитов. Существует несколько точек зрения на образование высокохромистого оруденения: 1) являются продуктами прогрессивного/регрессивного метаморфизма [Савельев, 1974; Вахрушева, 1996]; 2) формируются при участии астеносферных высокотемпературных флюидов [Чащухин, 2009; Чащухин, Вотяков, 2009]; 3) возникают при метасоматических изменениях первичных ультрамафитов [Макеев и др., 1985; Макеев, 1992; Макеев, Брянчанинова, 1999; Малахов, 2001, 2003-2006]; 4) кристаллизуются из магматического расплава [Уханов и др., 1990]; 5) концентрируются из рудно-силикатного расплава, образованного при деплетировании ультрамафитов [Перевозчиков, 1995, 1998, 2009]; 6) формируются при взаимодействии реститовых гарцбургитов с базитовым расплавом [Савельева, 2007; Савельева и др., 2006, 2008, 2009] и пр.
ГЛАВА 2. Геологическое строение ультрамафитовых

массивов Рай-Из и войкаро-Сынинский

В диссертационной работе детально исследованы геологическое строение и вещественный состав ультрамафитов Енгайской площади, расположенной в южной части массива Рай-Из. В пределах площади развиты породы метаморфизованного дунит-гарцбургитового комплекса и дунитовые тела мощностью от первых десятков до первых сотен метров. Доля дунитовой составляющей среди пород метаморфизованного комплекса варьирует от 15 до 50 % с фоновым значением 15-25 %. Широким распространением на площади пользуются амфибол-оливиновые породы, в различной степени оталькованные и антигоритизированные [Вахрушева, 2010аф]. Встречаются дунитовые тела двух разновидностей: 1) относительно крупные мощностью от 100 до 300 м; 2) мелкие - менее 100 м. В южной части Енгайской площади отмечается наибольшая концентрация дунитов в виде субширотной зоны с повышенным содержанием как тел, главным образом, первой разновидности, так и дунитовой составляющей в составе метаморфизованного дунит-гарцбургитового комплекса.

Основные парагенетические ассоциации массива Рай-Из выделены И.С. Чащухиным (1990) и Н.В. Вахрушевой (1996); Енгайской площади - Н.В. Вахрушевой (2010аф). Отмечаются следующие особенности вещественного состава ультрамафитов площади:

– ультрамафиты полностью перекристаллизованы до энстатит-оливиновых пород (вторичных гарцбургитов), которые, в свою очередь, интенсивно амфиболизированы, оталькованы и деформированы [Вахрушева, 2010аф] с образованием метаморфических парагенезисов амфиболитовой фации. Породы представляют собой продукты регрессивного зонального метаморфизма, проявленного на значительной территории в южной части массива Рай-Из;

– дуниты средне-крупнозернистые слагают мелкие тела, апикальные части относительно крупных тел, а также развиты в составе метаморфизованного дунит-гарцбургитового комплекса. Дуниты характеризуются более мелким размером зерен породообразующего оливина и более высокой степенью серпентинизации по сравнению с околорудными;

– дуниты пегматоидные, в меньшей степени крупнозернистые, являются рудовмещающими для части проявлений хромититов и характеризуются незначительной степенью петельчатой серпентинизации в объеме до 10 %;

– по мере приближения к рудным скоплениям в дунитовых телах происходит укрупнение зерен породообразующих оливинов в 1,5-2 и более раз со сменой средне-крупнозернистых разностей на пегматоидные.

Войкаро-Сынинский массив является самым крупным на Приполярном и Полярном Урале и представлен меланократовым основанием палеозойских офиолитов Войкарской зо­ны, надвинутых по Главному Уральскому разлому на комплексы пассивной окраины Восточно-Европейской платформы [Савельева, 1987]. Б.В. Перевозчиковым (1995, 1998) в строении северной части массива выделены три комплекса пород: 1) существенно гарцбургитовый; 2) дунит-гарцбургитовый; 3) дунит-верлит-клинопироксенитовый.

Существенно гарцбургитовый комплекс является доминирующим и занимает около 70 % площади ультрамафитов. В строении комплекса кроме гарцбургитов участвуют также реликтовые лерцолиты, дуниты, жильные пироксениты и ультраосновные метаморфиты [Савельева, 1987]. Дунит-гарцбургитовый комплекс занимает около 30 % площади ультрамафитов [Савельева, 1987]. Он сформирован по ультрамафитам гарцбургитового комплекса и характеризуется более широким развитием дунитов как в составе дунит-гарцбургитового комплекса, так и в виде отдельных тел мощностью первые десятки метров [Перевозчиков, 1995, 1998]. Полосчатый дунит-верлит-клинопироксенитовый комплекс развит по породам как гарцбургитового, так и дунит-гарцбургитового комплексов [Перевозчиков, 1995, 1998] в зоне контакта мантийных ультрамафитов и габброидной магмы.

На массиве проявился многоэтапный коровый метаморфизм, отражающий историю его выведения в современное залегание. По гарцбургитам и дунитам развиты ультраоснов­ные метаморфиты, преимущественно оливин-антигоритовые породы (войкариты) и пегматоидные дуниты. Метаморфиты слагают линейные зоны северо-восточного простирания мощ­ностью до 500 м [Савельева, 1987].

В диссертационной работе детально исследованы геологическое строение и вещественный состав ультрамафитов Ямботывисской площади, расположенной в северной части Войкаро-Сынинского массива. В пределах площади развиты породы дунит-гарцбургитового комплекса с долей дунитовой составляющей от 15 до 70 % и фоновым содержанием 15-20 %. Отмечается распространение мелких линзовидных дунитовых тел мощностью менее 100 м, часть которых вмещает проявления хромовых руд. Дуниты распределены неравномерно, в северо-западной и центральной части площади выделяются две полосы с повышенным содержанием дунитовых тел и дунитовой составляющей в составе дунит-гарцбургитового комплекса.

Метаморфические изменения ультрамафитов площади проявлены в два этапа: ранний равновесный метаморфизм с полной перекристаллизацией пород и образованием ультраосновных метаморфитов (оливин-анти­горитовых (войкаритов) и амфибол-оливин-антигоритовых пород), а также поздний неравновесный метаморфизм с развитием процессов амфиболизации, оталькования и петельчатой серпентинизации первичных ультрамафитов. Метаморфиты раннего этапа сла­гают зоны резкопеременной мощности в центральной части, а также имеют площадное распространение в северной части площади.

Основные парагенетические ассоциации Войкаро-Сынинского массива и, в частности, Ямботывисской площади выделены Н.В. Вахрушевой (1996, 2007ф). Отмечаются следующие особенности вещественного состава ультрамафитов площади:

– ультрамафиты представлены породами сетчатого дунит-гарцбургито-вого комплекса со следами высокотемпературной метаморфической дифференциации в виде директивных текстур и последующим неравномерным метаморфическим изменением в условиях низов амфиболитовой и зеленосланцевой фаций;

– рудовмещающими для части проявлений хромититов являются дуниты мелко-среднезернистые, отличающиеся от основного объема дунитов только меньшей степенью петельчатой серпентинизации в объеме 10-20 %.

При исследовании геологического строения и вещественного состава ультрамафитов Енгайской (массив Рай-Из) и Ямботывисской (Войкаро-Сынинский массив) площадей выделены следующие общие признаки:

1. Площади расположены в верхней части ультрамафитового разреза офиолитовой ассоциации в непосредственной близости с габброидами. В их строении принимают участие, главным образом, породы дунит-гарцбургитового комплекса с фоновым содержанием дунитов 15-25 %, дунитовые тела и метаморфиты по ним.

2. Близость площадей к полосчатому дунит-верлит-клинопирок-сенитовому комплексу и габброидам офиолитовой ассоциации обуславливает достаточно широкое развитие жильных образований, представленных, в основном, пироксенитовыми жилами.

3. Отмечается значительное развитие дунитовых обособлений в виде как тел различной мощности, так и в составе дунит-гарцбургитового комплекса. Распределение дунитов неравномерно, выделяются линейные участки с их повышенным содержанием.

4. Ультрамафиты практически в равной степени охвачены массовой петельчатой серпентинизацией, что позволяет утверждать о развитии сходных процессов поздней гидратации ультрамафитов хромитоносных участков.

Для раннего этапа формирования ультрамафитов исследованных площадей отмечаются сходные закономерности, связанные с деплетированием, твердопластическим течением и высокотемпературной метаморфической дифференциацией мантийного вещества. Следы этих процессов отражены в развитии директивных гарцбургитов, полосчатого дунит-гарцбургитового комплекса и дунитовых тел мощностью до 100 м, иногда c бедновкрапленным глиноземистым хромовым оруденением. Первичные слабодеплетированные ультрамафиты изменены при последующих преобразованиях с образованием сетчатого дунит-гарц­бур­ги­то­вого комплекса, относительно крупных дунитовых тел и богатовкрапленного глиноземистого оруденения.

На позднем этапе процесс преобразования ультрамафитов площадей шел по двум различным направлениям:

1. Ультрамафиты Енгайской площади претерпели высокобарический зональный динамометаморфизм с образованием парагенезисов амфиболитовой фации [Cтроение…, 1990; Вахрушева, 1996]. На части проявлений рудовмещающими являются дуниты с пегматоидными структурами, которые сформированы при стрессовой перекристаллизации первичных пород с переотложением и/или концентрацией рудного вещества.

2. Ультрамафиты Ямботывисской площади претерпели лишь диафторез с развитием относительно низкотемпературных равновесных и неравновесных метаморфических ассоциаций. На части проявлений рудовмещающие породы представлены дунитами мелко-средне­зер­ни­стыми с сохранением первичного состава хромового оруденения.
Глава 3. Характеристика хромового оруденения
Хромовое оруденение Енгайской площади (массив Рай-Из) представлено серией рудопроявлений, отличающихся морфологией рудных тел, структурно-текстурными разновидностями руд, а также составом рудообразующих хромовых шпинелей. По условиям локализации выделено две группы рудопроявлений (рис. 1):

I группа - в дунитовых телах различной мощности: первая подгруппа - в относительно крупных дунитовых телах мощностью от 100 до 300 м; вторая подгруппа - в мелких дунитовых телах мощностью менее 100 м;

II группа - в метаморфизованном дунит-гарцбургитовом комплексе.

Рудопроявления первой подгруппы, на примере проявления Енгайское (см. рис. 1), представлены сериями сближенных рудных тел, не превышающих первые метры по мощности и сложенных убого-редковкрапленными, шлирово-вкрапленными до полосчатых рудами. Тела имеют уплощенно-линзовидную форму с постепенными контактами, часто не выдержаны по мощности и залегают несогласно с границами вмещающего дунитового тела, что является следствием переотложения и накопления рудного компонента при динамометаморфизме. От периферии к центру рудных тел проявлена зональность, характеризующаяся увеличением густоты вкрапленности в рудах с одновременным укрупнением зерен рудного минерала. Отмечается постоянное разубоживание рудных тел дунитовыми прослоями крайне неравномерной мощности.

Рудопроявления второй подгруппы, на примере проявления Енгайское IV (см. рис. 1), характеризуются существованием двух-трех маломощных рудных тел жилообразной формы с постепенными или резкими контактами, сложенных редковкрапленными массивными, шлировыми или полосчатыми рудами. Мощность тел не превышает 3 м, протяженность – 130 м. Для рудных тел отмечается


Рис. 1. Геологические планы и разрезы рудопроявлений Енгайской площади.

Усл. обозн.: 1 - дуниты; 2 - породы метаморфизованного дунит-гарцбургитового комплекса с содержанием дунитов более 30 %; 3 - породы метаморфизованного дунит-гарцбургитового комплекса с содержанием дунитов 10-30 %; 4 - сильносерпентинизированные ультрамафиты с прослоями серпентинитов; 5 - тектоническая брекчия; 6 - рудные тела; 7 – границы пород; 8 - тектонические нарушения; 9 - элементы залегания рудных тел; 10 - элементы залегания пород и тектонических нарушений; 11 - линии разрезов; 12 - скважины в плане; 13 - скважины в разрезе; 14 - микроразрезы

В пределах проявлений хромититов Енгайской площади массива Рай-Из выделены три разновидности рудообразующего шпинелида (табл. 1): 1) глиноземистые шпинели магнезиохромит-шпинелевого ряда в ранних хромовых рудах (р.т. № 3, проявление Енгайское IV); 2) хромистые шпинели магнезиохромит-хромитового ряда в метаморфизованных рудах; 3) железистые шпинели магнезиохромит-магнетитового ряда в интенсивно метаморфизованных рудах.

Таблица 1. Усредненные химические составы шпинелидов рудопроявлений

Енгайской площади (массив Рай-Из), мас. %

При исследовании рудного шпинелида наиболее интересны случаи значительного изменения химического состава минерала в пределах одного зерна, характеризующие зональное строение и позволяющие проследить последовательность преобразования шпинелей. Так, по составам зональных шпинелидов рудного тела № 3 прослежены две стадии метаморфизма:

1. По глиноземистым шпинелям развиты хромистые с обеднением Al, Mg, Ti и концентрацией Cr, Mn, Fe²⁺. Основным фактором изменения служит высокобарический динамометаморфизм, который фиксируется в появлении минералов-индикаторов, например хромового рутила [Суставов, Вахрушева, 2010].

2. По глиноземистым и хромистым шпинелям развиты железистые разновидности с обеднением Al, Mg, Cr, Тi и концентрацией Fe²⁺, Fe³⁺ при диафторезе.

Таким образом, в центральной части рудного тела № 3 выделяется блок субширотного простирания, сложенный ранними глиноземистыми шпинелями. На продолжении центрального блока развиты переходные зоны, в которых рудообразующие шпинели характеризуются зональностью с глиноземистыми центральными и хромистыми краевыми составами рудных зерен. Вторичные хромистые шпинели слагают блоки в юго-западной и северо-восточной частях рудного тела № 3 и формируются по глиноземистым шпинелям при метаморфизме первой стадии. В эндоконтактовой части рудного тела выделяются блоки руд с железистыми шпинелями, которые образованы при метаморфизме второй стадии.

В пределах рудопроявления Енгайское IV установлено преимущественное распространение ранних глиноземистых шпинелей с последующим изменением их состава в две стадии:

1. В двух случаях зафиксировано развитие хромистой шпинели с обеднением Al, Mg, Тi и концентрацией Cr, Fe²⁺, Mn.

2. В краевых частях большинства зерен рудообразующих шпинелей развиты хроммагнетитовые и магнетитовые каймы с обеднением Al, Mg, Cr, Тi, концентрацией Fe²⁺, Fe³⁺, Mn, а также увеличением содержания магнетитового минала при диафторезе.

В пределах рудопроявления Енгайское установлено развитие только хромистых шпинелей. Предполагается существование более ранних глиноземистых шпинелидов с последующей перекристаллизацией рудной зоны и вмещающих ультрамафитов при высокобарическом динамометаморфизме, которая сопровождается переотложением и концентрацией полезного компонента в тела шлирово-вкрапленных бедных хромовых руд.

Хромовое оруденение Ямботывисской площади (Войкаро-Сынинский массив) представлено серией рудопроявлений, отличающихся морфологией рудных тел и структурно-текстурными разновидностями руд. По условиям локализации выделено две группы рудопроявлений (рис. 2):

I группа - в небольших дунитовых телах;

II группа - в метаморфизованном дунит-гарцбургитовом комплексе.

Рис. 2. Геологические планы и разрезы рудопроявлений Ямботывисской площади. Усл. обозн.: 1 - дуниты; 2 - породы дунит-гарцбургитового комплекса с дунитовой составляющей более 30 %; 3 - породы дунит-гарцбургитового комплекса с дунитовой составляющей 10-30 %; 4 - рудные тела; 5 – границы пород; 6 - линии разрезов; 7 - элементы залегания рудных тел; 8 - элементы залегания пород; 9 - скважины в плане; 10 - скважины в разрезе

Рудопроявления первой группы, на примере проявлений №№ 24 и 28 (см. рис. 2), характеризуются сериями сближенных мелких рудных тел уплощенно-линзовидной формы, сложенных убого-редковкрапленными, шлировыми и полосчатыми рудами. Мощность рудных тел не превышает 2-3 м, протяженность – 20-30 м. Они локализованы в центральной части дунитовых тел и залегают согласно их простиранию. Внутреннее строение рудных тел неоднородно, от апикальных к центральным частям проявлена зональность, которая характеризуется увеличением густоты вкрапленности в рудах с одновременным укрупнением зерен шпинелидов.

Рудопроявления второй группы, на примере проявлений Морковкинское и № 118 (см. рис. 2), представлены одиночными компактными рудными телами с резкими контактами, иногда сопровождающимися маломощными рудными линзами. Тела залегают субсогласно с границами пород дунит-гарцбургитового комплекса. Внутреннее строение рудных тел неоднородно с проявлением зональности, реже близко к однородному. Отмечается большое многообразие структурно-текстурных разностей руд: редковкрапленные до густовкрапленных и сплошных, массивные, шлировые, полосчатые, нодулярные и пр.

В пределах проявлений хромовых руд Ямботывисской площади выделены только глиноземистые шпинели магнезиохромит-шпинелевого ряда (табл. 2) с близкими содержаниями минералообразующих компонентов. Различия в их распределении незначительны, вариации относительно средних содержаний составляют не более 5 %.

В результате выполненного исследования изменения составов ранних глиноземистых шпинелей можно утверждать существование двух стадий метаморфизма (рис. 3):

1) формирование естественно «облагороженных» хромистых шпинелей в результате обеднения Al, Mg, Ti и накопления Cr, Fe²⁺, Mn при высокобарическом динамометаморфизме. Хромистость рудного минерала увеличивается на 10-30 % при постоянном значении или сла­бом росте железистости до 10 %;

2) развитие железистых шпинелей или хроммагнетитовых и магнетитовых кайм в краевых частях рудных зерен в результате обеднения Al, Mg, Cr, Тi и накопления Fe²⁺, Fe³⁺, Mn при диафторезе. Железистость рудного минерала увеличивается на 10-20 % при постоянном значении или незначительных колебаниях хромистости до 10 %.

В работе приведены результаты исследования морфологии и внутреннего строения небольшой части рудных тел месторождения Центральное, которые выделены в две основные группы: 1) протяженные при относительно небольшой мощности тела, сложенные вкрапленно-полосчатыми бедными рудами; 2) компактные тела неправильной формы, сложенные богатыми рудами. В пределах рудных тел второй группы концентрируется основной объем запасов хромовых руд месторождения. Кроме того, отмечается существование «смешанной» группы при наложении оруденения второй группы на рудные тела, сложенные вкрапленно-полосчатыми бедными рудами. Рудообразующие шпинелиды месторождения Центральное характеризуются однородностью химических составов и относятся к хромистым разностям.

Выделенные на месторождении Центральное группы рудных тел являются укрупненными аналогами групп рудопроявлений, локализованных в дунитовых телах и дунит-гарцбургитовом комплексе в пределах Енгайской и Ямботывисской площадей. Различия заключаются лишь в значительно больших размерах рудных тел и развитии «смешанной» группы оруденения на месторождении.

В результате выполненного исследования геолого-петрографических особенностей рудовмещающих ультрамафитов, а также залегания, внутреннего строения рудных тел, структурно-текстурных разновидностей руд на исследованных площадях выделены две группы хромового оруденения:

1) вкрапленно-полосчатое в дунитовых телах;

2) компактное в дунит-гарцбургитовом комплексе.

Составы рудного шпинелида в пределах исследованных площадей характеризуют развитие двух основных химических типов хромового оруденения: глиноземистого и высокохромистого.

При относительно низкотемпературном «водном» метаморфизме формируются железистые шпинелиды. Процесс проявлен в апикальных частях рудных тел только на проявлениях Енгайской площади. Частным случаем является формирование хроммагнетитовых и, реже, магнетитовых кайм в краевых частях зерен шпинелидов рудопроявлений исследованных площадей.

Образование раннего глиноземистого оруденения предположительно связано со стадиями подъема и дифференциации ультраосновного вещества в верхней мантии и характеризуется широким диапазоном температур от 620 до 1100 °С (620-710 °С для Ямботывисской площади [Вахрушева, 2007ф], 980-1100 °С для Енгайской площади [Макеев и др., 1985; Макеев, 1992; Макеев, Брянчанинова, 1999; Ширяев, Вахрушева, 2009а]) и давлением порядка 10-25 кбар [Макеев, 1992; Макеев, Брянчанинова, 1999]. Формирование более позднего высокохромистого оруденения приурочено к деформациям ультрамафитов на коровом уровне и характеризуется температурой 520-900 °С [Макеев и др., 1985; Макеев, 1992; Макеев, Брянчанинова, 1999; Скляров и др., 2001; Ширяев, Вахрушева, 2009а] и давлением не менее 25 кбар [Скляров и др., 2001]. Образование самого позднего железистого оруденения происходит при регрессивном «водном» метаморфизме и характеризуется температурой около 700 °С и менее [Макеев и др., 1985; Макеев, 1992; Макеев, Брянчанинова, 1999] и давлением менее 10 кбар.

В палеозойской истории формирования ультрамафитовых массивов Полярного Урала (Рай-Из и Войкаро-Сынинский), в пределах которых расположены исследуемые хромитоносные площади, условно выделены два основных мегаэтапа:

1. Верхнемантийный мегаэтап включает в себя эпиконтинентальный рифтогенез, спрединг океанического дна, «всплывание» слабодифференцированного мантийного субстрата в конвективных потоках мантии с формированием директивных гарцбургитов, пород полосчатого дунит-гарцбургитового комплекса и бедновкрапленного глиноземистого хромового оруденения. На этом же мегаэтапе развиваются процессы интенсивной метаморфической дифференциации первичного слабодеплетированного субстрата в деформационных зонах с образованием сетчатого дунит-гарцбургитового комплекса, жильных и штокверковых дунитов, а также богатовкрапленного глиноземистого оруденения. Формирование хромового оруденения Ямботывисской площади (Войкаро-Сынинский массив) и ранних глиноземистых руд Енгайской площади (массив Рай-Из) предположительно проходило в течение ордовика (O₁-О₃).

2. Коровый мегаэтап включает в себя процессы деформаций, скучивания океанической литосферы и ее аккреции на пас­сивную окраину континента. Происходит формирование крупных текто­нических пластин, распространение складчато-надвиговых и шарьяжных дислокаций, линейных зон высокобарического метаморфизма и динамометаморфической зональности на массиве Рай-Из [Строение…, 1990] с образованием метаморфических парагенезисов различных фаций. В пределах Енгайской площади происходит формирование высокохромистого оруденения предположительно в позднем девоне - среднем карбоне (D₃ - С₃).

Развитие в пределах Енгайской площади массива Рай-Из и Ямботывисской площади Войкаро-Сынинского массива парагенетических ассоциаций первого мегаэтапа контролирует формирование хромового оруденения глиноземистого типа, наложение же второго мегаэтапа определяет образование метаморфических парагенезисов с существенным изменением химического состава рудообразующего глиноземистого шпинелида и/или концентрацией высокохромистого оруденения.

При исследовании хромового оруденения в пределах локальных площадей массивов Рай-Из и Войкаро-Сынинский уточнены локальные критерии и признаки хромитоносности, учитывающие особенности мелких рудных объектов:

I. Геофизические критерии.

Хромовое оруденение первой группы Енгайской площади, представленное телами вкрапленно-полосчатых бедных руд, является слабоконтрастным относительно околорудных ультрамафитов по плотности и магнитным свойствам, поэтому проведение типовых грави- и магнитометрических исследований неэффективно. Выявлено, что к рудным интервалам пространственно приурочена максимальная пористость околорудных дунитов [Вахрушева, 2010аф], что позволяет применять нетрадиционные для ультрамафитов геофизические методы, такие как сейсмо- и электроразведка, которые могут дать положительные результаты. Для хромового оруденения второй группы, а также первой группы Ямботывисской площади целесообразно выделение локальных положительных гравиметрических, а также отрицательных или знакопеременных высокоградиентных участков по периферии магнитных аномалий при проведении крупномасштабной площадной или профильной геофизической съемки с шагом не более 10 м. Важную роль имеет направление геофизических профилей, которые при исследовании Енгайской площади были ориентированы субпараллельно простиранию рудных тел, что привело к большой вероятности «пропуска» тел хромовых руд между профилями.

II. Геологические критерии.

1. Структурно-геологические признаки.

При проведении геологосъемочных и поисковых работ высокую эффективность показало среднемасштабное (М 1: 25000) и крупномасштабное (М 1: 10000) геологическое картирование хромитоносных участков с целью установления их положения в геологическом разрезе, определение степени деплетирования, состава, структур и текстур ультрамафитов, морфологии и количества дунитовых обособлений. В результате детально охарактеризовано геологическое строение исследованных площадей с выделением перспективных на обнаружение проявлений хромовых руд неоднородных участков, сложенных ультрамафитами полосчатого или сетчатого дунит-гарцбургитового комплекса с долей дунитовой составляющей более 30 % и широким распространением относительно крупных дунитовых тел.

2. Вещественные признаки.

Детальные исследования опорных геологических разрезов и вещественной характеристики ультрамафитов позволили оценить масштаб и характер развития ультраосновных метаморфитов, которые определяют химический тип хромового оруденения. Так, глиноземистое оруденение локализовано преимущественно в неметаморфизованных и частично метаморфизованных ультрамафитах Ямботывисской площади Войкаро-Сынинского массива; высокохромистое оруденение – в ультраосновных метаморфитах Енгайской площади массива Рай-Из, на которой также прямым поисковым признаком является появление пегматоидных структур в рудовмещающих дунитах.

В пределах рудопроявлений исследованных площадей выделены следующие технологические сорта хромовых руд: металлургический, являющийся наиболее ценным сырьем и использующийся напрямую в металлургическом переделе (вторая группа оруденения); агломерационный с предварительным окускованием руды и рудных концентратов путем их спекания (первая и вторая группы оруденения); и обогатительный, требующий обогащения с многостадийным извлечением полезного компонента (первая группа оруденения).

В работе установлено три последовательных этапа рудного минералообразования: на раннем формируются глиноземистые шпинели; на более позднем – хромистые. Железистые шпинели, развиваясь как по глиноземистым, так и хромистым разностям, являются наиболее поздними. Последовательность изменения химического состава шпинелей отражена в составах зональных шпинелидов с глиноземистыми центральными; хромистыми и железистыми краевыми частями зерен. Основными факторами изменения служат высокобарический динамометаморфизм и низкотемпературный «водный» метаморфизм.

В пределах исследованных площадей выделено два основных химических типа хромового оруденения: глиноземистый и высокохромистый. Глиноземистый тип является наиболее ранним и образуется в результате метаморфической дифференциации мантийного вещества. Высокохромистый тип является метаморфогенным и формируется при изменении раннего глиноземистого оруденения и/или концентрации полезного компонента в рудные тела под влиянием высокобарического динамометаморфизма. При диафторезе в апикальных частях рудных тел формируются железистые шпинелиды или значительно чаще хроммагнетитовые или магнетитовые каймы в краевых частях рудных зерен.

Геолого-петрографическая характеристика исследованных площадей позволяет утверждать, что Енгайская площадь массива Рай-Из является аналогом Ямботывисской площади Войкаро-Сынинского массива с близкими первичными вещественными комплексами ультрамафитов и локализацией раннего глиноземистого оруденения. Последующее преобразование пород в коровых условиях приводит к появлению более позднего высокохромистого оруденения. Важнейшими рудогенерирующими процессами являются деплетирование, твердопластическое течение и метаморфическая дифференциация мантийного вещества, а также коровый динамометаморфизм ультрамафитов в ходе деформаций офиолитовой пластины при становлении в структуре Полярноуральского региона.

1. Селиванов Р.А., Вахрушева Н.В. Особенности локализации хромового оруденения Енгайского рудного поля // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. – Екатеринбург: УГГУ. – 2010. № 2. – С. 91-98.

1. Селиванов Р.А. Особенности химического состава рудообразующей шпинели южной части Левопайерского рудопроявления (Войкаро-Сынинский массив, Полярный Урал) // Материалы Уральской горнопромышленной декады. – Екатеринбург: УГГУ, 2006. – С. 80-81.

2. Селиванов Р.А., Никольская Н.Е. Состав рудообразующих хромовых шпинелей Ямботывисского участка (Войкаро-Сынинский массив, Полярный Урал) // Уральская минералогическая школа – 2006: сборник статей студентов, аспирантов, научных сотрудников академических институтов и преподавателей вузов геологического профиля. – Екатеринбург: УГГУ, 2006. – С. 114-115.

3. Селиванов Р.А., Никольская Н.Е. Петрографическая характеристика и состав рудообразующих хромовых шпинелей Ямботывисского участка (Войкаро-Сынинский массив, Полярный Урал) // Материалы Уральской горнопромышленной декады. – Екатеринбург: УГГУ, 2007. – С. 54-55.

4. Селиванов Р.А. Петрографическая характеристика и особенности химического состава рудообразующих хромовых шпинелей Ямботывисского участка (Войкаро-Сынинский массив) и Енгайского рудопроявления (массив Рай-Из) // Вестник Уральского отделения Российского минералогического общества. – Екатеринбург: ИГГ УрО РАН. – 2008. – № 5. – С. 101-105.

Подписано в печать 25.05.2011 г. Формат 60×84 ¹/₁₆. Бумага офсетная. Печать на ризографе. Печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ

Издательство УГГУ

620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30

Уральский государственный горный университет

Отпечатано в лаборатории множительной техники изд-ва УГГУ