Геодинамические обстановки формирования месторождений стратегических металлов в Арктической зоне России
А.В. Волков, А.Л. Галямов, К.В. Лобанов, ФГБУН Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН
Приведены результаты изучения методами ГИС-анализа соотношения металлогении с геодинамическими обстановками в Арктической зоне Российской Федерации (АЗРФ), а также обсуждается роль магматизма в тектонической и металлогенической эволюции региона. В основу исследований положена обновленная база данных по Арктике, включающая информацию о размещении более 26 тыс. объектов - рудных и россыпных месторождений, рудопроявлений, точек минерализации, в том числе в России - более 8 тыс. По данным ГИС-анализа, в выступах докембрийского фундамента, террейнах пассивной и активной континентальных окраин размещено практически равное количество объектов (30%), а в коллизионной обстановке - 9% общего количества. Показано, что ареалы распространения разновозрастных гранитоидных интрузий распределены неравномерно, часто образуя совмещенные ассоциации, которые трассируют магмоподводящие каналы. На периферии этих областей развито большое число рудных объектов, в том числе и крупные комплексные месторождения стратегических металлов. ГИС-анализ размещения месторождений в ареалах гранитоидов магнетитовой, ильменитовой и промежуточной серий показывает, что выявленные ранее металлогенические особенности в целом справедливы и для АЗРФ. Месторождения Au, Ag и Cu локализованы в ареалах развития мелового магматизма магнетитовой серии, а минерализация Sn, W Pb и Zn приурочены к ареалам распространения гранитов ильменитовой серии. Полученные результаты чрезвычайно важны для прогнозирования новых месторождений.
Ключевые слова: АЗРФ, геодинамическая обстановка, магматизм, металлогения, база данных, стратегические металлы, крупное месторождение, рудопроявление, прогноз.
Введение
Россия занимает ведущие позиции в мире по добыче основных видов полезных ископаемых и является крупнейшим экспортером минерального сырья. Экономические и геополитические интересы России определяются состоянием минерально-сырьевой базы, воспроизводство которой на современном технологическом уровне является главной задачей геологической отрасли.
Арктическая зона Российской Федерации (АЗРФ) полукольцом охватывает окраину Евразийского континента и многочисленные острова вокруг Северного Ледовитого океана (рис. 1). Арктическая зона занимает около 30% территории России, ее площадь -- более 4 млн км2. Здесь сосредоточено значительное количество промышленно значимых месторождений таких стратегически важных элементов, как Au, Ag (Купол, Песчанка, Майское и др.), Cu-Ni-Pt (Норильск, Печенга-Никель и др.), Zr-Nb-REE (Томтор, Ковдор, Ловозеро и др.), алмазы (Архангельская группа, россыпи Анабара и др.), Zn-Pb-Ag (Павловская группа, архипелаг Новая Земля), алювиально-равнинные (Ti- Zr, Sn-W, Au) и прибрежно-морские (Sn-W, Au) россыпи, месторождения несогласия (U) и др. [1; 2].
Перспективы прироста запасов по многим видам стратегического минерального сырья также связаны с АЗРФ.
Недостатки современной системы геологических прогнозов в первую очередь затронули малоосвоенные, труднодоступные районы АЗРФ, обладающие значительными потенциальными ресурсами стратегических видов минерального сырья [1; 2]. В связи с сокращением финансирования и квалифицированных кадров научно-исследовательские и прогнознопоисковые геолого-разведочные работы в арктических регионах были практически свернуты.
В статье обсуждаются результаты изучения методами ГИС -- геодинамических обстановок формирования крупных месторождений стратегических металлов в АЗРФ. Важная роль в исследованиях отводилась выяснению геодинамической природы магматизма, его места в тектонической эволюции региона. В рамках решения главной задачи подготовлен ГИС-проект, включающий картографический материал и обновленную базу данных (БД) по отечественным и зарубежным месторождениям Арктики.
Рис. 1. Схематическая карта плотности верхней мантии [3] и распределения основных месторождений и перспективных рудопроявлений стратегических металлов в Арктике
Выполнен пространственно-статистический ГИС-анализ соотношения металлогении с геодинамическими обстановками АЗРФ. Изучено распределение месторождений и рудопроявлений стратегических металлов в ареалах разновозрастного базитового, гранитоидного и субщелочного магматизма в АЗРФ. Магматический ареал в авторском понимании включает кроме оконтуренных на карте площадей собственно интрузивных массивов также стратифицированные, метасоматические измененные вмещающие породы их рамы, занимающие на порядок большую площадь.
Для проведения ГИС-анализа применялись известные методические приемы, заложенные в аналитический аппарат ARCMAP, MAPINFO и других картографических математико-аналитических систем. Наиболее эффективными показали себя устоявшиеся методы выявления и оценки пространственных связей (растровой алгебры, нечеткой логики, вероятностного анализа и др.).
Публикация подготовлена в рамках проекта РФФИ (№ 18-05-70001) и продолжает серию статей Института геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН, посвященных минеральным ресурсам Арктики.
Информационная база данных месторождений и рудопроявлений стратегических металлов Арктики
В 2018-2019 гг. была существенно дополнена пространственная база данных рудных и экзогенных месторождений благородных, цветных и редких, а также редкоземельных и радиоактивных металлов Арктики. Исходный материал -- открытые источники глобальных и локальных баз данных, размещенные на сайтах геологических служб Европы, США и других стран, корпоративных и волонтерских сетей, а также результаты геологического изучения за счет средств федерального бюджета на территории России (см. рис. 1).
В итоге БД по Арктике включает информацию о размещении более 26 тыс. объектов -- рудных и россыпных месторождений, рудопроявлений, точек минерализации, в том числе в России -- более 8 тыс. Среди объектов благородных металлов (Au, Ag, Pt, Pd) в БД насчитывается около 400 месторождений, в том числе 33 крупных. Cu -- около 4000 объектов, из них более 350 месторождений, 7 крупных; Pb-Zn -- более 1000 объектов, 200 месторождений, в том числе 9 крупных. Объектов (Ni, Al, Ti, Sn, Sb, W, Mo) более 3000, среди них около 300 месторождений, 6 крупных. Черные металлы (Fe, Mn, Cr) представлены более чем 1000 объектов, среди которых более 200 месторождений, включая 9 крупных. Среди проявлений (около 450) редких металлов (Sc, Y, Zr, РЗЭ и др.) к месторождениям относятся 74 объекта, 3 крупных. Объектов радиоактивных металлов (U, Th) -- более 500, включая 47 месторождений.
Атрибутивная таблица БД содержит более 70 граф и включает помимо координат объектов данные об их географической и административной принадлежности, основных и сопутствующих полезных компонентах, их содержании в рудах, запасах и прогнозных ресурсах, степени освоенности, геологическом строении, форме и составе рудных тел, характере метасоматических околорудных изменений, а также информацию о собственнике. БД через координатную систему связана с бесшовной цифровой геологической картой, масштаб которой варьирует от 1:2 500 000 до 1:50 000 в зависимости от тематики включенных в базу данных слоев.
В составе имеющейся в БД геологической основы континентальной Арктики, прилегающего шельфа и островов представлены докембрийские, палеозойские и мезокайнозойские породные комплексы и магматические образования разнообразного состава и возраста, а также их отдельные характеристики (редокс-параметры и др.).
С появлением в открытых источниках новых материалов при более детальной обработке пространственных геологических данных и использовании новых методик анализа базовые и вспомогательные таблицы БД находятся в постоянном обновлении в соответствии с целями и задачами проекта.
Литосфера АЗРФ, сформированная в ходе нескольких суперконтинентальных циклов, включает древние щиты (Балтийский, Анабарский), перекрывающие их позднедокембрийский и палеозойский платформенные чехлы, складчатые орогенные пояса (Каледонский, Уральский, Таймырский, Тиманский, Верхояно-Чукотский), разделяющие древние платформы (Восточно-Европейскую, Сибирскую и Северо-Американскую), внутриплитные магматические провинции различных эпох от раннего докембрия до кайнозоя и мезозойские вулканогенные пояса Олойский (ОВП), Уяндино-Ясаченский, Удско-Мургальский (УМВП) и Охотско-Чукотский (ОЧВП).
Глубокая история Арктики затрагивает малоизученные события, такие как эволюция континентальных частей Арктиды [4]. Согласно опубликованной модели Арктида представляет собой мозаику докембрийских блоков, которые перегруппировывались по крайней мере дважды в связи с эволюцией Родинии и Пангеи -- 1250 млн лет назад. С последним этапом связаны формирование в пермто-триасовое время Уральского пояса, Предуральского и Верхоянского бассейнов, заложение рифтогенных прогибов в Западной Сибири, а также периокеанические структуры Верхояно-Чукотского складчатого пояса, трапповый магматизм на Сибирской платформе, в Западной Сибири, на Таймыре и Карском море.
Геодинамические обстановки развития литосферы на западном и восточном флангах российской Арктики заметно отличались друг от друга. По представлениям Л.М. Парфенова [5], на северо-востоке России пассивные и активные континентальные окраины с островными дугами существовали начиная с рифея. Позднее в этом регионе Евразии происходила длительная кратонизация, которая завершилась лишь в позднем мезозое. Следует отметить, что эта группа геодинамических обстановок принадлежит Тихоокеанскому рудному поясу (см. рис. 1). К геодинамическим обстановкам западной части АЗРФ в докембрийских щитах и на их периферии относятся:
1. Континентальные рифты, крупные изверженные провинции. Именно в этой обстановке формируются сульфидный Ni-Cu, Ni-Cu-Co и Ni-Cu-PGE, хромититовый, оксидный Fe-Ti-V с магнетитом минеральные типы месторождений Норильского рудного района и Карело-Кольского региона.
2. С обстановкой внутриплитного щелочно-гранитоидного магматизма связаны кимберлитовый и лампроитовый алмазоносный, апатит-магнетит-РЗЭ-редкометалльный карбонатитовый, апатит-нефелиновый РЗЭ-редкометалльный в расслоенных щелочных интрузиях минеральные типы крупных месторождений Балтийского и Анабарского докембрийских щитов.
3. В обстановках пассивной континентальной окраины, осадочных бассейнов и рифтогенных прогибах образовались стратиформные месторождения MVT- и SEDEX-типов, Cu-Co-Ag-песчаники и сланцы (Пай-Хой, Новая Земля, Полярный Урал), U-типа несогласия (Анабарский щит).
4. В зеленокаменных поясах Балтийского и Анабарского щитов формировались месторождения золота орогенного типа, Ni-Cu-PGE и колчеданно-полиметаллические, золотоносные конгломераты, редкометалльные пегматиты и железистые кварциты.
Геодинамические обстановки восточной части АЗРФ представлены:
1. Островодужными террейнами и окраинно-континентальными вулканическими поясами, зонами постоорогенной тектоно-магматической активизации. В этих обстановках формируются месторождения Cu-Mo-Au-, Cu-Mo- и Cu-Au-порфирового, Au-Ag-, Ag-Zn-Pb- и Au-Cu-эпитермального, Cu-Au- и Zn-Pb- Ag скарнового типов Чукотки.
2. Срединно-океаническими хребтами (СОХ), островодужными поясами, рифтогенными прогибами с медно-колчеданными (VHMS) и колчеданно-полиметаллическими типами месторождений (Полярный Урал, Майницкий террейн, северная Корякия).
3. Коллизионно-аккреционными террейнами пассивной континентальной окраины, областями орогенного и посторогенного магматизма. С этой обстановкой связаны: золото-кварцевый жильный, золото-сульфидно-кварцевый штокверковый, золото-сульфидный вкрапленный, грейзеновый Sn-W-F, Sn-сульфидный, Ta-Nb-Li-Be пегматитовый, Mo- порфировый, Mo-U гидротермальный, Au связанные с интрузивами гранитоидов, Zn-Pb-Ag-жильный типы месторождений. В коллизионных швах локализуются амагматичные Hg, Au-Sb-Hg и Au-Sb месторождения (северо-восток Якутии, западная и центральная Чукотка).
4. Задуговыми бассейнами, областями анорогенного гранитоидного магматизма, вмещающими крупные железо-оксидно-медно-золоторудные месторождения (IOCG-типа). Прогнозируются на северо-востоке Якутии и Чукотке.
Выделенные в АЗРФ геодинамические обстановки характеризуются различными по геохимическому составу гранитоидами [6]. В субдукционных обстановках формируются граниты М- и I-типов. Причем граниты М-типа встречаются в офиолитах, а I-типа -- в островодужных террейнах. С внутриплитными обстановками связаны граниты А-типа, которые по сравнению с М- и I-типами обогащены РЗЭ и HFSE Высокопрочными элементами.; Nb минимум отсутствует (щелочные граниты) или слабее проявлен. К гранитам I-типа, происходящим из магматического субстрата, относят кварцевые диориты, тоналиты, плагиограниты, гранодиориты и редко лейкограниты. Образование гранитов этого типа связывают с процессом кристаллизационной дифференциации островодужных базальтовых расплавов и плавления вулканогенно-осадочного субстрата аккреционных призм в активную фазу субдукции. В коллизионных обстановках магматические породы представлены главным образом известково-щелочными гранитными плутонами. Синколлизионные граниты -- это обычно лейкограниты S-типа, тогда как постколлизионные граниты представлены главным образом I- и А- типами. Граниты S-типа, преимущественно нормальные и субщелочные натрий-калиевые граниты и лейкограниты, источником которых считают седиментогенные блоки литосферы, приурочены к коллизионным обстановкам вследствие разогрева утолщенной коры либо переплавления осадочного материала под действием надсубдукционных мафических магм. A-тип анарогенных гранитов представлен безводными и щелочными породами, по составу варьирующими от кварцевых сиенитов до щелочных гранитов. Граниты этого типа часто образуют кольцевые плутоны, для них типично высокое содержание галогенов, особенно фтора, с которыми часто ассоциируют вольфрамово-оловянные и железо-оксидно-медно-золотые руды [7].