Пространственно-статистический анализ соотношения металлогении с геодинамическими обстановками
Схематическая карта (см. рис. 1), составленная на основе ГИС, наглядно подчеркивает, что большинство месторождений и перспективных рудопроявлений стратегических металлов в АЗРФ (около 70%) находится над областями верхней мантии с относительно низкой плотностью, которые характеризуются также повышенным термальным режимом [8], и связано с геодинамическими обстановками северо-западного отрезка Тихоокеанского рудного пояса [9]. Главные особенности неоднородной плотности верхней мантии обусловлены взаимодействием плит на фоне глобальной мантийной тепловой и вещественной конвекции [10]. Наиболее ярко связь гравитации и плотности присущи веществу океанической коры, где гравитационные аномалии пространственно прямо коррелируют с плотностью вмещающих пород; вместе с тем, по данным сейсмотомографии, их контрастность ослабевает с увеличением глубины поверхности Мохо [10].
По данным ГИС-анализа базы пространственных данных АЗРФ, в докембрийских комплексах в основном Балтийского щита размещается около 30% месторождений стратегических металлов (рис. 2). Важное место по числу месторождений в базе данных (30%) занимают ареалы пассивной континентальной окраины и зоны континентальных и субконтинентальных рифтогенных прогибов. Здесь преобладают месторождения цветных и благородных металлов, расположенные на пассивной окраине Сибирской платформы и в рифтогенных комплексах Среднего Урала.
В геодинамических обстановках Тихоокеанского рудного пояса (в террейнах пассивной и активной континентальной окраины, включая островные дуги) залегает еще около 30% месторождений. Причем объектов в пределах террейнов пассивной восточной окраины Сибирского кратона месторождений несколько больше, чем в зоне влияния ОЧВП и в островодужных комплексах Корякии. В коллизионных обстановках на Урале и Верхоянье преобладают проявления благородных и цветных металлов (9%). При этом в участках, где потстколлизионная тектоно- магматическая активизация наложена на терейны активной окраины, кроме благороднометалльной и медно-порфировой минерализации отмечается повышенное количество железорудных объектов, преимущественно скарнового типа.
Кайнозойские образования распространены на 30% площади АЗРФ. На остальной территории АЗРФ магматические образования занимают чуть более 5% площади, и к ним приурочено более 20% рудных месторождений и проявлений. Ареалы интрузивных массивов занимают более 17% площади, и к ним приурочено более 40% рудных объектов.
Рис. 2. Соотношение количества месторождений благородных, цветных, редких, черных и радиоактивных металлов в различных геодинамических обстановках Арктики (в том числе АЗРФ)
Пространственно-статистический анализ магматизма и металлогении в Арктической зоне России
Магматизм наиболее широко проявлен в северо-восточной части АЗРФ, охватывая ареалы ОВП, УМВП и ОЧВП, а также докембрийские щиты и их обрамление (рис. 3). В западной части протерозойский и вендский магматизм связан с древними структурами Балтийского щита. В центральной части палеозойский магматизм развит на Таймыре и Полярном Урале, Анабарском щите и его обрамлении.
Статистический площадной анализ распределения магматических формаций показывает, что среди них в АЗРФ преобладают гранитоидные формации в основном кислого и среднего состава (по 2% площади Арктический зоны). Интрузивные формации основного и ультраосновного состава занимают около 1% площади. Если добавить к площади интрузивных массивов ареалы измененных пород, то получим иные соотношения. В таком случае ареалы гранитоидных интрузий кислого и среднего состава и сопровождающих их измененных вмещающих пород составят более 50% и 62% площади АЗРФ соответственно.
Рис. 3. Распространение ареалов магматических формаций в АЗРФ
Наиболее широко в этих ареалах представлены гранитоиды позднемезозойского возраста, распространенные в пределах ОЧВП и Олойского вулканического пояса, батолиты «Колымской петли» и интрузивные массивы докембрийского возраста Балтийского и Анабарского щитов и их обрамления. За гранитоидными следуют ареалы базит-ультра- базитовых интрузий (около 23%) Чукотки, Таймыра и Балтийского щита, а менее всего представлены щелочные и субщелочные гранитоиды (около 15%).
Ареалы проявления базитового магматизма в АЗРФ представлены крупными магматическими провинциями, формировавшимися на периферии Восточно-Европейской платформы и на Таймыре (рис. 4). Широко известна пермотриасовая провинция, связанная с Сибирским суперплюмом [11], в которой развиты никеленосные и платиноносные ультрабазит-базитовые комплексы (Норильский и Маймеча-Котуйский).
Мезозойский и кайнозойский плюмовый вулканизм в Арктике представлен тремя возрастными группами [11]: (1) позднепермские-раннетриасовые траппы от Пай-Хоя и Карского моря до Таймыра и северной части Сибирской платформы, на Новосибирских островах и на Чукотке; (2) провинции и ареалы юрско-мелового магматизма в Центральной Арктике, включая Баренцевоморский и Северо-Гренландский ареал в хребте Альфа и поднятии Менделеева и небольшой ареал островов Де Лонга (Новосибирские острова); (3) позднекайнозойские базальтоиды в Центральной и Восточной Арктике.
Периодичность плюмового магматизма, находящаяся в антифазе с субдукционным магматизмом, -- главный генератор, запускающий магматизм в АЗРФ. Усиление плюмовой активности «разгоняет» конвекцию в астеносфере и с запаздыванием усиливает интенсивность субдукционного магматизма.
Рис. 4. Распространение ареалов базит-ультрабазитовых формаций в АЗРФ
Рис. 5. Распространение ареалов гранитоидных формаций в АЗРФ
Широкие ареалы распространения гранитоидных интрузий, как отмечалось выше, известны на Балтийском и Анабарском щитах, Полярном Урале и Таймыре, а также на северо-востоке России (рис. 3 и 5). По времени формирования они группируются в архей-протерозойских (Балтийский и Анабарский щиты), рифей-фанерозойских (Полярный Урал и Таймыр) и мезозойских (северо-восток России) литосферных блоках с различной металлогенией.
Ареалы распространения разновозрастных гранитоидных интрузий распределены неравномерно, часто перекрывая или дополняя друг друга (рис. 6). В Чукотском регионе такие совмещенные ареалы размещаются главным образом во внутренней зоне ОЧВП. Они приурочены к участкам наиболее мощной литосферы центральной и восточной Чукотки [2].
Рассмотрим в качестве примера Танюрерский плутон, расположенный на границе между Центрально-Чукотским сектором и Восточной фланговой зоной ОЧВП. Плутон имеет сложное строение и включает образования трех интрузивных комплексов раннего и позднего мела. Структурные взаимоотношения магматических пород в его пределах указывают на существование несколько интрузивных фаз от габброидов до лейкогранитов. Большую часть плутона слагают среднезернистые гранодиориты. В этих породах массива часто встречаются меланократовые включения от габбро до монцонитов, что может указывать на захват глубинных ксенолитов основного состава или на смешение магм основного и кислого составов. По петрографическим и геохимическим особенностям породы плутона соответствуют гранитам I-типа, имеющим смешанный корово-мантийный источник магм. При этом геохимические особенности пород указывают на связь Танюрерских гранитоидов с надсубдукционной обстановкой [12]. В целом же геохимические характеристики плутона свидетельствуют о магматических источниках в верхней континентальной коре. Формирование подобных плутонов маркирует трансформные магмоподводящие каналы [12].
Рис. 6. Совмещенные ареалы разновозрастных гранитоидов в АЗРФ
Рис. 7. Распространение гранитоидов ильменитовой и магнетитовой серий в АЗРФ
Согласно статистическим данным наибольшее количество месторождений стратегических металлов в России приурочено к палеозойским и архей-нижнепротерозойским ареалам гранитоидного магматизма. В АЗРФ в связи с преобладанием докембрийского и мелового магматизма Балтийского щита и северо-востока России отмечается другое соотношение месторождений с гранитоидными ареалами. Так, на территории Чукотки массовой приуроченности месторождений к совмещенным ареалам не наблюдается, хотя имеются примеры локализации крупных месторождений (Песчанка) в ареалах гетерогенных массивов гранитоидов (Егдэгкычский массив). Наоборот, преобладающее количество рудных объектов тяготеет не к совмещенным, а к моноареалам гранитоидов [13].
Первые результаты выделения ареалов формирования гранитов М- и I-типов в АЗРФ показали отчетливую зональность в их распространении. На рис. 7 видно, что позднемеловые массивы гранитоидов М-типа слагают внешнюю зону ОЧВП, а раннемеловые массивы I-типа распространены в Верхояно-Чукотских террейнах пассивной континентальной окраины. В Таймырском регионе древние ильменитовые интрузии приурочены к выступам Свальбард- ского кратона, а в более молодых геотектонических структурах сформировались гранитоиды М-типа.
Пространственный ГИС-анализ, выполненный для территории России в целом, показывает, что в разновозрастные эпохи соотношение площадей гранитоидов М- и I-типов значительно варьирует (рис. 8). Так, кайнозойские, пермские (Таймыр) и раннепротерозойские гранитоиды М-типа составляют от общей площади гранитов только 5%, 12% и 8% соответственно. А среди остальных гранитоидов мезозойского, палеозойского, позднепротерозойского и архейского возрастов -- 19%, 34% и 22% соответственно, следовательно, ильменитовые гранитоиды на территории России преобладают. Аналогичные соотношения отмечаются и на территории АЗРФ.
Известно, что гидротермальные месторождения Sn связаны только с гранитоидами I-типа, преимущественно бороносными [14; 15], W -- с гранитоидами М-, I- и промежуточного типов, Мо -- с М-типом, Cu, Pb, Zn и других халькофильных металлов -- с окисленными основными интрузивами и дайками М-типа. При этом последние помимо самостоятельных месторождений могут образовывать руды в областях более раннего Sn-W-оруденения, связанного с восстановленными магмами I-типа (касситерит-сульфидные месторождения).
ГИС-анализ размещения месторождений в ареалах гранитоидов М-, I- и промежуточного типов показывает, что выявленные особенности в целом справедливы и для российской Арктики (рис. 9).
магматизм металлогенический арктика гранитоидный
Заключение
По данным ГИС-анализа, в выступах докембрийского фундамента, террейнах пассивной и активной континентальных окраин размещено практически равное количество рудных объектов (30%), а в коллизионной обстановке -- 9% общего количества.
Рис. 8. Соотношение разновозрастных гранитоидов I- и М-типов на территории России
Ареалы гранитоидных интрузий кислого и среднего состава составляют более 50% и 62% от площади АЗРФ соответственно. За гранитоидными следуют ареалы базит-ультрабазитовых интрузий (около 23%), и менее всего представлены ареалы щелочных и субщелочных гранитоидов (около 15%).
Показано, что ареалы распространения разновозрастных гранитоидных интрузий распределены неравномерно, часто образуя совмещенные ассоциации, которые фиксируют 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 минерализации Sn, W, Pb и Zn приурочены к ареалам распространения гранитов ильменитовой серии.
Полученные результаты имеют большое значение для прогнозирования новых месторождений.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 18-05-70001) «Изучение геологических и геодинамических обстановок формирования крупных месторождений стратегических металлов Арктической зоны России: выводы для прогнозирования и поисков новых месторождений».
Рис. 9. Размещение в АЗРФ месторождений благородных и цветных металлов в ареалах гранитоидов MT, ILM и промежуточной (MT+ILM) серий
Литература
1. Бортников Н.С., Лобанов К.В., Волков А.В. и др. Месторождения стратегических металлов Арктической зоны // Геология руд. месторождений. -- 2015. -- Т. 57, № 6. -- С. 479--500.
2. Галямов А.Л., Волков А.В., Лобанов К.В. и др. Перспективы выявления месторождений стратегических металлов в арктической зоне России // Арктика: экология и экономика. -- 2017. -- № 1 (25). -- С. 59--74.
3. Bouman J. Ebbing J., Meekes S. et al. GOCE gravity gradient data for lithospheric model-ing. Int. J. Appl. Earth Obs. Geoinform, 2015, vol. 35, рр. 16--30.
4. Metelkin D.V., Vernikovsky V.A., Matushkin N. Yu. Arc- tida between Rodinia and Pangea // Precambrian Research, 2015, vol. 259, рр. 114--129.
5. Парфенов Л.М. Континентальные окраины и островные дуги мезозоид северо-востока Азии. -- Новосибирск: Наука, 1984. -- 192 с.