Введение к работе
Актуальность проблемы. За период более чем 35-летних исследований автора (1966-2003 гг.) по проблемам металлогении докембрия существенно менялись господствующие взгляды на вопросы тектонического развития главнейших типов структур земной коры в фанерозое и,, соответственно, в позднем и раннем докембрии, особенно, после того, как стадо, ясно, что принципы актуализма применимы и для комплексов пород, образованных в ранние периоды истории Земли. Классические представления .50-х годов о геосинклиналях, тектоно-магматических циклах, этапах и стадиях эволюции в 70-80 годы сменились понятиями тектоники плит,, а в 90-е годы к' ним добавились понятия плюм-тектоники. Новые и новейшие тектонические представления, внедряемые и в область докембрийской геологии (Ручкин, 1984; Рундквист, Митрофанов, 1986; Хаин, Божко, 1988; Condie, 1989, 1992; Kroner, 1981), оказали свое влияние и на понимание металлогении как науки вообще, так и металлогении докембрия, в основе которых лежат понятия геотектоники. Внедрение в практику металлогенических исследований прецизионных методов изотопного датирования и изотопно-геохимического изучения, вещества позволило провести геодинамический анализ раннедохембрийских структурно-вещественных комплексов, усовершенствовать понимание эволюции континентальной коры и ввести новые представления о природе рудоносности тектонических структур и металлогенической эволюции (Рундквист и др., 1999).
Докембрийская история, охватывающая не менее 85% длительности развития Земли как геологического тела, определяет важнейшие глобальные закономерности размещения месторождений полезных ископаемых в пределах континентальной коры, которая на 80% ее современной площади имеет архейско-раннепротерозойский возраст. Статистические данные показывают, что в докембрийских структурах сосредоточено 80% мировых запасов руд железа, около 70% хромитов, 60% меди, 70% никеля, более 90% золота, большая часть платиноидов и почти половина запасов урана. В пределах докембрийских породных комплексов сосредоточено большинство месторождений нерудного сырья (мусковита, флогопита, графита, высокоглиноземистого, огнеупорного, керамического и др. нерудного сырья). Динамика развития минерально-сырьевых ресурсов свидетельствует, что главный прирост запасов руд металлов (Au, Pt и Pd, Pb, Zn, Си, Ni, Со,. U) и индустриальных минералов был получен за счет открытия и освоения .новых месторождений именно в регионах распространения, архейско-раннепротерозойских структурно-вещественных комплексов. Многие, типы месторождений присуши только докембрийским комплексам (например, золото-ураноносные конгломераты, железистые кварциты, золоторудные и сульфидно-никелевые месторождения в коматиитах) и в них же в последние годи были выявлены важные в экономическом отношении крупные и уникальные промышленно-генетические тины месторождений: золота и никеля в зеленокаменных поясах архея. алмазов в докембрийских лампроитах. золота и марганца в железистых кварцитах, металлов платиновой группы н малосульфидных рудах расслоенных мафит-ультрамафитовых интрузий, медно-молибденовые порфировые в гранитоидах, сграшформные шеелитовые и амфиболит-карбонатных породных ассоциациях.
Докембрийские месторождения, как и вообше все месторождения, представляют собой ассоциации горных пород и минеральных скоплений, при образовании которых процессы концентрации элементов были настолько
интенсивными, что привели к возникновению знач [Т^И/ЦЫ^дГ^<}ху^Ч^СДН^л
БИБЛИОТЕКА С.Петербург ОЭ tOOtfai
аномалий, рассматриваемых в качестве месторождений. Эти процессы неооычной концентрации элементов могут варьировать от достаточно одноактных событий, таких, как образование стратиформных магматических кумулатов (например, месторождений хромита) до более сложных полигенных и полихронных, когда различные рудообразующие процессы последовательно сменяли друг друга на протяжении времени геологического развития. Такого рода процессы особенно отчетливо проявились в раннепротерозойский этап эволюции континентальной коры и ярко выражены в металлогении раннего протерозоя.
Цели и задачи. Непосредственной целью исследований явилось развитие современных представлений об общих закономерностях тектонической эволюции континентальной коры в раннем протерозое и формировании главных типов рудоносных структур этого геоисторического этапа, анализ его металлогенических особенностей на основе обобщения геологических, изотопно-геохимических, геохронологических материалов и данных по рудоносное раннедокембрийских регионов, а также проведение металлогенических исследований конкретных регионов в их пределах.
Достижение этих целей потребовало использования нескольких путей, с помощью которых были решены последовательные и взаимосвязанные задачи:
систематизация и анализ фактических данных по тектоническому развитию континентальной коры в раннем докембрии и выявление характера рудоносное наиболее крупных тектонических структур, формирующих континентальную кору; проведение их типизации, определение их металлогенической значимости и, соответственно, эволюции магматизма, метаморфизма и осадконакопления;
сравнительный анализ строения, развития и металлогении важнейших рудоносных структур раннего протерозоя: континентальных рифтовых структур, коллизионных и аккреционных орогенических поясов, интракратонных бассейнов;
реконструкция распространения рудоносных структур, построение карт
металлогенической зональности, выявление особенностей распределения
месторождении в континентальной коре раннего докембрия и научное
прогнозирование рудных районов с применением ГИС-технологии,
обработкой металлогенической базы данных и использованием
дистанционных материалов.
Фактический материал и методы исследований. В основу работы положены
результаты исследований автора в области металлогении докембрия по планам
НИР в ИГГД РАН в периоды 1966-1978 и 1985-2003 гг., во
ВНИИОкеангеология НПО Севморгеология в 1979-1985 гг., проектов
Российского Фонда Фундаментальных Исследований (№98-05-65531 «Природа
малосульфидного платинометального оруденения в раннедокембрийских
мафит-ультрамафитовых интрузиях: структурно-геологические, петролого-
изотопные и геохимические свидетельства») и Комиссии по геологической
карте Мира при ЮНЕСКО «Атлас металлогенической зональности докембрия
Мира (АМЗДМ)». Фактический материал был собран и обработан в эти же
периоды при полевых исследованиях в Карелии и на Кольском полуострове, в
Финляндии, в Восточном Забайкалье и Сев. Прибайкалье, Памиро-Алайской и
Зерафшанской структурных зонах Средней Азии, на арх. Шпицберген и в Зап.
Антарктиде. Обобщения по металлогении докембрия различных регионов
Мира осуществлены с помощью компьютерной базы металлогенических
данных составленной для АМЗДМ. Проведены петрологические и изотопно-
геохимические исследования базитового магматизма и связанного с ним
сульфидного Cu-Ni и платинометального оруденения в рифтогенных
структурах, а также петролого-метаморфические, структурно-геологические и
космоструктурные исследования регионов распространения колчеданно-
полиметаллического, медноколчеданного оруденения и нерудного сырья для
анализа металлогении раннепротерозойских орогенических поясов. Петролого-
геохимические и изотопно-геохронологические исследования автора
базируются на комплексном изучении геохимии редких и редкоземельных
элементов (рентгено-флюоресцентный и нейтронно-активационный методы) в
сочетании с данными по изотопному составу Nd, Sm, Pb, применению U-Pb и
Sm-Nd геохронологических методов (MS Finigan МАТ-261). Изотопно-
геохимические и геохронологические исследования проведены в лаборатории
изотопной геохимии и геохронологии ИГГД РАН, а геохимические — в
лабораториях ИГТД РАН, СП6ТУ и Межфакультетском Реакторном Институте
(Технический Университет г. Дельфт, Нидерланды).
Защищаемые положения. *
-
Ранний протерозой (2.5-1.65 млрд лет) характеризует принципиальную смену тектонического и металлогенического стиля развития континентальной коры, приводящую к формированию тектонически разнородных рудоносных структур и значительному разнообразию формационно-генетических типов оруденения.
-
Образование месторождений Си, Ni, Pt-Pd, Cr, U, Fe отвечает начальному этапу развития раннего протерозоя — рифтогенезу периода 2.5-2.4 и 2.3-2.1 млрд лет, выраженному в формировании анорогенных рудоносных структур: континентальных рифтов и рифтогенных бассейнов, развивающихся в пределах архейских кратонов.
-
Орогеническое развитие в раннем протерозое происходило в период 2.1-1.65 млрд лет и выражено в формировании аккреционных и коллизионных поясов с характерной для них рудоносностью. Для аккреционных рудоносных структур с ювенильной раннепротерозойской корой типично Cu-Pb-Zn, Cu-Co-Zn-Ni, Cu-Ni, Au, W-Mo оруденение. Коллизионным поясам свойственны месторождения нерудного сырья корунд, гранат, силлиманит, графит, апатит, флогопит, волластонит, мусковит и др.).
-
Генетическое разнообразие месторождений в раннем протерозое во многом обусловлено существенной ролью метаморфогенного рудообразования, усложнении его характера от преимущественно прометаморфического в архее к орто- и реометаморфическому рудообразованию в раннем протерозое, что явилось дополнительным фактором при образовании крупных и уникальных месторождений.
Новизна и научная значимость. Анализ фактического материала по металлогении раннепротерозойского этапа эволюции континентальной коры позволил установить существенные различия в формировании рудоносных тектонических структур и генетических типов месторождений по сравнению с архейским этапом образования земной коры в результате изменения стиля ее тектонического развития. Это различие выражено в наращивании континентальной коры при проявлении тектонических процессов, сходных с фанерозойской геодинамикой плейт- и плюм-тектонического планов, приведших к образованию в раннем протерозое аккреционных и коллизионных орогенических поясов, континентальных рифтов и интракратонных бассейнов, обладающих широким диапазоном формационно-генетических типов месторождений. Исследования металлогенических особенностей конкретных
рудоносных структур раннего протерозоя показали, что одной из главных причин формационно-генетического разнообразия месторождений, свойственных им, является геодинамическая природа этих структур: анорогенное формирование на архейской коре или связь с ювенильным корообразованием в орогенических раннепротерозойских поясах .
В результате комплексного петрологического, изотопно-геохимического и геолого-структурного изучения доказана сложная полигенно-полихронная природа сульфидного оруденения в рудоносных структурах Балтийского щита и других'' докембрййских регионов. Применение методов структурного дешифрирования космоснимков совместно с анализом геолого-геофизических материалов показана связь рудоносных структур с типовыми геодинамическими обстановками. Сформулированы петрологические, изотопно-геохимические, геолого-структурные и поисковые критерии платинометального оруденения малосульфидного типа в мафит-ультрамафитовых интрузиях и установлена их природа, а компьютерная обработка таких материалов с помощью экспертной системы позволила провести прогнозирование ру&илх районов и узлов.
Принципиальной новизной как в содержательном, так и в методическом аспектах отличается построение карт металлогенической зональности докембрия континентов Мира в цифровом формате со связкой атрибутивных и картографических материалов с базой ранжированных металлогенических данных.
Практическое значение работы и реализация результатов. Обобщение результатов многолетних исследований по металлогении раннего протерозоя представляет собой определенный вклад в фундаментальные исследования наук о Земле, который позволит оценить минерально-сырьевой потенциал докембрййских регионов России и применить его для межрегиональных и межконтинентальных корреляций. Полученные результаты изучения рудоносности тектонических структур, факторов рудообразования и предложенные современные технологии прогнозирования позволяют с новых позиций обратиться к оценке перспектив обнаружения крупных объектов промышленного освоения.
В ходе исследования метаморфогенного рудообразования были установлены критерии формирования медно-никелевых и колчеданно-полиметаллических месторождений, в особенности, наиболее богатых участков рудных тел. Новые изотопно-геохронологичеекие данные для вулканогенных раннепротерозойских комплексов и мафит-ультрамафитовых расслоенных интрузий рудоносных структур Балтийского шита, как и результаты их интерпретации, имеют важное значение для совершенствования обшей и региональной хроно-стратиграфических шкал докембрия и определения эволюции рудообразования. Итогом фундаментальных исследований региональной металлогении и корреляции металлогенического развития земной коры докембрййских регионов является современная металлогеническая картография, основанная на использовании пакета программ ARC/INFO и обобщающая данные тектонической эволюции и рудообразования, что выразилось в создании электронного Атласа карт металлогенической зональности докембрия Мира. Апробация полученных результатов. Результаты исследование изложенные в работе, отражены в публикациях и научных отчетах ИГТД РАН, ВНИИОкеангеология, ВСЕГЕИ, НИИКАМ и РФФИ. Основные положения диссертации изложены и были обсуждены в период до 1991 г на Всесоюзных и региональных совещаниях по геологии и металлогении докембрия, общей металлогении, метаморфогенному рудообразованию и картированию
метаморфических комплексов, научному прогнозированию рудных месторождений, Межведомственных петрографических совещаниях и Международных совещаниях по геологии и металлогении Балтийского щита в г. Хельсинки в 1973 и 1978 гг., по геологии арх. Шпицберген в гг. Варшаве и Вроцлаве 1980 и 1984 гг., по анализу распространения новых типов руд в пределах Балтийского щита (Лулео, Швеция, 1989 г.) и на симпозиуме по генезису рудных месторождений (IAGOD), Оттава, Канада, 1990 г.
За последнее десятилетие отдельные части работы были представлены для обсуждения в виде докладов и тезисов докладов на межрегиональных совещаниях «Эволюция докембрийской литосферы» (Ленинград, 1991), «Геодинамика и глубинное строение советской части Балтийского щита» (Апатиты, 1992); на 28, 29, 30, 31 сессиях МГК; Международных конгрессах Европейского союза геологических наук в Страсбурге (Франция в 1995, 1997 и 1999 гг.). На Международных симпозиумах в России и за рубежом: 1993 г. - по прикладной изотопной геохимии (Гейрангер, Норвегия); по геологии и рудоносиости Баренцевского региона (КиркенеЪ, Норвегия); по геологии и металлогении Ладожско-Ботнической зоны (Куопио, Финляндия в 1995-1999 гг.) и корреляции геологических комплексов Фенноскандии (С.-Петербург, 1996 г.). Тектонические особенности и рудоносность докембрийских структур обсуждались на Международных митингах Союза геологических Наук (С.-Петербург, 1995 г.; Турку, 1997 г.); Международных симпозиумах: «Петрология и металлогения интракратонных рифтов» (Дулут, США, 1995 г.); «Протерозойская эволюция в Северо-Атланическом регионе» (Гус-бей, Лабрадор, Канада, 1996 г.); «Тектоника фундамента платформ» (Блексбург, Виржиния, США, 1997 г.). Генетические вопросы формирования месторождений были рассмотрены на Международных симпозиумах по рудообразованию: «Плюмы, плиты и оруденение» (Претория, ЮАР, 1997 г.); «Научные основы прогнозирования и оценки золоторудных месторождений» (Львов, Украина, 1999 г.); «Крупные и суперкрупные рудные концентрации» SGA/IAGOD симпозиум (Лондон, 1999 г.).
Отдельные вопросы использования новых методов исследования в области металлогении были представлены на 12, 13 и 14 Конференциях по применению дистанционных методов в геологии (Денвер, США, 1997 г.; Ванкувер, Канада, 1999 г. и Лас-Вегас, США, 2000 г.), а также на 2-ом Конгрессе по региональной геологической картографии и информационным системам (Барселона, Испания, 1997 г.). Результаты исследований по проблемам региональной геологии докембрия, рудообразования, новым методам картирования и прогнозирования были доложены и обсуждены в течение последних двух лет уходящего столетия на Международных конференциях: «Новые идеи в науках о Земле» (Москва, 1999 г.); «Рифтогенез докембрия» (Петрозаводск, 1999 г.); «Эволюция раннего докембрия» (Москва, 1999 г.); Индустриальные минералы Фенноскандии (Петрозаводск, 1999 г.); на Межведомственных совещаниях - «Платина России» (Москва, 2000 г.), 300-летие Горно-геологической службы России (С.Петербург, 2000 г.) и в начале XXI века на Международных симпозиумах: «Глубинное строение Земли и концентрации металлов в литосфере: Геодинамический подход» (Годдард Центр НАС А, Виржиния, США, 2001 г.). Публикации. Основные результаты, изложенные в диссертации и автореферате, опубликованы в авторской монографии, 12 коллективных монографиях, 85 статьях, а также в многочисленных кратких сообщениях, опубликованных в виде тезисов академических, межведомственных, всероссийских и международных совещаний и симпозиумов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из 4 глав, 11 разделов, введения, заключения и списка цитированной литературы, изложенных на 343 стр., иллюстрирована 80 рисунками и 11 таблицами. Список цитированной литературы содержит 346 ссылок.