Sm–Nd AGE of the Kolvitsa Fe–Ti–V deposit, Porya Guba clinopyroxenite-wehrlite Complex, Kola region

Full Text

Среди Кандалакшско-Колвицких гранулитов широко развиты малые мафит-ультрамафитовые интрузивы, представленные двумя комплексами: порьегубским (порьереченским) клинопироксенит-верлитовым и плотичьенским шрисгеймит-кортландит-габброноритовым. Колвицкое месторождение Fe–Ti–V-руд связано с первым из них. Вопрос о соотношении времени формирования этих интрузивов с пиком метаморфических преобразований в гранулитах является дискуссионным. С одной стороны, эти интрузивы расположены в пределах Колвицкого меланжа [1, 2] и могли сформироваться, по данным геологической карты Кольского региона [3], до коллизионного гранулитового метаморфизма. По существующим оценкам, гранулитовый метаморфизм ограничивается интервалом от 1925±1 млн лет [4] до 1915±7 млн лет [5]. С другой стороны, недавнее датирование циркона из кортландитов массива Плотичья Варака (1913±5 млн лет; [6]) показывает, что интрузивы могли образоваться в самом конце периода гранулитового метаморфизма и являются, таким образом, синколлизионными. Однако, некоторыми исследователями [7] отмечается наличие ксенолитов гранулитов в клинопироксенитах, что свидетельствует о формировании порьегубского комплекса в посторогенных условиях. Фактическое отсутствие геохронологической информации по порьегубского комплексу определяет актуальность проведения изотопно-геохронологических исследований как части дискуссии, приведенной выше. Однако, поскольку U–Pb-датирование ультрамафитов сопряжено с трудностями выделения необходимого количества циркона, выбор Sm–Nd-изотопной системы для геохронологических исследований является предпочтительным. Sm–Nd-датирование выполнено для вмещающих и оруденелых пород Колвицкого месторождения, которое в последнее время привлекает к себе внимание из-за большого числа минералов группы платины, найденных в зонах сульфидной вкрапленности, оперяющих магнетитовые рудные тела [8].

ГЕОЛОГИЯ

Колвицкое Fe–Ti–V-месторождение (рис. 1) расположено в массиве Железный, входящем в состав порьегубского клинопироксенит-верлитового комплекса. Этот комплекс образует в структуре Кандалакшско-Колвицких гранулитов цепь массивов общей протяженностью более 20 км, ориентированную в северо-западном направлении [7–9]. Массив Железный размером 4 × 1 км сложен преимущественно клинопироксенитами (рис. 1). Подчиненная группа пород массива Железный представлена верлитами, оливинитами, вебстеритами, оливиновыми клинопироксенитами и титаномагнетитовыми рудами (магнетититами) [10] и рассматривается исследователями как позднее образование (поздняя фаза) массива [11].

 

Рис. 1. Схема геологического строения массива Железный (а) и фрагмент детальной карты Колвицкого Fe–Ti–V-месторождения (б) (составлено по материалам [10]).

 

Титаномагнетитовые руды Колвицкого месторождения образуют крутопадающие тела мощностью до 50 м, которые прослеживаются по простиранию на расстояние до 1500 м, а на глубину – до 350 м. Среднее содержание железа в руде составляет 40%, оксида титана и ванадия – 7 и 0.2% соответственно [9, 10]. Вокруг титаномагнетитовых руд, в оливиновых клинопироксенитах и вебстеритах развивается зона сульфидной вкрапленности с содержанием халькопирита до 10%. С этой вкрапленностью связана платинометальная минерализация с содержанием Pt+Pd+Au до 1 г/т на мощность около 3 метров [11].

Полевые наблюдения показывают, что вблизи резких контактов безрудных крупно-среднезернистых клинопироксенитов и гранат-пироксен-полевошпатовых кристаллосланцев (обломков гранулитов) образуется зона закалки в виде мелкозернистых пироксенитов мощностью до одного метра (рис. 2 а). В ксенолитах гранулитов происходит перекристаллизация части материала, появляются пегматоидные текстуры. Ксенолиты кристаллосланцев в минерализованных пироксенитах и титаномагнетитовой руде имеют постепенные границы, возникающие за счет ассимиляции гранулитов. Титаномагнетитовая руда при этом обогащается гранатом.

 

Рис. 2. (А) Фотография обнажения резкого контакта (выделено красным пунктиром) ксенолита гранулитов (GRN) и закаленных клинопироксенитов (PX) массива Железный. Длина кувалды 40 см. (Б) BSE-изображение минерализованного оливинового пироксенита, содержащего минералы платиновых металлов (на врезке). (В) Микрофотография титаномагнетитовой руды Колвицкого месторождения в отраженном свете. Масштабные линии – в мкм. Ссp – халькопирит, Cbn – кубанит, Cpx – клинопироксен, Hc – герцинит, Ilm – ильменит, Mag – магнетит, Ol – оливин, Sov – соболевскит, Spdn – станнопалладинит, Tfpt – тетраферроплатина, Zvy – звягинцевит.

 

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В ходе полевых работ в пределах массива Железный для Sm–Nd-исследований была отобрана одна проба клинопироксенитов (PR-4) и две пробы минерализованных пироксенитов из керна скважины (PR-7, PR-8), а также две пробы титаномагнетитовой руды из разведочных канав в северной (PR-1) и центральной (PR-2) части массива (рис. 1). Вес каждой пробы составляет около 5 кг.

Безрудные клинопироксениты представляют собой крупно-среднезернистые породы, состоящие из клинопироксена (75–80%), оливина (5–15%), буроватого амфибола (5–10%), ортопироксена (<1%) и апатита (ед. з.). Как правило, клинопироксениты содержат замутненный пылевидными рудными минералами ксеноморфный пироксен и практически несерпентинизированный оливин. Минерализованные пироксениты (рис. 2 б) состоят из клинопироксена (20–86%), буроватого амфибола (5–10%), оливина (1–5%), ортопироксена (1–70%), рудных минералов (3–12%) и единичных зерен биотита, хлорита, серпентина, герцинита и апатита. Минерализованные пироксениты, как правило, обогащены клинопироксеном и имеют среднезернистое сложение; порфировидные структуры отмечаются в обогащенных ортопироксеном разностях. Главными рудными минералами являются магнетит, халькопирит, ильменит, пирротин, пентландит. Минералы платиновых металлов, установленные преимущественно в этих породах [8], представлены звягинцевитом, соболевскитом, станнопалладинитом, фрудитом, тетраферроплатиной и др. Содержание платины и палладия в пробе PR-8, по данным атомно-абсорбционного анализа (ГИ КНЦ РАН), составляет 0.8 г/т. Титаномагнетитовая руда (рис. 2 в) сложена, главным образом, магнетитом (60–90%), герцинитом (5–10%), ильменитом (3–7%) и содержит в различных количествах силикатные и сульфидные минералы (оливин, клинопироксен, амфибол, халькопирит, троилит, пентландит).

Sm‒Nd-метод

Измерения изотопного состава неодима и концентраций Sm и Nd проводились в Центре Коллективного Пользования ФИЦ КНЦ РАН (г. Апатиты) на 7-канальном твердофазном масс-спектрометре Finnigan-MAT 262 в статическом двухленточном режиме с использованием рениевых и танталовых лент. Изотопные отношения были нормализованы по отношению ¹⁴⁶Nd/¹⁴⁴Nd = 0.7219; изотопный состав неодима приведен к референсному значению в стандарте JNdi-1 = 0.512115 [12]. Ошибки определения отношения¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd составили 0.3%, изотопного состава Nd в индивидуальном анализе – 0.003%, и до 0.005% для минералов с низкими концентрациями неодима и самария. Холостое внутрилабораторное загрязнение по Nd – 0.3 нг, по Sm – 0.06 нг. Точность определения концентраций Nd и Sm ±0.5%. Более детальное описание методик химической пробоподготовки и масс-спектрометрического анализа приведено в работе [13]. При расчете величин ε_Nd(T) и модельных возрастов T_(DM) использованы современные значения CHUR¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd = 0.512630, ¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd = 0.1960 [14]; DM¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd = 0.513151,¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd = 0.2136 [15] и константы распада самария λ₁₄₇ = (6.524±0.024)×10^–12/год [16]. Построение минеральных изохрон и расчет Sm‒Nd-возрастов проводился с помощью онлайн-версии программы IsoplotR [17].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ДИСКУССИЯ

Всего проанализировано 5 пород в целом (WR) и 17 монофракций породообразующих силикатных (пироксены, оливин, амфибол, апатит) и рудных минералов (пирротин, троилит, халькопирит, пентландит). Изотопные составы неодима в изученных образцах варьируют от 0.510986 до 0.512773, отношение ¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd от 0.0890 для оливина до 0.2185 для клинопироксена (табл. 1). Концентрации неодима варьируют от 0.169 ppm до 459 ppm, самария – 0.037 ppm от до 72.3 ppm. Минимальные количества неодима и самария определены в сульфидах и оливине (доли ppm).

 

Таблица 1. Результаты Sm–Nd-изотопных исследований для пород и минеральных фракций массива Железный

Образец	Концентрация, мкг/г		Изотопные отношения		TDM, млн лет	εNd(T)
	Sm	Nd	147Sm/144Nd	143Nd/144Nd
Безрудный клинопироксенит 1858±34 млн лет
PR-4 WR	3.56	13.65	0.1577	0.512088±11	2887	–1.47
PR-4 Opx	1.722	5.87	0.1773	0.512348±14
PR-4 Cpx	3.72	11.78	0.1907	0.512487±19
PR-4 Ap	72.3	459	0.0951	0.511334±14
PR-4 Amf	4.49	18.91	0.1436	0.511904±20
Минерализованный пироксенит 1832±35 млн лет
PR-8 WR	3.03	13.16	0.1390	0.511840±17	2670	–2.05
PR-8 Ol	0.141	0.664	0.1285	0.511708±12
PR-8 Cpx	4.39	14.37	0.1847	0.512385±17
PR-8 Pyh	0.060	0.345	0.1052	0.511431±19

 

Таблица 1. Окончание

Образец	Концентрация, мкг/г		Изотопные отношения		TDM, млн лет	εNd(T)
	Sm	Nd	147Sm/144Nd	143Nd/144Nd
PR-8 Pn	0.158	1.013	0.0944	0.511289±22
PR-8 Ccp	0.102	0.556	0.1107	0.511513±22
PR-7 WR	3.83	16.30	0.1422	0.511883±9	2698	–1.96
PR-7 Opx	1.940	7.24	0.1620	0.512111±19
Титаномагнетитовая руда 1823±19 млн лет
PR-1 WR	2.225	10.16	0.1324	0.511745±11	2631	–2.34
PR-1 Ol	0.252	1.712	0.0890	0.511205±19
PR-1 Cpx	3.59	11.02	0.1969	0.512516±14
PR-1 Ccp	0.057	0.322	0.1070	0.511462±27
PR-1 Tro	0.115	0.687	0.1012	0.511379±23
PR-2 WR	2.744	12.19	0.1360	0.511773±9	2698	–2.77
PR-2 Cpx	5.18	14.33	0.2185	0.512773±12
PR-2 Ccp	0.092	0.621	0.0896	0.511225±18
PR-2 Pn	0.283	2.532	0.0676	0.510986±26

 

Минеральная Sm–Nd-изохрона для клинопироксенитов, построенная по породе в целом и породообразующим минералам, соответствует возрасту 1858±34 млн лет, ε_Nd(T) = –1.5 (рис. 3 а). Полученный возраст может рассматриваться как время формирования массива Железный. Массив, по-видимому, внедрился в кристаллосланцы после пика гранулитового метаморфизма, время которого оценивается интервалом 1925–1915 млн лет [4, 5]. Интересно отметить, что время формирования массива Железный совпадает в пределах ошибки с оценкой времени остывания гранулитов до температуры 450°C. Последняя была достигнута к рубежу 1880–1870 млн лет, судя по времени закрытия U–Pb=изотопной системы в рутиле [5]. Кроме этого, близкий Sm–Nd-возраст ранее был получен для клинопироксенит-верлитового массива Райненчорр, расположенного в южной части комплекса Волчьих Тундр – 1863±77 млн лет при величине ε_Nd(T) = –1.8±0.2 [18].

 

Рис. 3. Минеральные Sm–Nd-изохроны для пород и руд массива Железный: а) безрудные клинопироксениты; б) минерализованные пироксениты; в) титаномагнетитовая руда. WR – порода в целом, Cpx – клинопироксен, Opx – ортопироксен, Ol – оливин, Amp – амфибол, Ap – апатит, Ccp – халькопирит, Pyh – пирротин, Tro – троилит, Pn – пентландит. Красными эллипсами обозначены сульфидные минералы.

 

Для минерализованных пироксенитов была построена Sm–Nd-минеральная изохрона по породе в целом, породообразующим и сульфидным минералам из проб PR-7 и PR-8. Наклон полученной линии регрессии соответствует возрасту 1832±35 млн лет, ε_Nd(T) = –2.0 (рис. 3 б). Sm–Nd-изохрона по породе в целом и минералам из титаномагнетитовой руды (пробы PR-1 и PR-2) соответствует возрасту 1823±19 млн лет, ε_Nd(T) = –2.5 (рис. 3 в), который пересекается в пределах ошибки измерения с Sm‒Nd-возрастом минерализованных пироксенитов. Таким образом, оценка Sm–Nd-возраста для оруденения Колвицкого месторождения в пределах ошибки совпадает с возрастом вмещающих клинопироксенитов, что подтверждает их связь в рамках общего комплекса.

Несмотря на то, что представление о двухфазности порьегубского комплекса [10, 11] не находит в настоящее время геохронологического подтверждения, необходимо отметить его изотопную гетерогенность, выраженную в понижении величин ε_Nd(T) от –1.5 в предположительно ранних породах (клинопироксенитах) до –2.0 – –2.5 в более поздних породах (минерализованные пироксениты и титаномагнетитовая руда). Это уменьшение, по-видимому, объясняется большей степенью контаминации рудной магмы веществом гранулитов, свидетельством чего являются их частично ассимилированные ксенолиты в титаномагнетитовой руде в сравнении с “приваренными” ксенолитами в клинопироксенитах.

Таким образом, впервые полученные для малых клинопироксенит-верлитовых интрузий Кандалакшско-Колвицких гранулитов изотопные Sm‒Nd-возрастные данные указывают на единство клинопироксенитов и оруденелых пород Колвицкого Fe–Ti‒V-месторождения в рамках порьегубского интрузивного комплекса. Наиболее древний из полученных возрастов, 1858±34 млн лет, немногим моложе оценок возраста гранулитового метаморфизма в Колвицком меланже (1925–1915 млн лет) и согласуется с оценкой времени остывания кристаллосланцев до 450° на рубеже 1880–1870 млн лет. Следовательно, формирование порьегубского клинопироксенит-верлитового комплекса происходило в постколлизионных геодинамических условиях, на стадии остывания Лапландско-Кольского орогена.

БЛАГОДАРНОСТИ

Авторы благодарят С. В. Бороздину, А. Н. Иванова, А. В. Мокрушина и Ю. Н. Нерадовского за помощь в проведении полевых работ, а также анонимного рецензента, чьи замечания помогли улучшить качество рукописи. Посвящается памяти Юрия Николаевича Нерадовского, щедро делившегося своим опытом и знаниями.

ИСТОЧНИКИ ФИНАНСИРОВАНИЯ

Работа выполнена в рамках темы НИР ГИ КНЦ РАН № FMEZ-2024-0004.

About the authors

P. A. Serov

Kola Science Center of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: p.serov@ksc.ru

Geological Institute

Russian Federation, Apatity

N. Y. Groshev

Kola Science Center of the Russian Academy of Sciences

Email: p.serov@ksc.ru

Geological Institute

Russian Federation, Apatity

References

Supplementary files