litosphereЛитосфераLITHOSPHERE (Russia)1681-90042500-302XA.N. Zavaritsky Institute of Geology and Geochemistry10.24930/1681-9004-2019-19-5-687-703litosphere-1211Research ArticleСтатьиArticlesПетрогеохимические особенности хромитоносных ультрамафитов Куртушибинского офиолитового пояса (Западный Саян)Petrogeochemical characteristics of chrome-bearing ultramafites in the Kurtushibinsky ophiolite belt (Western Sayan)ЧернышовА. И.ChernyshovA. I.aich@ggf.tsu.ruЮричевА. Н.YurichevA. N.КичееваА. В.KicheevaA. V.Томский государственный университетРоссияTomsk State UniversityRussian Federation201922112019195687703Copyright © Чернышов А.И., Юричев А.Н., Кичеева А.В., 20192019Чернышов А.И., Юричев А.Н., Кичеева А.В.Chernyshov A.I., Yurichev A.N., Kicheeva A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.lithosphere.ru/jour/article/view/1211

.

Объект исследования

Объект исследования. Метаморфические ультрамафиты Калнинского и Эргакского массивов, которые являются фрагментами Куртушибинского офиолитового пояса, расположены в северо-восточной части Западного Саяна (Россия). Актуальность изучения определяется их потенциальной рудоносностью на хром и благородные металлы.

Материалы и методы

Материалы и методы. Изучение силикатных и рудных минералов исследуемых ультрамафитов в шлифах и аншлифах на поляризационном микроскопе AxioScop Carl Zeiss; диагностика химического состава минералов методом рентгеноспектрального микроанализа с применением электронного сканирующего микроскопа Tescan Vega II LMU, оборудованного энергодисперсионным INCA Energy 350 и волнодисперсионным INCA Wave 700 спектрометрами; изучение петрохимического состава исследуемых пород методом РФА-анализа на рентгенофлуоресцентном энергодисперсионном спектрометре Oxford ED-2000; количественный ICP-MS анализ с использованием спектрометра серии Agilent 7500.

Результаты

Результаты. Массивы сложены дунитами и гарцбургитами, которые образовались в процессе неравномерного деплетирования мантийного вещества. В результате депироксенизации перидотитов ультрамафиты обогащались хромшпинелидами. Последующие интенсивные пластические деформации способствовали их сегрегации в рудные тела. В северной части Эргакского массива преобладают регенерированные оливиниты. Микроструктурные особенности ультрамафитов и состав минералов свидетельствуют о том, что они подвергались неоднородным высокотемпературным пластическим деформациям, в процессе их перемещения в верхней мантии и земной коре, что находит отражение в изменении химического состава минералов.

Выводы

Выводы. Проведенные петрохимические исследования показывают, что наименее деплетированными являются ультрамафиты Эргакского массива с лерцолитовым уклоном, в составе которых часто встречается клинопироксен. Наиболее деплетированные ультрамафиты Калнинского массива характеризуются более значительным распространением дунитов и не содержат клинопироксена. Отмечается тенденция к уменьшению содержаний РЗЭ и редких элементов в ультрамафитах Калнинского массива по отношению к Эргакскому, что также подтверждает большую степень деплетированности ультрамафитов в первом массиве. Геохимические данные свидетельствуют о флюидно-магматическом воздействии бонинитовых расплавов на деплетированные ультрамафиты, которое, очевидно, происходило в мантийных условиях над зоной субдукции и привело к их обогащению несовместимыми легкими РЗЭ (La, Ce), а также Sr, Zr и Hf и к формированию высокохромистых хромититов. 

Research subject

Research subject. The metamorphic ultramafites of the Kalninsky and Ergaksky massifs located in the northeastern part of Western Sayan (Russia) constitute the Kurtushibinsky ophiolite belt. These rocks are considered to be potentially interesting as bearing chromium and noble metals, which fact determines the relevance of this research.

Materials and methods

Materials and methods. Thin and polished sections of silicate and ore minerals from the ultramafic rocks under study were investigated using a polarizing microscope AxioScop, Carl Zeiss. The chemical composition of minerals was determined by the method of X-ray spectrum microanalysis using a scanning electron microscope Tescan Vega II LMU equipped with an energy-dispersive spectrometer INCA Energy 350 and a wave-dispersive spectrometer INCA Wave 700. The petrochemical composition of the rocks was studied by the methods of XRF analysis using an X-ray fluorescence energy-dispersive spectrometer Oxford ED-2000. A quantitative ICP-MS analysis was carried out using an Agilent 7500 spectrometer.

Results

Results. The massifs are found to be composed of dunites and harzburgites, which were formed during an uneven depletion of the mantle. As a result of depyroxenization, the ultramafites were enriched with chromospinelides. Subsequent intense plastic deformations contributed to their segregation into ore bodies. Regenerated olivinites predominate in the northern part of the Ergaksky massif. The microstructural features of ultramafites and the composition of minerals indicate them to have been subjected to inhomogeneous high-temperature plastic deformations, which occurred during their migration in the upper mantle and crust.

Conclusions

Conclusions. The petrochemical studies have shown that the ultramafites of the Ergaksky massif are least depleted, frequently featuring clinopyroxene. The most depleted ultramafites of the Kalninsky massif are characterized by a more extensive distribution of dunites, the absence of clinopyroxene and lower contents of REE and rare elements in comparison with the ultramafites of the Ergaksky massif. The obtained geochemical data indicate a fluid-magmatic effect of boninite melts on depleted ultramafites, which apparently occurred under mantle conditions over the subduction zone and consequently led to their enrichment with incompatible LREE (La, Ce) and Sr, Zr and Hf, as well as to the formation of high-chromium chromitites. 

Западный Саянофиолитыметаморфические ультрамафитыхромититыхимизмпетрогенезисWestern Sayanophiolitesmetamorphic ultramafiteschromititeschemismpetrogenesisReferencesБатанова В.Г., Лясковская З.Е., Савельева Г.Н., Соболев А.В. (2014) Перидотиты п-ова Камчатский мыс: свидетельство плавления океанической мантии вблизи горячей точки. Геология и геофизика, 55(12), 1748-1758.Batanova V.G., Belousov I.A., Savelieva G.N., Sobolev A.V. (2011) Conséquences of channelised and diffuse melt transport in supra-subduction mantle: evidence from Voykar ophiolite (Polar Urals). J. Petrol., 52(12), 2483-2521.Волкова Н.И., Ступаков С.И., Бабин Г.А., Руднев С.Н., Монгуш А.А. (2009) Подвижность редких элементов при субдукционном метаморфизме (на примере глаукофановых сланцев Куртушибинского хребта, Западный Саян). Геохимия, 4, 401-414.Batanova V.G., Sobolev A.V., Lyaskovskaya Z.E., Savel’eva G.N. (2014) Peridotites from the Kamchatsky Mys: Evidence of oceanic mantle melting near a hotspot. Russ. Geol. Geophys., 55(12), 1395-1403.Гончаренко А.И., Чернышов А.И. (1990) Деформационная структура и петрология нефритоносных гипербазитов. Томск: Изд-во Томск. ун-та, 200 с.Boynton W.V. (1984) Geochemistry of the rare earth elements: meteorite studies. Rare earth element geochemistry. Amsterdam, Elsevier, 63-114.Еханин Д.А. (2010) Геологическое строение и перспективы рудоносности Калнинского ультрабазитового массива. Разведка и охрана недр, 9, 24-28.Chernyshov A.I., Yurichev A.N. (2013) Petrostructural evolution of ultramafic rocks of the Kalninsky chromitebearing massif, Western Sayan. Geotectonics, 47(4), 266-278.Еханин А.Г., Власов А.В., Заболоцкий А.Д. и др. (2008) Новые данные о хромитоносности гипербазитового Калнинского массива (Красноярский край). Геология и полезные ископаемые Красноярского края. Красноярск: КНИИГиМС, 173-180.Chernyshov A.I., Yurichev A.N. (2016) The structural evolution of dunite and chromite ore from the Kharcheruz Massif, the Polar Urals. Geotectonics, 50(2), 196-208.Кривенко А.П., Подлипский М.Ю., Агафонов Л.В. (2004) Петрология и минералогия гипербазитов Эргакского массива. Состояние и освоение природных ресурсов Тувы и сопредельных регионов Центральной Азии. Геоэкология природной среды и общества. Кызыл: ТувИКОПР СО РАН, 61-77.Goncharenko А.I., Chernyshev А.I. (1990) Deformatsionnaya struktura i petrologiya nefritonosnykh giperbazitov [Deformation structure and petrology of nephritebearing hyperbasites]. Tomsk, Tomsk State Univ. Publ., 200 p. (In Russian)Кривенко А.П., Подлипский М.Ю., Кубышев А.И., Катанов С.Г. (2002) Перспективы хромитоносности и платиноносности гипербазитов Верхне-Амыльского района в Западном Саяне. Минеральные ресурсы Красноярского края. Красноярск: КНИИГиМС, 314-324.Ekhanin D.А. (2010) Geological structure and prospects of ore-bearing of Kalninsky ultrabasic massif. Razvedka i okhrana nedr, 9, 24-28. (In Russian)Леснов Ф.П. (2007) Редкоземельные элементы в ультрамафитовых и мафитовых породах и их минералах. Кн. 1. Главные типы пород. Породообразующие минералы. Новосибирск: Гео, 403 с.Ekhanin A.G., Vlasov A.V., Zabolotsky A.D. and others (2008) New data on chrome-bearing of Kalnin ultrabasic massif (Krasnoyarsk region). Geologiya i poleznye iskopaemye Krasnoyarskogo kraya [Geology and minerals of Krasnoyarsk region]. Krasnoyarsk, KNIIGiMS Publ. 173-180. (In Russian)Леснов Ф.П., Чернышев А.И., Истомин В.Е. (2005) Геохимические свойства и типоморфизм оливинов из гетерогенных ультрамафитовых пород. Геохимия, 4, 395-414.Krivenko А.P., Podlipskii M.Yu., Аgafonov L.V. (2004) Petrology and mineralogy of hyperbasites of Ergaksky massif. Sostoyanie i osvoenie prirodnykh resursov Tuvy i sopredel’nykh regionov Tsentral’noi Аzii. Geoekologiya prirodnoi sredy i obshchestva [State and development of natural resources of Tuva and adjacent regions of Central Asia. Geoecology of natural environment and society]. Kyzyl, TuvIKOPR SO RАN, 61-77. (In Russian)Малахов И.А. (1983) Петрохимия главных формационных типов ультрабазитов. М.: Наука, 223 с.Krivenko А.P., Podlipskii M.Yu., Kubyshev А.I., Katanov S.G. (2002) Perspectives of chromite-bearing and platinum-bearing capacity of hyperbasites of UpperAmylsky region in Western Sayan. Mineral’nye resursy Krasnoyarskogo kraya [Mineral Resources of Krasnoyarsk Territory]. Krasnoyarsk, KNIIGiMS Publ., 314-324. (In Russian)Павлов Н.В. (1949) Химический состав хромшпинелидов в связи с петрографическим составом пород ультраосновных интрузивов. Труды Геологического института АН СССР, 103(3), 91 с.Lesnov F.P. (2007) Redkozemel’nye elementy v ul’tramafitovykh i mafitovykh porodakh i ikh mineralakh. Kniga 1. Glavnye tipy porod. Porodoobrazuyushchie mineraly [Rare-earth elements in ultramafic and mafic rocks and their minerals. B. 1. The main types of rocks. Rock-forming minerals]. Novosibirsk, Geo Publ., 403 p. (In Russian)Перцев A.Н., Савельева Г.Н. (2005) Первичные магмы уральских ультрамафитовых комплексов аляскинского типа: геохимические ограничения по составу минералов. Геохимия, 5, 503-518.Lesnov F.P., Istomin V.E., Chernyshov A.I. (2005) Geochemical characteristics and typomorphism of olivine from heterogeneous ultramafic rocks. Geochem. Int., 43(4), 354-371.Подлипский М.Ю., Кривенко А.П. (2005) Платино-хромитовое оруденение в офиолитовых гипербазитах Западного Саяна. Платина России. Новые нетрадиционные типы месторождений и рудопроявлений платиносодержащего сырья. М.: Геоинформмарк, Т. 6, 100-109.Malakhov I.А. (1983) Petrokhimiya glavnykh formatsionnykh tipov ul’trabazitov [Petrochemistry of main formation types of ultrabasites]. Moscow, Nauka Publ., 223 p. (In Russian)Савельев Д.Е., Федосеев В.Б. (2011) Сегрегационный механизм формирования тел хромититов в ультрабазитах складчатых поясов. Руды и металлы, 5, 35-42.Pavlov N.V. (1949) Khimicheskii sostav khromshpinelidov v svyazi s petrograficheskim sostavom porod Ul’traosnovnykh intruzivov [Chemical composition of chromospinelides in connection with petrographic composition of rocks of ultrabasic intrusions]. Trudy Geologicheskogo instituta АN SSSR, 103(3), 91 p. (In Russian)Савельева Г.Н. (1987) Габбро-гипербазитовые комплексы офиолитов Урала и их аналоги в современной океанической коре. М.: Наука, 246 с.Pertsev A.N., Savel’eva G.N. (2005) Primary magmas of uralian Alaskan-type ultramafic complexes: Geochemical constraints deduced from mineral compositions. Geochem. Int., 43(5), 456-470.Савельева Г.Н., Батанова В.Г., Бережная Н.А., Пресняков С.Л., Соболев А.В., Скублов С.Г., Белоусов И.А. (2013) Полихронное формирование мантийных комплексов офиолитов (Полярный Урал). Геотектоника, 3, 43-57.Podlipsky M.Yu., Krivenko A.P. (2005) Platinum-chromite mineralization in ophiolite hyperbasites of the Western Sayan. Platina Rossii. Novye netraditsionnye tipy mestorozdenii i rudoproyavlenii platinosoderzhashchego syr’ya [The Platinum of Russia. New unconventional types of deposits and ore occurrences of platinum-containing raw materials]. Moscow, Geoinformmark Publ., Vol.6, 100-109. (In Russian)Савельева Г.Н., Перцев А.Н. (1995) Мантийные ультрамафиты в офиолитах Южного Урала, Кемпирсайский массив. Петрология, 3(2), 115-132.Savel’ev D.E., Fedoseev V.B. (2011) Segregation mechanism of chromite bodies formation in ultrabasites of folded belts. Rudy i metally, 5, 35-42. (In Russian)Соболев В.С., Добрецов Н.Л., Молдаванцев Ю.Е., Казак А.П., Пономарева Л.Г. Савельева Г.Н., Савельев А.А. (1977) Петрология и метаморфизм древних офиолитов (на примере Полярного Урала и Западного Саяна). Новосибирск: Наука, 222 с.Savel’eva G.N. (1987) Gabbro-giperbazitovye kompleksy ofiolitov Urala i ikh analogi v sovremennoi okeanicheskoi kore [Gabbro-hyperbasite complexes of the Urals ophiolites and their analogues in modern oceanic crust]. Moscow, Nauka Publ., 246 p. (In Russian)Терехов Е.Н., Ефремова Л.Б. (2005) Эволюция содержаний РЗЭ в породах восточной части Балтийского щита как отражение геодинамических обстановок. Геохимия, 11, 1161-1174.Savel’eva G.N., Batanova V.G., Sobolev A.V., Belousov I.A., Berezhnaya N.A., Presnyakov S.L., Skublov S.G. (2013) Polychronous formation of mantle complexes in ophiolites. Geotectonics, 47(3), 167-179.Чернышов А.И., Юричев А.Н. (2013) Петроструктурная эволюция ультрамафитов Калнинского хромитоносного массива в Западном Саяне. Геотектоника, 4, 31-46.Savel’eva G.N., Pertsev А.N. (1995) Mantle ultramafites in ophiolites of Southern Ural, Kempirsai massif. Petrologiya, 3(2), 115-132. (In Russian)Чернышов А.И., Юричев А.Н. (2016) Структурная эволюция дунитов и хромитов Харчерузского массива (Полярный Урал). Геотектоника, 2, 62-77.Sobolev V.S., Dobretsov N.L., Moldavantsev Yu.E., Kazak А.P., Ponomareva L.G., Savel’eva G.N., Savel’ev А.А. (1977) Petrologiya i metamorfizm drevnikh ofiolitov (na primere Polyarnogo Urala i Zapadnogo Sayana) [Petrology and metamorphism of ancient ophiolites (on example of Polar Urals and Western Sayan)]. Novosibirsk, Nauka Publ., 222 p. (In Russian)Шмелев В.Р. (2009) Ультрабазиты Полярного Урала: минералогия, геохимия и петрогенезис. Ультрабазитбазитовые комплексы складчатых областей и связанные с ними месторождения: Мат-лы III Междунар. конф. Екатеринбург, 282-285.Shmelev V.R. (2009) Ultrabasites of the Polar Urals: mineralogy, geochemistry and petrogenesis. Ul’trabazit-bazitovye kompleksy skladchatykh oblastei i svyazannye s nimi mestorozhdeniya: Materialy III Mezhdunarodnoi konferentsii [Ultrabasic-basite complexes of folded regions and associated deposits: Materials of the III International conference]. Ekaterinburg, 282-285. (In Russian)Шмелев В.Р. (2011) Мантийные ультрабазиты офиолитовых комплексов Полярного Урала: петрогенезис и обстановка формирования. Петрология, 19(6), 649-672.Shmelev V.R. (2011) Mantle ultrabasites of ophiolite complexes in the Polar Urals: Petrogenesis and geodynamic environments. Petrology, 19(6), 618-640.Batanova V.G., Belousov I.A., Savelieva G.N., Sobolev A.V. (2011) Consеquences of channelised and diffuse melt transport in supra-subduction mantle: evidence from Voykar ophiolite (Polar Urals). J. Petrol., 52(12), 24832521.Sun S.S., McDonough W.F. (1989) Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: implicatios for mantle composition and processes. Magmatism in the oceanic basins. London, Geological Society of London Special Publication, 313-345.Boynton W.V. (1984) Geochemistry of the rare earth elements: meteorite studies. Rare earth element geochemistry. Amsterdam, Elsevier, 63-114.Terekhov E.N., Efremova L.B. (2005) Evolution of REE contents in rocks of the Eastern Baltic Shield as indicators of geodynamic environments. Geochem. Int., 43(11), 1065-1077.Sun S.S., McDonough W.F. (1989) Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: implicatios for mantle composition and processes. Magmatism in the oceanic basins. London: Geological Society of London Special Publication, 313-345.Sun S.S., McDonough W.F. (1989) Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: implicatios for mantle composition and processes. Magmatism in the oceanic basins. London: Geological Society of London Special Publication, 313-345.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.