Окислительно-восстановительное состояние хромовых руд Полярного Урала
- Авторы: Ширяев П.Б.1, Вахрушева Н.В.1
-
Учреждения:
- Институт геологии и геохимии УрО РАН
- Выпуск: Том 66, № 2 (2024)
- Страницы: 185-209
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.eco-vector.com/0016-7770/article/view/660174
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0016777024020049
- EDN: https://elibrary.ru/yqlomw
- ID: 660174
Цитировать
Полный текст



Аннотация
В работе освещены результаты изучения окислительно-восстановительного состояния хромовых руд основных промышленно значимых типов, развитых в ультрамафитах райизско-войкарского комплекса Полярного Урала. Исследованы хромититы, залегающие в различных геологических обстановках – в разной степени метаморфизованных породах дунит-гарцбургитового комплекса и крупных дунитовых телах. Впервые на представительной выборке анализов (более 150 образцов) произведена оценка фугитивности кислорода и температуры оливин-шпинелевого равновесия в хромовых рудах массивов Рай-Из и Войкаро-Сыньинский.
На каждом из изученных объектов железистости минералов линейно возрастают от хромититов к вмещающим их ультрамафитам. Температура оливин-шпинелевого равновесия в хромититах изменяется в пределах 550–800°С. Фугитивность кислорода в глиноземистых хромититах составляет в среднем FMQ +0.5–1.5 лог. ед., в среднехромистых – FMQ +1.5–2.5 лог. ед., в высокохромистых – превышает +2.5 лог. ед. относительно буфера FMQ. Фугитивность кислорода в густовкрапленных хромититах на 0.5–1 лог. ед. выше, чем в убоговкрапленных и редковкрапленных. Значения T–fO2 параметров отвечают коровым условиям и близки установленным в метаультрамафитах исследованных массивов.
Полученные данные могут свидетельствовать о том, что концентрирование рудного компонента и образование хромоворудных залежей происходит не только в мантийных или нижнекоровых условиях, характеризующихся значениями fO2, близкими к буферу FMQ, но и в результате корового метаморфизма ультрамафитов, идущего в окислительной обстановке.
Полный текст

Об авторах
П. Б. Ширяев
Институт геологии и геохимии УрО РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: pavel.shiryayev@gmail.com
Россия, 620016, Екатеринбург, ул. Академика Вонсовского, 15
Н. В. Вахрушева
Институт геологии и геохимии УрО РАН
Email: pavel.shiryayev@gmail.com
Россия, 620016, Екатеринбург, ул. Академика Вонсовского, 15
Список литературы
- Батанова В.Г., Савельева Г.Н. Миграция расплавов в мантии под зонами спрединга и образование дунитов замещения: обзор проблемы // Геология и геофизика. 2009. Т. 50. № 9. С. 992–1012.
- Белоусов И.A., Батанова В.Г., Савельева Г.Н., Соболев А.В. Свидетельство надсубдукционной природы мантийных пород Войкаро-Сыньинского офиолитового массива, Полярный Урал // Докл. РАН. 2009. Т. 429. № 2. С. 238–243.
- Бортников Н.С., Лобанов К.В., Волков А.В., Галямов А.Л., Викентьев И.В., Тарасов Н.Н., Дистлер В.В., Лаломов А.В., Аристов В.В., Мурашов К.Ю. Месторождения стратегических металлов Арктической зоны // Геология руд. месторождений. 2015. Т. 57. № 6. С. 479–500.
- Вахрушева Н.В., Ширяев П.Б., Степанов А.Е., Богданова А.Р. Петрология и хромитоносность ультраосновного массива Рай-Из Полярный Урал. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2017. 265 с.
- Добрецов Н.Л., Молдаванцев Ю.Е., Казак А.П. и др. Петрология и метаморфизм древних офиолитов (на примере Полярного Урала и Западного Саяна) // Тр. Ин-та геол. и геоф. Сиб. отд. АН СССР. Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1977. Вып. 368. 221 с.
- Зылёва Л.И., Коновалов А.Л, Казак А.П. и др. Государственная геологическая карта Российской Федерации. Масштаб 1 : 1 000 000 (3-е покол.). Сер. Зап.-Сибирская. Лист Q-42 – Салехард. Об. зап. СПб.: ВСЕГЕИ, 2014, 396 с.
- Книппер А.Л. Океаническая кора в структуре альпийской складчатой области: (юг Европы, западная часть Азии и Куба). М.: Наука, 1975. 208 с.
- Колман Р.Г. Офиолиты. М.: Мир, 1979. 262 с.
- Макеев А.Б., Брянчанинова Н.И. Топоминералогия ультрабазитов Полярного Урала. СПб.: Наука, 1999. 252 с.
- Макеев А.Б., Брянчанинова Н.И. Крупномасштабное минералогическое картирование хромитоносных участков на примере Хойлинского рудного узла (Войкаро-Сыньинский массив, Полярный Урал) Статья 2. Особенности образования и преобразования руд и пород // Изв. ВУЗов. Геология и разведка. 2014. № 2. С. 15–22.
- Маракушев А.А., Панеях Н.А., Горбачев Н.С., Зотов И.А. Минералого-геохимическая специфика гигантских месторождений хрома и платиновых металлов и проблема глубинности их мантийных источников // Крупные и суперкрупные месторождения: Закономерности размещения и условия образования. М.: ОНЗ РАН, 2004. С. 137–159.
- Методические рекомендации по применению Классификации запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых. Хромовые руды. М.: ФГУ ГКЗ МПР РФ, 2007. 36 с.
- Николаев Г.С., Арискин А.А., Бармина Г.С., Назаров М.А., Альмеев Р.Р. Тестирование Ol-Opx-Sp оксибарометра Балльхауса-Берри-Грина и калибровка нового уравнения для оценки окислительного состояния расплавов, насыщенных оливином и шпинелидом // Геохимия. 2016. № 4. С. 323–343.
- Никольская Н.Е., Казеннова А.Д., Николаев В.И. Типоморфизм рудообразующего хромшпинелида месторождений хромовых руд // Минеральное сырье. № 42. М.: ФГБУ “ВИМС”, 2021. 238 c.
- Павлов Н.В. Химический состав хромшпинелидов в связи с петрографическим составом пород ультраосновных интрузивов // Труды института геол. наук. Серия рудных месторождений. 1949. Вып. 103. 87 с.
- Павлов Н.В., Кравченко Г.Г., Чупрынина Г.Г. Хромиты Кемпирсайского плутона. М.: Наука, 1968. 178 с.
- Перчук Л.Л., Рябчиков И.Д. Фазовое соответствие в минеральных системах. М.: Недра, 1976. 287 с.
- Перевозчиков Б.В., Кениг В.В., Лукин А.А., Овечкин А.М. Хромиты массива Рай-Из на Полярном Урале (Россия) // Геология руд. месторождений. 2005. № 47 (3). С. 230–248.
- Плечов П.Ю., Щербаков В.Д., Некрылов Н.А. Экстремально магнезиальный оливин в магматических породах // Геология и геофизика 2018. № 59(12). С. 2129–2167. https://doi.org/10.15372/GiG20181212
- Пушкарев Е.В., Каменецкий В.С., Морозова А.В., Хиллер В.В., Главатских С.П., Родеманн Т. Онтогения рудных хромшпинелидов и состав включений как индикаторы пневматолито-гидротермального образования платиноносных хромититов массива Кондер (Алданский щит) // Геология руд. месторождений. 2015. Т. 57. № 5. С. 394–423.
- Савельева Г.Н. Габбро-ультрабазитовые комплексы офиолитов Урала и их аналоги в современной океанической коре. М.: Наука, 1987. 244 с.
- Савельева Г.Н., Батанова В.Г., Соболев А.В., Кузьмин Д.В. Минералы мантийных перидотитов – индикаторы хромовых руд в офиолитах // Докл. РАН. 2013. Т. 452. № 3. С. 313–316.
- Савельева Г.Н., Батанова В.Г., Кузьмин Д.В., Соболев А.В. Состав минералов мантийных перидотитов как отражение рудообразующих процессов в мантии (на примере офиолитов Войкаро-Сыньинского и Кемпирсайского массивов) // Литология и полезные ископаемые. 2015. № 1. С. 87–98.
- Савельева Г.Н., Перцев А.Н. Мантийные ультрамафиты в офиолитах Южного Урала, Кемпирсайский массив // Петрология. 1995. Т. 3. № 2. С. 115–132.
- Cимонов В.А., Смирнов В.Н., Иванов К.С., Ковязин С.В. Расплавные включения в хромшпинелидах расслоенной части Ключевского габбро-гипербазитового массива // Литосфера. 2008. № 2. С. 101–115.
- Строение, эволюция и минерагения гипербазитового массива Рай-Из. Ред.: Пучков В.Н., Штейнберг Д.С. Свердловск: УрО АН СССР, 1990. 228 с.
- Царицын Е.П., Алимов В.Ю. Оливин-хромшпинелидовые парагенезисы в гипербазитах Кемпирсайского массива // Минералы и парагенезисы минералов месторождений Урала. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1983. С. 87–102.
- Чащухин И.С., Вотяков C.Л., Щапова Ю.Л. ЯГР кристаллохимия хромшпинели и окситермобарометрия ультрамафитов складчатых областей. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2007. 345 с.
- Чащухин И.С., Перевозчиков Б.В., Царицын Е.П. Метаморфизм гипербазитов массива Рай-Из (Полярный Урал) // Исследования по петрологии и металлогении Урала. УНЦ АН СССР, 1986. С. 49–75.
- Ширяев П.Б., Вахрушева Н.В. Особенности состава и условий образования рудообразующих хромовых шпинелей южного участка месторождения Центральное (массив Рай-Из) // Ежегодник-2016. Труды ИГГ УрО РАН. 2017. № 164. С. 204–206.
- Шмелев В.Р. Мантийные ультрабазиты офиолитовых комплексов Полярного Урала: петрогенезис и обстановка формирования // Петрология. 2011. Т. 19. № 6. С. 649–672.
- Arai S., Abe N. Reaction of orthopyroxene in peridotite xenoliths with alkali basalt melt and its implication for genesis of alpine-type chromitite // Amer. Mineral. 1995. V. 80. P. 1041–1047.
- Arai S., Akizawa N. Precipitation and dissolution of chromite by hydrothermal solutions in the Oman ophiolite: new behavior of Cr and chromite // Amer. Mineral. 2014. V. 99. V. 28–34.
- Arai S., Miura M. Formation and modification of chromitites in the mantle // Lithos. 2016. V. 264. P. 277–295.
- Ballhaus C., Berry R.F., Green D.H. Experimental calibration of the olivine-orthopyroxene-spinel oxygen barometer – implications for oxygen fugacity in the Earth’s upper mantle // Contrib. Miner. Petrol. 1991. V. 107. P. 27–40.
- Borisova A.Y., Ceuleneer G., Arai S., Kamenetsky V., Béjina F., Polvé M., Aigouy T., Pokrovski G.S. A new view on the petrogenesis of the Oman ophiolite chromitites from microanalyses of chromite-hosted inclusions // J. Petrol. 2012. V. 53. Р. 2411–2440.
- Dare S.A., Pearce J.A., McDonald I., Styles M.T. Tectonic discrimination of peridotites using fO2–Cr# and Ga-Ti-FeIII systematics in chrome–spinel // Chem. Geol. 2009. V. 261. P. 199–216.
- Dilek Y., Furnes H. Ophiolite genesis and global tectonics: Geochemical and tectonic fi ngerprinting of ancient oceanic lithosphere // Geological Society of America Bulletin. 2011. V. 123. P. 387–411.
- Hu W.-J., Zhou M.-F., Yudovskaya M.A., Vikentyev I.V., Malpas J., Zhang P.-F. Trace elements in chromite as indicators of the origin of the giant podiform chromite deposit at Kempirsai, Kazakhstan // Econ. Geol. 2022. V. 117(7). P. 1629–1655. https://doi.org/10.5382/econgeo.4955
- Irvine T.N. Chromian spinel as a petrogenetic indicator. Part 2. Petrologic applications // Can. J. Earth Sci. 1967. V. 4. P. 71–103.
- Klemme S., O’Neill H.S.C. The effect of Cr on the solubility of Al in orthopyroxene: experiments and thermodynamic modeling// Contrib. Mineral. Petrol. 2000. V. 140. P. 84–98.
- Lécuyer C., Yanick R. Long-term fluxes and budget of ferric iron: Implication for the redox state of the Earth’s mantle and atmosphere // Earth Planet. Sci. Lett. 1999. V. 165. P. 197–211.
- Li C., Ripley E.M., Sarkar A., Shin D., Maier W.D. Origin of phlogopite-orthopyroxene inclusions in chromites from the Merensky Reef of the Bushveld Complex, South Africa // Contrib. Miner. Petrol. 2005. V. 150. P. 119–130.
- McСammon C.A. Mantle Oxidation State and Oxygen Fugacity: Constraints on Mantle Chemistry, Structure, and Dynamics // Earth’s Deep Mantle: Structure, Composition, and Evolution (eds R.D. Van Der Hilst, J.D. Bass, J. Matas and J. Trampert). American Geophysical Union, 2005. 334 p.
- Melcher F., Grum W., Simon G., Thalhammer T.V., Stumpfl E.F. Petrogenesis of the ophiolitic giant chromite deposits of Kempirsai, Kazakhstan: a study of solid and fluid inclusions in chromite // J. Petrol. 1997. V. 38. P. 1419–1458.
- O’Neill H.S.C., Rubie D.C., Canil D., Geiger C.A., Ross II C.R., Seifert F., Woodland A.B. Ferric iron in the upper mantle and in transition zone assemblages: implications for relative oxygen fugacities in the mantle // Evolution of the Earth and Planets, International Union of Geodesy and Geophysics and the American Geophysical Union, Geophysical Monograph 74. IUGG, 1993. V. 14. P. 73–88.
- O’Neill H.S.C., Wall V.J. The olivine-orthopyroxene-spinel oxygen geobarometer, the nickel precipitation curve, and the oxygen fugacity of the Earth’s upper mantle // J. Petrol. 1987. V. 28. P. 1169–1191.
- Osborne M.D., Fleet M.E., Michael Bancroft G. Fe2+-Fe3+ ordering in chromite and Cr-bearing spinels // Contrib. Mineral. Petrol. 1981. V. 77(3). P. 251–255.
- Orcutt B., Daniel I., Dasgupta R.. Orcutt B. Deep Carbon: Past to Present. Cambridge: Cambridge University Press, 2019. 653 p.
- Parkinson I.J., Arculus R.J. The redox state of subduction zones: insights from arc-peridotites // Chem. Geol. 1999. V. 160. P. 409–423.
- Parkinson I.J., Pearce J.A. Peridotites from the Izu–Bonin–Mariana forearc (ODP Leg 125): evidence for mantle melting and melt–mantle interaction in a supra-subduction zone setting // J. Petrol. 1998. V 39 (9). P. 1577–1618.
- https://doi.org/10.1093/petroj/39.9.1577
- Payot B.D., Arai S., Tamayo R.A. Graciano Y.P. Textural Evidence for the Chromite-Oversaturated Character of the Melt Involved in Podiform Chromitite Formation // Resource geology. 2013. V 63 (3). P. 313–319.
- Roeder P.L., Campbell L.H. and Jamieson H.E. A re-evaluation of the olivine-spinel geothermometer // Contrib. Mineral. Petrol. 1979. V. 68. P. 325–334.
- Roeder P.L., Reynolds I. Crystallization of chromite and chromium solubility in basaltic melts // J. Petrol. 1991. V. 32. P. 909–934.
- Satsukawa T., Piazolo S., González-Jiménez J.M., Colás V., Griffin W.L., O’Reilly S.Y., Gervilla F., Fanlo I., Kerestedjian T.N. Fluid-present deformation aids chemical modification of chromite: insights from chromites from Golyamo Kamenyane, SE Bulgaria // Lithos. 2015. V. 228. P. 78–89.
- Saveliev D.E. Chromitites of the Kraka ophiolite (South Urals, Russia): Geological, mineralogical and structural features // Miner. Depos. 2021. V. 56 P. 1111–1132. https://doi.org/10.1007/s00126–021–01044–5
- Snethlage R., Von Gruenewaldt G. Oxygen fugacity and its bearing on the origin of chromitite layers in the Bushveld Complex // Time- and strata-bound ore deposits. Klemm D.D. and Schneider H.J., eds. Berlin: Springer-Verlag, 1977. P. 352–370.
- Shiryaev P.B., Vakhrusheva N.V. Chemical zoning of ore-forming spinels from Cr-saturated and Al-rich chromitites of the Voikaro-Syninsky massif // Известия Уральского государственного горного университета. 2021. № 2 (62). P. 39–47. https://doi.org/10.21440/2307–2091–2021–2–39–47
- Schiano P., Clocchiatti R., Lorand J.-P., Massare D., Deloule E., Chaussidon M. Primitive basaltic melt included in podiform chromites from the Oman ophiolite // Earth Planet. Sci. Lett. 1997. V. 146. P. 489–497.
- Tesalina, S.G, Nimis P., Auge T., Zaykov, V. Origin of chromite in mafic-ultramafic-hosted hydrothermal massive sulfides from the Main Uralian Fault, South Urals, Russia // Lithos. 2003. V. 70. P. 39–59.
- Woodland A.B., Kornprobst J., Tabit A. Ferric iron in orogenic lherzolite massifs and controls of oxygen fugacity in the upper mantle // Lithos. 2006. V. 89. № 1–2. P. 222–241.
- Xiong F., Zoheir Basem, Robinson P.T., Yang Jingsui, Xu X., Meng F. Genesis of the Ray-Iz chromitite, Polar Urals: Inferences to mantle conditions and recycling processes // Lithos. 2020. V. 374–375.
- https://doi.org/10.1016/j.lithos.2020.105699
- Zhang P, Zhou M, Yumul G.P. Coexistence of high-Al and high-Cr chromite orebodies in the Acoje block of the Zambales ophiolite, Philippines: Evidence for subduction initiation // Ore Geol. Rev. 2020. V. 126. 103739.
- https://doi.org/10.1016/j.oregeorev.2020.103739
- Zhou M.-F., Robinson P.T., Bai W.-J. Formation of podiform chromitites by melt/rock interaction in the upper mantle // Mineral. Deposita. 1994. V. 29. P. 98–101.
Дополнительные файлы
