Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Геологическое строение кобальт-медноколчеданных месторождений 10
1.1. Изученность месторождений 10
1.2. Ишкининское месторождение 14
1.3. Ивановское месторождение 26
1.4. Дергамышское месторождение 28
1.5. Ассоциации вмещающих пород 31
1.6. История формирования рудных полей 41
ГЛАВА 2. Руды месторождений: типы, текстурно-структурная характеристика, химический состав 44
2.1. Ишкининское месторождение 44
2.2. Ивановское месторождение 51
2.3. Дергамышское месторождение 53
2.4. Химический состав руд 54
ГЛАВА 3. Минералогия руд и история формирования рудных залежей 60
3.1. Сульфиды 60
3.2. Оксиды 80
3.3. Сульфоарсениды 85
3.4. Арсениды 103
3.5. Теллуриды 107
3.6. Самородные элементы 108
3.7. Гипергенная минерализация 114
3.8. Последовательность формирования рудных минералов 124
3.9. Условия образования рудных минералов 126
ГЛАВА 4. Сравнительный анализ современных и древних
Колчеданных залежей, ассоциирующих с ультрамафитами 130
Заключение 140
Литература 142
Приложения 160
Введение к работе
Актуальность проблемы. Урал является уникальной геологической структурой по концентрации и разнообразию колчеданных месторождений, представленных уральским, куроко, кипрским и бесси типами [Медноколчеданные ..., 1992]. Кроме этого еще известны кобальтсодержащие колчеданные месторождения, приуроченные к ультрамафитам Главного Уральского разлома. Ранее они не привлекали большого внимания из-за малых масштабов, но после открытия в начале 90-х гг. XX в. современных «черных курильщиков» на ультрамафитах в Срединно-Атлантическом хребте [Батуев и др., 1995; Krasnov et al., 1995; Богданов и др., 1995] интерес к подобным древним сульфидным месторождениям возрос. На Урале к таковым относятся Ишкининское, Ивановское и Дергамышское месторождения, расположенные в южной части зоны Главного Уральского разлома. Главными минералого-геохимическими особенностями руд месторождений являются присутствие в них сульфоарсенидов, арсенидов и хромитов и повышенные содержания Ni (до 0.5 %), Со (до 0.3 %), Сг (до 0.6 %). Кроме этого, руды имеют повышенные концентрации золота - среднее 3-6 г/т и до 16 г/т в рудах, насыщенных мышьяксодержащими минералами.
На происхождение этих месторождений существовало несколько точек зрения: рудообразование связывалось с габброидными [Субботин, 1942ф и др.] и гипербазитовыми [Бучковский, 1960; 1970] интрузиями; раннесилурийским базальтоидным магматизмом [Захаров, Захарова, 1969; Кривцов и др., 1970]. Существовало мнение о связи сульфидных руд с магнетитовыми залежами во вмещающих серпентинитовых массивах и с крупным колчеданным оруденением (Гайским, Бурибайским и Блявинским) [Бакиров, 1965]. Большинство исследователей в настоящее время относят их к кипрскому типу колчеданных месторождений [Контарь, Либарова, 1997; Еремин и др., 2000; Серавкин, 2002].
Однако, положение месторождений в сложной тектонической обстановке и в связи с нетипичными для колчеданных залежей ультрамафитами потребовало дополнительного выяснения их геологического развития. В результате работ была установлена сложность формирования колчеданных руд, их неоднократные деформации и перераспределение рудного вещества [Мелекесцева и др., 2001; Мелекесцева, Зайков, 2001; Мелекесцева, 2002; 2003; Зайков и др., 2001, 2002; Мелекесцева, Зайков, 2003]. Был сделан вывод о сочетании придонного гидротермально-метасоматического, гидротермально-осадочного и кластогенного рудоотложения в раннепалеозойское время на субдукционном этапе развития месторождений с последующим преобразованием руд
под воздействием позднедевонской коллизии. Таким образом, выяснение генезиса колчеданных месторождений в ультрамафитах Главного Уральского разлома является важной металлогенической задачей.
Цель исследований - реконструкция процессов формирования и преобразования кобальтсодержащих медноколчеданных залежей в ультрамафитах Главного Уральского разлома.
Основные задачи: 1) характеристика геологического строения и структур рудных полей, 2) текстурно-структурная и минералогическая характеристика руд; 3) определение химического состава рудных минералов с акцентом на кобальт, никель, мышьяк, хром и благородные металлы; оценка температур кристаллизации; 4) сравнительный анализ древних и современных медноколчеданных залежей, ассоциирующих с ультрамафитами.
Объектами исследований послужили Ишкининское, Ивановское и Дергамышское месторождения.
Фактической основой для написания диссертации послужили материалы, собранные автором в 1999-2004 гг. на месторождениях при выполнении работ в рамках государственных тем: «Эволюция процессов минералообразования в колчеданоносных палеоокеанических структурах» (№ 01.20.0001589) и «Гидротермальные и гипергенные факторы формирования и преобразования месторождений полезных ископаемых в складчатых поясах» (№ 01.200.202519) в лаборатории прикладной минералогии и минерагении ИМин УрО РАН и хоздоговорных работ с ОАО «Башкиргеология» по теме «Минералогическая характеристика руд Ивановского и Дергамышского месторождений (Башкортостан)». Исследования по теме № 01.200.202519 входят в приоритетное направление Отделения наук о Земле РАН 5.1.13 «Уникальные и дефицитные минеральные месторождения, условия образования месторождений-гигантов». На заключительном этапе работа явилась составной частью темы «Сравнительный анализ минералогии, геохимии и биохимии сульфидных руд современного и палеозойского океанов» Приоритетного направления Президиума РАН № 14 «Мировой океан: геология, геодинамика, физика, биология».
Методика исследований. Полевые исследования проводились методами геолого-минералогического картирования, включавшими составление геологических карт масштаба 1:10 000, 1 : 1 000 и 1 : 500, документацию опорных обнажений, траншей и керна скважин. Отобранные образцы изучались в камеральных условиях оптическими, рентгеноструктурными, химическими и микрозондовыми методами.
Оптическое изучение минералов проводилось на микроскопах Axiolab (Carl Zeiss), Olimpus BX 50 (ИМин УрО РАН, Миасс), ПОЛАМ (СПбГУ) и Axiophot
(Фрайбергская горная академия, Фрайберг, Германия). Измерение спектров отражения рудных минералов было выполнено на микроспектрофотометре МСФ-10 совместно с М. М. Болдыревой (кафедра геологии МПИ Санкт-Петербургского государственного университета). Микротвердость измерялась на микротвердометрах Duromet (ИМин УрО РАН) и ПМТ-3 (СПбГУ, ИМин УрО РАН). Травление рудных минералов осуществлялось по стандартным методикам. Всего изучено более 100 аншлифов и шлифов.
Рентгенографические исследования выполнены в Институте минералогии УрО РАН на дифрактометре ДРОН-2.0 (Fe-анод, графитовый монохроматор, шаг сканирования 0.02, время стояния счетчика 1с, внутренний эталон - Si) и приборе УРС-2.0 (камера РКД-57.3, FeKa-излучение, Мп-фильтр), аналитики П. В. Хворов, Т. М. Рябухина, Е. Г. Зенович.
Определение химического состава, микрогеохимическое картирование минералов, изучение морфологии минералов и их взаимоотношений осуществлялись на рентгеноспектральных микроанализаторах JEOL JCXA-733 (ИМин УрО РАН, аналитик Е. И. Чурин), JEOL JXA-8900RL (Фрайбергская горная академия, аналитик К. Беккер), Camebax SX 50 (Музей естественной истории, Лондон, Великобритания, аналитик Дж. Спратт и Бюро геологических исследований, Орлеан, Франция, аналитик К. Жиль), растровом электронном микроскопе с микроанализатором РЭММА-202 М (ИМин УрО РАН, аналитик В. А. Котляров) и электронном микроскопе-микроанализаторе Camscan-4DV с энергодисперсионным спектрометром AN-1000 (ООО «РС+», Санкт-Петербург, аналитики Н. С. Рудашевский и Ю. Л. Крецер). Получено более 400 анализов.
Валовый химический анализ руд выполнялся, рентген-флюоресцентным методом (Фрайбергская горная академия), нейтронно-активационным (Activation laboratories Ltd, Онтарио, Канада), спектральным полуколичественным методом (Гайский ГОК, Гай, Россия). Химический состав пород определялся классическим химическим методом (Южно-Уральский центр коллективного пользования по исследованию минерального сырья ИМин УрО РАН, аттестат № РОСС RU.0001.514536; аналитик Т. В. Семенова) и химической лаборатории Объединенного Института геологии, геофизики и минералогии СО РАН (г. Новосибирск). Получено более 100 анализов.
Были привлечены фондовые материалы по геологоразведочным и геологосъемочным работам на месторождениях и литературные данные по сульфидной минерализации в океанических ультрамафитах различных регионов.
Личный вклад автора заключается в непосредственном участии во всех этапах работ: сборе каменного материала при полевых работах, составлении геологических карт,
документации опорных обнажений, траншей и керна, минераграфических и аналитических исследованиях.
Научная новизна и практическое значение работы. Впервые предложена гипотеза формирования месторождений на островодужном этапе развития структуры в обстановке аккреционной призмы Западно-Магнитогорской палеоостровной дуги. Выделены первичные руды, формировавшиеся на островодужном склоне глубоководного желоба, и руды, преобразованные на коллизионной стадии. Установлены минералы-концентраторы кобальта, никеля, мышьяка, золота, теллура и висмута. Впервые для Урала обнаружен моноклинный сульфоарсенид кобальта - аллоклазит; для колчеданных руд Урала - диарсениды кобальта, железа и никеля - леллингит, саффлорит, раммельсбергит и крутовит. В результате парагенетического анализа установлена последовательность кристаллизации рудных минералов, а на основании сопоставления имеющихся природных данных по экспериментальным работам оценены температуры их образования.
Результаты работ представлялись в ОАО «Гайский ГОК», Комитет природных ресурсов по Оренбургской области, Восточную геологоразведочную экспедицию «Оренбурггеология» (Орск) и ОАО «Башкиргеология» в виде информационных записок и отчетов и использованы этими организациями при планировании геологоразведочных работ.
Апробация работы. Основные положения, защищаемые и рассматриваемые в работе, докладывались на пяти международных студенческих школах «Металлогения древних и современных океанов» (Миасс, 2000-2004), Годичных собраниях Всероссийского Минералогического общества при РАН (Санкт-Петербург, 2001; 2003), Уральской минералогической школе-2001 «Геохимия, минералогия и минерагения техногенеза» (Екатеринбург, 2001), IV Международном Симпозиуме по истории минералогии и минералогических музеев, минералогии, геммологии, кристаллохимии и кристаллогенезису (Санкт-Петербург, 2002), Всероссийской научной конференции «Геология, Геохимия, Геофизика на рубеже XX и XXI веков» (Москва, 2002), IV Всероссийском совещании «Минералогия Урала-2003» (Миасс, 2003), международной конференции SGA «Mineral exploration and Sustainable Development» (Athens, Greece, 2003), международной научно-практической конференции «Проблемы рудных месторождений и повышения эффективности геологоразведочных работ» (Ташкент, 2003), X Чтениях им. акад. А. Н. Заварицкого «Геология и металлогения ультрамафит-мафитовых и гранитоидных интрузивных ассоциаций складчатых областей» (Екатеринбург, 2004), X Съезде Всероссийского минералогического общества «Минералогия во всем пространстве этого слова» (Санкт-Петербург, 2004), 8
международном конгрессе по прикладной минералогии «Applied Mineralogy: Developments in Science and Technology» (Aguas de Lindoa, Brazil, 2004).
Публикации. По теме диссертации опубликована 31 работа, в том числе 1 монография и 4 статьи в центральной печати.
Анализ результатов проведенных исследований позволил сформулировать следующие защищаемые положения.
Положение 1. Кобальт-медноколчеданные месторождения в ультрамафитах Главного Уральского разлома приурочены к деформированным фрагментам нижнедевонской аккреционной призмы Западно-Магнитогорской палеоостровной дуги. Современные структуры рудных полей обусловлены двумя главными процессами: субдукционным и коллизионным, в результате которых сформировались антиформа, сииформа и блоковый меланж.
Полооїсение 2. Установлено два этапа формирования руд — субдукционный и коллизионный с первичными и наложенными ассоциациями рудных минералов соответственно. Первичные минералы представлены пирротином, пиритом, халькопиритом и магнетитом (I и II ассоциация), образующими массивные, прожилково-вкрапленные и обломочные руды. Наложенная прожилково-вкрапленная минерализация состоит из арсенидов, теллуридов, золота, сульфоарсенидов (III ассоциация), сульфидов и оксидов (IV ассоциация).
Положение 3. Вариации химического состава руд, разнообразие и состав минералов кобальта и никеля определяются гетерогенностью месторождений по способу рудоотложения. Этим обусловлена различная минералого-геохимическая специализация руд: дифференцированная кобальт-никелевая — для Ишкининского месторождения, дифференцированная никель-кобальтовая - для Ивановского и недифференцированная кобальтовая - для Дергамышского. Мышъяксодержащие минералы являются индикатором гидротермальных процессов, сопутствовавших коллизии, и характеризуются оригинальными особенностями химического состава.
Положение 4. Палеозойские и современные медноколчеданные залежи, ассоциирующие с ультрамафитами, характеризуются сходными текстурно-структурными чертами руд и кобальт-никелевой минералого-геохимической специализацией. Их главным отличием являются различные геодинамические обстановки нахождения и геологическая история залежей.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и содержит 82 страницы текста, 125 рисунков, 10 таблиц, 12 приложений. В списке литературы 201 наименование, из них 15 - фондовые материалы.
В первой главе дан очерк изученности месторождений, поставлена проблема происхождения кобальтсодержащего оруденения, связанного с ультрамафитами, охарактеризовано геологическое строение месторождений. Во второй главе приведена характеристика руд: типы, состав, текстурно-структурные особенности. Третья глава посвящена минералогии руд: минераграфической характеристике и химическим особенностям рудных минералов, анализу последовательности минералообразования, сравнению природных и экспериментальных данных в целях оценки температур рудообразования, истории рудообразования. В четвертой главе сопоставляются древние Уральские и современные колчеданные залежи, ассоциирующих с ультрамафитами.
Автор глубоко благодарен своему научному руководителю - профессору, доктору геолого-минералогических наук Виктору Владимировичу Зайкову за постоянное внимание и ценные советы. Выражаю благодарность директору ИМин УрО РАН, член-корр. РАН В. Н. Анфилогову, а также сотрудникам института д.г.-м.н. В. В. Масленникову, к.г.-м.н. Е. В. Белогуб, к.г.-м.н. К. А. Новоселову, д.г.-м.н. В. А. Попову, к.г.-м.н. В. И. Поповой, к.г.-м.н. С. Г. Тесалиной, к.г.-м.н. Н. Р. Аюповой и другим коллегам за всестороннюю помощь в исследованиях, консультации, критические замечания и поддержку. Большая помощь в минераграфических исследованиях была оказана к.г.-м.н. М. М. Болдыревой (СПбГУ). Автор признателен к.г.-м.н. В. А. Котлярову, Е. И. Чурину, к.г.-м.н. П. В. Хворову, Т. М. Рябухиной, Е. Г. Зенович, Н. И. Кашигиной, Т. В. Семеновой (ИМин), д.г.-м.н. Н. С. Рудашевскому и Ю. Л. Крецеру (ООО «РС+»), К. Беккеру (Фрайбергская горная академия) и Дж. Спратту (Музей естественной истории) за выполнение аналитических работ; Д. В. Плугину (ГУПР МПР России по Оренбургской обл.), Ю. И. Старостину, С. И. Кузнецову и Г. К. Ямщикову (Гайский ГОК) за содействие в полевых работах и предоставление фондовых материалов. Отдельное спасибо - Н. С. Рудашевскому за предоставление множества опубликованных работ по сульфоарсенидам и арсенидам кобальта, никеля и железа. За оформление графических материалов диссертации выражаю благодарность Р. 3. Садыковой (ИМин УрО РАН).
Автор сердечно признателен своим друзьям и коллегам из Института минералогии УрО РАН за помощь в оформлении работы и созданную дружескую атмосферу, безусловно, способствовавшую успешному проведению работ. Выражаю признательность друзьям и коллегам из других организаций (СПбГУ, МГУ, ИГЕМ РАН, ИГГ УрО РАН) за теплый прием, помощь и поддержку на всех этапах работ.
Исследования в разные годы были поддержаны РФФИ (проекты 98-05-64818, 01-05-65329, 02-05-06473-мас, 03-05-06312-мас, 04-05-96014-р2004урал_а), программой "Университеты России" (проект УР 01.01.014), программой поддержки молодых ученых УрО РАН на 2003 и 2005 гг. и проектом Европейского Союза MinUrals Copernicus ICA2-СТ-2000-10011.
Ишкининское месторождение
Ишкининское кобальтсодержащее медноколчеданное месторождение приурочено к антиформе из трех тектонических пластин, сложенных серпентинитами, базальтами и кремнистыми отложениями [Зайков и др., 1999а]. Оруденение локализовано на крыльях серпентинитовой пластины и сопровождается карбонатными и тальк-карбонатными апосерпентинитовыми метасоматитами. Рудное поле ограничено на западе и востоке крутопадающими меридиональными разломами сдвигового характера.
Первая снизу пластина вскрыта скважинами в ядре антиформы на глубинах 300-700 м и слагает тектонические блоки в северной части рудного поля, разделенными серпентинитовыми протрузиями (рис. 2, 3) [Мелекесцева, Y
При крупномасштабном картировании рудного поля в его северо-западной части, на периклинальном замыкании антиформы, была определена следующая стратиграфическая последовательность отложений сакмарской свиты: а) Нижняя толща (S sk1) представлена гофрированными плитчатыми кварцитами, микститами (матрица кремнистая, обломки и глыбы кварцитов, реже базальтов, известняков), редкими потоками базальтов. Мощность толщи более 100 м. В кровле залегают линзы известняков, перекрытые базальтами, эта граница является маркирующей; б) Средняя толща (S sk ) представлена базальтами с прослоями микститов и реже гофрированных кварцитов, мощность ее более 70 м; в) Верхняя толща (S sk3) представлена углеродистыми алевролитами и песчаниками с остатками силурийских граптолитов и гофрированными кварцитами, мощность ее более 100 м. При детальном петрографическом изучении песчаников из всех названных толщ в составе акцессорных минералов хромшпинелиды не были установлены, что следует рассматривать как свидетельство того, что серпентиниты в период накопления этих отложений еще не были экспонированы. Вторая пластина мощностью 200-400 м представлена преимущественно меланжированными апогарцбургитовыми и аподунитовыми серпентинитами (рис. 4). Геологическое картирование показало, что апогарцбургитовые серпентиниты расположены в центральной части антиформы, аподунитовые серпентиниты локализованы в виде отдельных блоков в крыльях антиформы [Мелекесцева, Зайков, 2003]. Серпентиниты осложнены зонами меланжа, которые обычно разделяют аподунитовые и апогарцбургитовые разности. Зоны имеют преимущественно субмеридиональное простирание, ширина их от 5 до 30 м. Они содержат будины всех разновидностей серпентинитов размером до нескольких метров.
В кровле пластины ультрамафитов установлены рудоносные конгломератовидные серпентиниты. По данным К. Д. Субботина [1942ф] они сосредоточены в пачке мощностью 10-40 м и длиной 300 м (центральная часть Восточной рудной зоны). Конгломератовидные породы образуют прослои мощностью от 1 до 12 м. Состав обломков разнообразен: апогарцбургитовый, аподунитовый, пироксенитовый. Форма их округлая, размер 1-5 см, редко до 20 40 см. Цемент псаммито-псефитовый, представленный серпентинитами, фрагментами кристаллов пироксенов, обломками сульфидов. Псаммитовые и псефитовые частицы заключены в мелкочешуйчатой массе, состоящей из хризотила, антигорита, серпофита, талька, хлорита в различных соотношениях. Обломки и цемент часто подвержены карбонатизации, оталькованию ихлоритизации. Отмечено наложение халькопиритовой и кобальтиновой минерализации на цемент и обломки.
Строение кровли серпентинитовой пластины осложнено зоной меланжа (развальцевания и брекчирования по К. Д. Субботину), что приводило предыдущих исследователей к заключению о тектонической природе конгломератовидных серпентинитов. В связи с выявлением олистостром, содержащих серпентинитовые брекчии и песчаники как в зоне Главного Уральского разлома [Иванов и др., 2000; Серавкин и др., 2003], так и в других офиолитовых зонах [Геологическое картирование ..., 1992], отнесение описанных пород к седиментогенним образованиям является закономерным.
Третья пластина сложена двумя толщами: вулканогенной и осадочной.Вулканогенная толща представлена лавокластитами, ксенолавокластитами и эдафогенными брекчиями олистостромовой природы [Мелекесцева, Зайков, 2003]. Толща включает крупные олистолиты габбро и диоритов (рис. 5), достигающие длины 300 м при мощности десятки метров и рассеченные дайками базальтоидов. Судя по обилию полнокристаллических пород в составе брекчий образование толщи происходило за счет обрушения крутых склонов с эродированными интрузиями.
Осадочная толща, названная ишкининской [Стратиграфия..., 1993], представлена среднедевонскими кремнистыми и кремнисто-глинистыми отложениями. По находкам конодонтов возраст толщи датируется эйфельским ярусом [Артюшкова, Маслов, 1998] (поздний эйфель-ранний живет по уральской шкале 1980 г., [Стратиграфия ..., 1993]) и соответствует уровню туратской свиты и ярлыкаповского горизонта, перекрывающих и замещающих по латерали андезит-базальтовый ирендыкский комплекс.
Преобладающим развитием в толще пользуются фтаниты, нередко встречаются и прослои красноцветных яшм и аргиллитов. В кремнистых отложениях присутствуют вулканомиктовые прослои и линзы известняков с фауной брахиопод и криноидей раннего девона. Кремнистые пласты по латерали сменяются вулканомиктово-кремнистой олистостромой, образовавшейся на склонах островодужного сооружения. Очень выразительны фтанитовые олистолиты протяженностью до 50 м, смятые в дисгармоничные складки (рис. 6). Размеры олистолитов в направлении с севера на юг постепенно уменьшаются.
Переход от вулканомиктовой к кремнистой олистостроме постепенный; в переходной пачке мощностью несколько десятков метров среди брекчий базальтоидов появляются кремнистые агломератовые обломки и олистолиты. Количество их постепенно нарастает и выше преобладает осадочный материал с редкими
вулканомиктовыми линзами. Переходная пачка содержит также тела ультрабазитов длиной десятки метров, которые сопровождаются серпентинитовыми брекчиями. Кроме того, среди вулканомиктовой олистостромы установлены серпентинит-карбонатные брекчии, представленные блоками размером 2-3 метра. Тела брекчий обычно располагаются на границе вулканомиктовой и кремнистой пачек олистостром. Сложены они преимущественно псефитовым материалом. Остроугольные обломки представлены серпентинитами различной степени изменения. Цемент кальцитовый и арагонитовый розового, серого, белого цвета и в некоторых случаях содержит фрагменты девонских криноидей. Среди вулканомиктовой и кремнистой олистостром присутствуют прослои песчаников и блоки офикальцитовых брекчий, содержащих хромшпинелиды.
Ивановское месторождение
При геологоразведочных работах руды месторождения подразделены на сплошные и вкрапленные [Бучковский, 1966ф]. По вещественному составу в них выделено два типа: халькопирит-марказитовые и халькопирит-пиритовые (в основном, сплошные разности) и пирит-марказитовые (зафиксированы в центральной части в виде прослоя).
Руды скважины IT имеют брекчиевидную, брекчиевую, пятнистую и колломорфную текстуры (рис. 26) [Тесалина и др., 2000ф; Зайков и др., 2001]. Брекчиевидные и брекчиевые руды сложены обособлениями пиритового, пирит-марказитового и халькопирит-пиритового состава с карбонатно-магнетитовым и карбонатно-сульфидным цементом. Колломорфные текстуры представлены почковидными пирит-марказитовьши агрегатами. Кластогенные руды представлены псаммито-псефитовыми разностями халькопирит-пирит-марказитового (гл. 46.3-49.4 м) и массивными пирротин-пиритового (гл. 49.4-52.4 м) состава, циклитами от агломератовых брекчий (гл. 52.4-68.9 м) до песчаников пиритового и пирит-марказитового (гл. 68.9-76.8 м) состава.
Текстурно-структурный анализ руд месторождений показал существование двух категорий руд: первичных и наложенных. Первичные руды характеризуются массивной, колломорфной, обломочной и прожилково-вкрапленной текстурами, тогда как наложенная минерализация образует грубополосчатую, неяснополосчатую, жильную текстуры, обусловленную, чаще всего, жильным характером поздних минеральных ассоциаций.
Ишкинииское месторождение. Химический состав пирит-пирротинового типа руд по данным разведочных работ: Со - до 0.1 %, среднее - 0.02-0.03 %; Си - до 2 %, среднее - 0.5-0.7 %; Ni - 0.2-0.3 %; S - 28-30 % (табл. 4) [Субботин, 1942ф; Сидоренко, 1957ф]. Химический состав кобальтин-халькопирит-пирротинового типа руд: Со - до 1-10 %, среднее - 0.12-0.67 %; Си - 0.5-15 %, среднее - 6.4 %; Ni - 0.1-0.4 %; Zn - 0.4 %; Pt - 1 г/т; Ag - 4-6 г/т; Аи - 1.4 г/т. Вкрапленные руды содержат: Со - от 0.01 до 0.12 %, среднее - 0.05-0.06 %, Си - от 0.5 до 2 %, среднее - 0.5-0.8 % [Субботин, 1942ф].
Штуфные пробы, отобранные авторами, анализировались нейтронно-активационным методом в лаборатории Фрайбергской горной академии (табл. 5) и спектральным полуколичественным анализом в химической лаборатории Гайского ГОКа (табл. 6). Содержание элементов платиновой группы определялось в Activation laboratories Ltd (Онтарио, Канада) и лаборатории Института геологии и геохимии УрО РАН, однако оказалось ниже предела обнаружения. От пирит-пирротиновых до сульфоарсенидно-сульфидных руд возрастают содержания таких рудных компонентов, как золото (до 16.9 г/т), серебро (до 6.1 г/т), мышьяк (до 26.1 %), кобальт (до 0.3 %), сурьма (до 160 г/т) [Зайков и др., 1999а]. Наибольшие содержания меди (до 20.8 %) и цинка (до 860 г/т) соответствуют халькопирит-пирит-пирротиновому типу руды при сохранении повышенных содержаниях кобальта (0.2 %), хрома (0.6 %) и никеля (0.3 %).
Ивановское месторождение. По данным геологоразведочных работ средние содержания металлов в рудах Ивановского месторождения составляют: медь - 1.4-1.8 %, кобальт - 0.02-0.07%, никель - 0.1-0.13%, золото - 1-3 г/т, серебро - 9-16 г/т (см. табл. 4) [Москвичев и др., 1964ф]. Согласно А. А. Захарову [1975], состав руд зависит от состава вмещающих их пород - руды, залегающие в хлоритовых породах, обогащены медью (1.02-1.14 %) и кобальтом (без указания содержаний). Максимальные содержания никеля (0.17 %) зафиксированы в рудах, залегающих в метасоматитах по серпентинитам.
Средние содержания золота в рудах из пробуренной скважины составляют 1 г/т [Тесалина и др., 2000ф; Зайков и др., 2001]. Повышенные содержания установлены в массивных рудах в интервалах 85.7-86.2 м (5.4 г/т), 148-149.6 м (3.7 г/т); содержания золота несколько повышены также во вкрапленных рудах в интервале 139.9-143.2 (до 2.3 г/т); в остальных интервалах не превышают 2 г/т.
Дергамышское месторождение. Содержания в рудах кобальта (0.14 % - среднее по скважине IT) значительно преобладают над никелем (0.02 %) [Тесалина и др., 2000ф; Зайков и др., 2001]. Между содержаниями этих элементов в различных текстурных типах
Таблица 4 Химический состав руд месторождений (мае. %; Au, Ag - г/т)Примечание. Анализы выполнены в Activation laboratories Ltd (Онтарио, Канада). - предел обнаружения. Номера по порядку совпадают с номерами аншлифов. Au, Ag, Zn, Pb, Sb, Sc, Se, Cd, Bi, V - в г/т. Остальные элементы - в процентах. Прочерк - элемент не обнаружен. Пирит-пирротиновая руда - аншлифы 1-3, 5-11, 14; халькопирит-пирит-пирротиновая руда - аншлифы 4, 12, 13, 15; кобальтин-арсенопирит-пирит-пирротиновая руда-аншлифы 16-18. руд (массивных, сульфидных песчаниках и брекчиях) определенных закономерностей не отмечается, за исключением несколько повышенных содержаний никеля (0.03-0.06 %) в 2-х интервалах сульфидных песчаников в подошве рудного тела. Содержания золота максимальны в кровле рудного тела (4.7-6.2 г/т) в интервале 46.3-49.3 м, постепенно уменьшаясь до 100—200 мг/т на гл. 54.8 м. Затем на гл. 54.8 м вновь наблюдается небольшой пик с содержаниями золота 1.5 г/т, которые уменьшаются до 0.4 г/т на гл. 68.8 м. Следующий самый «малый» пик (0.8-0.9 г/т) начинается с этой глубины и заканчивается в конце рудного интервала. С содержаниями золота кореллируют содержания палладия и в меньшей степени платины. Повышенные содержания золота всегда связаны с кровлей кластогенных циклитов, представленных пирит-марказитовыми песчаниками. Это явление (обогащение кровли кластогенных слоев) широко проявлено на уральских колчеданных месторождениях [Зайков, 1997].
Согласно «Инструкции ... » [1983] руды месторождений являются медными (Сш 0.5-0.7 %; Zn: 0.8-1.0%) [Мелекесцева, 20036]. Промышленный (технологический) сорт руд - вкрапленные (серы до 35 %). По ориентировочной качественной характеристике сырья руды изменяются от бедных (Си - 0.5 %), среднего качества (Си - 1.04 %) до богатых (Си до 15-17 %).
На рис. 27 представлено распределение кобальта и никеля в рудах месторождений, что вместе с минеральным составом определяет геохимическую специализацию руд: дифференцированную кобальт-никелевую - для Ишкининского месторождения, дифференцированную никель-кобальтовую - для Ивановского и недифференцированную кобальтовую — для Дергамышского.
Только руды Ишкининского месторождения имеют отдельный тип, несущий основную кобальт-никелевую минерализацию - сульфоарсенидно-сульфидный. В связи с этим, руды имеют большой разброс содержаний кобальта и никеля: для кобальта - от 0.1 мас. % в пирит-пирротиновых до 10 мас. % в сульфоарсенидно-сульфидном, где содержание кобальтина достигало 60 % [Субботин, 1941ф]; для никеля - от 0.1 до 0.49 (см. рис. 27). На месторождении кобальт и никель концентрируются в собственных минералах: кобальтине, гередорфите, никелине, саффлорите, раммельсбергите, крутовите, пентландите и виоларите [Мелекесцева, 2004а]. Кроме этого, значимые количества кобальта и никеля содержатся в арсенопирите, леллингите и высококобальтовом виоларите. При этом никелевые минералы преобладают количественно над кобальтовыми, а кобальтовые и железные содержат высокие концентрации никеля.
Руды Ивановского месторождения характеризуются небольшим разбросом содержаний кобальта и никеля по сравнению с рудами Ишкининского (см. рис. 27): длякобальта - от 0.01 до 0.2 мае. %, для никеля - от 0.02 до 0.2 мае. %. На Ивановском месторождении никель концентрируется в сульфидах - пентландите, виоларите, арсенидах - редком никелине и как примесь в аллоклазите, а кобальт - в аллоклазите, глаукодоте, высококобальтовых пентландите, виоларите и пирите. В целом, кобальтсодержащие минералы преобладают над никельсодержащими и имеют невысокие содержания никеля, в никелевых отмечаются высокие содержания кобальта.
Наименее большой разброс содержаний кобальта и особенно никеля и самые низкие средние содержания кобальта и никеля наблюдаются в рудах Дергамышского месторождения (см. рис. 27). Основными концентраторами кобальта в рудах являются пирит и марказит, тогда как обособления собственно кобальтовых минералов крайне редки. По химизму руд и некоторых минералов Дергамышское месторождение может быть сопоставлено с Летним медноколчеданным месторождением кипрского типа (Южный Урал). Руды Летнего месторождения содержат в среднем 0.11 мае. % Со, и основным концентратором его также является пирит, обогащенный им [Полуэктов и др., 1974ф; Белогуб и др., 2004]. Однако исключить находку собственных минералов кобальта на Дергамышском месторождении нельзя, а комбинация геолого-минералогических данных позволяет выдвинуть предположение, что эти минералы должны быть свободны от примесей никеля в химическом составе. Косвенным подтверждением этого предположения может стать находка кобальтина в рудах Летнего месторождения [Белогуб и др., 2005], который в качестве примеси содержит железо до 0.15 формульных единиц.
Оксиды
Хромит в рудах Ишкининского месторождения распределен неравномерно, но присутствует в каждом типе руды. Наряду с относительно равномерной вкрапленностью наблюдаются вытянутые скопления хромшпинелидов в хлорит-серпентиновом материале, а также скопления кристаллов хромшпинелидов и кобальтина (рис. 56).
Хромиты представляют собой идиоморфные кристаллы октаэдрического габитуса, обычно замещаемые магнетитом (рис. 57); часто наблюдаются зерна с округлыми гранями, «изъеденными» краями и поверхностью (рис. 58), разбитые трещинами. В индивидах магнетита в хромите наблюдаются включения рудных минералов, в единичных хромитах по зонам роста развиты пирит и халькопирит (рис. 59), при этом сам хромит иногда «сидит» в зонах роста кобальтина (рис. 60).
Кроме того, отмечаются разнообразные нерудные включения: округлые, изометричные, вытянутые; одно-, двух- и трехфазные (рис. 61). Представлены они орто- и клинопироксеном, стеклом [Tesalina et al., 2003]. Иногда включения замещаются сульфидами и магнетитом без замещения самого хромита. Часто внутри и по периферии кристаллов наблюдаются относительно крупные выделения таблитчатых и причудливых очертаний, характеризующиеся повышенной отражательной способностью, выше, чем у хромита, но ниже, чем у магнетита (рис. 62).
Необходимо отметить, что еще К. Д. Субботиным [ 1941 ф] были отмечены некоторые особенности хромшпинелидов в рудах месторождения. В первую очередь, это приуроченность скоплений зерен хромшпинелидов к вкрапленности кристаллов кобальтина. При подсчете количества зерен в породах и рудах оказалось, что хромшпинелиды тяготеют к сульфоарсенидно-сульфидному типу руды: плотность акцессорных хромитов в ультрамафитах - около 7 зерен/см , в этом типе руды - около 100 зерен/см .
Микротвердость хромитов Ишкининского месторождения — 1224-1483 кг/мм , среднее из 11 измерений — 1380 кг/мм2, что соответствует микротвердости хромита 1100-1390 кг/мм2 [Чвилева и др., 1988]. С ростом содержания А1 и Mg микротвердость увеличивается до 1480 кг/мм2 [там же], что наблюдается в изучаемых хромшпинелидах.
Был измерен спектр отражения хромита из халькопирит-пирит-пирротиновой руды (рис. 63), обработанный программой CISMMI. В этой же программе было проведено сравнение его отражательной способности с хромитами из справочника-определителя рудных минералов [Чвилева и др., 1988]. Как видно из графика, кривая спектра отражения хромита Ишкининского месторождения лежит ниже двух других кривых. Профили спектров отражения близки к горизонтальным, характерен слабо выраженный широкий максимум в сине-зеленой области спектра. Отражение хромита понижается с ростом содержания А1 и менее сильно с ростом Mg [Чвилева и др., 1988], что наблюдалось в изученном хромите. Содержание АЬОз в нем доходит до 13.91 мае. %, что выше, чем в хромитах из (11.49 мае. % в хромите № 454-2 и 9.28 мае. % в хромите № 454-1 на рис. 63).
Результаты химического анализа (прил. 5) показали следующие вариациисодержаний основных компонентов в хромшпинелидах из руды и серпентинитовой массыв руде: Сг203 - 48.32-53.65 мае. %, FeO - 21-31 мас. %, А1203 - 11.14-13.91 мас. %, MgO 5.20-9.91 мас. %. Хромиты из пирит-пирротиновых руд отвечают составу(Fe2+o.6oMgo.41)і .оі (Сгі.42Alo.45Fe3+o.13)204, халькопирит-пирит-пирротиновых —(Fe2+"o.66Mgo.35)i.oi(Cri.35Alo.49Fe3+o.i6)204, сульфоарсенидно-сульфидных (Fe2+o.62Mgo.38)i.oo(Cri.35Alo.52Fe3+o.i5)204. Включения таблитчатой и причудливой морфологии - хроммагнетиты - характеризуются повышенными содержаниями FeO (от 40 до 53 мае. %) и приблизительно равными содержаниями Сг20з (от 43 до 53 мае. %) -(Fe2+o.88Mgo.n)o.99(Cri.4iFe3+o.55Alo.o4)204. Отмечаются повышенные на порядок содержания NiO и СоО (0.10 и 0.23 мае. % соответственно) в хромшпинелидах в кобальтине. Повышенные содержания никеля и кобальта в хромшпинелидах были предсказаны еще К. Д. Субботиным [ 1941 ф] по аналогии с хромшпинелями из Халиловского массива, в которых А. Г. Бетехтиным и С. А. Кашиным отмечалось содержание никеля до 0.29 мас. %. В одном зерне хромшпинелида были обнаружены повышенные содержания титана (0.53 мае. %), который равномерно распределен в краевой зоне кристалла хромита.
Состав хромшпинелидов руд Ишкининского месторождения соответствует составу хромитов из поля гипербазитов дунит-перидотитовой формации, только хроммагнетиты образуют собственное поле (рис. 64). Одной из главных особенностей хромшпинелидов альпинотипных гипербазитов является постоянное преобладание MgO над FeO [Плаксенко, 1989], что не соответствует изученным хромшпинелидам.
Хромшпинелиды в рудах Ивановского месторождения образуют зерна, подобные Ишкининским, также часто группируются в цепочки, нередко входят в состав нерудных прожилков и по периферии замещаются магнетитом. Состав хромшпинелидов отличается от Ишкининских (прил. 6) и соответствует в среднем (Fe2+o.5oMgo.5o)(Cri.48Alo.52Fe3+o.oi)2.oi04. В рудах Дергамышского месторождения кристаллы хромшпинелидов изометричной формы были встречены в прожилково-вкрапленных пиритовых рудах в небольшом количестве. По химическому составу они отличаются от руд Ишкининского и Ивановского месторождений повышенными содержаниями MgO (прил. 6). Они соответствуют составу (Mgo.63Fe2+0.37)(Cri.i4Alo.68Fe3+o.i8)204. В единичных случаях в них отмечаются повышенные содержания Ті (до 0.55 мае. %).
Магнетит, как и халькопирит, является сквозным минералом после образования пирротина-1, он представлен несколькими генерациями и двумя морфологическими разновидностями. Первая разновидность образует тонкие жилки и ксеноморфные выделения и развивается в пирротине, пентландите и виоларите (см. рис. 55) по спайности, пирите (см. рис. 34), халькопирите, замещает хромит (см. рис. 57, 59, 61, 62). Второй разновидностью магнетита являются гипидиоморфные кристаллы, которые часто псевдоморфно замещаются халькопиритом (см. рис. 40). Часто скопления кристаллов магнетита наблюдаются в зальбандах жил пирита-И (рис. 65) и кварца. Травление кристаллов магнетита НС1 не дает результатов, а травление крупных магнетитовых агрегатов выявляет их аллотриоморфнозернистую и гранозернистую структуры (рис. 66). Химический состав магнетита выдержанный (прил. 5, ан, 73-81), только в магнетите, который замещает хромит содержание СГ2О3 достигает 3.15 мае. %.
Магнетит в рудах Ивановского месторождения представлен тремя генерациями и, в целом, его морфология подобна магнетиту Ишкининского месторождения. Магнетит-1 является оторочкой для зерен хромшпинелидов, магнетит-П замещает пирротин и пирит-1, а магнетит-Ш присутствует в составе поздних магнетит-пирит-халькопиритовых прожилков, секущих пирротин. Для магнетита Дергамышского месторождения характерна тесная ассоциация с халькопиритом с прорастанием обоих минералов друг в друге или с включениями халькопирита в магнетите.
Ильменит наблюдался в рудах Дергамышского месторождения в виде редких удлиненных кристаллов длиной до 100 и поперечником до 3 мкм в пирит-марказитовых агрегатах (рис. 67).
Сульфоарсениды кобальта, никеля и железа являются основными концентраторами кобальта, никеля в рудах месторождений [Мелекесцева и др., 2003; Мелекесцева, 2004]. В рудах традиционных колчеданных месторождений сульфоарсениды кобальта, никеля и железа являются, чаще всего, акцессорными и реже
Теллуриды
Саффлорит имеет повышенные содержания никеля (до 10.08 мае. %) и серы (до 12.77 мае. %, прил. 12), как некоторые составы никелистого саффлорита из месторождения Хову-Аксы (Ni до 16.5 мае. %, S до 13.3 мае. %) [Рудашевский и др., 1978]. Хотя теоретическая формула минерала - (Co,Fe)As2 [Fleisher, Mandarino, 1995], в саффлорите Ишкининского месторождения никель всегда преобладает над железом, что может быть связано с замещением никелина и наследованием от него высоких содержаний никеля.
Раммельсбергит содержит несколько повышенные концентрации серы (до 1.34 мае. %) и железа (до 1.37 мае. %, прил. 12). По высокому содержанию кобальта (до 11.91 мае. %) Ишкининский раммельсбергит близок к таковому, богатому кобальтом, из района Бу-Аззер, Марокко (до 12.5 мае. %) [Виноградова и др., 1972] и хромит-никелиновых руд провинции Малага, Испания (до 11.44 мае. %) [Gervilla, Rensbo, 1992].
Крутовит в химическом составе отличается несколько повышенными содержаниями железа (до 2.29 мае. %), кобальта (до 5.03 мае. %) и высокими содержаниями серы (до 8.27 мае. %) (прил. 12). Высокие содержания серы, вероятно, фиксируют промежуточную фазу ряда крутовит-гередорфит, подтверждая существование изоморфного ряда между этими минералами [Виноградова и др., 1976].
Кроме того, в раммельсбергите и крутовите зафиксированынесколько повышенные концентрации висмута (до 0.97 мае. %, прил. 12),позволяющие пересчитать их на формульные единицы —(Nio.84COo.I6Feo.04)l.04(ASi.93So.06Bio.Ol)2.00 И (Nio.81-0.88Coo.l9-0.13Feo.04-0.02)l.04-1.03(Asi.59-1.6lSo.40 0.З8ВІ0.0О2.00 соответственно.
Пильзенит был обнаружен в рудах Ивановского месторождения, где он находится в тесной ассоциации с самородным золотом и висмутом, образуя изометричные зерна до 15мкм в пирротине (рис. 92). Одно включение пильзенита размером 1 мкм было обнаружено в самородном золоте. В пильзените, Bi4.43Te3.00, присутствуют элементы-примеси: медь (1 мае. %), хром (0.3 мае. %) и сурьма (0.2 мае. %).
Раклиджит. Минерал был обнаружен в рудах Ишкининского месторождения в ассоциации с леллингитом в виде двух зерен: каплевидной формы размером 1.5 х 1 мкм,и вытянутой формы размером 6x1 мкм (рис. 93). На энергодисперсионном спектре и в химическом составе отмечаются только теллур (31.40 мае. %), висмут (41.19 мае. %) и свинец (2.82 мае. %). Было сделано только одно измерение, сумма которого неудовлетворительна, но по соотношению между висмутом, свинцом и теллуром минерал является раклиджитом - (Ві, РЬ)зТе4.№ Ish Минералы самородных элементов в рудах месторождений представлены самородными золотом и висмутом.
Золото в рудах Ишкининского месторождения обнаружено:- в пирит-пирротиновом типе: в виде ксеноморфных зерен в метакристаллах арсенопирита (рис. 94а) и гипидиоморфных кристаллов в халькопирите и сфалерите (рис. 946) размером 4-8 мкм. Электронно-микроскопическими исследованиями было обнаружено, что вокруг золота, заключенного в арсенопирите, имеется никельсодержащая оторочка. Кристаллы золота, находящиеся в халькопирите, окружены прерывистой каймой, содержащей Fe, S и Ni (по убыванию), которая, вероятно, является следами пентландита. Вследствие малых размеров зерен и сильного влияния вмещающих сульфидных минералов микрозондовым анализом определены только соотношения золота и серебра, варьирующие от 1:4 до 1:6.Рис. 94. а - золото (ярко-белое), «распыленное» в кристалле арсенопирита (в центре), матрица - пирротин; б - золото (ярко-белые зерна) в халькопирите (матрица) и сфалерите. Ишкининское месторождение, снимки сделаны в отраженных электронах (электронный микроскоп с энергодисперсионной приставкой РЭММА-202МВ, ИМин УрО РАН, аналитик В. А. Котляров, аншлиф № М-101-5).
- в халькопирит-пирит-пирротиновом типе: в пирротине-І в виде ксеноморфного зерна, слегка вытянутым вдоль длиной оси, размером 35 мкм (рис. 95). Состав золотины следующий (мае. %): Аи - 80.40 %, Ag - 16.80 %, Hg - 1.27 %, Fe - 1.04 %, Си - 0.03 %, Со - 0.01 %, сумма - 99.56 % (одно определение);- сульфоарсенидно-сульфидный тип:1) в кристаллической массе, состоящей из гередорфита и никелина (рис. 96) в виде золотины размером 70 мкм четкой треугольной формы, сросшейся с кристаллом магнетита. С этого зерна был получен и обработан в компьютерной программе CISMMI [Boldyreva et al, 1997] спектр отражения (рис. 97), который соответствует золоту и близок по конфигурации как к самородному золоту, так и электруму: R (%, нм) - 28.7(400), 31.4(420), 34.7(440), 44.2(460), 54.3(480), 61.7(500), 66.2(520), 70.6(540), 73.8(560), 76.5(580), 77.9(600), 79.7(620), 81.6(640), 82.4(660), 82.4(680), 83.3(700). Явное снижение отражения в направлении к УФ-области указывает на наличие ртути в составе золота [Чвилева и др., 1988], что подтверждается микрозондовыми анализами (мае. %): Аи -72.72 %, Ag - 23.32 %, Hg - 3.17 %, Fe - 0.07 %, Те - 0.14 %, As - 0.13 %, Со - 0.02 %, Ni -0.10 %, сумма - 99.67 % (среднее из 4-х анализов);
Рис. 97. Спектры отражения золота из руд Ишкининского месторождения (1), золота из справочника-определителя рудных минералов [Чвилева и др., 1988], образцы № 154-4 (2), 154-5 (3), 154-6 (4). Спектр 1 снят М. М. Болдыревой и И. Ю. Мелекесцевой на микроспектрофотометре МСФ-10 (кафедра геологии МПИ, СПбГУ, Санкт-Петербург). Эталон WTiC, Цейсе, № 361, объектив 21 , апертура 0.40, диаметр зонда 16 мкм, монохроматичность света при 400 и 420 нм — 60 нм, при 440-700 нм — 18 нм.2) в кобальтине в виде округлых и ксеноморфных зерен размером до 10 мкм (рис. 98), состав (мае. %): Аи - 73.90 %, Ag - 23.26 %, Bi - 0.67 %, Ni - 0.58 %, As -0.31%, Fe - 0.07%, Си - 0.02%, сумма - 99% (среднее из 3-х определений). Микрозондовый анализ показывает примесь Со до 2.45 %, но это, скорее, влияние вмещающего кобальтина;3) в арсенопирите и халькопирите, захваченном кристаллами арсенопирита в виде многочисленных округлых зерен размером до 4 мкм (рис. 99,100);4) в кристаллах кобальтина в виде зерен треугольной формы (см. рис. 69).Все обнаруженные золотины содержат серебро в значимых количествах, приближая состав золота к серебристому (электруму). Наименьшие содержания
