Кобальт-никелевая антимонидная и арсенидная минерализация Норильского рудного поля

Общая характеристика работы.

Актуальность темы. Гигант мирового класса в нашей стране - Норильское рудное поле включает разнообразные типы эндогенной минерализации, кобальт-никелевая антимонидная и арсенидная среди них одна из наименее изученных. Генетические связи арсенидных кобальт-никелевых руд, которые относительно широко распространены на Земле и являются существенным источником Co, Ni, Ag, Bi и U, слабо изучены. Это определило актуальность нашей работы. Изучение минерализации данного типа традиционно для кафедры минералогии Московского университета - школы профессора Георгия Алексеевича Крутова.

Цель работы. Детальная геологическая, минералогическая и геохимическая характеристика норильской Co-Ni антимонидной и арсенидной минерализации.

Основные задачи: 1. Изучить геологическую позицию норильской Co-Ni-Sb-As минерализации и её соотношения с производными трапповой формации P₂-T₁ и послетраппового регионального низкоградного метаморфизма. 2. Исследовать историю и параметры формирования норильской Co-Ni-Sb-As минерализации. 3. Детально изучить норильские арсениды и антимониды и парагенные минералы. 4. Оценить масштабы перераспределения благородных металлов норильских руд при образовании кобальт-никелевой антимонидно-арсенидной минерализации.

Научная новизна: 1. Детально охарактеризованная гидротермальная Co-Ni-Sb-As минерализация Норильского рудного поля порождена процессами послетраппового регионального метаморфизма. Условия образования арсенидов и антимонидов Ni-Co-Fe и парагенных мышьяка, серебра, висмута и селенидов соответствуют параметрам цеолитовой фации и повышенной f O₂ метаморфогенных флюидов. 2. Впервые в норильских рудах определены крутовит и триарсениды Ni-Co-Fe. Открыт и изучен ферроскуттерудит (Fe,Co)As₃ - новый минеральный вид. Впервые в природе установлена непрерывная серия твёрдых растворов раммельсбергит - лёллингит.

3. Установлено, что типичные агрегаты арсенидов и антимонидов - бобовины и почки, сложенные тонкорасщеплёнными кристаллами, которые обычно рассматривают как колломорфные, возникли при кристаллизации из истинных растворов.

4. При образовании норильской гидротермальной Co-Ni-Sb-As минерализации источниками рудных элементов служили метаморфизуемые магматические Ag-Au-Pt-Pd-Co-Ni-Cu сульфидные руды, произошла заметная мобилизация Ag, незначительное перераспределение Pd, признаки мобилизации Pt и Au не обнаружены.

5. Метаморфогенно-гидротермальная Co-Ni-Sb-As минерализация Норильского рудного поля с карбонатами, гематитом, сульфидами Zn, Pb, Cu, Ni, Mn, Ag, Bi, Cd, Sb, селенидами Pb, самородными мышьяком, серебром, висмутом и уранинитом представляет в миниатюре пятиметальную (U-Ag-Bi-Ni-Co) формацию, впервые выделяемую в Норильском рудном поле. Норильская модель формирования - одна из возможных для этой рудной формации.

Практическая значимость работы. Нацеливает на поиск проявлений пятиметальной рудной формации среди производных трапповой формации, преобразованных в условиях низкоградного метаморфизма.

Фактический материал и методы исследования.

Норильская Co-Ni-Sb-As минерализация изучена во время экспедиционных работ 1999-2004 гг. (Талнахское, Таймырское - Октябрьское месторождения - подземные рудники Комсомольский, Октябрьский, Таймырский, Маяк; Норильское месторождение - подземный рудник Заполярный, карьеры Медвежий ручей и Угольный ручей). Ряд маршрутов проведен с геологами Норильского горнометаллургического комбината им. А.П. Завенягина - Э.А. Кулаговым, С.Н. Беляковым, П.В. Капитоненковым, Е.В. Середой. Использованы сборы Э.М. Спиридонова 1998-2005 гг. и образцы, которые предоставили Э.А. Кулагов, Е.В. Середа, А.П. Глотов, С.Н. Беляков, В.В. Бутенко (90 образцов с арсенидами из всех месторождений Норильского района сборов 1960-2002 гг.); три образца с арсенидами и антимонидами из сборов А.И. Пономаренко 1980-х годов получены в Минералогическом музее РАН им. А.Е. Ферсмана в Москве; 2 образца - в Минералогическом музее Объединенного института геологии, геофизики и минералогии СО РАН в Новосибирске. Всего изучены 155 образцов карбонатных жил с арсенидной минерализацией, 70 образцов карбонатных и ангидритовых жил с сульфидной минерализацией, 95 образцов сплошных и импреньяционных сульфидных руд с борнитом и/или халькозином и вкрапленностью антимонидов и арсенидов из всех месторождений Норильского рудного поля. Одним из приёмов поиска арсенидов была массовая распиловка штуфов по оси карбонатных жил и больших штуфов метаморфизованных сульфидных руд.

В работе использованы методы генетической минералогии школы Д.П. Григорьева и методы электронной минералогии в сочетании с геохимическими, изотопными, термобарогеохимическими исследованиями. Детально изучены 120 аншлифов и полированных штуфов, 30 шлифов. Получены 380 фотографий агрегатов рудных минералов в отражённых электронах и 20 картин распределения в них химических элементов (лаборатория микрозондового анализа кафедры петрологии МГУ, электронный микроскоп Link 10000, анал. Н.Н. Коротаева, Е.В. Гусева). Микрозондовые анализы выполнены прицельно, используя электронные фотографии и картины распределения Ni, Co, Fe, As, Sb. Выполнено 885 микрозондовых анализов арсенидов и антимонидов, около 100 анализов иных рудных и жильных минералов (Cameca SX-50, лаборатория микрозондового анализа кафедры минералогии МГУ, анал. Н.Н. Коротаева, И.А. Брызгалов; Camebax, лаборатория микрозондового анализа ИМГРЭ РАН, анал. И.М. Куликова); 8 определений содержаний Pd, Pt, Au в концентратах арсенидов (анал. И.Я. Кощеева, ГЕОХИ РАН; чувствительность метода для Pt и Au - 100 мг/т, для Pd - 10 мг/т). Рентгенограммы рудных и жильных минералов сняты на дифрактометре ДРОН-4.5 в рентгеновской лаборатории кафедры неорганической химии МГУ. Термобарогеохимическое изучение флюидных включений в карбонатах и кварце арсенидных жил провели В.Ю. Прокофьев (ИГЕМ РАН) и автор. Изотопный Rb/Sr возраст арсенидно-карбонатных жил по апофиллиту определил В.Н. Голубев (лаборатория геохронологии ИГЕМ РАН). Изотопный состав свинца определен для 6 образцов первичных сульфидных руд и для 4 образцов арсенидно-карбонатных жил на масс-спектрометре Селектор 54 (Великобритания) в лаборатории изотопного анализа ИГЕМ РАН, аналитик В.Н. Голубев (использован источник ионов с Re лентой и международный стандарт изотопного состава свинца NITS-981).

В работе использованы результаты исследований Норильского рудного поля, которые провели М.Н. Годлевский, Э.А. Кулагов, А.Д. Генкин, А.А. Филимонова, С.Ф. Служеникин, Т.Л. Евстигнеева, В.К. Степанов, Д.М. Туровцев, В.В. Золотухин, В.В. Рябов, Е.Н. Суханова, В.А. Люлько, Г.А. Митенков, А.М. Карпенков, Э.М. Спиридонов, В.В. Дистлер, В.А. Коваленкер, В.М. Изоитко, Е.В. Середа, Д.А.Додин, И.Н. Тушенцова.

Защищаемые положения.

1. Показано, что однотипная гидротермальная жильная и вкрапленная Co-Ni-Sb-As минерализация развита во всех месторождениях магматических сульфидных Ag-Au-Pt-Pd-Co-Ni-Cu руд Норильского рудного поля. Co-Ni-Sb-As минерализация: а) возникла при многократных тектонических подвижках; б) моложе на 70 - 100 млн. лет, чем трапповая формация P₂-T₁ (251 млн. лет), с которой генетически связаны магматические сульфидные руды; в) развита среди метаморфизованных Co-Ni-Cu руд и по периферии их залежей, сопряжена с процессами регионального метаморфизма в условиях цеолитовой фации. Параметры образования арсенидов и антимонидов Ni-Co-Fe и парагенных мышьяка, серебра, висмута (Т 216→1270^o С, Р 0.9 → 0.1 кбар) соответствуют параметрам цеолитовой фации и повышенному f O₂ метаморфогенных флюидов.

2. Изотопный состав свинца галенита - однозначное свидетельство различных источников вещества норильских первичных сульфидных руд и антимонидной и арсенидной минерализации. По изотопному составу свинец галенита антимонидной и арсенидной минерализации близок к свинцу континентальной коры или имеет промежуточные характеристики между коровым и мантийным (ближе к коровому)

3. Установлено, что: а) норильская антимонидная и арсенидная минерализация первого цикла ассоциирует с метаморфизованными Co-Ni-Cu рудами с борнитом, миллеритом, валлериитом, годлевскитом, вюртцитом. Существует генеральная последовательность от маухерита Ni11As₈ и никелина NiAs к раммельсбергиту NiAs₂, далее к ди- и триарсенидам Ni-Co-Fe и к мышьяку. Среди образований первого цикла - минералы непрерывных рядов никелин - брейтгауптит NiSb, раммельсбергит - саффлорит CoAs2, раммельсбергит - лёллингит FeAs2 (в природе выявлен впервые), кобальтин CoAsS - герсдорфит NiAsS, герсдорфит - крутовит Ni(As,S)₂, никельскуттерудит NiAs₃ - скуттерудит CoAs₃ и скуттерудит - ферроскуттерудит (Fe,Со)As₃ (новый минеральный вид, открытый и изученный нами); б) антимонидная и арсенидная минерализация второго цикла ассоциирует с более поздними метаморфизованными Co-Ni-Cu рудами с халькозином и хизлевудитом. Характерно наличие Hg-серебра, пираргирита, паркерита, клаусталита, уранинита; в) сульфоантимонидная и сульфоарсенидная минерализация третьего цикла ассоциирует с метаморфизованными Co-Ni-Cu рудами с пиритом, марказитом, бравоитом, тиошпинелями Ni-Co-Fe-Cu.

4. Данная метаморфогенно-гидротермальная минерализация существенно никелевая, что коррелирует с составом первичных руд. Арсениды Со(-Fe) периодически возникали после кристаллизации существенного количества арсенидов Ni. Сульфоарсениды Ni-Co-Fe появлялись после кристаллизации значительных количеств арсенидов или мышьяка из-за того, что метаморфогенные гидротермы имели высокий окислительный потенциал, и активность сульфидной серы в них была низкой.

5. Широко распространённые расщеплённые кристаллы арсенидов, слагающие почки и бобовины, возникли при кристаллизации из истинных растворов, поскольку в их агрегатах проявлены зоны геометрического отбора.

6. Проявлена зональность антимонидной и арсенидной минерализации: а) в составе вкрапленной преобладают маухерит и брейтгауптит, в карбонатных жилах - лёллингит, мышьяк, никелин. Во вкрапленных рудах метасомы маухерита и брейтгауптита среди минералов платиноидов содержат до 1.5 мас. % Pd; Pt и Au в них не обнаружены. В арсенидах и антимонидах карбонатных жил Pd, Pt и Au не обнаружены; б) карбонатные жилы среди метаморфизованных сульфидных залежей содержат разнообразные антимониды и арсениды Ni-Co-Fe и самородный мышьяк, карбонатные жилы на удалении от сульфидных залежей - только лёллингит и мышьяк.

7. Метаморфогенно-гидротермальная кобальт-никелевая антимонидная и арсенидная минерализация с карбонатами, гематитом, сульфидами Zn, Pb, Cu, Ni, Mn, Ag, Bi, Cd, Sb, селенидами Pb, самородными мышьяком, серебром, висмутом и уранинитом представляет в миниатюре пятиметальную (U-Ag-Bi-Ni-Co) формацию, впервые выделенную в Норильском рудном поле. Норильская модель формирования - одна из возможных для этой рудной формации.

Публикации и апробация работы. По теме диссертации опубликовано 6 статей, 5 статей находятся в печати. Материалы диссертации были представлены на XXXII Международном Геологическом конгрессе в Италии (Флоренция, 2004) и следующих научных конференциях: Минералогические музеи (Санкт-Петербург, 2000); Научные чтения памяти проф. И.Ф. Трусовой <Проблемы магматической и метаморфической петрологии> (Москва, 2000, 2001); Ломоносовские чтения МГУ (Москва, 2000, 2002); Международная конференция студентов и аспирантов <Ломоносов> (Москва, 2001); VI международная конференция <Новые идеи в науках о Земле> (Москва, 2003); Ежегодный семинар по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии (Москва, ГЕОХИ, 2004); Международный симпозиум <Минеральное разнообразие - исследование и сохранение> (Болгария, 2005); периодически сообщались геологам Норильского горнометаллургического комбината.

На кафедре минералогии МГУ создана учебно-научная коллекция эталонных образцов, полировок и аншлифов арсенидов, антимонидов и парагенных минералов Норильского рудного поля совместно с банком фотографий, электронных фотографий, химических анализов. Ряд изученных образцов передан в Минералогический музей РАН им. А.Е. Ферсмана и в Политехнический музей Москвы.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, 133 страниц текста, 27 таблиц, 37 рисунков, списка литературы из 273 наименований.

Благодарности. Автор выражает глубокую искреннюю благодарность научному руководителю профессору Э.М. Спиридонову за помощь и участие на всех этапах выполнения данной работы. Автор благодарна за помощь норильским геологам С.Н. Белякову, Е.В. Середе, А.П. Глотову, П.В. Капитоненкову, В.В. Бутенко; сотрудникам ИГЕМ РАН В.Н. Голубеву, В.Ю.Прокофьеву. Особая благодарность Р.А. Виноградовой за ценные консультации и поддержку, член-корр. РАН, профессору А.С. Марфунину. Автор признательна Н.Н. Кононковой, Е.В. Гусевой, И.А. Брызгалову, Н.Н. Коротаевой и И.М. Куликовой за высокое качество электронно-зондовых анализов и электронных фотографий. Автор весьма признательна Российскому фонду фундаментальных исследований за финансовую поддержку полевых и камеральных работ.

Исследования по теме диссертации проведены в 1999-2006 годах на кафедре минералогии геологического факультета Московского Государственного Университета им. М.В. Ломоносова под руководством проф. Э.М. Спиридонова и были поддержаны инициативными грантами Российского фонда фундаментальных исследований N 98-05-64762, 01-05-64051 и 04-05-64152 и экспедиционными грантами РФФИ в 1999-2004 гг.