Состав и условия формирования благороднометалльных руд Койкарско-Святнаволокского силла (Республика Карелия)
В. Петров, А.П. Бороздин,
И.Л. Олейник, И.П. Тарасова,
К. Котова, С.Р. Котов,
Ю.С. Шелухина, О.С. Колушева
Аннотация
К Койкарско-Святнаволокскому силлу приурочено железорудное месторождение Викша, где в составе рудных тел, помимо главных компонентов железа и титана, присутствуют золото, платина, палладий. Цель авторов предлагаемой публикации определить тип и закономерности проявления благороднометалльного оруденения в габбро-долеритах Койкарско-Святнаволокского силла, рассмотреть механизмы накопления и локализации благородных металлов в рудных телах. Неоднократное появление в разрезе интрузива ассоциации двух контрастных по составу разновидностей пород (высокожелезистых титаномагнетитовых габбро-долеритов, и высококремнистых гранофиров), а также выявленные петрографические, петрохимические и геохимические закономерности позволяют рассматривать в качестве механизма формирования рудных титаномагнетитовых горизонтов жидкостное расслоение магматического расплава (ликвацию).
Эта жидкостная несмесимость привела к накоплению благородных металлов в высокожелезистом флюидизированном ликвате в соответствии с коэффициентами распределения благородных металлов между силикатным и оксидным расплавами и между расплавом и флюидом. Установлена приуроченность благороднометалльной минерализации к сульфидным, кобальтин-борнит-халькопиритовым, скоплениям в рудных титаномагнетитовых горизонтах, что соответствует малосульфидному благороднометалльному типу оруденения.
Благороднометалльное оруденение представлено как собственными минеральными формами (арсениды, сульфоарсениды, антимониды и интерметаллиды металлов платиновой группы, теллуриды золота и серебра, электрум, самородное золото), так и изоморфными примесями в борните и кобальтине. Показана связь формирования минералов-носителей благородных металлов с процессом хлоритизации на фоне преобразования протолитного титаномагнетита. Предложена модель концентрирования благородных металлов из базальтоидного расплава в несколько стадий: обогащение благородными металлами флюидизированного высокожелезистого рудного ликвата; их накопление в остаточном флюиде и в сульфидной жидкости при кристаллизации рудного ликвата; их частичное поступление в гидротермальный раствор при остывании флюида и при гидротермальном метасоматозе более ранних кристаллизатов. Локализация благородных металлов происходила по мере охлаждения остаточного флюида, вследствие разрушения комплексных хлоридных и сульфидных соединений с благородными и цветными металлами и кристаллизации сульфидно-благороднометалльного парагенезиса в пределах рудных горизонтов.
Ключевые слова: железорудные габбро-долериты, месторождение Викша, малосульфидный благороднометалльный тип оруденения, модель концентрирования и локализации благородных металлов.
Annotation
S.V. Petrov, A.P. Borozdin, I.L. Oleynik, I.P. Tarasova, I.K. Kotova, S.R. Kotov, Yu.S. Shelukhina, O. S. Kolusheva. Composition and formation conditions of noble metal ores of the Koykar-Svyatnavolok sill (Republic of Karelia)
The Viksha iron ore deposit is confined to the Koykarsko-Sviatnavolok sill, where as a part of ore bodies, in addition to the main components - iron and titanium, it contains gold, platinum, and palladium. The purpose of this publication is to determine the type and patterns of noble metal mineralization in gabbro-dolerites of the Koykar-Svyatnavolok sill, to consider the mechanisms of accumulation and localization of precious metals in ore bodies. The repeated occurrence in the section of the intrusion of an association of two rock varieties of contrasting composition (high-iron - titanomagnetite gabbro-dolerites, and high- siliceous - granophyres), as well as the revealed petrographic, petrochemical and geochemical regularities, allow us to consider liquid stratification of magmatic melt as a mechanism for the formation of ore titanomagnetite horizons (segregation). This liquid immiscibility led to the accumulation of noble metals in the high-iron fluidized liquate in accordance with distribution coefficients of nobel metals between silicate and oxide melts and between melt and fluid. The confinement of noble metal mineralization to sulfide, cobaltite-bornite-chalcopyrite accumulations in ore titanomagnetite horizons has been established, which corresponds to the low-sulfide noble metal type of mineralization. Precious metal mineralization is represented by both native mineral forms (arsenides, sulfoarsenides, antimonides and intermetallides of platinum group metals, gold and silver tellurides, electrum, native gold) and isomorphic impurities in bornite and cobaltite. The relationship between the formation of minerals bearing noble metals and the process of chloritization against the background of the transformation of protolith titanomagnetite is shown. A model for the concentration of precious metals from basaltoid melt in several stages is proposed: enrichment of fluidized high-iron ore liquat with precious metals; their accumulation in the residual fluid and in the sulfide liquid during the crystallization of ore liquat; their partial entry into the hydrothermal solution during fluid cooling and hydrothermal metasomatism of earlier crystals. The localization of noble metals occurred as the residual fluid cooled, due to the destruction of complex chloride and sulfide compounds with noble and non-ferrous metals and the crystallization of sulfide-precious metal paragenesis within the ore horizons.
Keywords: iron ore gabbro-dolerites, Viksha deposit, low sulfide noble metal type of mineralization, model of concentration and localization of noble metals.
Введение
Койкарско-Святнаволокский силл, наряду с Пудожгорским силлом и другими габбро-долеритовыми интрузиями Республики Карелия, рассматривается в составе ванадий-железо-титановой сульфидно-оксидной рудной формации в базитах, проявленной в Онежско-Белозерской минерагенической зоне (Михайлова и Аминова, 2005). Характерной чертой этой формации является комплексный состав руд с обязательным присутствием металлов платиновой группы и золота. Первые данные о платиноносности титаномагнетитовых руд этих габбро-долеритовых интрузий получены в 1983 г. Н.Н. Трофимовым (Трофимов и Голубев, 2008), первые характеристики минералов благородных металлов (БМ) в этих интрузивах даны в 1995 г. Е.Л. Серебровой (Сереброва и др., 1995). Благороднометалльную минерализацию пространственно и генетически связывают с медно-сульфидной минерализацией (Трофимов, 1995; Трофимов и Голубев, 1996; Голубев и др., 2001; Иващенко и Голубев, 2011). Промышленная значимость этих руд рассмотрена в работе (Корнеев и др., 2019).
К указанному силлу приурочено комплексное благороднометалльно-титаномагнетитовое месторождение Викша с рудным горизонтом протяженностью не менее 17 км, где в составе рудных тел, помимо главных компонентов железа и титана, присутствуют золото, платина, палладий (Михайлова и Аминова, 2005).
Цель авторов предлагаемой публикации определить тип и закономерности проявления благороднометалльного оруденения в габбро-долеритах Койкарско-Святнаволокского силла, рассмотреть механизмы накопления и локализации БМ в рудных телах. 2
Методы исследования. Материалом для проведения исследований послужили данные поисково-разведочных работ, проводимых ООО «Семченское золото» в пределах Койкарско-Святнаволокского силла в 2012-2015 гг. Каменный материал был отобран с разных интервалов скважин, пробуренных на разных участках массива (участки Викша, Кенти, Шарги).
Для определения химического состава были подготовлены навески руды, измельченной до крупности -1+0 мм, а затем истертой до аналитической крупности. Химический анализ выполнен в ООО «Стюарт Геокемикал энд Эссей» методом сплавления с метаборатом лития с последующим определением основных элементов методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. Потери при прокаливании определены по гравиметрической методике. Статистическая обработка массива химико-аналитических данных выполнена с применением программы Statistica.
Определение микроэлементов произведено масс-спектрометрией с индуктивно-связанной плазмой (ICPMS) в лаборатории спектральных методов анализа ЗАО «Центр исследования и контроля воды» на масс-спектрометре Agilent 7500 c методами полного кислотного вскрытия и вскрытия царской водкой.
Данные по содержанию БМ в пробах по разрезу четырех скважин (всего 76 проб), предоставленные ООО «Семченское золото», получены в пробирной лаборатории ЗАО РАЦ «Механобр Инжиниринг Аналит» под руководством кандидата химических наук Л.А. Ушинской.
Петрографическими и минераграфическими оптическими методами изучена представительная коллекция, которую составили 120 образцов, из них изготовлены 200 прозрачных и полированных препаратов.
Электронно-микроскопические исследования выполнены на сканирующем электронном микроскопе Jeol JSM-6510LA с энергодисперсионным спектрометром (Институт геологии и геохронологии докембрия РАН) при ускоряющем напряжении 10-15 кВ, ток 10-20 нА. Расчет содержаний элементов выполнялся методом ZAFкоррекции, эталоны чистые металлы, сульфиды, оксиды элементов. Для детального исследования состава минералов платиновой группы было проведено флотационное обогащение. Изучение минеральных концентратов проводилось с использованием электронного микроскопа FEI Quanta 600 FEG с энергодисперсионным рентгеновским спектрометром EDAX Apollo и с программным обеспечением MLA 3.1. Для улучшения пространственного разрешения поиск минералов БМ осуществлялся при ускоряющем напряжении 15 кВ. Поиск проводился с помощью программного обеспечения MLA по методике SPL-GXMAP (Sparse Phase Liberation Grain X-Ray Mapping).
Состав и строение интрузива
Койкарско-Святнаволокский и Пудожгорский силлы одни из наиболее крупных базальтоидных гипабиссальных интрузивов, проявившихся в связи с развитием нижнепротерозойского рифтогенного Онежского прогиба. Онежская структура закладывалась на архейском гранито-гнейсовом фундаменте и выполнена вулканогенно-осадочными толщами карельского комплекса нижнего протерозоя.
Койкарско-Святнаволокский силл располагается в западном борту Онежского прогиба, а Пудожгорский в восточном (Иващенко и Голубев, 2011; Трофимов и Голубев, 2008).
Строение силлов очень похожее: это мощные, не менее 250-300 м, и обширные по площади (около 100 км2) пластовые интрузии, внедрявшиеся в терригеннокарбонатные породы ятулийского надгоризонта нижнего протерозоя. Результаты изотопного датирования цирконов из массивов показали идентичные датировки: для Койкарско-Святнаволокского силла 1983.4 ± 6.5 млн лет, а для Пудожгорского 1984 ± 8 млн лет (Филиппов и др., 2007).
В Койкарско-Святнаволокском силле складчатая структура вмещающих пород обуславливает сложную морфологию тела: интрузивный пласт в целом повторяет синклинальные и антиклинальные формы линейных складок северо-восточного простирания; на северо-востоке площади, на участках замыкания линейных складок, проявлены брахиформные структуры. В поперечном разрезе выявляется асимметричное строение складок (рис. 1) с чередованием пологих и субвертикальных крыльев (углы падения 25-30° и до 85° соответственно).
Пластовый интрузив сложен высокожелезистыми титаномагнетитовыми габбро-долеритами: массовая доля оксидов железа в породах около 20%. В вертикальном разрезе выделяются рудные горизонты, обогащенные титаномагнетитом, а также зоны с многочисленными локальными проявлениями гранофиров, сложенных графическими срастаниями кварца с калиевым полевым шпатом (ортоклазом). Зоны с гранофировой и такситовой структурами в пределах изучаемых силлов, как правило, занимают поди надрудное положение (Трофимов и Голубев, 2008).
Все породы интрузива подверглись региональному метаморфизму зеленосланцевой фации. При микроскопических исследованиях выявляются метасоматические минералы: хлорит, актинолит, эпидот, турмалин. В результате автометасоматических и метаморфических преобразований основная масса протолитных магматических плагиоклазов и пироксенов в значительной степени замещена альбитом, серицитом, эпидотом, хлоритом и амфиболом. Реликты основного плагиоклаза (лабрадора) фиксируются только в редких случаях.
В верхней части разреза в отдельных образцах широко проявлены калишпатальбитовые метасоматиты и кварц-калишпатовые поздние прожилки, несущие сульфидную минерализацию.
Рудные горизонты: локализация, состав и строение, формирование рудно-минеральных парагенезисов
В вертикальном разрезе пластовой интрузии выделено два рудных горизонта нижний и верхний (рис. 2), каждый мощностью около 10 м. Они сложены титаномагнетитовыми габбро-долеритами с содержанием рудной фазы от 15 до 45%.
Для подрудных габбро-долеритов характерно присутствие гранофиров (рис. 2). Они отмечаются практически по всему разрезу нижнего подрудного уровня (почти 50 м мощности): первый раз появляются над зоной закалки по границе с доломитами и далее отмечаются вплоть до подошвы нижнего рудного горизонта. В подошве верхнего рудного горизонта выделено две гранофировых зоны мощностью 10-12 м с интервалом между ними около 15 м. Гранофировые зоны мощностью 3-5 м отмечены и в верхней части разреза, одна из них сопрягается с верхней границей верхнего рудного горизонта.
Габбро-долериты рудных горизонтов интенсивно хлоритизированы. Минеральный состав этих пород соответствует хлоритизированным метагаббро-долеритам, хлоритизированным и эпидотизированным метагаббро-долеритам и альбит-хлоритовым метасоматитам. Совпадение интервалов интенсивного развития хлоритовых метасоматитов с достаточно мощными (от 5-7 м) титаномагнетитовыми зонами характерная особенность разреза интрузива.
Подошва рудных горизонтов отчетливо фиксируется по скачкообразному увеличению массовой доли оксида железа (с 20 до 25-30%) и оксида титана (до 5.56%) при одновременном снижении доли кремнезема до 35-30% (рис. 2). В нижних частях горизонтов по сравнению с верхними в полтора раза выше содержание сидерофильных кобальта (до 100 г/т) и никеля (до 260 г/т).
Рис. 1. Схематичный разрез юго-восточной части Койкарского силла:
1 - четвертичные отложения; 2 - габбродолерит лейкократовый крупнозернистый; 3 - габбродолерит меланократовый среднезернистый; 4 - габбродолерит меланократовый афанитовый; 5 - карбонатные породы; 6 - геологическая граница установленная; 7 - геологическая граница предполагаемая; 8 - фациальные границы между разновидностями пород; 9 - зона повышенных содержаний меди; 10 - зона повышенной магнитной восприимчивости пород; 11 - зоны с благороднометальным оруденением; 12 - поздняя дайка
Рис. 2. Изменение химического состава пород по разрезу Койкарского силла в районе месторождения Викша (скв. 542):