К минералогии магнетитовых проявлений в серпентинитах зоны главного Уральского разлома

Размещено на http://www.allbest.ru

Институт геологии, Уфимский федеральный исследовательский центр РАН

К минералогии магнетитовых проявлений в серпентинитах зоны главного Уральского разлома

Д.Е. Савельев, доктор геолого-минералогических наук,

профессор АН РБ, ведущий научный сотрудник,

Приведены результаты минералогического изучения образцов руд из магнетитовых проявлений в серпентинитах Калканского и Ургунского массивов Главного Уральского разлома. Залежи представлены небольшими линзовидными и гнездообразными скоплениями магнетита в рассланцованных хризотиловых апогарцбургитовых серпентинитах. На Баталинском и Калканском рудопроявлениях к магнетитовым агрегатам приурочена обильная медная минерализация, представленная тонкими выделениями самородной меди, сульфидами (ковеллин, борнит, ряд халькозин-дигенит), а также карбонатами и силикатами меди. Кроме того, в магнетите этих проявлений довольно часто отмечаются выделения кобальтсодержащего пентландита, встречены редкие выделения сульфидов серебра и висмута. В магнетитовых рудах Ургунского проявления распространены аваруит, хизлевудит и кобальтсодержащий пентландит. Во всех трех проявлениях встречаются реликты хромшпинелидов, состав которых указывает на последовательное формирование ультрамафитов сначала в верхней мантии под спрединговым хребтом, а затем - в области преддугового бассейна. Предполагается, что магнетитовая и медная минерализация образовалась путем проработки серпентинитов металлоносными растворами с последующей тектонической переработкой на этапе коллизии.

Ключевые слова: серпентиниты, ультрамафиты, офиолиты, самородная медь, сульфиды меди и никеля, магнетит, аваруит, Главный Уральский разлом

магнетитовый медный минерализация руда

D.E. Savelyev

ON MINERALOGY OF MAGNETITE OCCURRENCES FROM SERPENTINITES OF THE MAIN URALIAN FAULT ZONE

This paper gives some results of mineralogical studies of ore samples from magnetite occurrences in serpentinites of the Kalkan and Urgun massifs of the Main Uralian Fault. These deposits are represented by small magnetite lenses and pockets in tectonized chrysotile harzburgite serpentinites. Abundant Cu mineralization is localized within the magnetite aggregates on the Bataly and Kalkan occurrences. They are thin precipitations of native copper, Cu sulfides (covellite, bornite, chalcocite - digenite) and also copper carbonates and silicates. In addition, tiny grains of cobalt pentlandite are often found in magnetites of these occurrences. Precipitations of Bi and Ag sulfides are less common. Awaruite, heazlewoodite and cobalt-pentlandite were discovered in ore magnetites from the Urgun occurrence. All three occurrences contain Cr-spinel relics. Their composition can be indicative of the successive formation of ultamafites - from the middle oceanic ridge upper mantle to the forearc basin upper mantle. It is suggested that magnetite and copper mineralizations were formed under the effect of metal-bearing fluids on serpentinites with the latter's tectonic reworking at the collision stage.

Key words: serpentinites, ultramafic rocks, ophiolite, native copper, base metal sulfides, magnetite, awaruite, Main Uralian Fault

ВВЕДЕНИЕ

С ультрамафитами Главного Уральского разлома ассоциируют разнообразные месторождения и рудопроявления, включая хромитовые, медно-кобальтовые колчеданные, золоторудные, медно-порфировые [1-4]. Одним из специфических типов оруденения, характерных для серпентинитов Калканского и Ургунского массивов в Учалинском районе Республики Башкортостан, являются существенно магнетитовые залежи с вкрапленностью минералов меди. По данным геолого-съемочных и тематических исследований (Вецлер и др., 1954 ф; Анисимов, 1978 ф; и др.), с этими проявлениями связаны повышенные концентрации меди, кобальта, никеля и золота. Перспективы рудопроявлений считаются «невыясненными» (Анисимов, 1978 ф), а минералогия недостаточно освещена в литературе. Целью данного сообщения является восполнение пробела по минералогии этих объектов.

ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ПОЗИЦИЯ МЕДНО-МАГНЕТИТОВЫХ ПРОЯВЛЕНИЙ. Фактический материал был собран автором на трех рудопроявлениях, локализованных в серпентинитах меланжа Калканского и Ургунского массивов. Геологическая информация о рудопроявлениях заимствована из отчетов (Вакуленко, 1958 ф; Чесноков, 1958 ф; Анисимов, 1978 ф) и монографии [3].

Баталинское рудопроявление (точка Кл-1) расположено западнее урочища Баталино, на правом борту долины ручья Шартымка. Оруденение локализовано в рассланцованных серпентинитах. По фондовым данным (Вецлер и др., 1954 ф), рудная минерализация прослежена на 20 м и представлена жилообразным телом существенно магнетитового состава мощностью 0,1--0,3 м с корками малахита и азурита. Оруденение вскрыто горной выработкой и канавами, которые к моменту изучения были сильно заплывшими и заросшими. На площади рудопроявления преимущественным распространением пользуются апогарцбургитовые серпентиниты, восточнее встречены обнажения пироксенитов. По данным (Вецлер и др., 1954 ф), в составе руды содержания основных рудных компонентов составляли: меди - 6.1-7.98 мас.%, никеля - следы, кобальта - 0.01 мас.%.

Калканское рудопроявление (точки Кл- 8-10) расположено в 2 км юго-восточнее д. Калканово: в долине ручья Алкашай на нескольких участках отмечаются старые горные выработки (небольшие карьеры и канавы). Территория проявления сложена преимущественно апогарцбургитовыми серпентинитами, которые часто переходят в интенсивно рассланцованные хризотиловые серпентиниты. В юго-восточной части участка ультрамафиты граничат с базальтами и базальтовыми порфиритами, а также туфами с подчиненными прослоями кремнистых пород. В приконтактовой с базальтоидами зоне присутствуют небольшие выходы интенсивно ожелезненных лиственитов [3]. Среди серпентинитов отмечаются выходы пироксенитов, габбродолеритов и гранит-порфиров. Магнетитовые руды с примазками медной зелени образуют тела жилообразной и гнездовидной формы.

Ургунскоерудопроявление (точка Кл-13) расположено в 1,5 км к западу от оз. Ургун, по данным отчетов, оно разрабатывалось с XVIII века. Оруденение представлено гнездовидно-шлировыми скоплениями магнетитовых руд размером от нескольких см до 13 м, которые образуют рудную зону субмеридионального простирания, локализованную в рассланцованных серпентинитах. Суммарная протяженность оруденелой зоны (по старым горным выработкам) составляет около 100 м. На площади участка преимущественным распространением пользуются серпентиниты апоперидотитовой природы с зонами рассланцевания, среди которых отмечаются маломощные тела метагабброидов и родингитовые жилы. Ориентировка жил и даек меридиональная.

По фондовым данным, руда сложена на 90% магнетитом, второстепенными минералами являются гематит (5-8%) и халькопирит (до 1%), также отмечены пирротин, борнит, халькозин, куприт, самородная сера и малахит (суммарно до 4-5%) (Вакуленко, 1958 ф) [3]. Содержания полезных компонентов в рудах по данным тех же источников составляют: медь -- 0.03-0.33 мас.%; никель -- 0.9-0.52 мас.%; кобальт -- 0.01-0.15 мас.%; сера - от следов до 0.20 мас.%. В менее изученной северной части рудопроявления в штуфных пробах серпентинитов зафиксированы аномально высокие концентрации никеля (6.38 мас.%) и меди (1.31 мас.%) (Озеров, 1915 ф).

1. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Баталинское рудопроявление. Образец Кл-1/7 представлен оруденелым серпентинитом, содержащим вкрапленность магнетита (около 15-20 об.%) и прожилки вторичных минералов меди - силикатов (диоптаза) и карбонатов (малахита и азурита). Агрегаты магнетита расположены в изученном образце в виде нерегулярных шлиров (рис. 1 а, б). Изучение состава магнетита методом энергодисперсионного микроанализа не выявило значимых концентраций примесных элементов. Внутри магнетитовых агрегатов отмечаются обильные выделения сульфидных и самородных минералов меди размером преимущественно менее 25 мкм.

Карбонаты и силикаты меди образуют как тонкую сеть жилок, пересекающих серпентинит и магнетитовые шлиры, так и изометричные выделения размером 10-30 мкм со сглаженными очертаниями, либо включенные в магнетитовые агрегаты (рис. 1 а), либо располагающиеся внутри серпентина (рис. 1 б).

Рис. 1 Акцессорная минерализация в магнетитовых рудах проявления Баталинское Снимки в обратно-рассеянных электронах. Mag - магнетит, Srp - серпентин, mlc - малахит, Dpt - диоптаз

Большая часть тонких включений в магнетите (рис. 1 в, г) представлена сульфидами меди, химические анализы которых пересчитываются на формулы CuS, Си^, Си9Б5 и, соответственно, могут быть представлены ковеллином, минералами ряда халькозин-дигенит, не исключено присутствие анилита и геерита.

К сожалению, из-за малых размеров выделений невозможно провести их точную диагностику. Реже встречаются мелкие зерна самородной меди с примесями никеля (до 8 мас.%) и железа (до 6.5 мас.%). Кроме медных минералов, встречено несколько выделений хизлевудита №382 и минерала, рассчитывающегося на формулу №3(В^е)282, что наиболее близко к формуле паркерита, в которой место свинца занимает железо.

В ассоциации с агрегатами идиоморфных зерен магнетита встречаются специфические «ячеистые» образования, сложенные карбонатами меди и серпентина, которые, по-видимому, образуют псевдоморфозы по неизвестному первичному минералу (рис. 1 в). Внутри таких ячеек часто располагаются перьевидные агрегаты сульфидов меди, а иногда встречаются удлиненные выделения сульфида серебра (акантита?) с примесью меди (рис. 1 г). Размер таких выделений, как правило, не превышает 25 мкм по длине и 1-2 мкм по толщине.

В магнетитовых агрегатах иногда отмечается присутствие реликтовых выделений хромшпинелидов. В их составе отмечаются значительные вариации содержаний магния (2.03-11.3 мас.% MgO) и алюминия (1.324.44 мас.% А1203) при довольно выдержанных концентрациях хрома (43.27-51.28 мас.% Сг203) и железа (20.3-37.4 мас.% ХБеО). Главным нерудным минералом является серпентин (хризотил), в составе которого часто обнаруживается примесь меди в количестве 2.24-2.76 мас.%.

Калканское рудопроявление. Образец Кл-10/3 представлен богатой железной рудой с содержанием магнетита более 80 об.%. Магнетит образует различные типы скоплений: тонкозернистые прожилки в серпентине (рис. 2 а), почти сплошные зернистые агрегаты (рис. 2 б, г), а также шлировидные выделения (рис. 2 в). Изучение состава магнетита методом энергодисперсионного микроанализа не выявило значимых концентраций примесных элементов.

В интерстициях магнетитовых агрегатов и трещинах располагается серпентин с прожилками вторичных карбонатов и силикатов меди (рис. 2 в, г). Здесь также, как и на Баталинском проявлении, серпентин содержит примесь меди (до 2.08 мас.%). Помимо меди, в серпентине часто фиксируется заметная примесь никеля в количестве 0.5-1.07 мас.%, а на отдельных участках - кобальта (до 0.4 мас.%).

В составе серпентина Баталинского и Калканского проявлений отмечается интересная зависимость, выраженная в отрицательной корреляции содержания меди и железа: в обогащенных медью участках концентрация железа аномально низкая (1.3-2 мас.%), тогда как в «чистом» серпентине его концентрация составляет в среднем 6.4 мас.%. Концентрация магния и кремния при этом сохраняется на одном и том же уровне.

В серпентине и магнетитовом агрегате иногда отмечаются реликтовые зерна хромшпинелидов (рис. 2 а). Для них характерен ксеноморфный, реже гипидиоморфный габитус, вдоль периферии развита кайма хром- магнетита. Большая часть первичных зерен хромшпинелидов полностью замещена вторичным магнетитом, о чем говорит их неоднородный состав, выявляемый по изображениям в режиме обратно-рассеянных электронов. В составе шпинелидов отмечаются вариации, сходные с таковыми в Баталинском проявлении: выдержанные концентрации хрома (42.76-47.94 мас.% Сг203) при значительных вариациях содержаний железа (19.44-43.72 мас.% ХБеО) и резких скачках в концентрациях магния (1.52-12.53 мас.% MgO) и алюминия (7.32-20.15 мас.% А1203).

Рис. 2 Акцессорная минерализация в магнетитовых рудах проявления Калканское

Снимки в обратно-рассеянных электронах. Mag - магнетит, Spl - хромшпинель, Srp - серпентин, mlc - малахит, Dpt - диоптаз, Co-Pn - кобальтсодержащий пентландит

Рис. 3 Акцессорная минерализация в магнетитовых рудах проявления Ургунское Снимки в обратно-рассеянных электронах. Mag - магнетит, Spl - хромшпинель, Srp - серпентин, Grt - гранат, Co-Pn - кобальтсодержащий пентландит

Самородная и сульфидная медная минерализация приурочена к внутренним частям магнетитовых агрегатов и представлена тончайшими выделениями (1-25 мкм) самородной меди и сульфидов ряда халькозин (Си^) - дигенит (Си1 ^). В анализах сульфидов почти постоянно фиксируется примесь железа (4.837.56 мас.%), которая, однако, может быть связана с захватом магнетитовой матрицы из-за малого размера выделений. В количественном отношении с находками сульфидов меди соизмеримо присутствие выделений самородной меди с незначительной примесью никеля и железа, а также кобальтсодержащего пентландита (12.43-16.36 мас.% Со).

В единичных случаях были определены следующие составы минералов: 1) близкого к пентландиту, но содержащего примерно одинаковые количества Fe, №, Со и Си; 2) близкого к борниту, но с заметными количествами Со (2.05-5.26 мас.%) и № (7.01-7.33 мас.%), 3) близкого по составу к джайпуриту - «кобальтовому пентландиту» (С06.41№1.512Ре0.515Си0.14^0.087)8.66488.00 с сью галлия до 0.79 мас.%, 4) сфалерита с примесью железа до 12 мас.%.

Ургунское рудопроявление. Образец Кл- 13/4 представлен также почти сплошной магнетитовой рудой (рис. 3). Состав магнетита данного проявления, также как и в двух описанных выше объектах, близок к стехиометрическому. Интерстиции, поры и трещины в рудных агрегатах заполнены серпентином и тонкозернистым агрегатом минерала, химический состав которого рассчитывается на формулу гидроандрадита Са3Бе2^Ю4)3-Н20.

В отличие от описанных выше образцов двух других рудопроявлений, здесь не выявлена медная минерализация, а второстепенные минералы представлены преимущественно аваруитом М^Бе, реже - хизлевудитом №3Б2 и пентландитом с высокими содержаниями кобальта.

Во всех изученных образцах встречены реликтовые зерна хромшпинелидов, обнаруживающие зональное строение, которое связано с увеличением к периферическим зонам содержания железа и уменьшением концентрации магния, алюминия и хрома.

Центральные части реликтовых зерен демонстрируют умеренно высокохромистый состав (Гг А1 Бе +3) (Ме Бе +2) О1.228 0.717 0.055 '22.00 0.576 0.424 '21.00 4.00' который характерен для акцессорных шпинелидов из гарцбургитов.

В то же время хромшпинелидовые ядерные части отмечаются в сплошных рудных агрегатах магнетита (рис. 3 а), что может указывать на первоначально хромититовый состав руд данного проявления.

ОБСУЖДЕНИЕ И ВЫВОДЫ

В результате проведенных исследований расширен список минералов медно-магнетитовых рудопроявлений в серпентинитах Калканско-Ургунской площади. В рудах диагностированы сульфиды меди с варьирующим отношением Ги^ (ковеллин, халькозин-дигенит), самородная медь, кобальтсодержащий пентландит, сульфид серебра (акантит?), сфалерит, Fe-паркерит (?), карбонаты и силикаты меди (малахит, диоптаз), гидроандрадит. Описанные выше проявления по геохимической специализации ^е, Си, Го) близки к известным колчеданным месторождениям южного фланга Главного Уральского разлома [1, 2], но существенно отличаются от них по минеральному составу.

В магнетитовых агрегатах всех трех проявлений выявлены реликтовые зерна хромшпинелидов, состав которых близок к составу акцессорных шпинелидов офиолитовых гарцбургитов. Вместе с тем на Ургунском проявлении выявлены признаки замещения магнетитом рудных агрегатов хромшпинелидов.

Состав хромшпинелидов часто используется для установления геодинамической обстановки формирования исходных ультрамафитов [5, 6]. По соотношению трехвалентных элементов (А1, Гг, Fe) в формуле первичных минералов и «хромовому числу» (#Сг = Сг/(Сг+А1) = 0.5-0.7) изученные хромшпинелиды попадают в переходную область составов между таковыми из ультрамафитов верхней мантии под срединно-океаническими хребтами и ультрамафитов из надсубдукционной верхней мантии. Близкие по составу хромшпинелиды были установлены ранее в сульфидных медно-кобальтовых рудах месторождений южного фланга Главного Уральского разлома [1, 2].

На данном этапе изучения рудопроявлений на основе перечисленных выше признаков можно предположить следующую интерпретацию их генезиса. Рудопроявления Баталинское и Калканское, по-видимому, могли образоваться в серпентинизированных ультрамафитах дна палеоокеанического или преддугового бассейна путем просачивания металлоносных (Бе, Си, Со) гидротермальных растворов с низкой концентрацией серы. Образовались первичные сульфиды меди, никеля, кобальта, магнетит (в результате замещения хромшпинелидов и серпентинизации оливина). Ургунское проявление на тот же момент времени было представлено хромититовым телом. Здесь образовалась часть магнетита, хизлевудит и аваруит.

На коллизионном этапе ультрамафиты были интенсивно дислоцированы, что привело к их полной серпентинизации, дополнительному высвобождению никеля из оливина, полному замещению хромшпинелидов магнетитом. Рудные тела подверглись будинажу, но на минеральном уровне происходила метаморфическая перегруппировка материала внутри низкотемпературных тектонических потоков, что вело к локальной концентрации рудных зерен. На этом этапе произошло образование вторичных сульфидов меди, серебра, висмута, самородной меди, карбонатно-силикатных прожилков и дополнительных количеств магнетита, окончательно сформировалась внутренняя структура руд.

ЛИТЕРАТУРА

1. Зайков В.В., Мелекесцева И.Ю., Артемьев Д.А., Юминов А.М., Симонов В.А., Дунаев А.Ю. Геология и колчеданное оруденение южного фланга Главного Уральского разлома. Миасс: ИМин УрО РАН, 2009. 376 с.

2. Мелекесцева И.Ю. Гетерогенные кобальт-медноколчеданные месторождения в ультрамафитах палеоостроводужных структур / отв. ред. Зайков В.В. М.: Наука, 2008. 245 с.

3. Полезные ископаемые Республики Башкортостан (металлы). / Авт.-сост.: Ковалев С.Г., Салихов Д.Н., Пучков В.Н. и др. Уфа: Альфа-реклама, 2016. 554 с.

4. Савельев Д.Е. Состав акцессорных хромшпинелидов из ультрабазитов Южного Урала как отражение геодинамической обстановки формирования массивов // Вестник Пермского университета. Геология. 2013. № 1. С. 17-25.

5. Arai S. Characterization of spinel peridotites by olivine-spinel compositional relationships: Review and interpretation // Chemical Geology, 1994, V. 113. P. 191-204.

6. Dick H.J., Bullen T. Chromian spinel as a petrogenetic indicator in abyssal and alpine-type peridotites and spatially associated lavas // Contributions to Mineralogy and Petrology, 1984, V. 86 (1). P. 5476.

R E F E R E N C E S

1. Zaykov V.V., Melekestseva I.Yu., Artemyev D.A., Yuminov A.M., Simonov V.A., Dunaev A.Yu. Geologiya i kolchedannoe orudenenie yuzhnogo flanga Glavnogo Uralskogo razloma [Geology and massive sulfide ores on the southern flank of the Main Uralian Fault] Miass, Institut mineralogii UrO RAN, 2009. 376 p. (In Russian).

2. Melekestseva I.Yu. Geterogennye Co-mednokolchedannye mestorozhdeniya v ultramafitakh paleoostrovoduzhnykh struktur [Heterogeneous Co-bearing massive sulfide deposits associated with ultramafites of paleo-island arc structures]. Moscow, Nauka, 2008. 245 p. (In Russian with English Summary).

3. Poleznye iskopaemye Respubliki Bashkortostan (metally) [Mineral resources of the Republic of Bashkortostan (metals)]. S.G. Kovalyev, D.N. Salikhov, V.N. Puchkov et al. (authors-compilers). Ufa, Alfa-Reklama, 2016. 554 p. (In Russian).

4. Savelyev D.E. Sostav aktsessornykh khromshpinelidov iz ultrabazitov Yuzhnogo Urala kak otrazhenie geodinamicheskoy obstanovki formirovaniya massivov [Composition of accessory Cr-spinels from ultramafic rocks of the Southern Urals as reflex of geodynamical setting of massifs origin]. Vestnik Permskogo universiteta - Bulletin of Perm University. Geology, 2013, no. 1, pp. 17-25. (In Russian).

5. Arai S. Characterization of spinel peridotites by olivine-spinel compositional relationships: Review and interpretation. Chemical Geology, 1994, vol. 113, pp. 191-204. Dick H.J., Bullen T. Chromian spinel as a petrogenetic indicator in abyssal and alpine-type peridotites and spatially associated lavas. Contributions to Mineralogy and Petrology, 1984, vol. 86 (1), pp. 54-76.

Размещено на Allbest.ru