Минералого-геохимические особенности тальк-карбонатных метасоматитов Ивановского кобальт-медноколчеданного месторождения (Южный Урал). Артемьев Д. А., Зайков В. В. // Металлогения древних и современных океанов–2008. Рудоносные комплексы и рудные фации. Миасс: ИМин УрО РАН, 2008.

 

Исследован минеральный и геохимический состав тальк-карбонатных метасоматитов Ивановского рудного поля, которые схожи с метасоматитами других кобальт-медно­колче­данных месторождений. Метасоматиты сложены преимущественно тальком (50–80 %) и магнезитом (10–45 %) с небольшим количеством, хлорита, кальцита, серпофита. Проведенный анализ их строения и минералого-геохимических особенностей показал более высокотемпературные и высокобарические условия их формирования при низких pH. Сходство текстурно-структурных особенностей и изучение редкоземельной минерализации свидетельствует об общности процессов их генезиса. Рассмотренный баланс миграции вещества при образовании метасоматитов, выявил некоторые сходства и значительные отличия их геохимических особенностей. Был подтвержден вынос Co (10–15 %) и Ni (20–25 %) из серпентинитов под воздействием гидротермальных растворов, формировавших тальк-карбонатные метасоматиты.

 

Илл. 3. Табл. 2. Библ. 10.

 

Введение. На Ишкининском, Ивановском и Дергамышском кобальт-медно­колчеданных месторождениях в ультрамафитах Главного Уральского разлома имеются зоны околорудных тальк-карбонатных метасоматитов [Юминов и др., 2005; Зайков, Юминов, 2007]. Они формировались по аподунитовым и апогацбургитовым серпентинитам, что фиксируется реликтами текстур и структур, а также по наличию в них реликтовых хромшпинелидов.

Целью исследования было установление минералого-геохимических особенностей метасоматического преобразования серпентинитов в тальк-карбонатные породы на Ивановском кобальт-медноколчеданном месторождении.Данные по метасоматитам Ишкининского месторождения ранее приведены в статье [Юминов и др., 2005].

Фактический материал был получен при документации керна скважин 230, 234 и 235, пробуренных Сибайским филиалом ОАО «Башкиргеология».Скважинами вскрыты пластины серпентинитов, местами карбонатизированных, и зоны тальк-карбонатных пород, содержащих тела колчеданных руд, блоки базальтов и габброидов. Тела метасоматитов маркируют рудоносную зону мощностью первые сотни метров. Рудные тела представлены густовкрапленными и прожилково-вкрапленными рудами, сложенными пиритом с вкрапленностью халькопирита, пирротина и др.

Методика аналитических исследований. Петрохимическая характеристика пород основывалась на силикатном анализе. Геохимический состав был получен измерением растворенной вытяжки методом ICP-MS на приборе Perkin Elmer ELAN 9000 (ИГГ УрО РАН, г. Екатеринбург, аналитик Д. Н. Киселева). В качестве внутреннего стандарта использовался раствор индия заданной концентрации, а внешнего – вскрытый вместе с пробами стандарт базальта BCR-2 (U.S. Geological Survey). Оценка погрешности выполненных анализов, оцененная по критерию 3σ, составила от 5 до 20 отн. % в зависимости от элемента. Вытяжка для измерения была получена в результате разложения растертой пробы массой 50 г смесью, состоящей из 2 частей HF, 3 частей HCl и 1 части HNО₃ в закрытых автоклавах с однокамерной реакционной емкостью из тефлона при температуре 150 °С в течение 6 часов. После упаривания кислотных экстрактов вещество переводилось в раствор HNO₃ с коэффициентом разбавления пробы 10³.

Строение рудного поля. Ивановское рудное поле расположено в 20 км к северо-западу от пос. Акъяр (Башкортостан) в междуречье р. Таналык и Ташла. Месторождение образовано серией тектонических пластин, сложенных серпентинитами, базальтами, габброидами и силицитами [Зайков, Мелекесцева, 2005]. На рудном поле выделяются две рудные зоны – Ивановка-I и Ивановка-II. Рудные тела локализуются в хлорит-карбонатных метасоматитах, развивающихся по габбро-диабазам, и в тальк-карбонатных метасоматитах – по серпентинитам. В пределах месторождения широко развиты интрузивные тела базальтов, габбро, габбро-диабазов и пироксенитов, залегающие согласно с тектоническими пластинами серпентинитов. Базальты представлены зеленокаменными афировыми и порфировыми разностями, чередующимися
с диабазами, габбро-диабазами, ксенолавокластитами и гиалокластитами. Породы рассечены маломощными жилами кальцита, мощностью до 2 см, а также серией параллельных кварц-карбонатных жил.

Возраст рудовмещающих вулканогенных толщ, которые по геохимических параметрам соответствуют бонинитовым лавам баймак-бурибайского комплекса, определен как нижне-среднедевонский [Симонов и др., 2002; Косарев и др., 2003].
На расположенном в 70 км южнее Ишкининском месторождении получены сведения о времени придонной эрозии тальк-карбонатных метасоматитов [Юминов и др., 2005]. Здесь выявлено линзовидное тело песчаников, содержащих обломки тальк-карбонатных пород, что свидетельствует о разрушении на морском дне тел метасоматитов в нижнем девоне до начала накопления олистостромовых толщ.

Исследования флюидных включений в карбонатных жилах тальк-карбонатных метасоматитов Ишкининского месторождения показали, что формирование жил происходило в солевой системе NaCl–H₂O с соленостью растворов, близкой к солености морской воды (1.2–4.5 мас. %) в низкотемпературном интервале 120–160 °С. Карбонатные жилы вмещающих серпентинитов формировались из высококонцентрированных (18.3–19.8 мас. %) растворов состава NaCl–H₂O с незначительными примесями KCl, обогащенных углекислотой, с температурой гомогенизации 140–170 °С [Юминов, Симонов, 2003]

Петрографическая и петрохимическая характеристика. Серпентиниты представлены аподунитовыми и апогарцбургитовыми разностями с футляровидными структурами, сложенными лизардитом и антигоритом и секутся отдельными жилами хризотила и кальцита. Метасоматиты сложены тальком (50–80 %) и магнезитом (10–45 %) при незначительном содержании хлорита и кальцита, слагающего маломощные (до 2 мм) жилки. В метасоматитах сохранились реликты «коробчатой» структуры серпентинитов, трассирующиеся магнетитовыми вкраплениями. Тальк представлен игольчатыми и чешуйчатыми агрегатами длиной 0.03–0.3 мм в срастании с аморфным магнезитом, размер зерен которого 0.05–0.1 мм. В апогарцбургитовых разностях встречаются псевдоморфозы бастита попироксену размером до 1.5 мм.

Метасоматиты рассечены жилками хлорита и кальцита мощностью до 2 мм. Часто жилки зональные – от центра к периферии уменьшаются размеры зерен кальцита, в центральной части достигая 0.5 мм. По краям жилки сложены микрозернистым магнезитом с более высоким двупреломлением в срастаниях с тальком. Иногда встречаются жилки и пустоты, заполненные более поздним кварцем и цеолитами.

К акцессорным минералам относятся реликтовые хромиты и магнетит, содержание которых практически не изменяется при переходе из серпентинитов в тальк-карбонатные метасоматиты. Хромиты представлены эвгедральными и субгедральными зернами и кристаллами, часто раздробленными, размером от 0.1 мм до 2 мм. Магнетит в породе распределен по краям блоков и равномерно по массе в виде мелкодисперсионной вкрапленности размером до 0.05–0.1 мм. Иногда встречаются сульфиды (главным образом пирит и пирротин), в виде редкой вкрапленности, размер индивидов достигает 1 мм. Часть отчетливо зональных метакристаллов  пирита с пирротиновой «затравкой» обрамляет кристаллы магнезита.|
         Содержание MgO при переходе серпентинитов в метасоматиты уменьшается c 35–38 % до 28–32 % (табл. 1). Намечается тенденция увеличения содержания SiO₂ с 40–42 % до 50–56 %, что связано с его привносом гидротермальными растворами.

Геохимическая характеристика. При проработке серпентинитов гидротермальными растворами с формированием тальк-карбонатных метасоматитов происходит миграция некоторых элементов (табл. 2). Отмечен вынос Sc, V, Pb, Rb, Cs, Sr, Ba и привнос Mn, Ta, Nb, Zr, Mo, что несколько отличает их по геохимическим особенностям от метасоматитов Ишкининского рудного поля [Юминов и др., 2005].

Оценка привноса-выноса элементов произведена путем расчета по изобъемному методу Линдгрена [Казицын, Рудик, 1968]. Средний удельный вес проб, вычисленный в пикрометрах с погрешностью ± 0.02 г/см³, для серпентинитов составил
2.54 г/см³, для тальк-карбонатных метасоматитов – 2.71 г/см³. Средняя пористость, установленная отношением плотности образца к его удельной плотности, составила для серпентинитов – 10 %, для метасоматитов – 2.5 %. При расчете баланса вещества при переходе серпентинит–метасоматит, учитывая полученные данные пористости и удельной плотности пород, принималось в расчет лишь процентное содержание элементов. Основанием для этого послужили расчеты, что разность плотностей, компенсируется разностью пористостей пород; ошибка составляет ±1.5 %.

Зафиксирован значительный вынос никеля и кобальта из серпентинитов при преобразовании их в метасоматиты. Содержание никеля уменьшается на 20–25 %,
а кобальта – на 10–15 %, что свидетельствует о возможности формирования в субмаринных условиях кобальт- и никельсодержащей минерализации в сульфидных рудах за счет выноса металлов из серпентинитов (рис. 1).

Заключение. Тальк-карбонатные метасоматиты Ивановского рудного поля имеют преимущественно магнезит-тальковый состав. Химизм процесса метасоматоза определяется тем, что гидротермальный раствор, обогащенный ионами Н⁺, проходя сквозь серпентиниты, освобождает ионы Mg²⁺. При соединении с углекислотой,
содержащейся во флюиде, образуется магнезит по реакции:

2Mg₃Si₂O₅(OH)₄ + 6H⁺ + 3CO₃^2- → Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂ + 3MgCO₃ + 6H₂O

В процессе метасоматоза серпентин переходит в тальк из-за привноса кремнезема, источник которого не ясен. Не исключено, что он извлечен избазальтов, окружающих серпентиниты [Лобье, 1990]. «Кислые» условия формирования магнезита обусловлены тем, что при больших давлениях и температурах значения pH нейтральной среды смещаются в меньшую сторону [Гаррелс, Крайст, 1968].

При преобразовании серпентинитов в метасоматиты зафиксировано уменьшение содержаний Co и Ni соответственно на 10–15 % и 20–25 %. Ранее подобные данные были получены для метасоматитов Ишкининского месторождения. 

Термодинамические расчеты изменения перидотитов при серпентинизации были  выполнены  Г. А. Третьяковым и  И. Ю. Мелекесцевой (см. статью в настоящем сборнике). Ими показано, что в серпентинитах также уменьшается количество никеля и кобальта, которые отлагаются в виде кобальт-никелевых минералов в рудах. Продолжение процесса изменения выражается в формировании тальк-карбонатных метасоматитов. После этого, вероятно, следует отложение никельсодержащих сульфидов второго придонного этапа.

Также наблюдается вынос всех редкометальных и редкоземельных элементов при переходе из серпентинитов в метасоматиты, что связано с их подвижностью в карбонатных средах.

В случае если подтвердится двухэтапное формирование кобальт-медноколче­данных руд в придонных условиях, наличие крупных тел тальк-карбонатных метасоматитов в кровле серпентинитовых массивов может рассматриваться как один из поисковых критериев на соответствующее оруденение в месторождениях складчатых поясов.

Авторы благодарят И. Ю. Мелекесцеву, А. М. Юминова, В. Н. Уда­чина и В. А. Попова за консультации и помощь при проведении исследований.

Работы выполнены при финансовой поддержке РФФИ (07-05-00260-а), Президиума РАН (программа № 17 и ОНЗ-2), интеграционного проекта УрО–СО РАН, Минобрнауки РФ (РНП.2.1.1.1840) и ЮУрГУ.

1.    Балашов Ю. А. Геохимия редкоземельных элементов. М.: Наука, 1976. 268 с.

2.    Гаррелс Р. М., Крайст Ч. Л. Растворы, минералы, равновесия. М.: Мир, 1968. 368 с.

3.    Зайков В. В., Мелекесцева И. Ю. Кобальт-медноколчеданные месторождения в ультрамафитах аккреционной призмы Западно-Магнитогорской палеоостровной дуги // Литосфера, 2005. № 3. С. 73–98.

4.    Зайков В. В., Юминов А. М. Геологическая позиция и состав тальк-карбо­нат­ных метасоматитов на Ишкининском кобальт-медноколчеданном месторождении // Уральский минералогический сборник № 14. Миасс: ИМин УрО РАН, 2007. С. 65–81.

5.    Казицын Ю. В., Рудик В. А. Руководство к расчету баланса вещества и внутренней энергии при формировании метасоматических пород. М.: Недра, 1968. 364 с.

6.    Косарев А. М., Знаменский С. Е., Серавкин И. Б., Родичева З. И. Особенности химизма вулканитов Вознесенско-Присакмарской зоны // Геологический сборник № 3. Информационные материалы. Уфа: ИГ УНЦ РАН, 2003. С. 152–161.

7.    Лобье Л. Оазисы на дне океана. М.: Гидрометеоиздат, 1990. 156 с.

8.    Симонов В. А., Зайков В. В., Колмогоров Ю. П. Геохимия базальтоидов из офиолитовых и сутурных зон Южного Урала // Металлогения древних и современных океанов–2002. Формирование и освоение месторождений в офиолитовых зонах. Миасс: ИМин УрО РАН, 2002. С. 17–26.

9.    Юминов А. М., Зайков В. В., Артемьев Д. А. Тальк-карбонатные метасоматиты Ишкининского кобальт-медно-колчеданного месторождения(Ю. Урал) // Металлогения древних и современных океанов–2005. Формирование месторождений в разновозрастных океанических окраинах. Т. II. Миасс: ИМин УрО РАН, 2005. С. 90–97.

10. Юминов А. М., Симонов А. М. Термобарогеохимические исследования флюидных включения в кальците карбонатных жил Ишкининского кобальт-медно­колчеданного месторождения // Металлогения древних и современных океанов–2003. Формирование и освоение месторождений в островодужных системах. Миасс: ИМин УрО РАН, 2003. С. 128–132.

11. Wood S. A. The aqueous geochemistry of the rare-earth elements and yttrium // Chemical Geology, 1999. Vol. 82. P. 159–186.