Блог

Кринов Д. И., Бортников Н. С., Викентьев И. В., Носик Л. П., Керзин А. Л.
МИНЕРАЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ЗОНАЛЬНОСТЬ САФЬЯНОВСКОГО КОЛЧЕДАННОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ (СРЕДНИЙ УРАЛ)

МИНЕРАЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ЗОНАЛЬНОСТЬ САФЬЯНОВСКОГО КОЛЧЕДАННОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

(СРЕДНИЙ УРАЛ)

 Д. И. Кринов, Н. С. Бортников, И. В. Викентьев, Л. П. Носик, А. Л. Керзин

Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН, Москва

Рудные тела Сафьяновского месторождения локализованы в Западной и Центральной зонах Северного участка. Сложены они массивными, штокверковыми и прожилково-вкрапленными рудами.

Залежи массивных руд Северного участка месторождения имеют линзовидную ассиметричную форму с выпуклой кровлей и слабо волнистой уплощенной подошвой и образуют две системы, разделенные прослоями туфов. Диаметр линзообразных тел 10–70 м. Кровля цоколя линз южной части Северного участка бугристая, с выраженными поднятиями, сложенными трубообразными обособлениями. На флангах эти линзы массивных руд южной части окружены шлейфом кластогенных сульфидных отложений различной мощности (от 1–2 до 10–15 м). Линзы массивных руд состоят из пирит-халькопиритовых (в основании), пирит-сфалеритовых и халькопирит-сфалеритовых (в кровле) массивных руд. Фланги залежей характеризуются уменьшением размера кластогенного материала (от десятков сантиметров до миллиметров), и массивные руды переходят в ритмично-слоистые, мощностью до 5 м. Минеральный состав руд на флангах – пирит-марказит-халькопиритовый.

В центральной части Северного участка обособленно залегают линзы массивных серных колчеданов, также окруженных кластогенными сульфидными отложениями. Мощность кластогенных образований растет с юга на север и практически не меняется по простиранию.

Рудные тела северной части Северного участка характеризуются отсутствием шлейфа кластогенных сульфидов, отсутствием трубообразных обособлений и сульфидизированных остатков фауны. Для рудных тел северной части характерна иная, по сравнению с южной частью, зональность по распределению минерального состава руд: в основании линз распространены халькопирит-сфалеритовые и пирит-сфалеритовые руды, а в кровле – пирит-халькопиритовые. Западная зона Северного участка характеризуется развитием штокверковых халькопирит-пиритовых руд, окруженных вкрапленными рудами того же состава с постепенным разубоживанием последних от центральных частей рудных тел к их флангам.

В зоне развития штокверковых руд Северного участка тела массивных руд сильно брекчированы. Штокверковые руды окружены ореолом вкрапленных руд. Распространение штокверковых руд в западном направлении ограничено Сафьяновским разломом. Залегание штокверковых руд в разрезе Северного участка осложнено сдвигом по оперяющим тектоническим нарушения (рис. 1). Зоны штокверкования локальны и не проявляются в керне разведочных скважин. Штокверковые руды представлены двумя типами:

1) густой и сильно разветвленной системой халькопирит-пиритовых жил, частично замещенных халькозин-ковеллиновыми агрегатами и полностью окисленными сульфидными рудами, сложенными гематитом; этот тип руд распространен в метасоматитах, контролируется зоной трещиноватости и ограничен подошвой линз массивных сульфидных руд западной группы;

2) густой сетью жил кварц-халькопиритового состава с редкими вкраплением галенита, теннантита и халькозина в микрокварцитах. Эти руды секут сплошные сульфидные тела с образованием микро- и макробрекчий. Зоны с максимальной трещиноватостью и развитием штокверковых руд соответствуют пространственному положению в рудных холмах трубообразных обособлений, интерпретируемых как трубы «курильщиков», а также биостромов, к ним приуроченных.

Характерной особенностью залежей южной части Северного участка являются “биоморфные” руды, залегающие в кровле линзообразных рудных тел. Нами установлено 4 биострома с поперечником 2–12 м, сложенных сульфидизированными остатками вестиментифер. Размер трубок колеблется от 5–6 до 30 см в длину и до 3 см в диаметре. В северной части участка реликты биоморфных руд не были обнаружены.

Залежи Южного участка массивных руд аналогичны по строению телам Северного участка, но иначе ориентированы – линзы массивных руд залегают субгоризонтально, а вкрапленные руды залегают под массивными. На этом основании предполагается, что Южный участок месторождения не претерпел столь сильных тектонических изменений, как Северный.

Линзы сплошных руд, зоны штокверковых и вкрапленных руд окружены значительным ореолом метасоматических пород. Вблизи линз массивных руд метасоматиты представлены практически мономинеральными кварцитами, переходящими на флангах рудных тел в хлорит-кварц-пирит-халькопиритовые породы, выклинивающиеся на удалении 450 м вкрест простирания рудных тел. Ниже (в современном залегании) они сменяются хлорит-гидросерицит-кварцевыми породами. Вмещающие гидротермально-метасоматические породы представляют собой в различной степени преобразованные риодациты. Штокверковые халькопирит-пиритовые руды сопровождаются серицит-хлорит-карбонатными метасоматитами по туфам и кластолавам кварцевых риолитов. Наименее измененные породы, перекрывающие рудные залежи, представлены кластолавами и туфами дацитов.

Руды Сафьяновского месторождения сложены пиритом, халькопиритом, сфалеритом, марказитом и ковеллином. В небольших количествах присутствуют галенит, блеклая руда, борнит, энаргит, гематит, гетит. Во вкрапленных рудах были встречены единичные мелкие зерна самородного золота и теллурида золота. Нерудные минералы представлены кварцем, хлоритом, серицитом, кальцитом, баритом, ангидритом и гипсом.

По минеральному составу руды можно разделить на следующие типы: 1) пирит-марказитовые (с незначительными количествами халькопирита и сфалерита); 2) халькопирит-пиритовые; 3) халькопирит-пирит-сфалеритовые; 4) халькопирит-сфалерит-пиритовые; 5) сфалерит-халькопирит-пиритовые; 6) сфалерит-пиритовые; 7) сфалерит-пирит-галенитовые (с блеклой рудой и энаргитом). 

Последовательность образования (генерации) рудных минералов выявлена путем анализа структурно-текстурных особенностей и структурного травления, состав минералов – рентгеноспектральным микроанализом.

Пирит представлен несколькими генерациями и морфологическими разновидностями.

Пирит-1 образует либо плотные глобулярные скопления до 1–3 см, либо мелкие (обычно до 0.02 мм) – в кварцевом цементе. Распространен во всем объеме месторождения. В ряде случаев в колломорфно-полосчатых агрегатах срастается с марказитом. Содержит прмеси (мас. %): As 0.19–0.35 и Ni  0.1. 

Пирит-2 образуется при перекристаллизации глобулярных скоплений пирита. Представлен в виде отдельных плотных стяжений и кубических кристаллов с фрагментарным сохранением реликтов глобулярного строения. Распространен во всем объеме месторождения. Содержит (мас. %): As 0.4–0.5; Te 0.08; Co 0.05.

Пирит-3 образует идиоморфные метакристаллы кубического (на флангах тел сплошных руд) и пентагондодекаэдрического габитуса (в центральных частях рудных тел) в массивных скоплениях пирита-1 и пирита-2. В метакристаллах его обнаружена осцилляторная зональность первого и второго порядка без смены форм роста. Различие между зонами отдельных кристаллов, обнаруженное в обратных электронах, подтверждается различием концентраций кобальта в отдельных зонах от 0.05 мас .% до 0.4 мас. %.

Содержание мышьяка колеблется от 0.3 до 0.8 мас. %, никеля от 0.1 до 0.15 мас. %. Зональность, возможно, обусловлена дорастанием кристаллов пирита ранних генераций. Индивиды пирита-3 наиболее распространены в зоне перехода медных руд к массивным серным колчеданам.

Пирит-3 образует также крупные кристаллы и массы, являющиеся продуктом последующей (прогрессирующей) перекристаллизации пирита-1 и пирита-2. Распространен в зонах развития более поздних, относительно пирита-1, кварцевых прожилков. Содержит (мас. %): As 0.35–0.4; Te 0.07; Co 0.05.

Пирит-4 в виде мелких раздробленных зерен с признаками дорастания, цементирующих крупные фрагменты массивных агрегатов пирита-1–3, обнаружен в зонах трещиноватости. Распространен в зонах рудных тел, в которых присутствует халькопиритовая и сфалеритовая минерализация. Кристаллы пирита-4 присутствуют также в секущих кварцевых прожилках. Размер кристаллов от сотых долей миллиметра до 1–2 мм, габитус в большинстве случаев кубический, в ряде случаев встречены комбинационные формы с преобладанием куба и подчиненным развитием граней пентагондодекаэдра. Относительно халькопирита-1 обе разновидности являются более ранними. Содержит 0.7–0.9 мас. % As и 0.02–0.04 мас. % Со.

Пирит-5 слагает мелкие (0.01–0.03 мм), сильно корродированные зерна в сплошных агрегатах халькопирита-1. Так же, как пирит-4, относительно халькопирита-1 является более ранним, но отличается от пирита-4 меньшим содержанием As (не выше 0.6 мас. %) и отсутствием примеси Co.

Пирит-6 образует относительно крупные кубические метакристаллы пирита (от сотых долей до 20 мм) в халькопирите-1, сосуществующие с мелкими, сильно корродированными зернами пирита-4 и -5. Приурочен к кварц-сульфидным прожилкам в массивном халькопирите-1. Содержит 0.08–0.10 мас. % Со и 1.2–1.6 мас. % As.

Пирит-7 представлен в виде пентагон-додекаэдрических и, реже, кубических кристаллов в кварц-сфалерит-пиритовых секущих прожилках вместе со сфалеритом-2. Содержит 0.10–0.20 мас. % Со и 0.6–0.8 мас. % As.

Марказит редставлен в рудах в виде массивных тонкозернистых скоплений неправильной формы. В ряде случаев наследует квазиглобулярную структуру, что делает возможным предположение образования марказита по глобулярному пириту. В основном распространен в телах серных колчеданов. В остальных типах руд встречаются редкие мелкие выделения марказита. При изучении состава марказита элементов-примесей не обнаружено.

Халькопирит представлен в рудах Сафьяновского месторождения в виде сплошных агрегатов массивных руд и агрегатов, слагающих прожилки. Халькопирит встречается также в виде различных включений в сфалерите-1. Сплошные агрегаты халькопирита можно подразделить на два типа: 1) сплошные агрегаты без видимых признаков неоднородностей с текстурой заполнения по границе с ранним пиритом; 2) сплошные агрегаты с полосчатыми текстурами, с послойным упорядоченным распределением корродированных зерен пирита.

Халькопирит-1 образует сплошные агрегаты, заполняющие пространство по границам с мономинеральными агрегатами пирита с частичным их замещением. Является основным минералом сплошных медных руд. Во вкрапленных рудах образуется на контактах с ранними генерациями пирита. В массивных и вкрапленных рудах корродирует индивиды пирита с 1 по 5 генерацию и сечется прожилками более поздних минералов (кварц-сфалерит-галенит). На границе существенно медных и медно-цинковых руд массы халькопирита брекчированы и сцементированы массивным сфалеритом-1. В апикальных зонах рудных тел южной части Северного участка месторождения вместе с агрегатами пирита-2–4 (?) халькопирит-1 слагает трубообразных обособлений, внутреннюю часть которых заполнена сфалеритом-1 и -2.

Халькопирит-2 встречен в штокверковых рудах и зонах трещиноватости рудных тел. Образует прожилковидные выделения до 3–5 см мощностью в массивных и вкрапленных рудах. Корродирует более ранние минеральные ассоциации (пирита 1–5 с марказитом, халькопиритом-1 и сфалеритом-1). Сечется поздними кварц-сфалеритовыми (со сфалеритом-2) и барит-карбонатными (с поздним галенитом) прожилками.

Включения халькопирита-2 в сфалерите можно разделить на случайно ориентированные тонкие вкрапленники (эмульсию) и закономерно ориентированные, часто укрупненные зерна по зонам роста сфалерита. Это позволяет предположить частичное переотложение халькопирита при образовании позднего сфалерита-1 (относительно халькопирита-1).

Сфалерит образует две генерации.

Сфалерит-1 представлен в рудах массивными мелкозернистыми выделениями, выполняющими слои в колломорфно-полосчатых рудах и цементирующими брекчированные агрегаты пирита и халькопирита-1.

Содержит 3.52–7.9 мас. % Fe и 0.27–0.58 мас. % Cd. Содержание железа уменьшается от центра зерен к их периферии, а содержание кадмия – растет (обратная корреляция).

Сфалерит-2 образует колломорфные скопления и каймы в трещинах и зияющих полостях. Содержит 0.04–0.9 мас. % Fe, 0.2–0.3 мас. % Hg.

Обе генерации сфалерита обнаруживают тонкую осцилляторную зональность с размером зон от 0.001 до 0.01 мм. В некоторых случаях ростовая зональность сфалерита подчеркивается закономерным распределением эмульсии халькопирита в сфалерите-1. Границы зон в сфалерите-1 в большинстве случаев декорируются ростовыми включениями пирита и халькопирита, аналогично ранее описанным Т. Н. Шадлун. В сфалерите-2 подобные включения не обнаружены. Концентрация включений халькопирита в сфалерите-1 достигает 30–35 об. %. Массивные выделения халькопирита в некоторых случаях секутся кварц-сфалерит-пиритовыми прожилками, что однозначно определяет временное соотношение медной и цинковой минерализации. В трещинах, секущих выделения халькопирита-1 и -2 и прожилки, содержащие сфалерит-I, присутствуют колломорфные выделения маложелезистого сфалерита-2. Наличие позднего халькопирита в штокверковых рудах и отсутствие в подводящих каналах сфалерита позволяет предположить, что сфалерит-2 является продуктом переотложения сфалерита-1 после кристаллизации халькопирита-2.

Ковеллин и халькозин представлены в рудах Сафьяновского месторождения во всех типах руд, содержащих халькопирит (в массивных медных и медно-цинковых рудах) в виде игольчатых кристаллов, а также их сростков, вплоть до образования сферолитов. В отдельных случаях зерна минерала обнаруживают зональность второго порядка без видимой смены форм роста. В ряде случаев кристаллы халькозина встречены в зияющих трещинах. Иногда трещины заполнены колломорфным кварцем, облекающим халькозин и другие минералы. В отдельных случаях халькозин образует каймы (от игольчатых кристаллов до сплошных кайм) на границе выделений халькопирита и сфалерита всех генераций. Условно можно выделить две генерации ковеллина. Первая генерация представлена в виде крупных (до 1 мм в поперечнике) игольчатых кристаллов, часто зонального строения, нарастающих на халькопирит-1, вторая – мелкими игольчатыми зернами по халькопириту-2.

Галенит встречается в рудах в виде зерен неправильной формы и кристаллов кубооктаэдрического габитуса размером от сотых долей миллиметра до 2.5 мм, которые образуют сплошные массы размером до 5–6 см в халькопирит-пиритовых и пирит-сфалеритовых. Галенит-1 ассоциирует со сфалеритом-1 в кварц-карбонат-баритовых прожилках. Галенит-2 ассоциирует со сфалеритом-2.

Теннантитобнаружен в виде мелких зерен (до 0.5 мм) в массивном пирите и в кварц-сфалерит-пиритовых прожилках в халькопирите.

Энаргит встречен в виде мелких зерен в ассоциации с халькозином и халькопиритом или только с халькозином. Состав энаргита соответствует эмпирической формуле.

Распределение элементов-примесей в рудах месторождения Сафьяновское приведено по данным инструментального нейтронно-активационного анализа (табл. 1). Повышенные концентрации Au приурочены к ассоциациям, содержащим сфалерит-1: выявлена положительная корреляция между содержаниями Au, Fe и Cd, содержания Cd приурочены именно к раннему сфалериту ( R= 0.86, P= 0.95).

Для пирита выявлена положительная корреляция между содержанием тяжелого изотопа серы и содержанием селена (R = 0.92, P = 0.95).

Cредний изотопный состав серы сульфидов Северной и Южной частей Сафьяновского месторождения одинаков (рис. 2). Такие широкие вариации изотопного состава нехарактерны для колчеданных месторождений. Фациальная зональность по изотопии серы не обнаружена. Максимальное содержание тяжелого изотопа серы характерно для ранних генераций халькопирита и сфалерита, а также для средних генераций пирита. Минимальные содержания тяжелого изотопа серы характерны для наиболее поздних генераций всех рудных минералов. Ранний пирит содержит промежуточные концентрации тяжелого изотопа серы.

На основании полученных результатов можно сделать определенные выводы.

Н раннем этапе развития рудной системы происходило постепенное падение температуры, рост рН и накопление тяжелого изотопа серы.

На позднем этапе тенденция изменения параметров системы осталась прежней и привела к увеличению доли SO₄ в растворах и отложению сульфатов, что привело к обеднению сульфидов тяжелым изотопом серы.

Изучение состава примесей и изотопного состава серы сульфидизированных реликтов вестиментифер показало общую схожесть составов с пиритом-3 (9.6–9.8 δ ³⁴S), цементирующим раздробленные руды, что позволяет сделать предположение о замещении сульфидами железа материала фауны в процессе рудогенеза, после захоронения фауны и руд туфовым материалом.

Таблица

Результаты количественного нейтронно-активационного анализа

различных типов руд Сафьяновского месторождения (Средний Урал) 

Примечание. Прочерк – ниже предела обнаружения.  

Подрисуночные подписи к ст. Кринов 

Рис. 1. Схема зональности рудных тел Сафьяновского месторождения.

1, 2 – вулканогенно-осадочные породы: 1 – подстилающие, 2 – перекрывающие породы; 3 – массивные сульфидные руды, 4 – штокверковые руды, 5 – вкрапленные балансовые руды, 6 – вкрапленные забалансовые руды, 7 – существенно пиритовые тела, 8 – биостромы.

Рис. 2. Распределение изотопов серы в отдельных генерациях сульфидов Сафьяновского месторождения (1-7) и сульфидных месторождений «типа Куроко» (8), «Уральского типа» (9) и «Кипрского типа». Минералы (группы анализов): 1 – ранний пирит; 2 – ранний халькопирит; 3 – ранний сфалерит; 4 – промежуточные генерации пирита; 5 – поздний халькопирит; 6 – поздний пирит; 7 – поздний сфалерит.