1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Доклады Российской академии наук. Науки о Земле
  4. T. 492, № 1, 2020

Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2020, T. 492, № 1, стр. 29-34

МИНЕРАЛЫ СИСТЕМЫ Fe–Ni–Co–Cu–S В ПИКРИТОВЫХ ИНТРУЗИЯХ ЮЖНОГО УРАЛА: СВИДЕТЕЛЬСТВА ЛИКВАЦИИ И ДИФФЕРЕНЦИАЦИИ СУЛЬФИДНОГО РАСПЛАВА

С. Г. Ковалев 1, *, член-корреспондент РАН В. Н. Пучков 2, **, С. С. Ковалев 1, С. И. Высоцкий 2

1 Институт геологии Уральского Федерального Исследовательского Центра Российской академии наук
Уфа, Россия

2 Институт геологии и геохимии им. А.Н. Заварицкого Уральского отделения Российской академии наук
Екатеринбург, Россия

* E-mail: kovalev@ufaras.ru
** E-mail: puchkv@ufaras.ru

Поступила в редакцию 20.01.2020
После доработки 02.03.2020
Принята к публикации 03.03.2020

Полный текст (PDF)

Аннотация

В работе приводятся новые данные о минералах системы Fe–Ni–Co–Cu–S в дифференцированных интрузиях Южного Урала. На основе детального изучения парагенезисов и ассоциаций сульфидных минералов показано, что в процессе дифференциации расплава никель входит в состав двух формирующихся ранних фаз (оливин и пентландит), что приводит к его “дефициту” и появлению кобальтовых (Со-содержащих) минералов в поздних дифференциатах сульфидного расплава, связанных с габброидами. Обнаруженные в породах комплекса ликвационные выделения, сложенные неидентифицированными фазами, а также описанные парагенетические сростки/структуры распада, свидетельствуют о том, что сульфидный расплав имел поликомпонентный (Fe, Ni, Co, Cu, Zn) состав, раскристаллизация которого в локальном объеме привела к образованию “промежуточных” фаз. Показано, что начало процесса сульфидообразования в породах мисаелгинского комплекса реализовывалось в очаге магмогенерации.

Ключевые слова: Южный Урал, расслоенные тела, сульфидная минерализация, ликвация, дифференциация расплава, пентландит, зигенит

Разновозрастные рифейско-вендские пикритовые комплексы западного склона Южного Урала являются южным продолжением зоны распространения пикритовой ассоциации, приуроченной к Западно-Уральскому поднятию и прилегающей части Восточно-Европейской платформы. Пикриты и пикродолериты представлены дайками и пластообразными телами переменной (от 15–20 м до свыше 200 м) мощности. По степени дифференцированности среди них выделяются маломощные недифференцированные силлы пикритов, пикродолеритов, оливиновых габбро-долеритов и дифференцированные (от пикритов до лейкогаббро и жильных плагиогранитов) тела [1, 2].

Расслоенные тела мисаелгинского комплекса пикрит-долерит-габбрового состава были выявлены при геологосъемочных работах в конце 1970-х годов среди мигматитов тараташского комплекса на северо-востоке Башкирского мегантиклинория (рис. 1). Комплекс состоит из 2 тел мощностью 45 и 216.5 м. Возраст базитов определен Rb–Sr-методом – 726 ± 13 млн. лет, что позволяет предварительно отнести комплекс к плюмовому событию, проявившемуся на рубеже терминального рифея – аршиния [7]. По внешнему облику пикриты – темно-серые породы с порфировидно-пойкилитовой, шлирово-такситовой, а в лейкократовом горизонте – офитовой и габбро-офитовой структурами. В минеральном составе нижнего (пикритового) горизонта установлены: оливин, клинопироксен, плагиоклаз, амфибол, магнетит, титаномагнетит, ильменит и сульфиды. В верхнем (габбровом) интервале присутствуют плагиоклаз, клинопироксен, роговая обманка, биотит, альбит, кварц, магнетит, титаномагнетит, ильменит и сульфиды. Темноцветные минералы пикритов (оливин и клинопироксен) образуют две генерации. Минералы первой – это порфировидные кристаллы и гломеропорфировые би- и мономинеральные агрегаты, а второй – слагают основную массу пород. Оливин первой генерации представлен форстеритом состава 88% Fo, а второй хризолитом 67–76% Fo. Клинопироксен в пикритах по химизму соответствует клиноэнстатиту и Mg-авгиту (#Mg–0.75–0.93), а в габброидах Mg-авгиту и авгиту (#Mg–0.62–0.76). Для плагиоклазов характерно значительное разнообразие составов: вариации альбитового минала в пикритах колеблются в пределах от 48 до 88%, а в габброидах – от 40 до 98% Ab.

Рис. 1.

Геологическая схема тараташского комплекса и участка “Магнитный” с телами пикритов мисаелгинского комплекса. 1 – отложения айской свиты (RF1); 2 – архей-протерозойские отложения нерасчлененные; 3 – тектонические зоны с бластомилонитами; 4 – разновозрастные дайки базитов; 5 – мигматиты; 6 – гранат-биотитовые гнейсы; 7 – расслоенные тела мисаелгинского комплекса.

Основные петрогеохимические характеристики пикритов и габброидов мисаелгинского комплекса (средние значения: MgO – 19.9 и 5.6 мас. %; TiO2 – 1.3 и 2.72%; Na2O – 1.0 и 2.72%; K2O – 0.5 и 1.07%; Ni – 701.1 и 124.8 г/т; Co – 95.6 и 82.9 г/т; Cu – 343.9 и 93.7 г/т; S – 2.07 и 1.88 мас. %; сумма РЗЭ – 71.1 и 109.7 г/т; Lan/Lun – 8.2 и 10.7; Cen/Ybn – 7.3 и 9.1; Lan/Smn – 2.0 и 2.2 свидетельствуют о близости их к типичным рифтогенным комплексам – внутриплитным базальтам вулканического центра Бойна, Эфиопия [10]), в частности.

Сульфиды были изучены на растровом электронном микроскопе РЭММА-202М с рентгеновским энерго-дисперсионным спектрометром LZ-5 и детекторами вторичных и отраженных электронов в Институте минералогии УрО РАН (Миасс, аналитик В.А. Котляров), в результате чего в габбровом горизонте были обнаружены: зигенит, миллерит, пирротин, пирит, халькопирит, сфалерит, а в пикритовом – пентландит, пирротин, пирит, халькопирит, халькозин и не идентифицированные соединения системы Fe–Ni–Co–Cu–S.

Пирит представлен слабо ограненными кристаллами либо сростками кристаллов. Максимальное его количество зафиксировано в габбровом горизонте. В его составе установлены Co (до 7.17 мас. %) и Ni (до 1.94 мас. %) (табл. 1). Пирротин присутствует в нижней части габбрового интервала и пикритовом горизонте, где иногда встречается в виде округлых “капель”. В своем составе минерал содержит Ni (до 5.61 мас. %) и Co (до 0.2 мас. %). Миллерит установлен в габбровом горизонте в виде округлых выделений. В его составе присутствует Fe (до 2.42 мас. %). Халькопирит распространен по всему разрезу интрузивного тела. Его состав близок к стехиометрическому. В горизонте пикритов обнаружен халькопирит, содержащий Ni (от 0.42 до 2.87 мас. %). Зигенит, впервые описанный в пикритах Южного Урала [3], обнаружен только в габбровом горизонте в виде самостоятельных выделений удлиненной и изометричной формы. В качестве примесей в его составе присутствует Cu (0.1 мас. %). Пентландит установлен в нижнем пикритовом горизонте. В его химическом составе обнаружен Co (от 0.2 до 13.83 мас. %) и Cu (от 1.5 до 5.66 мас. %). Особый интерес представляют широко распространенные по всему разрезу интрузивного тела минеральные агрегаты, представляющие собой сростки – структуры распада, сложенные различными сульфидами: зигенит (Co1.13Ni1.52Fe0.36)3.01S3.99 + + халькопирит Cu1.0Fe1.01S1.99 (см. рис. 2а); сфалерит (Zn0.89Fe0.11Cd0.01)1.01S0.99 + халькопирит Cu0.99Fe1.02S1.99 + зигенит (Ni1.23Fe1.06Co0.71)3.0S4.0 (см. рис. 2б); пирротин (Fe0.953Cu0.033)0.99S1.01 + + халькозин (Cu1.955Fe0.086)2.04S0.96 + пентландит (Fe4.98Ni3.28Cu0.70Co0.13)9.09S7.91 (рис. 2в); пир-ротин      (Fe0.908Ni0.085)0.99S1.01 + пентландит (Fe5.38Ni3.40Cu0.14Co0.08)9.00S8.00 (см. рис. 2г); халькопирит      Cu0.98Fe1.02S2.00 + пентландит (Fe4.86Ni3.66Co0.55)9.07S7.93 (см. рис. 2д); халькопирит (Cu0.893Ni0.151Co0.003)1.05Fe1.00S1.95 + не идентифицированные соединения различного состава: (Fe5.19Ni3.59Cu0.12Co0.09)8.99S8.01 и (Fe5.0Ni2.09Cu2.1Co0.03)9.23S7.77 (см. рис. 2е); не идентифицированные соединения (Fe4.13Ni2.27Cu2.44)8.84S8.16 + (Fe4.146Cu3.039Ni1.367Zn0.31)8.86S8.14 (см. рис. 2ж); пирротин Fe0.97S1.03 + халькопирит Cu0.99Fe1.01S2.00 (см. рис. 2з).

Таблица 1.

Химические составы сульфидов из пород мисаелгинского комплекса (мас. %)

№ п/п Минерал S Fe Co Ni Cu Zn Cd Σ
1 Пирит 53.06 39.6 7.17 – – – – 99.84
2 Зигенит 42.33 6.51 24.84 25.62 0.1     99.4
3 Зигенит 41.96 6.64 21.73 29.33 – – – 99.66
4 Сфалерит 32.47 3.46 – – – 63.24 0.46 99.63
5 Миллерит 35.31 2.42 – 61.94 – – – 99.68
6 Сфалерит 32.79 6.29 – – – 60.13 0.77 99.98
7 Пентландит 42.39 19.56 13.83 23.74 – – – 99.52
8 Халькопирит 34.54 30.69 – – 34.1 – – 99.33
9 Халькопирит 34.75 30.4 – – 34.46 – – 99.61
10 Пентландит 32.96 26.71 8.99 30.81 – – – 99.48
11 Пентландит 33.01 26.93 8.24 31.44 – – – 99.61
12 Пентландит 32.8 27.65 8.4 30.49 – – – 99.34
13 Х-фаза 35.57 50.55 1.25 12.28 – – – 99.65
14 Пентландит 33.02 34.25 0.91 28.82 2.5 – – 99.5
15 Пирротин 37.68 61.47 – – – – – 99.15
16 Халькопирит 34.73 30.69 – – 34.12 – – 99.53
17 Пентландит 32.94 34.02 0.71 30.32 1.5 – – 99.48
18 Х-фаза 33.39 29.46 – 17.05 19.8 – – 99.69
19 Х-фаза 32.87 29.17 – 10.11 24.33 2.55 – 99.03
20 Халькопирит 34.58 30.77 – 2.87 31.04 – – 99.26
21 Халькопирит 34.6 30.25 – 1.08 33.21 – – 99.14
22 Халькопирит 33.75 29.59 – 0.42 36.09 – – 99.86
23 Пирротин 36.65 60.02 – – 2.37 – – 99.05
24 Халькозин 19.14 3.0 – – 77.31 – – 99.44
25 Пентландит 32.43 35.56 0.97 24.59 5.66 – – 99.21
26 Пентландит 33.17 37.42 0.7 27.26 0.99 – – 99.55
27 Х-фаза 31.48 35.34 0.24 15.54 16.92 – – 99.53
28 Халькопирит 33.73 30.23 0.1 4.77 30.63 – – 99.46
29 Пирротин 36.48 57.26 – 5.61 – – – 99.34
30 Пентландит 33.34 39.02 0.61 25.94 1.17 – – 100.07
31 Пентландит 32.72 34.91 4.19 27.62 – – – 99.45
32 Халькопирит 34.83 31.06 – – 33.73 – – 99.63
33 Пентландит 32.84 27.97 3.44 35.06 – – – 99.32
34 Пентландит 32.72 33.02 3.3 29.97 – – – 99.01
35 Пентландит 33.27 32.72 3.91 29.63 – – – 99.52

Примечание. 1–8 – габбровый горизонт; 9–35 – пикритовый горизонт. Х-фаза – не идентифицированные соединение.

Рис. 2.

Микрофотографии сульфидов из расслоенного тела мисаелгинского комплекса. а – габбро; зигенит и халькопирит в ферроактинолите; б – габбро; сфалерит, халькопирит и зигенит в эпидоте; в – пикрит; пирротин, халькозин и пентландит в краевой части кристалла оливина; г – пикрит; пирротин и пентландит в клиноэнстатите; д – пикрит; халькопирит и пентландит на границе оливина и клиноэнстатита; е – пикрит; халькопирит и пентландит на границе клиноэнстатита и эденита; ж – пикрит; пентландит разного состава в оливине; з – пикрит, пирротин и халькопирит в биотите; и – пикрит; пирротин и пентландит в оливине; к – пикрит; пирротин в авгите; л – пикрит; хроммагнетит в авгите; м – габбро; ильменит в магнезиогастингсите; “и” – по [5].

Особенности охарактеризованной выше сульфидной минерализации выявляются при анализе диаграмм, изображенных на рис. 3, из которых видно:

Рис. 3.

Схемы Fe–S–Ni (а), Fe–S–Co (б), Fe–S–Cu (в), Co–Fe–Ni (г), Ni–Fe–Cu (д) и Co–Fe–Cu (е) с фигуративными точками составов сульфидов из пород мисаелгинского комплекса. 1 – сульфиды из габбрового горизонта; 2 – сульфиды из пикритового горизонта. На диаграмме “в” залита область, исследованная в работе [6]. Номера на диаграммах соответствуют порядковым номерам минералов в табл. 1.

– на схемах Fe–S–Ni, Fe–S–Co, Co–Fe–Ni (см. рис. 3, а, б, г) наблюдается почти непрерывный ряд Fe–Ni–Co сульфидов: пирротин–пентландит–миллерит и пирротин–“промежуточные” соединения–зигенит. При этом составы, в которых преобладает кобальт, присутствуют только в верхнем габбровом горизонте;

– на схеме Fe–S–Cu (см. рис. 3в) фигуративные точки составов минералов также образуют отчетливый ряд пентландит–(Ni, Cu) пирротин–халькопирит–халькозин;

– на схемах Co–Fe–Ni (см. рис. 3г), Ni–Fe–Cu (см. рис. 3, д) и Co–Fe–Cu (см. рис. 3е), отчетливо выражены тренды между Fe, Ni и Co (см. рис. 3г), Fe, Ni и Cu (см. рис. 3д) и отсутствие связей между Co и Cu (см. рис. 3е).

В рассматриваемых сульфидных системах детально изучены реакции между сульфидным расплавом, mss (моносульфидный твердый раствор) и iss (промежуточный твердый раствор) [6, 8, 11, 12, 14]. Полученные данные и исследования, проведенные ранее, обобщения, позволяют представить схему кристаллизации сульфидной минерализации в породах комплекса в следующем виде:

– процесс отделения сульфидной жидкости начинается близко по времени или одновременно с кристаллизацией оливина (1168–1184°С, рассчитанные по [13]), что устанавливается по присутствию ликвационных “капель” сульфидов, пойкилитово включенных в кристаллы оливина (см. рис. 2и). При этом количество никеля в расплаве разделяется, часть его входит в состав оливина (среднее содержание Ni в оливине – 0.3 мас. %, максимальное в оливине пикритового горизонта – 0.51–0.62 мас. %), а часть в ликвирующий сульфидный расплав. Вхождение никеля в два кристаллизующихся минерала привело к его “дефициту” и появлению кобальтовых (Со-содержащих) минералов в поздних дифференциатах – габброидах (см. рис. 3, а, б); при этом следует отметить, что ликвация на данном этапе характерна не только для сульфидного расплава, но и для оксидного, о чем свидетельствуют находки “капель” хром-магнетитового и ильменитового состава (см. рис. 2, л, м).

– обнаруженные ликвационные выделения, сложенные не идентифицированными “промежуточными” соединениями (см. табл. 1), а также структуры распада, описанные выше (см. рис. 2), свидетельствуют о том, что образовавшийся сульфидный расплав был поликомпонентным (Fe, Ni, Co, Cu, Zn). Его раскристаллизация в локальном объеме могла привести к образованию “промежуточных” фаз. Известно, что локальные объемы cульфидной жидкоcти cлабо взаимодейcтвуют c окpужающим силикатным расплавом (поpодами), а их затвеpдевание опpеделяетcя набоpом фактоpов, xаpактеpныx для закpытыx cиcтем [8]. Таким образом, “промежуточные” соединения, описанные в данной работе, являются iss или представляют собой тонкодисперсные структуры его распада. Детально этот процесс охарактеризован в [9] при экспериментальных исследованиях системы Cu–Fe–(Ni)–S.

Кроме того, в сульфидных рудах Норильска обнаружены фазы, состав которых по содержанию Cu и Ni является промежуточным между халькопиритом и пентландитом, образовавшиеся при температуре 1100°С и давлении 50 кбар [6]. Как видно из рис. 3в, составы “промежуточных” соединений, охарактеризованных в данной работе, располагаются в исследованной области [6]. Ранее нами было показано, что РТ-параметры очагов магмогенерации для пикритов Башкирского мегантиклинория соответствуют: ишлинский комплекс – Т = 1302–1313°С, Р = 37–38 кбар [4]; лысогорский комплекс – Т = 1230–1240°С, Р = 21–36 кбар [5], что позволяет высказать предположение о том, что кристаллизация сульфидов в породах мисаелгинского комплекса началась в очаге, где генерировалась магма.

Список литературы

  1. Алексеев А.А. Рифейско-вендский магматизм западного склона Южного Урала. М.: Наука, 1984. 137 с.

  2. Ковалев С.Г. Дифференцированные диабаз-пикритовые комплексы западного склона Южного Урала. Уфа: УНЦ РАН. 1996. 99 с.

  3. Ковалев С.Г., Ковалев С.С., Пиндюрина Е.О., Котля-ров В.А. // Записки РМО. Т. 143. № 5. 2014. С. 74–84.

  4. Ковалев С.Г., Пучков В.Н., Высоцкий С.И., Кова-лев С.С. // ДАН. Т. 475. № 2. 2017. С. 171–175.

  5. Ковалев С.Г., Маслов А.В., Ковалев С.С., Высоц- кий С.И. // ДАН. 2019. Т. 488. № 1. С. 595–598.

  6. Кравченко Т.А., Ненашева С.Н. // Новые данные о минералах. М., 2015. Вып. 50. С. 84–88.

  7. Пучков В.Н., Ковалев С.Г. Континентальный рифтогенез и сопутствующие процессы. Мат-лы II Всероссийского Симпозиума. Т. 2. Иркутск, 2013. С. 34–39.

  8. Cинякова Е.Ф., Коcяков В.И. // Геология и геофизика. 2006. Т. 47. № 7. С. 838–849.

  9. Синякова Е.Ф., Косяков В.И., Кох К.А., Наумов Е.А. // Геология и геофизика. 2019. Т. 60. № 11. С. 1577–1588.

  10. Barberi F., Ferrara G., Santacroce R.A. // J. Petrol. 1975. № 1. P. 65–78.

  11. Fleet M.E., Pan Y. // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1994. T. 58. P. 3369–3377.

  12. Kullerud G. // Carnegie Institute of Washington Year Book. 1962. V. 62. P. 175–189.

  13. Loucks R.R. // Contrib. Mineral. Petrol. 1996. V. 125. P. 140–150.

  14. Naldrett A.J., Craig J.R., Kullerud G. // Economic Geology. 1967. V. 62. P. 826–847.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Доклады Российской академии наук. Науки о Земле

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал