Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2021, T. 498, № 1, стр. 52-57

Худолазовский ультрабазит-базитовый комплекс (U–Pb-возраст 325–329 млн лет), объединяющий множество рудоносных интрузий, развит в центральной части Южного Урала. Он специализирован на сульфидное Cu–Ni-оруденение [1], природа которого долгое время являлась предметом дискуссий [2]. Породы, слагающие рудоносные массивы комплекса (роговообманковые плагиоперидотиты, оливиновые и безоливиновые роговообманковые габбро), испытали неравномерное гидротермально-метасоматическое преобразование, выраженное в замещении первичных породообразующих минералов (оливина, роговой обманки, плагиоклаза, пироксена) низкотемпературными постмагматическими (серпентином, хлоритом, альбитом, глинистыми минералами). При этом влияние гидротермально-метасоматических процессов на сульфидные руды не изучалось. В сульфидных рудах худолазовского комплекса нами впервые были обнаружены минералы палладия и платины [3]. В соответствии с этим вопросы генезиса сульфидной и платинометалльной минерализации являются весьма актуальными.

В сообщении приводятся результаты исследований сульфидной и платинометалльной минерализации пород рудоносных массивов худолазовского комплекса (Западный Карасаз, Кусеево-2, Кусеево-3, Малютка, Северный Бускун, Ташлы-Тау) и предлагается обобщенная модель ее формирования.

Морфология и состав сульфидов и минералов платинометалльной группы (МПГ) изучалась на оптическом микроскопе Axioskop 40 A (ИГ УФИЦ РАН, Уфа) и сканирующем электронном микроскопе Tescan Mira 3 (МИИ СО РАН, Новосибирск, аналитик М.В. Хлестов). Макро- и микроэлементный состав сульфидных минералов определялся также с помощью электронно-зондового микроанализа (МИИ СО РАН, Новосибирск, аналитик Е.Н. Нигматулина) и лазерной абляции с масс-спектрометрией и индуктивно-связанной плазмой (ЛА–ИСП–МС) (масс-спектрометр Agilent 7700x с приставкой для лазерной абляции New Wave Research UP-213, ИМин ЮУ ФНЦ МиГ УрО РАН, аналитик Д.А. Артемьев). Температуры формирования сульфидов оценивались по данным экспериментальных работ, а также на основе срастаний минералов по эмпирическим оливин-шпинелевому, плагиоклаз-амфиболовому, магнетит-ильменитовому и хлоритовому геотермометрам.

По результатам детальных исследований морфологии и минерального состава сульфидных агрегатов были выделены 3 типа ассоциаций: 1) первичные пентландит-халькопирит-пирротиновые срастания, 2) вторичные халькопирит-виоларит-пиритовые псевдоморфозы с остаточными пентландитом и пирротином, 3) новообразованные халькопирит-пиритовые выделения.

Сульфидные агрегаты первого типа ассоциаций представлены интерстициальными вкраплениями, а также глобулярными или эллипсоидальными сростками (рис. 1а, 1б). Они кристаллизовались непосредственно из сульфидного расплава, выделившегося на раннемагматической стадии.

Рис. 1.

Типы сульфидных ассоциаций худолазовского комплекса (отраженный свет): (а) и (б) пентландит-халькопирит-пирротиновые выделения – 1-й тип; (в) виоларит-пиритовый агрегат с остаточными халькопиритом, пентландитом, пирротином и (г) виоларит-пиритовая псевдоморфоза – 2-й тип; (д) совместные халькопирит-пиритовые и (е) самостоятельные пиритовые агрегаты – 3-й тип. Примечание: ccp – халькопирит, mgt – магнетит, pn – пентландит, po – пирротин, py – пирит, tro – троилит, vl – виоларит.

Второй тип ассоциаций сложен продуктами частичного или полного замещения сульфидов первой ассоциации вторичными сульфидными и силикатными минералами на ранней гидротермальной стадии (рис. 1в, 1г). Пирротин замещался пиритом, пентландит – виоларитом, халькопирит – в основном силикатами (хлоритом, амфиболом и др.). При этом происходило уменьшение исходных размеров сульфидных агрегатов. Реликтовый пирротин в этой ассоциации часто обладает пластинчатой структурой, а пентландит характеризуется трещиноватостью.

Третий тип ассоциаций представлен прожилковидными и тонкодисперсными выделениями пирита и халькопирита (рис. 1д, 1е), формировавшихся за счет переотложения растворенного рудного вещества из первичных сульфидов. Кристаллизация этих агрегатов, судя по ассоциации с глинистыми минералами, происходила на поздней гидротермальной стадии.

Минералы платинометалльной группы в сульфидах 1-го типа ассоциаций представлены майчнеритом (PdBiTe), фрудитом (PdBi₂), сперрилитом (PtAs₂), мончеитом (Pt(Te,Bi)₂). Они приурочены к границам сульфидных минералов, либо располагаются в однородной матрице без видимых нарушений зерен сульфидов (рис. 2а, 2б). Также встречаются кристаллы МПГ, приуроченные к ламелям распада твердых сульфидных растворов или к трещинам в сульфидах, по которым развивается магнетит (рис. 2в, 2г). В сульфидах 2-го типа ассоциаций были найдены лишь сурьмянистые минералы палладия: Sb-майчнерит (Pd(Bi,Sb)Te), садбериит (PdSb) и боровскит (Pd₃SbTe₄) (рис. 2д). Иногда зерна МПГ обнаруживаются во вторичной силикатной матрице, заместившей сульфиды (рис. 2е).

Рис. 2.

Зерна МПГ в сульфидах худолазовского комплекса и продуктах их замещения (BSE-изображения): а) майчнерит в халькопирите, б) сперрилит в пирротине, в) фрудит в ламели троилита, г) вкрапленность фрудита в пирротине и магнетите вдоль трещины, д) боровскит в пирите, е) Sb-майчнерит в силикатной матрице. Примечание: bor – боровскит, ep – эпидот, mich – майчнерит, sper – сперрилит, ttn – титанит, fro – фрудит, остальные обозначения см. в подписи к рис. 1.

Результаты изучения микроэлементного состава показали, что одни и те же сульфидные минералы, находящиеся в разных типах ассоциаций, существенно различаются по уровню концентраций халькофильных и сидерофильных элементов (табл. 1).

В пирротине из 1-го типа ассоциаций концентрации элементов платиновой группы (ЭПГ) находятся на уровне сотых долей г/т. Пирротин из 2-го типа ассоциаций отличается повышенным содержанием Ni, Co, Sb, а также более низкими концентрациями ЭПГ (ниже предела обнаружения). Пирит, псевдоморфно замещающий пирротин, также характеризуется высокой примесью Ni и Co, что четко отличает его от переотложенного пирита.

В халькопирите из 1-го типа ассоциаций ЭПГ также определены на уровне сотых долей г/т, а в халькопирите из ассоциаций 2-го и 3-го типов концентрации ЭПГ снижаются (кроме Pt). При этом наблюдается постепенное увеличение содержаний Sb.

Пентландит из 1-го типа ассоциаций характеризуется наибольшими средними концентрациями ЭПГ, в особенности – Rh, Pt и Pd. В пентландите 2-го типа ассоциаций и замещающем его виоларите концентрации ЭПГ постепенно снижаются, но повышаются содержания Bi и Sb.

Результаты экспериментальных работ [4] свидетельствуют о том, что ЭПГ и халькофильные элементы (As, Te, Sb, Bi), являющиеся минералообразующими для МПГ, высоко совместимы с несмесимым сульфидным расплавом. После выделения сульфидных твердых растворов (mss и iss в диапазоне температур 900–650°С), из которых образуются пирротин, пентландит и халькопирит, остаточная сульфидная жидкость обогащается халькофильными элементами и ЭПГ (Pd, Pt) [5, 6]. ЭПГ и халькофильные элементы могут входить в структуру сульфидов в качестве изоморфной примеси [7], либо концентрироваться в несмесимых металлоидных расплавах [8]. При низких содержаниях ЭПГ в сульфиде кристаллизация МПГ происходит при температурах около 650°С и ниже [6].

Количественные данные о распределении ЭПГ и халькофильных элементов между сульфидами и гидротермальными флюидами пока отсутствуют. Однако в последнее десятилетие в мировой литературе отмечается важнейшая роль гидротермально-метасоматических процессов в формировании в том числе промышленно значимых сульфидно-платинометалльных руд [9–11].

Сульфиды рудоносных пород худолазовского комплекса содержат низкие концентрации ЭПГ и халькофильных элементов (в 2–10 раз ниже, чем, например, в сульфидах Бушвельда или Цзиньчуаня [12, 13]), тем не менее, этого оказалось достаточно для кристаллизации МПГ. В соответствии с вышеизложенным материалом для характеристики генезиса сульфидной и платинометалльной минерализации худолазовского комплекса была построена схематическая модель, описывающая ее полигенную природу (рис. 3). Cульфидно-силикатная ликвация произошла на раннемагматической стадии, о чем свидетельствуют включения сульфидных глобул в оливине и алюмошпинели. В дальнейшем при остывании сульфидного расплава из него постепенно выделялись mss, iss, которые впоследствии распадались на пирротин, пентландит, халькопирит. При температуре около 650–600°С из остаточных сульфидных расплавов или несмесимых металлоидных расплавов, захваченных сульфидными минералами, происходила кристаллизация ранних зерен МПГ (сперрилита, мончеита, майчнерита). При дальнейшем охлаждении (~600–550°С) происходил распад сульфидных твердых растворов, в результате чего за счет сегрегации изоморфных примесей ЭПГ и халькофильных элементов вновь стала возможной кристаллизация МПГ (фрудита). На гидротермальной стадии за счет привноса Sb из флюидов и выноса Pd из растворяющихся первичных сульфидов происходила кристаллизация сурьмянистых минералов палладия. Привнос Sb, вероятно, осуществлялся из вмещающих пород, в 10 раз более обогащенных сурьмой в сравнении с породами худолазовского комплекса (0.55 против 0.06 г/т). В целом гидротермальные процессы привели к истощению первичных сульфидов в отношении ЭПГ и некоторых халькофильных элементов (As, Te), которые либо повторно концентрировались в переотложенных сульфидах, либо рассеивались в силикатной матрице.

Рис. 3.

Модель эволюции сульфидного расплава и распределения ЭПГ при магматических и постмагматических процессах. Примечание: ccp₂ и pn₂ – ламели халькопирита и пентландита, py₂ и ccp₃ – переотложенные пирит и халькопирит, sp – сфалерит.