Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2021, T. 499, № 2, стр. 112-117

Проявление палладиевой минерализации на глубинных горизонтах Кольской сверхглубокой скважины

Член-корреспондент РАН К. В. Лобанов 1*, Т. А. Горностаева 2**, П. М. Карташов 1, А. В. Мохов 2, М. В. Чичеров 1

1 Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии Российской академии наук
Москва, Россия

2 Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук
Москва, Россия

* E-mail: lobanov@igem.ru
** E-mail: tagorn8@mail.ru

Поступила в редакцию 17.03.2021
После доработки 28.04.2021
Принята к публикации 30.04.2021

Полный текст (PDF)

Аннотация

Впервые в образцах с глубоких горизонтов (в зоне разлома, около 10 км) Кольской сверхглубокой скважины (СГ-3) обнаружена палладиевая минерализация. Методами аналитической электронной микроскопии и EBSD обнаружен и диагностирован собственный палладиевый минерал – меренскиит с формулой Pd1.00(Te1.21Bi0.79)2.00. Необычно высокое содержание висмута в обнаруженном кристалле меренскиита, вероятно, свидетельствует о пониженных температурах его образования из флюида, обогащенного висмутом. Это также подтверждается многочисленными находками сопутствующих висмутовых минералов (самородных и интерметаллидов, сульфидов, теллуридов и сульфотеллуридов). В составе богатой и разнообразной рудной минерализации в изученных образцах выявлена тесная геохимическая ассоциация благородных и редких элементов. Можно утверждать, что был обнаружен новый для пород СГ-3 тип оруденения – благороднометалльно (Au–Ag–Pd)-редкоэлементный (Bi–Te).

Ключевые слова: Кольская сверхглубокая скважина, палладиевая минерализация, меренскиит, майченерит, аналитическая электронная микроскопия, EBSD

ВВЕДЕНИЕ

Кольская сверхглубокая скважина – выдающееся достижение науки и техники, пробурена в кристаллических породах до глубины 12 262 м. С ее помощью предполагалось получить с больших глубин материал для познания эндогенных процессов и связанных с ними месторождений.

В разрезе скважины выделено [2] шесть типов рудной минерализации: 1 – сульфидная медно-никелевая и платинометалльная, 2 – сульфидная железная (колчеданная), 3 – оксидная железная, 4 – оксидная железо-титановая, 5 – сульфидная медно-цинковая (полиметаллическая) и 6 – самородная золотая. Медно-никелевое оруденение приурочено к продуктивной толще протерозойских пород на глубинах 1540–1810 м. Здесь оно связано к никеленосными гипербазитами. Содержания суммы ЭПГ в этой зоне колебались в широких пределах от 0.15 г/т в густовкрапленных рудах до 16.1 г/т в метагаббро (данные нейтронно-активационного анализа). По аналогии с рудами Печенгского рудного поля [3] было предположено, что платиноиды сосредоточены в форме твердых растворов в минералах ряда кобальтин-герсдорфит.

Информация о распределении ЭПГ на более глубоких горизонтах скважины, в архейских породах почти отсутствует. Фиксировалось убогое медно-никелевое оруденение, представленное пентландитом, никелевым пентландитом, аргентопентландитом, халькопиритом, борнитом, тиошпинелидами и никельсодержащими сульфидами железа (пиритом и пирротином). При этом к параамфиболитам, метапироксенитам и метаперидотитам тяготеет никелевая минерализация, а к метагаббро – медная. Что касается ЭПГ, то в некоторых образцах сульфидов определены лишь содержания до 0.3 г/т Pd и до 0.03 г/т Ru.

Верхняя граница золотоносного интервала в разрезе скважины совпадает с крупным разломом (9500–9700 м), который фиксируется в керне резким переходом от пологозалегающих биотит-амфиболитовых гнейсов к крутопадающим железистым кварцитам, горнблендитам, тальк-тремолит-флогопитовым сланцам и дайкообразному телу среднепротерозойских порфировидных гранитов лицко-арагубского комплекса (1.76 млрд лет). Золотая минерализация пространственно совпадает с зонами регрессивных изменений, что говорит о ее структурном контроле [5]. В интервале 410 м содержания золота превышают 0.1 г/т, а местами достигают 1–6.7 г/т. В шлифах из керна обнаружены мельчайшие выделения самородного золота, представленного (размером до 10 мкм) чешуйками и зернами неправильной формы в биотите, роговой обманке, плагиоклазе.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Целью настоящего исследования являлась ревизия данных о положительных геохимических аномалиях золота, выявленных ранее в амфиболитовых участках глубоких горизонтов СГ-3, а также изучение на современном аналитическом уровне вещественных особенностей благороднометалльной (Au, Ag, ЭПГ) минерализации этих пород. В соответствии с целью исследования была поставлена задача поиска субмикронных выделений собственных минералов элементов платиновой группы и золота. Для решения поставленной задачи было проведено изучение минерализации в трех аншлифах амфиболитов и гнейсов с глубины 9630 м.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Обнаружение, выявление морфологических особенностей и анализ состава проводились методами аналитической электронной микроскопии на сканирующем электронном микроскопе (СЭМ) “JEOL” JSM-5610 с энергодисперсионным спектрометром (ЭДС) OxfordAZtec. Картины дифракции на отражение были получены в микроскопе FIB-SEM “TESCAN” S9000G. Для FIB-полировки были использованы ионы галлия с энергией пучка 5 кэВ, ток пучка 0.5 нА и углом между ионным пучком и поверхностью образца 20 градусов.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

При изучении аншлифа амфиболита из керна К-9630 была обнаружена палладиевая фаза, образующая микроскопические выделения на контакте срастаний висмутина и не определенного сульфотеллурида висмута. Палладиевая фаза содержала в своем составе теллур и висмут, точные соотношения которых было невозможно измерить из-за окружающих более массивных рудных фаз. Решить этот вопрос стало возможным только тогда, когда на контакте зерен роговой обманки и клинохлора была обнаружена яркая в отраженных электронах частица размером 5 × 1 мкм. Ее очертания соответствовали сечению пластинчатого кристалла (рис. 1). Энергодисперсионный рентгеновский спектр помимо пиков Mg, Al, Si, Fe и O, возбужденных от силикатной матрицы, в качестве основных содержал пики Pd, Te и Bi (рис. 2). Количественный анализ с усреднением по 4 точкам дал следующие содержания этих элементов – Pd 25.14 ± 0.29; Te 25.14 ± 0.55; Bi 38.59 ± ± 0.85 мас. %.

Рис. 1.

Кристалл меренскиита в отраженных электронах. СЭМ.

Рис. 2.

ЭДС-спектр от кристалла меренскиита. СЭМ.

Атомные соотношения Pd : Te : Bi в обнаруженном минерале были близки к 1 : 1 : 1, что одинаково подходило к двум минералам – майченериту PdBiTe и меренскииту Pd(Te,Bi)2. Пересчет этих составов на формульные коэффициенты приводил к одинаково удовлетворительным формулам Pd1.005Te1.000(Bi0.786Te0.209)0.995 для майченерита или Pd1.005(Te1.209Bi0.786)1.995 для меренскиита. Причем, на этом этапе, майченерит был предпочтительнее, поскольку для меренскиита характерны заметно меньшие содержания Bi. Для разрешения возникшей неопределенности с обнаруженной частицы были получены картины дифракции электронов на отражение (EBSD) (рис. 3). Со средним угловым отклонением СУО = 0.26 по 12 линиям они были определены как меренскиит. Причем во всех точках исследованной частицы было зафиксировано одно и то же сечение кристаллической решетки, что подтвердило монокристальный характер фазы, наблюдавшийся визуально. Таким образом, исходя из структурных данных и состава обнаруженного минерала, доказано, что он является меренскиитом с округленной формулой Pd1.00(Te1.21Bi0.79)2.00.

Рис. 3.

Картина дифракции на отражение от кристалла меренскиита. СЭМ.

ОБСУЖДЕНИЕ И ВЫВОДЫ

Меренскиит является относительно распространенным теллуридом палладия, известным во многих медно-никелевых месторождениях мира, где совместно с другими минералами ЭПГ может образовывать промышленные концентрации. Наиболее яркими особенностями меренскиита из СГ-3 являются полное отсутствие в нем платины и необычно высокое содержание висмута, сближающее его с составом майченерита PdBiTe. По данным изучения тройной системы Pd–Bi–Te [6], меренскиит образует протяженное поле твердых растворов с составами от PdTe2 до Pd1.05Te1.34Bi0.61. При этом PdTe2 более устойчив при повышении температуры, чем висмутсодержащие составы, и плавится при 740°С. В то же время майченерит образует твердые растворы в интервале составов Pd0.99Bi0.79Te1.22–Pd0.95Bi1.11Te0.94. У майченерита так же более теллуристые разновидности более тугоплавки (т. пл. 501°С), чем более висмутовые (т. пл. 489°С). Таким образом, состав меренскиита из СГ-3 попадает в зазор между полями стабильности меренскиита и майченерита по экспериментальным данным.

Рис. 4.

Результат автоматической диагностики приведенной на рис. 3 дифракционной картины. СЭМ.

В литературе имеется довольно много данных по составам меренскиита Карело-Кольского региона [611]. Однако диапазон замещения теллура висмутом в них в основном колеблется в пределах Те2.00–Те1.75Bi0.25 и достигает Те1.41Bi0.59 лишь в рудах Мончегорска [12].

Можно предположить, что аномально высокое содержание висмута в найденном меренскиите обусловлено его образованием при пониженных температурах (184–323°С) [6] из флюидов, резко обогащенных висмутом. Об этом говорит обилие висмутовой минерализации, выявленной нами в изученных образцах. Наряду с самородным висмутом, висмутином, широким спектром теллуридов и сульфотеллуридов висмута (цумоит, теллуровисмутит, пильзенит, жозеит, алексит?), нами были встречены точно не установленные Au–Bi- и Ag–Bi-фазы в тесных срастаниях с, предположительно, котульскитом. Сопутствующая благороднометалльная минерализация была представлена самородными серебром и золотом, аргентитом и гесситом. Другие сульфиды из этой ассоциации представлены пирротином, халькопиритом, сфалеритом, галенитом и антимонитом.

Таким образом, данную тесную геохимическую ассоциацию благородных (Au, Ag, Pd) и редких (Bi,Te) элементов нельзя причислить ни к сульфидному медно-никелевому и платинометалльному, ни к самородно золотому типам рудной минерализации, отмеченным ранее в породах СГ-3. Обращает на себя внимание полное отсутствие (в пределах чувствительности метода) никеля в составе сопутствующих данной минерализации сульфидов железа. В отличие же от описанного ранее самородно-золотого типа рудной минерализации, самородное золото в изученных нами образцах тесно ассоциирует с самородным висмутом, теллуридами и сульфотеллуридами висмута и гесситом. Можно утверждать, что рассмотренная выше Au–Ag–Pd–Bi–Te-минерализация представляет новый тип благороднометалльного оруденения, вскрытого скважиной СГ-3.

Вопрос о положении золотого оруденения в разрезе СГ-3 в общей последовательности эндогенных процессов остается открытым. Возможны три варианта: 1) перераспределение золота при метаморфизме за счет первичных концентраций во вмещающих породах; 2) избирательное осаждение на периферии зон регрессивных изменений и гидротермальной сульфидной минерализации; 3) отложение из восстановительных флюидов глубинного происхождения.

Температуры образования гидротермальной сульфидной минерализации оценивались по распределению кобальта в срастаниях пирротина и пирита. Значения температур, вычисленные по коэффициенту распределения кобальта в этих сульфидах, в основном укладываются в интервале 184–323°С, т.е. они существенно более низкие, чем температуры, характерные для амфиболитовой фации метаморфизма вмещающих пород.

Необходимо отметить, что на преобразование рудных минералов в зоне разлома оказал влияние регрессивный зональный метаморфизм, впервые установленный на таких глубинах [13].

ВЫВОДЫ

1. Впервые на глубоких горизонтах (около 10 км) обнаружена собственная палладиевая минерализация. Найден и с высокой точностью диагностирован палладиевый минерал – меренскиит с формулой Pd1.00(Te1.21Bi0.79)2.00. Высокое содержание висмута в обнаруженном кристалле меренскиита, видимо, связано с низкотемпературными условиями его образования из флюида, резко обогащенного висмутом. Это также подтверждается многочисленными находками сопутствующих висмутовых минералов (самородных и интерметаллидов, сульфидов, теллуридов и сульфотеллуридов).

2. Был обнаружен новый для пород СГ-3 тип рудной минерализации – благороднометалльно (Au–Ag–Pd)-редкоэлементный (Bi–Te).

Список литературы

  1. Кольская сверхглубокая. Научные результаты и опыт исследований / по ред. В.П. Орлова, Н.П. Лаверова М.: МФ “Технонефтегаз”. 1998. 260 с.

  2. Яковлев Ю.Н., Казанский В.И. Корреляция рудной минерализации в разрезе Кольской сверхглубокой скважины и на поверхности // Геология рудных месторождений. 1998. Т. 40. №. 4. С. 379–392.

  3. Дистлер В.В., Филимонова А.А., Гроховская Т.Л., Лапутина И.П. Платиновые металлы в медно-никелевых рудах Печенгского рудного поля // Геология рудных месторождений. 1989. № 6. С. 3–17.

  4. Козловский Е.А., Губерман Д.М., Казанский В.И., Ланев B.C., Генкин А.Д., Боронихин В.А., Нартикоев В.Д. Рудоносность глубинных зон древней континентальной земной коры // Сов. геология. 1988. № 9. С. 3–11.

  5. Лобанов К.В., Казанский В.И., Чичеров М.В. Золотая минерализация в разрезе Кольской сверхглубокой скважины и на поверхности в Печенгском рудном районе // Мат. междунар. Конф. “Золото Фенноскандинавского щита”. Петрозаводск. КНЦ РАН, 2013. С. 121–125.

  6. Hoffman E.L., MacLean W.H. Phase Relations of Michenerite and Merenskyite in the Pd-Bi-Te System // Economic Geology. 1976. V. 71. № 7. P. 1461–1468.

  7. Chashchin V.V., Petrov S.V. Low Sulfide PGE Ore in the Volchetundra Gabbro–Anorthosite Pluton, Kola Peninsula, Russia // Geology Ore Deposits. 2013. V. 55. No. 5. P. 357–382.

  8. Lavrov O.B., Kuleshevich L.V. Platinoids in the Kaalamo Differentiated Massif in the Northern Ladoga Region, Karelia, Russia // Geology of Ore Deposits. 2017. V. 59. №. 7. P. 632–641.

  9. Рундквист Т.В., Припачкин П.В., Мирошникова Я.А., Базай А.В. Новые данные о геологическом строении и благороднометалльной минерализации Южносопчинского массива (раннепротерозойский Мончегорский комплекс, Кольский регион) // Вестник Кольского научного центра РАН. 2016. №. 3. С. 26.

  10. Субботин В.В., Габов Д.А., Корчагин А.У., Савчен-ко Е.Э. Минеральный состав оруденения нового платинометалльного месторождения Сев. Каменник, Зап.-Панский массив, Кольский п-ов // Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН. 2015. №. 12. С. 176–180.

  11. Субботин В.В., Корчагин А.У., Габов Д.А., Савченко Е.Э. Локализация и состав малосульфидной платинометалльной минерализации в Западно-Панском массиве // Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН. 2012. №. 9. С. 302–307.

  12. Гроховская Т.Л., Лапина М.И., Мохов А.В. Ассоциации и генезис минералов платиновой группы в малосульфидных рудах месторождения Мончетундра (Кольский полуостров, Россия) // Геология рудных месторождений. 2009. Т. 51. № 6. С. 520–539.

  13. Казанский В.И., Кузнецов О.Л., Кузнецов А.В., Лобанов К.В., Черемисина Е.Н. Глубинное строение и геодинамика Печенгского рудного района: опыт изучения Кольской сверхглубокой скважины // Геология рудных месторождений. 1994. Т. 36. № 6. С. 500–519.

Дополнительные материалы отсутствуют.