Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2022, T. 502, № 1, стр. 3-9

ВВЕДЕНИЕ

Вдоль северо-восточной окраины Сибирского кратона на границе с Колымо-Омолонским супертеррейном расположены многочисленные орогенные золоторудные месторождения позднеюрско-ранненеокомового Яно-Колымского металлогенического пояса (ЯКМП). Самородное золото здесь встречается в кварцевых жилах, а “невидимое” связано с сульфидами (пирит, арсенопирит) – как в жилах, так и в проксимальных метасоматитах рудных зон. Ранее изотопный анализ серы сульфидов из рудных тел, вмещающих пород и метатерригенных толщ месторождений ЯКМП проводился только из микронавесок. Он показал чрезвычайно изменчивый диапазон значений δ³⁴S от –23.1 дo +5.7‰ ([1, 2] и ссылки в них). В зависимости от возраста вмещающих пород, как на это указывают Р. Гольдфарб и Д. Гровс [3], составы δ³⁴S сульфидов для орогенных золоторудных месторождений меняются от –20 до +25‰. Новые данные и закономерности по вариациям δ³⁴S могут быть получены с применением локального изучения изотопного состава S сульфидов [4, 5]. Совместный анализ изотопного состава с геохимическими характеристиками золотоносных сульфидов позволяет оценить/выявить латеральную и вертикальную изотопно-геохимическую зональность, возможные источники серы – комплексообразующего агента для золота, а следовательно, специфику рудообразующих процессов. В сообщении приводятся результаты анализа изотопного состав серы и геохимических характеристик пирита и арсенопирита месторождения Бадран, с целью выяснения наличия неоднородностей состава отдельных зерен, изменения вариаций величин δ³⁴S пиритов и арсенопиритов с глубиной и с содержанием в них золота, что важно для уточнения генетических аспектов формирования орогенных золоторудных месторождений ЯКМП.

ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЙ

Месторождение Бадран (рис. 1), разрабатываемое с 1984 г., относится к типичным орогенным месторождениям золота с жильно-прожилковой кварцевой и вкрапленной сульфидной минерализацией, контролируемым разломами [6]. Месторождение локализуется в минерализованной зоне Надвиговая, мощностью от первых десятков сантиметров до 30 м, прослеженной поверхностными и подземными горными выработками по простиранию на расстояние более 5 км, по падению – более 1.2 км.

Рис. 1.

Изогипсы подошвы зоны Надвиговая месторождения Бадран и положение проб с данными локального изотопного состава серы сульфидов и изменения примеси As, мас. % в пирите. На врезке: схема геологического строения месторождения Бадран. Q – четвертичные аллювиальные отложения, T₃ – позднетриасовые терригенные отложения.

Отмеченное позволило изучить на различных глубинных уровнях изотопный состав серы и геохимические характеристики сульфидов из рудных столбов в кварц-серицит-карбонат-пирит-арсенопиритовых метасоматитах минерализованной зоны Надвиговая. Содержание золота в метасоматитах достигает первых грамм на тонну, а в рудных столбах с кварцевыми жилами мощностью до 3.5 м, содержание золота достигает нескольких кг на тонну [6]. Вмещающие верхнетриасовые (карний и норий) песчаники и алевролиты метаморфизованы до уровня начальных ступеней зеленосланцевой фации.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Изотопный анализ серы выполнен в лаборатории стабильных изотопов центра коллективного пользования Дальневосточного геологического института РАН (ДВГИ ДВО РАН, г. Владивосток). Подготовка образцов для масс-спектрометрического изотопного анализа серы проведена локальным лазерным методом с использованием фемтосекундного комплекса лазерной абляции NWR Femto [7, 8]. Соотношение изотопов серы измеряли на массах 127 (³²SF⁵⁺) и 129 (³⁴SF⁵⁺) на масс-спектрометре МАТ-253 (“Thermo Fisher Scientific”, Germany). Измерения проведены относительно лабораторного рабочего стандарта, калиброванного по международным стандартам IAEA-S-1, IAEA-S-2 и IAEA-S-3.

Результаты измерений δ³⁴S приведены относительно международного стандарта VCDT и выражены в промилле (‰). Точность анализа величин δ³⁴S составляла ±0.20‰ (2σ). Химический состав пирита и арсенопирита определен в отделе физико-химических методов анализа Института геологии алмаза и благородных металлов СО РАН (ИГАБМ СО РАН, г. Якутск) по профилям по стандартной методике рентгеноспектральным методом на микроанализаторе Camebax-Micro (“Cameса”, Courbevoie, France). Условия съемки: ускоряющее напряжение: 20 кВ, ток: 25 нA, t измерений – 10 с, аналитические линии: Fekα, Cokα, Nikα, Cukα, AuMα, Skα, SbLα, AsLα, PbMα. Стандарты: FeS₂ – Fe, S; FeAsS – As; FeNiCo – Co, Ni; Au 850‰ – Au; CuSbS₂ – Sb; PbS – Pb. Содержание Au более 2 г/т определено в ИГАБМ СО РАН на атомно-эмиссионном спектрометре Agilent 4200 MP-AES с СВЧ-насыщаемой плазмой.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Изотопный состав серы и составы сульфидов изучены для 12 зерен пирита и 9 зерен арсенопирита, отобранных на различных глубинах (от 587 до 916 м) (см. рис. 1). Арсенопириты представлены короткопризматическими кристаллами, для пиритов характерны кубические, реже пентагондодекаэдрические формы. Размер кристаллов от 1–1.5 до 2–3 мм. Результаты изотопных исследований приводятся на рис. 1 и в табл. 1.

Согласно полученным нами данным, изотопный состав серы пирита и арсенопирита месторождения Бадран характеризуется узким диапазоном значений от –1.1 до +1.9‰ и средней величиной +0.4‰ (табл. 1) и близок к значениям δ³⁴S для сульфидов из золото-кварцевых жил орогенных месторождений Адыча-Тарынской металлогенической зоны ЯКМП: аpсенопирит – от –2.1 до +2.4‰, пирит – от –6.6 до +5.4‰ [2, 9].

Схожий изотопный состав серы арсенопирита и пирита золото-кварцевых жил месторождений Адыча-Тарынской металлогенической зоны ЯКМП и вкрапленной минерализации из рудных метасоматитов месторождения Бадран свидетельствует об их формировании в ходе единого изотопно равновесного гидротермального события. Образование ранней прожилково-вкрапленной малосульфидной золото-кварцевой минерализации произошло в условиях фазовой сепарации рудообразующих флюидов [10]. Близкие к нулю значения δ³⁴S характерны для ювенильных/магматических источников [3, 11–13].

Наибольшие вариации величины δ³⁴S установлены в пиритах (от –0.7 до +1.9‰, среднее +0.9‰, коэффициент вариации CV = 84%). Изотопный состав серы пирита месторождения Бадран несколько тяжелее арсенопирита и характеризуется меньшим интервалом вариаций, чем δ³⁴S в пирите из кварцевых жил и метасоматитов (среднее +4.0‰) Верхне-Колымского золотоносного района [1]. По вариациям δ³⁴S в пирите выделено два типа кристаллов. Первый тип – изотопно-неоднородный с утяжелением серы от центра к периферии зерен (среднее в центре зерен 0.2‰, среднее на периферии зерен 1.5‰) (пробы Б-10/1–19, Б-14/1–19, Б-24/1–19, Б-26-19, Б-33-19, Б-35/1–19, Б-54/1–19). Разница величины δ³⁴S составляет до 2.1‰ (проба Б-35/1–19). Подобная зональность отмечена ранее на месторождении Сухой Лог, где она связывается как с первичной неоднородностью, так и с процессом перекристаллизации пирита во время формирования золотой минерализации [14]. Она может быть обусловлена также вариациями fО_2–pH условий рудообразующих процессов [15]. Второй тип с учетом ошибки анализа – изотопно-однородный пирит, в котором значения δ³⁴S в центре кристаллов незначительно (0.0–0.3‰) отличаются от периферии (пробы Б-17-19, Б-41–19, Б-51–19, Б-52-19, Б-56/1–19).

Пириты имеют нестехиометрический состав (более 60% анализов Fe/S + As ≠ 0.5), недостаток S (65% анализов S/Fe < 2.0 при С_s = 50.08–53.22 мас. %) и элементы-примеси As, Co, Ni, Cu, Sb и Pb. Наиболее значимой является примесь As, она составляет 0.18–2.56 мас. % и часто формирует в кристаллах химическую зональность и блочность. Концентрации As более 2.0 мас. % фиксируются как в центральной части зерен (рис. 1, табл. 1, проба Б 14/1–19), так и по периферии (рис. 1, табл. 1, проба Б 10/1–19). Большинство зерен изотопно-неоднородного пирита характеризуются уменьшением концентраций As и утяжелением δ³⁴S от центра к периферии (среднее в центре 1.6 мас. %, среднее на периферии зерен 1.2 мас. %) (пробы Б-14/1–19, Б-24/1–19, Б-26-19, Б-33–19, Б-35/1–19, Б-54/1–19). Для As не характерно проявление корреляционных связей с другими элементами-примесями, а с содержаниями S наблюдается значимая отрицательная корреляционная связь (r = –0.47), что указывает на процессы изоморфного замещения. Общая концентрация примеси Co, Ni, Cu, Sb и Pb не превышает 0.54%. Кобальт является постоянной примесью в пиритах и составляет 0.008–0.157 мас. %. Для него характерна сильная корреляционная связь с Ni (r = 0.61), превышение концентрации Co над Ni (Co/Ni = 1.1–31.0). Примесь Ni, Cu и Pb фиксируется в 30% анализов и характеризуется секторальным распределением в объеме кристалла. Примесь Sb (от 0.001 до 0.208 мас. %, среднее 0.040 мас. %) присутствует во всех проанализированных зернах, а изменения ее концентрации отличаются наибольшим коэффициентом вариаций (CV = 109.42%).

Величины δ³⁴S арсенопирита несколько ниже, чем пирита, и имеют весьма узкий диапазон вариаций от –1.1 до +0.3‰ (среднее –0.4‰, CV = 78%). Это согласуется с ранее полученными оценками δ³⁴S для арсенопирита из золото-кварцевых жил Адыча-Тарынской металлогенической зоны ЯКМП [2]. Для арсенопиритов также характерны нестехиометричность составов (Fe/S + As = = 0.497–0.479) и обогащенность серой (As/S = = 0.77–0.99). Суммарное содержание типоморфных элементов-примесей Co, Ni, Cu и Sb составляет 0.1–0.5 мас. %. Распределение концентраций элементов-примесей в кристаллах часто имеет зональный характер, так в центральной части наблюдаются повышенные содержания кобальта или сурьмы, при этом между этими элементами наблюдается значимая отрицательная корреляция (r = –0.39, на периферии до r = –0.47). Повышение концентрации Sb (более 0.15 мас. %) сопровождается уменьшением содержания As (r = –0.46). Как и в пиритах, для арсенопиритов характерна сильная корреляционная связь между Co и Ni (r = = 0.64) и преобладание концентраций Co (Co/Ni = = 1.09–15.0). Примесь Cu не превышает 0.04 мас. % и для нее не характерна упорядоченность распределения.

Оценка зависимости изотопного состава S пирита и арсенопирита от глубины показала наличие нелинейной вертикальной изотопно-геохимической зональности (рис. 2а). Так, δ³⁴S арсенопирита выше уровня 700–750 м имеет величину +0.3…–0.5‰, ниже – отмечается облегчение изотопного состава S до –1.1‰ (r = 0.74) (рис. 2а). Сходная тенденция характерна для δ³⁴S пирита из центра зерен (r = 0.5). Можно предположить связь изменения с глубиной δ³⁴S сульфидов с неоднородностью гидротермально-метасоматических изменений минерализованной зоны Надвиговая, как это показано на примере золоторудного месторождения Сухой Лог [14].

Рис. 2.

Связь изотопного состава серы пиритов и арсенопиритов из руд месторождения Бадран с глубиной (а) и с содержанием в них золота (б). Показано: стрелкой – направление изменения изотопного состава S от центра к периферии зерна, цветом – области изменения изотопного состава S.

Пирит и арсенопирит из метасоматитов месторождения Бадран содержат золото (см. табл. 1). При близком диапазоне концентраций золота в пирите – от 13.7 до 155.45 г/т и в арсенопирите – от 34.81 до 168.45 г/т, его средние содержания выше в арсенопирите (109.26 г/т), чем в пирите (42.87 г/т) (табл. 1). Микровключений самородного золота Au⁰ на электронном сканирующем микроскопе JEOL JSM-6480LV не обнаружено. Можно предположить, что также как и на месторождении Хангалас [9] золото в сульфидах, в основном, “невидимое” структурно связанное Au⁺. Из рис. 2б следует, что и пирит, и арсенопирит имеют низкое содержание Au во всем интервале изотопного состава серы. Однако образцы, характеризующиеся высоким содержанием золота (168.45 г/т), имеют узкий диапазон величин δ³⁴S, близкий к 0 (от –0.5 до +0.5‰).

ВЫВОДЫ

Гомогенный изотопный состав серы в локальных микропробах пирита и арсенопирита из рудных столбов месторождения Бадран указывает на их формирование в ходе единого эволюционирующего гидротермального события. Величины δ³⁴S, близкие к нулю, соответствуют представлениям об участии глубинных мантийных флюидов в рудообразовании месторождения Бадран [16]. В рудах выявлены две разновидности пирита: изотопно и геохимически неоднородный с ростом δ³⁴S от центра к периферии зерен, синхронным уменьшением концентраций As, и гомогенный. Пирит и арсенопирит содержат концентрации структурно связанного золота, арсенопирит c околонулевыми величинами δ³⁴S более золотоносный. Оценка связи изотопного состава S пирита и арсенопирита с глубиной показала наличие нелинейной вертикальной изотопно-геохимической зональности, обусловленной неоднородностью гидротермально-метасоматических изменений минерализованной зоны Надвиговая месторождения Бадран.