Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2022, T. 503, № 1, стр. 12-17

Одним из направлений изучения генезиса рудных объектов является исследование типоморфизма минералов как источника генетической информации [1, 2]. В статье приводятся первые результаты изучения типоморфных геохимических и изотопных характеристик и термоэлектрических свойств пирита и пирротина месторождения Угахан как главных минералов-индикаторов разных стадий формирования месторождения.

Месторождение Угахан расположено в Верхне-Угаханской антиклинали северного фланга Бодайбинского синклинория и локализовано в терригенных отложениях бужуихтинской свиты (рис. 1). Рудные тела локализованы в верхней подсвите бужуихтинской свиты, в толще полевошпатово-кварцевых песчаников, чередующихся с алевролитами и углеродистыми филлитовыми сланцами. Они имеют пластообразную форму, субсогласное залегание с вмещающими породами, полого падают на С–СВ под углами 15°–30° и располагаются ярусно на контакте литологически разных пород – пелитовой и песчанистой. Длина рудных тел по простиранию доходит до 4 км, а по падению до 600 м. Рудные тела выделяются по результатам опробования, содержание Au варьирует от 0.2 до 13.74 г/т. Минерализация представлена пиритом и пирротином, в меньшей степени распространены халькопирит, галенит, сфалерит, минералы группы сульфосолей и аллоклазит. Главный минерал руд пирит представлен четырьмя морфогенетическими разновидностями.

Рис. 1.

Схематическая карта месторождения Угахан.

Данное исследование проведено на изучении 27 образцов из керна месторождения Угахан. Содержания редких элементов в сульфидах были изучены методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS) и лазерной абляцией (LA) в лаборатории анализа минерального вещества ИГЕМ на квадрупольном масс-спектрометре ThermoXSeries 2 с лазерной приставкой NWR UP-213. Термоэлектрическая движущая сила (ТЭДС) определялась в СВКНИИ ДВО РАН на приборном комплексе, разработанном на основе опубликованных данных [3, 4]. Изотопный анализ S выполнен в ЦКП ДВГИ ДВО РАН, лаборатория стабильных изотопов с использованием фемтосекундного комплекса лазерной абляции NWR Femto [5, 6]. Соотношение изотопов серы измеряли на массах 127 (³²SF⁵⁺) и 129 (³⁴SF⁵⁺) на масс-спектрометре МАТ-253 (“Thermo Fisher Scientific”, Germany).

В результате исследований под оптическим микроскопом с применением диагностического травления пирита и пирротина, концентрированными азотной и соляной кислотами соответственно, установлено, что наиболее ранними разновидностями являются пирит-I и II, по которым развивается пирротин с последующим наложением главной продуктивной ассоциации с пиритом-III (рис. 2). Заключительный этап формирования месторождения характеризуется синхронным появлением пострудного пирита-IV рудных тел, и пирита наложенных кварцевых жил.

Рис. 2.

Морфологические разновидности пирита месторождения Угахан.

Py-I представлен редкими фрамбоидальными зернами размером до 160 мкм, рассеянными во вмещающих породах и среди более поздних агрегатов пирита. В качестве примеси в них отмечаются Ni, Co, Cr, As и Au (табл. 1). Важной особенностью данной генерации является наличие золота в виде нанофаз без образования собственной минеральной формы.

Py-II представлен редкими мелкими кубическими кристаллами, как в виде рассеянной вкрапленности, так и в виде реликтов в составе более поздних агрегатов пирита, которые аналогично py-I обогащены Ni, Co, Cr, As и Au.

Пирротин (po) образуется при замещении, часто псевдоморфном, ранних разновидностей пирита. Нашими исследованиями примесей в пирротине не установлено.

Марказит (mrc) на месторождении Угахан развивается по пирротину перед формированием py-III (py-III). Марказит образует каймы небольшой мощности, развивается по трещинам в пирротине. По химическому составу марказит близок к более позднему py-III. В качестве примеси установлен As до 1859 г/т.

Py-III встречается гораздо чаще, чем пириты ранних генераций. Наиболее распространен в контурах рудных тел и является главным минералом на месторождении Угахан. По химическому составу py-III более высокожелезистый относительно py-I; -II. Для него характерно небольшое количество примеси Ni и Co, и заметна примесь As (табл. 1). С этой генерацией пирита тесно ассоциирует самородное золото, локализованное в трещинах, пустотах и других дефектах в нем. Кроме самородного золота py-III ассоциирует с халькопиритом, галенитом, сфалеритом, аллоклазитом и минералами группы сульфосолей.

Пирит-IV представлен крупными идиоморфными кристаллами размером до 4 см. Он распространен как в контуре рудных тел месторождения, так и далеко за его пределами. При диагностическом травлении в нем выявляются контуры агрегатов py-III, редко py-I;-II. Предположительно в это же время были сформированы кварцевые жилы с идиоморфными кристаллами пирита-IV_Q, рассекающие рудные тела в разных направлениях. Пирит-IV и пирит-IV_Q отличаются от перечисленных выше генераций отсутствием золота как в виде примеси на поверхности, так и в виде включений самородного металла. Методом LA-ICP-MS в кристаллах py-IV; -IV_Q установлена только примесь As (среднее содержание 191 г/т).

Анализ ТЭДС пирита и пирротина (табл. 2) показал, что пирротин обладает однородными и стабильными параметрами коэффициента ТЭДС = = +13...+15 мкв/град, в то время как пирит оказался весьма неоднородным и, чаще всего, зональным. Выделяются хаотично распределенные локальные зоны n-типа с неоднородными значениями коэффициента при ТЭДС среднем = –114.3 мкв/град. Данные области относятся к ранним генерациям пирита (py-I; -II). В зернах py-III выделяются значительные области со стабильно положительными коэффициентами ТЭДС (+30…+324 мкв/град) и узкие (2–3 мм) зоны краевых частей кубических кристаллов (py-IV) с отрицательными значениями ТЭДС от –34 до –207 мкв/град.

Изотопный анализ серы производился локальным методом. По мере эволюции от ранних разновидностей пиритов к поздним, δ³⁴S заметно менялся (рис. 3): py-I (от 5.7 до 7.0, среднее 6.3‰); и py-II (от 5.6 до 6.9, среднее 6.2‰) к наложенной пирит-пирротиновой ассоциации: po (от 8.3 до 8.9, среднее 8.6‰), → mrc (от 8.8 до 9.1, среднее 8.9‰) образованного по пирротину в виде каймы, → py-III (от 8.3 до 9.1, среднее 8.8‰), происходит рост δ³⁴S_VCDT более чем на 2‰. При этом каймы пирита (py-IV), становятся значительно легче (от 2.1 до 6.8, среднее 4.1‰).

Рис. 3.

График распределения средних содержаний элементов-примесей (%) и изотопных характеристик в сульфидах месторождения Угахан. Крупными фигуративными точками желтого цвета показаны средние значения δ³⁴S, мелкими точками синего цвета – разброс значений.

Результаты наших исследований показывают аналогичную последовательность формирования рудной минерализации месторождения Угахан с ранее изученными месторождениями Байкало-Патомского нагорья [7–10]. Очевидно, что ранние генерации пирита (py-I; -II) отделены от рудоносного py-III этапом метаморфических преобразований, на котором происходило формирование пирротина. Согласно [8, 10], пирротинизация пирита на соседних месторождениях (Сухой Лог, Красное, Кавказ и др.) происходила в условиях зеленосланцевого метаморфизма. В результате процесса замещения происходило высвобождение элементов, находящихся в виде примеси в ранних генерациях пирита, и образование их собственных минеральных форм. Согласно результатам LA-ICP-MS, на месторождении Угахан ранние разновидности пирита (py-I; -II) отличаются повышенными относительно пиритов более поздних генераций концентрациями Co (от 4.3 до 217 г/т), Ni (5.4–78.7 г/т), Cr (7.4–126г/т) и Au (от 0.11 до 0.44 г/т). Сравнительно высокие значения Ni, Co обусловлены изоморфизмом атомов Fe³⁺ с Ni³⁺ и Co³⁺, с формированием донорных уровней, увеличением концентрации электронов, и, как следствие, развитием электронного типа проводимости (рис. 3). Это подтверждается локальными областями n-типа проводимости в реликтах py-I; -II.

Пирит рудной ассоциации (py-III) характеризуется снижением количества примесей Ni, Co и Cr, но максимальным содержания As до 3250 г/т (среднее 1859 г/т) (табл. 2). Вероятно, именно с этим связан его дырочный тип проводимости [11]. Поздняя морфологическая разность наложенного пирита (py-IV; -IV_Q), отличающаяся минимальным количеством примесей (в том числе As), обладает заметной электронной проводимостью.

В результате проведенных изотопных исследований установлен тренд утяжеления δ³⁴S_VCDT (‰) от ранних разновидностей пирита (py-I, -II) до метаморфических генераций сульфидов (po, mrc, py-III). Значения δ³⁴S варьируют в узких интервалах, которые не перекрывают друг друга. Такое повышение δ³⁴S может быть связано с процессом метаморфических преобразований рудного этапа становления месторождения. Согласно [12], наиболее высокотемпературный процесс рудного этапа (~400°С; ~5–6 кбар) сопровождался реакцией пирротинизации пирита (2H₂O + C + 2FeS₂ = = CO₂ + 2H₂S + 2FeS), в результате которой часть изотопно-легкой серы могла удаляться из системы в форме H₂S. Это предполагает, что рудный процесс с формированием po, mrc и py-III происходил с утяжелением серы сульфидов относительно первичных py-I, py-II. Отличие py-IV по всем признакам указывает на то, что пострудная минерализация, включая кварцевые жилы, формировалась из флюида с более легким изотопным составом серы (δ³⁴S <+5‰).

Таким образом, ранние пириты (py-I; -II) характеризуются наличием примесей Ni, Co, Cr и Au, электронным типом проводимости и значениями δ³⁴S ~ +5.6‰. Потеря Py-III примесей, Ni, Co и Cr, с возрастанием As, обусловливает его дырочный тип проводимости, что наряду с кристаллизацией золото-полиметалльной ассоциации минералов, возможно, приводит к увеличению δ³⁴S от +8.6 до +9.1‰ в связи с кинетическими изотопными эффектами в системе [13, 14]. Пострудные py-IV и py-IV_Q характеризуются минимальными концентрациями примесей, электронным типом проводимости и изотопно более легкой серой (δ³⁴S ≤ +5‰).

Полученные данные по типоморфизму пирита месторождения Угахан указывают на разные условия формирования продуктивной и постпродуктивной ассоциации в рудах.