Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2023, T. 508, № 1, стр. 24-31

ВВЕДЕНИЕ

На крупных орогенных золоторудных месторождениях (OGD) Яно-Колымского металлогенического пояса (ЯКМП) значительная, а нередко основная, часть золота присутствует в “невидимой” форме во вкрапленных пирите и арсенопирите проксимальных серицит-хлорит-карбонат-кварцевых метасоматитов [1–4]. Изучение изотопно-геохимических характеристик сульфидов из метасоматитов позволяют лучше понять эволюцию рудообразующих процессов и формирование Au-минерализации, что критически важно для переоценки сырьевого потенциала известных месторождений и подготовки программ поисков крупных месторождений в ЯКМП. Здесь мы представляем новые результаты исследования химического состава и изотопии S пирита и арсенопирита на примере титон-валанжинских OGD ЯКМП. Месторождения Мало-Тарынское, Бадран и Хангалас локализованы в верхнепермско-триасовых терригенных толщах, а Вьюн и Шумный – в позднеюрских дайках (151–145 млн лет, циркон, U–Pb SHRIMP-II [5]) трахибазальтов, андезитов, трахиандезитов, дацитов и гранодиортиов комплекса малых интрузий и их экзоконтактах (рис. 1).

Рис. 1.

Схема геологического строения центральной части Яно-Колымского металлогенического пояса и положение изученных месторождений. Разломы: МС – Мугурдах-Селириканский, АТ – Адыча–Тарынский, ЧЮ – Чай-Юреинский, ЧИ – Чаркы-Индигирский, Д – Дарпирский, Ч – Чибагалахский.

Положение месторождений контролируется региональными разломами – Адыча-Тарынским (месторождение Мало-Тарынское), Мугурдах-Селириканским (месторождение Бадран), Чаркы-Индигирским (месторождения Вьюн и Шумный) и Чай-Юреинским (месторождение Хангалас) (рис. 1). В рудных телах жильного/прожилкового и вкрапленного типов выделяется несколько минеральных ассоциаций – пирит-арсенопирит-кварцевая метасоматическая, пирит-арсенопирит-кварцевая жильная, золото-полисульфидно-кварцевая и сульфосольно-карбонатная [6]. Нашими исследованиями [3, 4] и работами [2, 7] за пределами известных рудных тел и в метасоматитах OGD ЯКМП выделены Py1 (диагенетический), Py2 (метаморфогенный), Py3 (метасоматический) и Apy1 (метасоматический).

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Образцы для минералого-геохимических и изотопно-геохимических исследований отобраны из обнажений, поверхностных и подземных горных выработок различных участков месторождений Мало-Тарынское, Бадран, Хангалас, Вьюн и Шумный. Для минералогических, микротекстурных и геохимических исследований вкрапленного сульфидного оруденения были приготовлены аншлифы (всего 74) и зерна в эпоксидных шашках (100 сульфидных зерен в 10 шашках). Химические анализы составов пирита и арсенопирита сделаны в отделе физико-химических методов анализа Института геологии алмаза и благородных металлов СО РАН (ИГАБМ СО РАН, г. Якутск). Химический состав пирита (281 анализ) и арсенопирита (94 анализа) определен рентгеноспектральным методом (РСМ) на микроанализаторе Camebax-Micro (“Cameса”, Courbevoie, France). Содержания Au более 2 г/т определены в порошкообразных мономинеральных образцах методом атомно-абсорбционной спектрометрии (ААС) с электротермическим распылением на спектрометре МГА-1000 (ЛЮМЭКС, Россия). Изотопный состав серы δ³⁴S (57 проб) изучен локальным и валовым методами в лаборатории стабильных изотопов ЦКП ДВГИ ДВО РАН (г. Владивосток) по стандартным методикам, опубликованным в [3, 4]. Величины измерений δ³⁴S приведены относительно международного стандарта VCDT и выражены в промилле (‰). Точность анализа величин δ³⁴S составляла ±0.20‰ (1σ).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Главными рудными минералами в проксимальных серицит-хлорит-карбонат-кварцевых метасоматитах изученных месторождений являются золотоносные (до 159.5 г/т) Py3 и Apy 1, содержание которых до 4–6%. Py3 кубической и пентагондодекаэдрической формы часто имеет зональное строение [3], Apy1 – короткопризматической и псевдопирамидальной формы. Размер кристаллов от долей до 1–1.5 мм, реже до 2–3 мм, в дайках отмечаются метакристаллы размером до 5 мм.

Пирит3 содержит элементы-примеси: As, Co, Ni, Cu, реже Sb и Pb, другие элементы присутствуют в количествах ниже предела обнаружения РСМ (рис. 2 а). В Py3 из терригенных толщ As является основной примесью (от 0.31 до 3.16 мас. %) и для большинства (68%) проанализированных зерен 0.5 мас. % < С_As < 1.5 мас. %. В пиритах из даек содержание As имеет наибольшие вариации: от безмышьяковистых до С_As = 2.03 мас. % (месторождение Шумный) (рис. 2 а). Общее содержание остальных элементов-примесей изменяется от 0.01 до 0.55 мас. %, но преобладают зерна пирита, для которых Σ(Co, Ni, Cu, Sb, Pb) < 0.15 мас. %. Распределение концентраций элементов-примесей в Py3 из терригенных пород и из даек сопоставимо, но наблюдается ряд особенностей (рис. 2 а). Пириты3 месторождения Бадран имеют повышенные концентрации Sb (до 0.21 мас. %), на месторождении Мало-Тарынское примесь Sb ниже предела обнаружения (рис. 2 а), а на месторождении Хангалас установлена примесь Pb (до 0.11 мас. %). В нескольких кристаллах пирита из даек месторождений Вьюн и Шумный выявлены повышенные концентрации Sb (С_Sb = 0.12 мас. %), Cu (С_Cu до 2.31 мас. %) и Ni (С_Ni до 3.52 мас. %). Пириты3 из даек имеют отрицательную связь высокой степени для пар Fe²⁺ → Co²⁺ и Fe²⁺ → → Ni²⁺(r = –0.7…–0.9). В Py3 проявлена химическая зональность As: выделяется центральная (С_As до 3.07 мас. %), промежуточная (С_As < 2.0 мас. %) и краевая (С_As до 2.20 мас. %) зоны. Концентрации Co и Ni могут заметно изменяться в объеме одного зерна. Повышенные содержания Co (до 0.22 мас. %) установлены в центральной части кристаллов, а Ni (до 0.46 мас.%) по их периферии. Общая (эмпи-рическая)  формула Py3 из изученных OGD: Fe_0.98–1.08(Ni_0.0–0.01Co_0.0–0.01)S_1.95–2.00As_0.01–0.05.

Рис. 2.

Вариации содержания и соотношения элементов примесей в пирите орогенных золоторудных месторождений центральной части ЯКМП. (а) распределение элементов-примесей в Py; (б) тройная диаграмма As–Fe–S [9] для Py3. Тренды замещения As → S: As^1– изоморфные замещения в Py3, нановключения As⁰, As → Fe: As²⁺ изоморфные замещения в Py3, As³⁺ изоморфные замещения в Py3 и двухвалентные металлы (Me²⁺), изовалентно замещающие Fe (Co, Ni, Cu); (в–д) графики, показывающие соотношения в Py3 между концентрацией: (в) As и Au, (г) Ni и Co, (д) Co и Au изученных месторождений.

Микроэлементы в сульфидах могут встречаться в изоморфной структурно-связанной форме и в виде нано-/микровключений [8]. Для Py3 из месторождений в терригенных толщах (Мало-Тарынское, Бадран, Хангалас) и месторождений в дайках (Вьюн, Шумный) характерна нестехиометричность составов (63% анализов Fe/(S + As) ≠ 0.5, S/Fe ≠ 2.00). Соотношение S/Fe изменяется на отдельных месторождениях в больших пределах (Вьюн S/Fe = 1.87–2.04; Бадран S/Fe = 1.88–2.09). Состав Py3 отличается от расчетных значений (Fe = 46.547 мас. % и S = = 53.453 мас. %), что указывает на наличие вакантных позиций в структуре пирита, которые занимают элементы-примеси. В большинстве анализов пириты обеднены серой, недостаток которой восполняется As^1–, но мышьяк может в кристаллической решетке замещать Fe (As²⁺ and As³⁺) или находиться в виде нановключений (As⁰). Главным механизмом включения в состав пирита Co, Ni, Cu, Sb, Pb (Me²⁺) является изоморфное замещение Fe [9]. Тройная диаграмма As–Fe–S демонстрирует возможные сценарии вхождения микроэлементов в состав пирита (рис. 2 б). Наиболее ярко это проявлено для пары S–As: повышенные содержания As характерны для пиритов с недостатком серы, для всей выборки r_S–As = –0.68 и увеличивается на отдельных объектах (Мало-Тарынское, r_S–As= –0.77; дайки месторождения Вьюн, r_S–As = –0.80). Корреляционные связи между Fe, S и другими элементами-примесями изменчивы и в большей степени проявляются на отдельных объектах (Мало-Тарынское, r_S–Cu = = ‒0.54; Шумный, r_Fe–Cu= –0.65).

В Py3 как на золоторудных месторождениях в терригенных толщах (Мало-Тарынское, Бадран и Хангалас), так и в дайках (Вьюн, Шумный) между Co, Ni и Fe наблюдаются обратные корреляционные связи различной степени от слабой (r = = ‒0.3...–0.5) до умеренной (r = –0.65). Отношение Ni/Co в Py3 изменяется в широких пределах (0.1–19.1), но в большинстве анализов C_Co > C_Ni и в 90% анализов 10.0 > Ni/Co > 0.1, что характерно для гидротермального отрицательно заряженного пирита с высокой проводимостью (p-тип) [11] (рис. 2 г). Обедненный кобальтом Py3 с обратной корреляционной связью между Co и Au является высоко золотоносным (рис. 2 д).

Золотоносность Py3 варьирует от 0.3 г/т до 159.5 г/т (рис. 3 а). Наблюдения микровключений самородного золота носят единичный характер (м-ние Хангалас) [4]. В качестве индикатора оценки золотоносности пирита наиболее информативной является примесь As. Изменения формы и концентрации As в пирите из золоторудных месторождений отражают эволюцию гидротермальной системы. В Ру3 установлена высокая степень корреляции Au и As (r_Au–As до 0.9) (рис. 3 б). На графике соотношения Au и As в Py3 изученные месторождения располагаются ниже линии насыщения Au: C_Au = 0.02 × C_As + 4 × 10^–5 (рис. 2 в) [9]. Отмеченное косвенно указывает на преобладание структурно-связанной формы “невидимого” золота Au⁺ в Ру3.

Рис. 3.

Содержание золота в сульфидах из метасоматитов изученных месторождений (а) и диаграмма соотношения между концентрацией As и Au в Py3 (б).

Для Apy1 так же, как и для Py3 характерны примеси Sb, Co, Ni и Cu, микропримеси других элементов присутствуют в количествах ниже предела обнаружения РСМ (рис. 4 а). Общая концентрация их изменяется в значительных пределах, но в большинстве проанализированных зерен Σ (Sb, Co, Ni, Cu) составляет не более 0.15%. Содержание отдельных элементов нестабильно и индивидуально для различных объектов. Основной примесью в Apy3 является Sb (рис. 4 а). На месторождении Мало-Тарынское на долю Sb приходится 60% всего объема элементов-примесей, а для Apy3 из даек – в среднем 85% и в отдельных образцах содержание Sb достигает 1.03–1.8 мас. %. Примесь Co составляет 30–45% от общего объема примесей. На месторождении Вьюн в Apy1 из даек С_Со = 0.01–0.06 мас. %, а в терригенных породах С_Со в количестве ниже предела обнаружения РСМ. Примесь Ni (С_Ni = 0.01–0.30 мас. %) и Cu (С_Cu = 0.01–0.04 мас. %) определена в 65% проанализированных зерен. Apy1 имеет нестехиометрический состав (в 72% анализов Fe/(S + As) ≠ 0.5) и обычно обогащен серой (As/S от 0.77 до 0.99) (рис. 4 б). Наиболее близок к стехиометрическому составу Apy1 месторождения Мало-Тарынское. Главные изоморфные замещения в Apy1 происходят по схеме S^1– → As^1– (r = 0.92–0.99) и Fe²⁺(Fe³⁺) → As²⁺(As³⁺) (r = 0.65–0.84). Элементы примеси в Apy1 (Sb, Co, Ni, Cu) могут занимать как анионные, так и катионные вакантные позиции в структуре кристаллов и их распределение в арсенопирите носит менее упорядоченный характер, чем в пирите. Между главными элементами и элементами-примесями преобладают отрицательные корреляционные связи слабой и умеренной силы. Наиболее проявлена связь As и Sb (r = –0.45…–0.61). Арсенопириты с нестехиометрическим составом и избытком S обычно золотоносны [12]. Содержания золота в Apy1 изученных месторождений до 126.3 г/т (рис. 3 а).

Рис. 4.

Распределение элементов-примесей в арсенопирите1 (а) из метасоматитов и диаграмма соотношений S/As и (S + As)/Fe (б) изученных месторождений ЯКМП. Пересечение линий S/As = 1 и (S + As)/Fe = 2 соответствует стехиометрическому составу [13].

Одной из возможных причин вариации содержания S, As, Fe и элементов примесей в Apy1 изученных месторождений может являться неоднородность температурного поля кристаллизации минерала, что отмечалось также на месторождениях Благодатное и Олимпиада Енисейского кряжа [13]. На корреляционной диаграмме с линией насыщения Au по [10] средние значения As и Au также, как и в Py3 распологаются в поле изоморфной структурно-связанной формы Au⁺ в Ару1.

Исследования стабильных изотопов δ³⁴S дают сведения об источниках серы рудных флюидов, что важно для понимания генезиса рудных месторождений [14–16]. Величина δ³⁴S определяется участием различных резервуаров в формировании руд, вариациями физико-химических параметров при эволюции рудообразующих систем и другими факторами [16, 17]. Py3 месторождения Мало-Тарынское имеет интервал величин δ³⁴S от –5.5 до +1.4‰, Apy1 показал следующие значения δ³⁴S: –1.6 и –1.4‰ (табл. 1). На месторождении Бадран этот показатель в Py3 и Apy1, отобранных на различных глубинах (от 587 до 916 м) имеет узкий диапазон от –1.1 до +1.5‰. Наибольшие вариации δ³⁴S установлены в Py3 (от –0.7 до +1.5‰), а в Ару1 получены значения δ³⁴S в диапазоне от –1.1 до +0.1‰.

Изотопный состав δ³⁴S сульфидов из метасоматитов месторождения Хангалас имеет узкий интервал отрицательных значений δ³⁴S в диапазоне от –2.1 до –0.6‰, соответственно для Py3 (от –1.9 до –0.6‰) и Apy1 (от –2.1 до –1.1‰). На месторождении Вьюн зафиксирован неоднородный изотопный состав δ³⁴S сульфидов. Наибольшие вариации в δ³⁴S установлены в Py3 из даек (от –6.4 до +3.1‰). В сульфидах из терригенных пород получены значения δ³⁴S в Py от +2.3 до +5.6‰ и Apy +4.4‰. Анализ изотопного состава δ³⁴S в Py3 из месторождения Шумный показал положительные значения от +2.1 до +5.1‰. Изотопный состав δ³⁴S в Py3 из песчаников колеблется от +4.3 до +5.0‰, в Ру3 из даек – от +2.1 до +5.1‰.

В целом изотопный состав серы сульфидов изученных месторождений показывает диапазон величин δ³⁴S от –6.4 до +5.6‰ (среднее δ³⁴S для Apy1 и Py3 из терригенных пород +0.4 и +0.8‰ соответственно, среднее δ³⁴S для Py3 из даек +0.5‰) (табл. 1). Эти данные согласуются с результатами Г.Н. Гамянина и др. [6] для сульфидов из жильных руд OGD западной части ЯКМП, однако δ³⁴S сульфидов несколько тяжелее, чем из золото-кварцевых жил восточной части ЯКМП (среднее δ³⁴S для Apy и Py соответственно –3.9‰ и –4.4‰ [17]. Схожий изотопный состав серы арсенопирита и пирита из кварцевых жил [4, 6] и вкрапленных руд может свидетельствовать об их формировании в ходе единого гомогенного эволюционирующего гидротермального события.

ВЫВОДЫ

Нестехиометрический состав Apy1 и Py3 из проксимальных метасоматитов орогенных золоторудных месторождений Мало-Тарынское, Бадран, Хангалас, Вьюн и Шумный Яно-Колымского металлогенического пояса свидетельствует о наличии в структуре кристаллов вакантных позиций, которые заполняются элементами-примесями и структурно-связанной формой “невидимого” Au⁺. Apy1 обогащен серой (As/S от 0.77 до 0.99), содержит примеси Sb, Co, Ni и Cu (общая концентрация не более 0.15%). Py3 содержит те же элементы (общей концентрацией до 3.71%), реже Pb, обеднен S и обогащен As (до 3.16 мас. %). Отношение Ni/Co в Py3 10.0 > Ni/Co > 0.1 типично для гидротермального отрицательно заряженного пирита с высокой проводимостью (p-тип). Установленный диапазон величин δ³⁴S от –6.4 до +5.6‰ в Apy1 и Py3 может указывать на участие ювенильных/магматических источников в рудообразовании, но не исключает возможность поступления серы в минералообразующий флюид из осадочных пород на орогенных золоторудных месторождениях центральной части ЯКМП.