Записки Российского минералогического общества, 2020, T. 149, № 3, стр. 38-53

ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Харчерузский ультрамафитовый массив является южным фрагментом Хадатинского офиолитового пояса, который замыкает на севере офиолитовые комплексы Полярного Урала (рис. 1). Согласно геолого-геофизическим данным, полученным при проведении групповой геологической съемки масштаба 1 : 50 000 (по данным А.К. Афанасьева, 1984 г.), он является самостоятельным и отделен от более крупного ультрамафитового массива Сыум-Кеу метаморфизованными габбро и амфиболитами. Вероятно, он может быть эрозионно-тектоническим фрагментом данного массива. Харчерузский массив представляет собой пластинообразное тело субширотного простирания, его протяженность составляет около 18 км, при максимальной ширине в западной части ~7 км. В центральной части он разделен разломом северо-восточного простирания на западный и восточный блоки.

Рис. 1.

Схема геологического строения Харчерузского массива и его географическое положение (врезка) в структуре Полярного Урала (Чернышов, Юричев, 2016). 1 – четвертичные отложения; 2 – дуниты, гарцбургиты; 3 – верлиты, клинопироксениты; 4 – габброиды; 5 – разлом; 6–8 – структурные линии: 6 – S₁, 7 – S₂, 8 – S₃; 9–11 – элементы залегания: 9 – хромитовых тел, 10 – уплощенности зерен оливина, 11 – кливажа пластического течения; 12 – участки отбора образцов хромититов, в которых обнаружены минералы ЭПГ; 13 – массивы ультрамафитов: 1 – Сыум-Кеу, 2 – Харчерузский, 3 – Рай-Из, 4 – Войкаро-Сыньинский. Fig. 1. The geological structure of the Kharcheruz massif and its geographical position (inset) in the structure of the Polar Urals (Chernyshov, Yurichev, 2016). 1 – Quaternary sediments; 2 – dunites and harzburgites; 3 – wehrlites and clinopyroxenites; 4 – gabbroic rocks; 5 – fault; 6–8 – structural lines: 6 – S₁, 7 – S₂, 8 – S₃; 9–11 – strike and dip symbols: 9 – chromitite body, 10 – flattening of olivine grains, 11 – plastic flow slip planes; 12 – chromitites sampling sites in which PGE minerals are found; 13 – ultramafic massifs: 1 – Syum-Keu, 2 – Kharcheruz, 3 – Rai-Iz, Voikaro-Sinyinsky.

Вмещающие массив метаморфические образования представлены: на севере и северо-западе – амфиболитами, а на юге – мелкозернистыми пироксенсодержащими амфиболитами. Характер контактов ультрамафитов с окружающими породами повсеместно тектонический. Ультрамафиты в зонах контакта обычно рассланцованы. С юго-востока к ультрамафитам массива непосредственно примыкают соссюритизированные диопсидовые габбро, представляющие, по существу, бластомилониты амфиболитовой фации по габбро.

Харчерузский массив сложен частично серпентинизированными дунитами. Среди дунитов иногда встречаются реликтовые участки гарцбургитов (чаще в западной части массива), а также мелкие тела габброидов, обычно интенсивно метасоматически измененные. В экзоконтактовых зонах габброидов отмечены верлиты и клинопироксениты, которые, вероятно, являются высокотемпературными реакционно-метасоматическими образованиями (Чернышов, Юричев, 2016).

Дуниты имеют средне-, крупнозернистое строение и часто обладают свежим неизмененным обликом со светло-желтой корочкой выветривания. Реже они в различной степени серпентинизированы и нередко тремолитизированы. Черные зерна хромшпинелидов отчетливо выделяются на светло-желтых корочках выветривания и наблюдаются в виде спорадической мелкой вкрапленности. Обычно их менее 1%, редко (на участках сегрегации) до 5–10%, в рудных зонах наблюдаются более высокие содержания. Нередко зерна хромшпинелидов обнаруживают цепочечное и струйчатое распределение, чаще в субширотном направлении.

Среди дунитов выявлены линейные и линзообразные тела хромититов, имеющие преимущественно субширотное простирание. Мощность отдельных тел обычно менее 1 м, протяженность – до 10 м. Рудные тела нередко группируются в рудные субширотные зоны, в которых количество хромшпинелидов существенно возрастает и может значительно варьировать (от 10 до 50–90%) с образованием от убоговкрапленных до густовкрапленных и сплошных руд (Юричев, Чернышов, 2016).

Ультрамафиты массива претерпели интенсивные пластические деформации и постоянно обнаруживают признаки метаморфизма в виде уплощенного облика зерен оливина, а также кливажа пластического течения, представленного очень тонкой плитчатой отдельностью.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Для микроскопических исследований из образцов хромититов были изготовлены плоскопараллельные аншлифы толщиной 3–4 мм, с последующим напылением на изучаемые поверхности слоя углерода толщиной 25–30 нм. Рудные минералы изучались с помощью электронных микроскопов Tescan Mira 3 LMU с энергодисперсионным детектором UltimMax100 (Oxford Instruments), Tescan Vega II LMU с энергодисперсионной (с детектором Si(Li) Standard) INCA Energy 350 и волнодисперсионной INCA Wave 700 приставками. Измерения проводились на вольфрамовом катоде при ускоряющем напряжении 20 кВ, текущем токе 15 нA и времени набора спектра 120 с. Диаметр пучка зонда 1–2 мкм. В качестве стандартов для Pt, Ir, Os, Rh, Ru и Co были применены чистые металлы, для Fe и S – пирротин, для Ni – миллерит, для Cu – халькопирит, для As – сперрилит. Для анализов на минералы платиновой группы использованы аналитические линии: Lα для Pt, Ir, Rh, Ru; Kα для S, Fe, Ni, Cu, As; Mα для Os.

Все анализы выполнены в ЦКП “Аналитический центр геохимии природных систем” ТГУ (г. Томск).

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МИНЕРАЛОВ ЭПГ В ХРОМИТОВЫХ РУДОПРОЯВЛЕНИЯХ

В Харчерузском массиве минералы редких ЭПГ были установлены только в средне-густовкрапленных хромититах, тогда как в сплошных и вкрапленных разновидностях хромититов и акцессорных хромшпинелидах из дунитов и гарцбургитов они не были обнаружены.

Минералы ЭПГ наблюдаются преимущественно в виде изолированных кристаллов таблитчатого облика размером до 10 мкм во внутренних частях зерен хромшпинелидов, отвечающих по химическому составу хромитам и, в меньшей степени, субферрихромитам (табл. 1). Они часто характеризуются близким к идиоморфному шестигранным обликом (рис. 2). В интерстициях силикатных минералов за весь период исследования удалось выявить только два зерна, содержащих ЭПГ. Первое, зональное зерно октаэдрического облика, по составу отвечало дисульфиду лаурит-эрликманитового ряда, второе – чешуйке самородного теллурического железа с изоморфной примесью платины (4.1 мас. %) (рис. 3, а, д).

Рис. 2.

Зерна минералов редких ЭПГ в средне- и густовкрапленных хромититах Харчерузского массива. Изображения в обратно-отраженных электронах. Здесь и далее: 1 – дисульфиды ряда лаурит–эрликманит, 2 – сложные сульфиды редких ЭПГ и цветных металлов, 3 – мышьяксодержащие дисульфиды ряда лаурит–эрликманит, 4 – сульфоарсениды редких ЭПГ, Pn – никелистый пентландит с примесью Os, Ir и Ru, Br – борнит с примесью Ir и Pd. Fig. 2. Grains of rare PGE minerals in moderately and densely disseminated chromitites of the Kharcheruz massif. BSE images. Hereinafter: 1 – disulfides of laurite–erlichmanite series, 2 – complex sulfides of rare PGE and non-ferrous metals, 3 – arsenic-containing disulfides of laurite-erlichmanite series, 4 – rare PGE sulphoarsenides, Pn – nickel-rich pentlandite mixed with Os, Ir, and Ru, Br – bornite mixed with Ir and Pd.

Рис. 3.

Зерна минералов редких ЭПГ в зернах хромитов (CrSp) и интерстициях силикатных минералов (Sil) средне- и густовкрапленных хромититов Харчерузского массива. Изображения в обратно-отраженных электронах. а – октаэдрическое зерно дисульфида ряда лаурит-эрликманит с кольцевой зональностью; б – шестигранное зерно мышьяксодержащего дисульфида ряда лаурит-эрликманит с кольцевой зональностью, в ассоциации с сульфоарсенидом редких ЭПГ; в – полиморфное зерно мышьяксодержащего дисульфида ряда лаурит-эрликманит, с каймами сульфоарсенидов редких ЭПГ; г – включение сульфоарсенида редких ЭПГ во вторичном никелистом пентландите; д – чешуйка самородного (теллурического) железа с изоморфной примесью платины. Fig. 3. Grains of rare PGE minerals in chromite grains (CrSp) and interstitial between grains of silicate minerals (Sil) of moderately and densely disseminated chromitites of the Kharcheruz massif. BSE images. а – octahedral grain of disulfide of laurite-erlichmanite series with ring zonality; б – hexahedral grain of arsenic-containing disulfide of laurite-erlichmanite series with ring zonality, in association with rare PGE sulfoarsenide; в – polymorphic grain of arsenic-containing disulfide of laurite-erlichmanite series, with rims of rare PGE sulfoarsenides; г –inclusion of rare PGE sulfoarsenide in secondary nickel-rich pentlandite; д – flake of native (telluric) iron with isomorphic admixture of platinum.

ОСОБЕННОСТИ СОСТАВА МИНЕРАЛОВ ЭПГ

Исследование минералов редких ЭПГ из средне- и густовкрапленных хромититов позволило разделить их на две основные группы: сульфиды и сульфоарсениды. При этом не обнаружено ни одного включения металлических твердых растворов ЭПГ, являющихся наиболее обычными и хорошо изученными минералами хромитовых месторождений, связанных с офиолитовыми комплексами. Группа сульфидов ЭПГ распространена наиболее широко и представлена дисульфидами, мышьяксодержащими дисульфидами, и сложными сульфидами редких ЭПГ и цветных металлов, а также сульфидами цветных металлов, содержащими ЭПГ.

Дисульфиды редких ЭПГ. Минералы этой подгруппы широко представлены обычной для данного комплекса пород и хромитовых рудопроявлений ассоциацией дисульфидов ряда лаурит–эрликманит, которые образуют практически непрерывную изоморфную серию (рис. 2, табл. 2). При этом, если лаурит представлен почти чистой рутениевой разновидностью (Ru_0.86Os_0.04Ir_0.04Ni_0.03)_0.97S_2.03, то чисто осмиевый конечный член изоморфного ряда не установлен. Характерным “сквозным” изоморфным компонентом является иридий, содержание которого в лаурите достигает 7.2 мас. %. Среди прочих изоморфных элементов отмечаются никель и железо (до 2.1 и 0.6 мас. % соответственно).

Мышьяксодержащие дисульфиды редких ЭПГ. По набору главных компонентов и их атомным соотношениям эти минералы близки к соединениям предыдущей подгруппы. Отличие заключается в том, что в лигандной группировке часть серы замещена мышьяком (содержание As достигает 3.1 мас. %) и, таким образом, эта группа является переходной к достаточно распространенным сульфоарсенидным фазам (табл. 3, рис. 4). Также возрастает роль иридия (до 11.5 мас. %) при меньших содержаниях никеля и железа (до 0.8 и 0.5 мас. % соответственно). В отдельных зернах отмечена примесь родия (до 1.8 мас. %).

Рис. 4.

Тройные диаграммы составов сульфидов и сульфоарсенидов редких ЭПГ из хромититов Харчерузского массива. Fig. 4. Triple diagrams of composition of sulfides and sulfoarsenides of rare PGE from chromitites in the Kharcheruz massif.

При изучении как дисульфидов, так и их мышьяксодержащих разновидностей, помимо однородных мономинеральных кристаллов (рис. 2), выявлены зерна с кольцевой зональностью, обусловленной уменьшением от центра к краевой зоне роли рутениевого минала при увеличении осмиевого (рис. 3, а–б). При этом мышьяксодержащие дисульфиды также нередко образуют зерна с неоднородным составом (рис. 3, в).

Сложные сульфиды редких ЭПГ и цветных металлов. Данная подгруппа минералов распространена более ограниченно, чем две предыдущих. В минералах этой подгруппы, наряду с платиноидами, в качестве основных компонентов присутствуют никель и медь (рис. 2, табл. 2), а также возрастает роль иридия (до 60.4 мас. %) и появляется примесь родия (до 3.0 мас. %). Данные рентгеноспектрального микроанализа позволяют отнести найденные фазы к трем типам соединений со следующими стехиометрическими соотношениями: MeS, MeS₂ и Me₂S₃. Ранее подобные минералы выявлены и широко охарактеризованы в хромитовых рудах Кемпирсайского массива (Дистлер и др., 2003; Юричев и др., 2019).

Сульфиды цветных металлов, содержащие ЭПГ. К этой подгруппе отнесены никелистый пентландит и борнит (рис. 2). Платиновые металлы в составе этих фаз являются примесными компонентами, суммарное количество которых не превышает 9.5 мас. % в пентландите и 4.7 мас. % в борните. При этом отмечается совершенно определенная селективность концентрирования ЭПГ в этих фазах. Установлено, что в никелистом пентландите концентрируются только редкие ЭПГ (Os, Ir, Ru) при доминирующей роли рутения, а в борните – только иридий и в существенно меньшей степени палладий (табл. 4). В составе борнита постоянно отмечается примесь никеля.

Сульфоарсениды редких ЭПГ. Состав этих фаз определяется достаточно широкой смесимостью трех конечных миналов – ирарсита, руарсита и осарсита, хотя базовыми составами являются только два из них – иридиевый и рутениевый миналы (табл. 3, рис. 4). Наиболее контрастные по составу фазы: почти чистый ирарсит (Ir_0.91Ru_0.06)_0.97(As_0.91S_1.12)_2.03 и максимально богатый рутением состав (Ru_0.70Os_0.16Ir_0.10Rh_0.03Fe_0.02)_1.01(As_0.23S_1.76)_1.99. В сульфоарсенидах существенно возрастает содержание родия (до 20.1 мас. %). Отмечено, что по мере увеличения доли мышьяка в лигандной группировке As–S в составе сульфоарсенидов происходит увеличение содержания иридиевого минала и уменьшение – рутениевого.

О ГЕНЕЗИСЕ ПЛАТИНОИДНОЙ МИНЕРАЛИЗАЦИИ В ХРОМИТОВЫХ РУДАХ

В разномасштабных хромитовых проявлениях в ультрамафитовых массивах различных регионов мира практически всегда присутствует акцессорная минерализация ЭПГ. В хромититах ультрамафитовых массивов Полярноуральского региона по своей специализации выявлена платиноидная минерализация преимущественно двух типов: Ir– Os–Ru и Pt–Pd–(Au) (Гурская и др., 2004). При этом отмечено, что первый тип в основном связан с вкрапленными хромитовыми рудами высокохромистого магнезиального состава, а второй – ассоциирует с крупнозернистыми дунитами, содержащими редкую вкрапленность высокожелезистых хромитов, либо развивается в пироксенитах и габброидах “полосчатого” комплекса вместе с мелкими выделениями сульфидов и сульфоарсенидов железа, никеля и меди.

Проведенные исследования в средне- и густовкрапленных хромититах Харчерузского массива подтвердили ранее сделанные выводы и позволили выявить только платиноидную минерализацию первого типа, локализованную в высокохромистых хромшпинелидах в виде сингенетических микровключений минералов тугоплавких платиноидов (Os–Ir–Ru). При широком развитии сульфидов и сульфоарсенидов редких ЭПГ не удалось обнаружить ни одного включения металлических твердых растворов ЭПГ, являющихся наиболее обычными и хорошо изученными минералами хромитовых месторождений и проявлений, связанных с офиолитовыми комплексами. Подобный факт авторы склоны связывать с высокой фугитивностью серы при формировании хромитовых руд и сингенетичных с ними минералов редких ЭПГ (Кривенко и др., 2002; Кривенко и др., 2005; Юричев, Чернышов, 2019), что также подтверждается широко представленной в харчерузских хромититах акцессорной минерализацией сульфидов цветных металлов.

Концентрирование редких ЭПГ и хромшпинелидов, по-видимому, было связано с мобилизацией платиноидов и хрома из несмесимой рудно-силикатной жидкости, отделившейся от большого объема “материнского” лерцолитового субстрата (содержащего редкие ЭПГ в состоянии рассеяния) в результате его частичного плавления. Дальнейшая судьба тугоплавких ЭПГ, очевидно, определялась их концентрированием совместно с другими компонентами (Fe, Ni, Cu и др.), не участвующими в процессе образования хромититов, и последующим отложением из высоконасыщенных надкритических флюидов. Повсеместное присутствие минералов редких ЭПГ в виде сингенетических микровключений в хромшпинелидах доказывает существование определенных общих условий концентрирования платиноидов и хрома (Талхаммер, 1996; Zhou et al., 1996; Melcher et al., 1997).

Обращает на себя внимание и многоэтапность процесса формирования ассоциации выявленных в ходе исследования минералов ЭПГ. Наиболее ранними являются преимущественно фракционирующие рутений дисульфиды ряда лаурит–эрликманит. Остальные выявленные минералы ЭПГ (мышьяксодержащие дисульфиды, сложные сульфиды редких ЭПГ и цветных металлов, сульфиды цветных металлов, содержащие ЭПГ, сульфоарсениды и единичное зерно теллурического железа с платиной) авторы склонны связывать с более поздними изменениями первичных минералов платиновых металлов. Эти события, вероятно, могли быть вызваны мантийным метасоматозом, когда при воздействии восходящих восстановленных флюидов мантийного происхождения происходили процессы ремобилизации и переотложения ЭПГ (Garuti, Zaccarini, 1997; Melcher et al., 1997; Ahmed, Arai, 2003; Киселева и др., 2014). На восстановительную природу таких флюидов указывают находки в составе харчерузских хромититов самородных железа и серебра, а также вторичных Cu–Ni–Fe сульфидов c примесью редких ЭПГ (Смирнова, 1970; Bezmen et al., 1991).

ВЫВОДЫ

1. В средне-густовкрапленных хромититах Харчерузского массива, впервые выявлены и изучены сульфиды и сульфоарсениды ЭПГ. Отсутствие типичных для хромитовых руд металлических твердых растворов Os–Ir–Ru в составе проанализированных образцов указывает на повышенную фугитивность серы при низкой фугитивности кислорода в момент формирования хромитовых руд и сингенетичных с ними минералов редких ЭПГ. Этот вывод подтверждается широким развитием в харчерузских хромититах акцессорных сульфидов цветных металлов.

2. Дисульфиды ряда лаурит–эрликманит образуют практически непрерывную серию с преобладанием рутениевого минала и “сквозным” присутствием иридия (до 7.2 мас. %). В отдельную подгруппу в составе этих дисульфидов выделены мышьяксодержащие (до 3.1 мас. %) разновидности, главной особенностью которых является замещение в лигандной группировке части серы мышьяком, что делает эти минералы переходными к достаточно распространенным сульфоарсенидным фазам. Для минералов обоих подгрупп характерна низкая растворимость цветных металлов кроме никеля.

3. Сульфиды редких ЭПГ и цветных металлов обнаруживают тенденцию к фракционированию в основном иридия, родия, никеля и меди и характеризуются различным соотношением металл–сера: MeS, MeS₂ и Me₂S₃.

4. В группе сульфоарсенидов наиболее распространены соединения на основе иридия при повышенной роли родия. Нередко в этих минералах полностью отсутствует осмий.

5. Оценивая эволюционную направленность фракционирования редких ЭПГ в хромититах Харчерузского массива, можно прийти к выводу, что в дисульфидах доминирует фракционирование рутения (в основном) и осмия; в сложных сульфидах редких ЭПГ с цветными металлами наряду с рутением и осмием возрастает активность иридия и родия; в сульфоарсенидах – иридий и родий занимают ведущую роль в составе соединения при минимальных содержаниях (либо полном отсутствии) осмия и рутения.

6. Главным фактором формирования платиноидной минерализации является флюидная мобилизация. Наиболее ранними являются дисульфиды ряда лаурит–эрликманит. Остальные выявленные в настоящей работе минералы ЭПГ связаны с более поздними изменениями первичных дисульфидов, вызванными мантийным метасоматозом, когда при воздействии восстановленных флюидов мантийного происхождения, обогащенных S и As и несущих такие элементы, как Ni, Cu, Rh и Pd, происходили процессы ремобилизации и переотложения ЭПГ.