Определение последовательности образования медно-никелевых руд месторождения Кун-Манье (Амурская область)

Полный текст

Введение[‡‡‡] Объектом исследования является месторождение Кун-Манье, расположенное на северо-востоке Зейского района Амурской области. Ближайший населенный пункт - поселок Бомнак - находится в 240 км к юго-западу от объекта исследования. В 25 км к юго-западу от поселка Бомнак проходит линия Байкало-Амурской магистрали с пристанционными поселками Горный и Верхнезейск. Вкрапленные медно-никелевые сульфидные руды были выявлены в 1997 году. На всей перспективной площади и ее отдельных участках был выполнен обширный комплекс поисково-оценочных геолого-геофизических работ [1], а также проведены петромагнитные, палеомагнитные и геохимические исследования позднепалеопротерозойских никеленосных мафит-ультрамафитов Кун-Маньенского рудного поля [2; 3] и определен возраст оруденения [4], при этом изучение минералогических, текстурно-структурных особенностей и последовательности образования не приводилось. Таким образом, исследование руд и рудных минералов месторождения является актуальным. 1. Цель, материалы и методы Основная цель работы - определение последовательности образования руд месторождения Кун-Манье на основе изучения рудных минералов. В качестве материалов исследования использовалась коллекция рудных образцов месторождения, поверхности которых были пришлифованы и отполированы для изучения в отраженном свете под поляризационным микроскопом. Представительность образцов определена тем, что они взяты с разных зон рудного тела. Для проведения минераграфического исследования использовался рудный поляризационный микроскоп ПОЛАМ Р-312. Методика определения и изучения рудных минералов под микроскопом описана в литературных источниках [5-8]. 2. Геологическое строение месторождения Под Кун-Маньенским рудным полем понимается площадь развития вкрапленных медно-никелевых руд, связанных пространственно и генетически с телами мафит-ультрамафитов одноименного интрузивного комплекса раннепротерозойского возраста и локализующихся в южном эндоконтакте Кун-Маньенского массива. По простиранию рудное поле прослежено на 30 км, ширина варьирует от 2 до 3 км. В его состав входят 12 рудопроявлений и перспективных участков, три из них образуют месторождение Кун-Манье. Структурную основу рудного поля образуют никеленосные полого падающие на север и северо-восток пластины и линзовидно-пластовые интрузии мафит-ультрамафитов, залегающие, как правило, в несколько ярусов. Промышленное оруденение приурочено к некоторым из тел ультрамафитов, охватывая их полностью или частично как по мощности, так и по латерали. Наиболее часто рудоносными являются тела нижних ярусов. Нередко сульфидная минерализация распространяется и на экзоконтактовые зоны. В геологическом строении рудного поля принимают участие метаморфические стратифицируемые образованиями раннего архея, интрузивные комплексы архея, раннего протерозоя и мела [1; 9]. Рудоносность площади связана с кун-маньенским мафит-ультрамафитовым комплексом (υPR1km), который на площади проявлен весьма широко. В пределах рудного поля выявлено около 30 крупных и десятки мелких интрузий мафит-ультрамафитов, расположенных группами, часто в несколько ярусов (по вертикали), реже отмечаются одиночные разрозненные тела. Породы этого рудоносного комплекса представлены вебстеритами, плагиовебстеритами (габбро-пироксенитами), лерцолитами, клино- и ортопироксенитами, верлитами. Наиболее широко среди них распространены габбро-пироксениты и вебстериты. Остальные разновидности пород встречаются значительно реже. Изредка отмечаются гарцбургиты и горнблендиты [10]. В большинстве случаев тела, особенно наиболее значительные по мощности (до 70-80 м) и протяженности, имеют с вмещающими породами контакты, осложненные зонами трещиноватости, дробления и милонитизации. Месторождение локализовано в центральной части Кун-Маньенского рудного поля, целесообразность разработки которого установлена в ходе геолого-экономической оценки объекта. В строении месторождения принимают участие три неравные по размерам и запасам залежи, расположенные на площади около 3 км2: Соболевская на юго-востоке и сближенные Шляпа и Треугольник на северо-западе. Рудовмещающими образованиями являются пластовые и пластообразные тела ультраосновного состава кун-маньенского комплекса, залегающие среди пород кристаллического фундамента раннего архея - метагаббро майско-джанинского комплекса, гнейсов джанинской серии. Зона окисления руд в пределах месторождения и всего рудного поля не развита. Причина этого, вероятно, заключается в повсеместном развитии многолетней мерзлоты. По визуальным наблюдениям в канавах верхняя часть коренных пород почти не подвергнута процессам выветривания. Вторичные минералы сульфидов (лимонит, малахит и др.) встречаются редко и в незначительных количествах. Суммарные минеральные ресурсы месторождения Кун-Манье по состоянию на 2017 год оцениваются в 101,3 млн тонн руды, 770 тыс. тонн никеля, 207 тыс. тонн меди, 15,2 тыс. тонн кобальта, 16,7 тонны платины и 18,1 тонны палладия [11; 12]. 3. Минеральный состав руд и особенности руд месторождения По минеральному и петрографическому составу породы Кун-Маньенского рудного поля подразделяются на четыре группы: 1) габброиды - габбро, габбро-нориты, габбро-пироксениты (плагиовебстериты); 2) пироксениты - вебстериты, клино- и ортопироксениты; 3) перидотиты - лерцолиты, верлиты, гарцбургиты; 4) серпентиниты. Преобладают среди них роговообманковые разности габбро-пироксенитов и пироксенитов. Руды содержат, кроме никеля, широкий ряд попутных компонентов, набор которых типичен для месторождений данного типа: Cu, Co, Pd, Pt, Au, Ag, S. По содержанию никеля и попутных элементов руды месторождения отнесены к рядовым [1]. Наиболее распространенными на месторождении Кун-Манье является вкрапленные и пятнистые руды, получивших широкое распространение на всех его изученных залежах, в меньшей степени - прожилково-вкрапленная текстура. Брекчиевидные и массивные руды развиты ограниченно и отмечены на залежи Соболевской. Сульфидная минерализация пространственно и генетически связана с мафит-ультрамафитами кун-маньенского комплекса (часто оталькованными, серпентинизированными и серицитизированными), распространяясь также в ближние экзоконтакты [2]. 4. Микроскопическое описание аншлифов Коллекция рудных образцов месторождения была проанализирована с использованием рудного поляризационного микроскопа. Ниже представлено описание нескольких образцов. Образец № 33 состоит из таких минералов, как ильменит (i) - 40 об. %, пирит (py) - 30 об. %, магнетит (mt) - 25 об. %, пентландит (pl) - 5 об. %, халькопирит (cu) - единичные зерна. Пирит. Распределение по площади аншлифа неравномерное; встречается в виде гипидиоморфных и ксеноморфных агрегатов размерами до 400 мкм; отмечается неоднородное внутреннее строение (большинство зерен «изъедено» - диспергированная структура (рис. 1)); границы срастания с ильменитом и магнетитом довольно ровные. Ильменит. Распределение по аншлифу неравномерное; представляет собой ксеноморфные и гипидиоморфные агрегаты триклинной сингонии; наблюдается неоднородное внутреннее строение - графическая структура; границы срастания с другими минералами довольно ровные; размеры агрегатов доходят до 3 мм. Магнетит (титаномагнетит). Распределение по площади аншлифа неравномерное; встречается в виде гипидиоморфных и диспергированных агрегатов; представлен в виде отдельных зерен различного размера до 100 мкм, иногда диспергированных и имеющих структуру перекристаллизации. Пентландит. Распределение по площади аншлифа неравномерное, встречается редко, представлен мелкими включениями в ильмените с магнетитом с большей отражательной способностью (светлее). Халькопирит. Представлен единичными зернами размером до 50 мкм. Образец № 34 состоит из ильменита (i) - 60 об. %, магнетита (mt) - 20 об. %, пирита (py) - 16 об. %, халькопирита (cu) - 4 об. %. Пирит. Распределение по аншлифу неравномерное; встречается в основном в виде отдельных гипидиоморфных зерен; внутреннее строение неоднородное (отмечается наличие дефектов и мелких тонких трещин); размер зерен до 100 мкм. Халькопирит. Распределение по площади аншлифа неравномерное; представлен мелкими (до 40 мкм) ксеноморфными и единичными изометрическими зернами; отмечается неоднородное внутреннее строение в виде трещин. Ильменит. Распределение по площади аншлифа неравномерное; представлен в виде серовато-белых с очень слабым коричневатым оттенком гипидиоморфных и ксеноморфных зерен (тригональная сингония); имеет характерное двойникование в 1-2 направлениях (рис. 2, а); внутреннее строение неоднородное (отмечаются дефекты - зерна словно «изъедены»); размер зерен в среднем 100-500 мкм; границы срастания с магнетитом довольно ровные. Магнетит. Распределение по аншлифу неравномерное; встречается в виде ксеноморфных и гипидиоморфных агрегатов; внутреннее строение агрегатов близко к однородному; встречается в виде мелких диспергированных агрегатов, как бы окаймляющих минералы вмещающих пород (рис. 2, б). Рис. 1. Микрофотография рудного образца № 33. Вкрапленная текстура: а - сетка ильменита из распавшегося твердого раствора титаномагнетита, в котором выщелочен магнетит (серый) и пирит (белый с желтым оттенком); б - графическая структура ильменита с включениями пентландита [Figure 1. Micrograph of ore sample No. 33. Interspersed texture: a - a grid of ilmenite from a decayed solid solution of titanomagnetite, in which magnetite (gray) and pyrite (white with a yellow tint) are leached; б - graphic structure of ilmenite with inclusions of pentlandite] Рис. 2. Микрофотография рудного образца № 34: а - структура замещения ильменит (i) и магнетита (mt); б - магнетит (титаномагнетит) в виде каемок во вмещающей породе [Figure 2. Micrograph of ore sample No. 34: а - substitution structure of ilmenite (i) and magnetite (mt); б - magnetite (titanomagnetite) in the form of rims in the host rock] Рис. 3. Микрофотография рудного образца № 35. Катакластическая структура халькопирита и пирротина [Figure 3. Micrograph of ore sample No. 35. Cataclastic structure of chalcopyrite and pyrrhotine] Образец № 35 состоит из халькопирита (cu) - 50 об. %, пирротина (pn) - 20 об. %, сфалерита (sf) - 20 об. %, пирита (py) - 10 об. %. Пирит. Распределение неравномерное по площади аншлифа; представлен гипидиоморфными и ксеноморфными зернами с неоднородным внутренним строением; размеры зерен до 100 мкм. Халькопирит. Распределение по площади аншлифа неравномерное, ближе к пятнистому (агрегат размером 0,7 мм); представлен ксеноморфными агрегатами с катакластической структурой (рис. 3); имеет достаточно ровные границы срастания с пирротином и сфалеритом. Пирротин. Распределение по аншлифу неравномерное; встречается в виде ксеноморфных зерен с катакластической структурой, переходящей в диспергированную, развивается одновременно с халькопиритом; границы срастания с халькопиритом довольно ровные. Сфалерит. Распределение по площади аншлифа неравномерное; представлен чаще ксеноморфными агрегатами, достигающими 0,2 мм; внутреннее строение неоднородное (имеются дефектов в виде трещин, образующие катакластическую структуру); границы срастания с халькопиритом - ровные. Рис. 4. Микрофотография рудного образца № 36: а - катакластическая структура и структура замещения - халькопирит и пирротин замещают пирит; б - структура перекристаллизации - ксеноморфный диспергированный пирит [Figure 4. Micrograph of ore sample No. 36: a - cataclastic structure and substitution structure - chalcopyrite and pyrrhotine replace pyrite; б - recrystallization structure - xenomorphic dispersed pyrite] Рис. 5. Микрофотография рудного образца № 37. Катакластическая структура пирротина с халькопиритом [Figure 5. Micrograph of ore sample No. 37. Cataclastic structure of pyrrhotine with chalcopyrite] Рис. 6. Микрофотография рудного образца № 38. Сфалерит образует агрегаты неправильной формы размером до 70 мкм в ксеноморфных зернах халькопирита [Figure 6. Micrograph of ore sample No. 38. Sphalerite forms irregularly shaped aggregates up to 70 microns in xenomorphic chalcopyrite grains] Образец № 36 состоит из халькопирита (cu) - 45 об. %, пирротина (pn) - 20 об. %, сфалерита (sf) - 20 об. %, пирита (py) - 15 об. %. Пирит. Распределение по площади аншлифа неравномерное; представлен гипидиоморфными и ксеноморфными зернами с неоднородным внутренним строением; отмечаются генерации: py-1 (представлен катакластическими и гипидиоморфными кубическими кристаллами - рис. 4, а) и py-2 (неравномерное распределение, представлен диспергированными ксеноморфными агрегатами - перекристаллизация - рис. 4, б). Халькопирит. Распределение по площади аншлифа неравномерное; представлен ксеноморфными и катакластической агрегатами; имеет достаточно ровные границы срастания с пирротином и сфалеритом. Пирротин. Распределение по аншлифу неравномерное; встречается в виде ксеноморфных и катакластических зерен, развивается одновременно с халькопиритом - структура замещения пирита; границы срастания с халькопиритом довольно ровные. Сфалерит. Распределение по площади аншлифа неравномерное; представлен чаще ксеноморфными агрегатами; внутреннее строение неоднородное (дефекты в виде трещин); границы срастания с халькопиритом - ровные. Образец № 37 состоит из пирротина (pn) - 30 об. %, халькопирита (cu) - 30 об. %, сфалерита (sf) - 25 об. %, пирита (py) - 15 об. %. Пирит. Распределение по площади аншлифа неравномерное; представлен гипидиоморфными и ксеноморфными зернами с неоднородным внутренним зональным строением - диспергированные, перекристаллизация. Халькопирит. Распределение по площади аншлифа неравномерное; представлен ксеноморфными и мелкими изометрическими зернами (перекристаллизация); имеет довольно ровные границы срастания с пирротином (рис. 5). Пирротин. Распределение по аншлифу неравномерное; встречается в виде ксеноморфных зерен, развивается вместе с халькопиритом; границы срастания с халькопиритом довольно ровные. Сфалерит. Распределение по площади аншлифа неравномерное; представлен зернами неправильной формы; внутреннее строение неоднородное (дефекты в виде трещин); границы срастания с халькопиритом - ровные. Образец № 38 состоит из халькопирита (cu) - 40 об. %, сфалерита (sf) - 35 об. %, пирита (py) - 30 об. %, пирротина (pn) - единичные зерна. Пирит. Распределение по площади аншлифа неравномерное; представлен гипидиоморфными и ксеноморфными зернами с неоднородным внутренним зональным строением - «изъеденные», перекристаллизация. Халькопирит. Распределение по площади аншлифа неравномерное; представлен ксеноморфными и мелкими изометрическими зернами (перекристаллизация); имеет ровные границы срастания со сфалеритом (рис. 6). Сфалерит. Распределение по площади аншлифа неравномерное; представлен зернами неправильной формы; внутреннее строение неоднородное (имеются дефекты в виде трещин); границы срастания с халькопиритом - ровные. Пирротин. Встречается в виде мелких единичных зерен с халькопиритом. 5. Минеральные парагенезисы, последовательность образования минералов Схема последовательности формирования руд месторождения основана на результатах изучения текстурных и структурных особенностей руд, а также возрастных соотношений минеральных агрегатов. В истории формирования руд месторождения выделено три стадии: ранняя рудная (I), рудная (II), поздняя рудная (III) (см. таблицу). Пирит-магнетитовая ассоциация представлена преимущественно гипидиоморфными зернами пирита-1 и ксеноморфными агрегатами магнетита, имеющими размеры до 200-500 мкм. Пирит-1 - распределение неравномерное и часто встречается в образцах; представлен в виде гипидиоморфных и ксеноморфных зерен, реже - в виде мелких почти изометрических зерен во вмещающей породе; имеет диспергированную структуру, иногда - зональное строение; размеры до 500 мкм. Магнетит - распределяется в аншлифах неравномерно; представлен ксеноморфными агрегатами размером до 200 мкм, иногда диспергированных, образующих структуру перекристаллизации; имеет ровне границы срастания с ильменитом. Полиметаллическая ассоциация (сфалерит-пирротин-халькопирит-пирит-магнетит-ильменитовая), в которой сфалерит с халькопиритом и пирротином представлены ксеноморфными агрегатами, заполняющими пространство между зернами пирита, нередко образуя катакластическую структуру. Также в это время минералообразования формировались агрегаты ильменита путем выщелачивания раствора магнетита из титаномагнетита. Халькопирит - в аншлифах распределен неравномерно; находится в виде ксеноморфных и катакластических агрегатов, а также в виде мелких зерен во вмещающей породе (до 10 мкм). Сфалерит - неравномерное распределение в аншлифах; представлен ксеноморфными зернами до 0,2 мм. Пирротин - распределен в аншлифах неравномерно; встречается в виде ксеноморфных и катакластических агрегатов, развивается совместно с халькопиритом, размеры до 3 см. Ильменит - неравномерное распределение в аншлифах; отмечается графическая структура (представлена в виде сетки ильменита, образовавшегося, скорее всего, из титаномагнетита, из которого был выщелочен магнетит). Халькопирит-ильменитовая (сфалерит-пирротин-халькопирит-ильменитовая) ассоциация представляет собой неравномерно распределенные, доминирующие в объемном количестве зерна халькопирита и ильменита, а также зерна сфалерита и пирротина (описание минералов приведено выше). Таблица Схема последовательности минералообразования в рудах месторождения Кун-Манье [Table. The sequence of mineral formation in the ores of the Kun-Manye deposit] СТАДИИ [STAGES] Ранняя [Early] Основная [Basic] Поздняя [Late] Минеральные ассоциации [Mineral associations] пирит-магнетитовая [pyrite-magnetite] полиметаллическая [polymetallic] халькопирит-ильменитовая [chalcopyrite-ilmenite] пентландитовая [pentlandite] пиритовая [pyrite] Оливин [Olivine] Пироксен [Pyroxene] Плагиоклаз [Plagioclase] Пирит [Pyrite] Магнетит [Magnetite] Сфалерит [Sphalerite] Халькопирит [Chalcopyrite] Пирротин [Pyrrhotine] Ильменит [Ilmenite] Карбонат [Carbonate] Пентландит [Pentlandite] Блеклая руда [Fahlore] Примечание: - тектонические перерывы; - главные минералы; - второстепенные минералы; - редкие минералы. Note: - tectonic fissures; - major minerals; - minor mineral; - rare mineral. Пентландитовая ассоциация. Пентландит представлен мелкими, почти изометрическими включениями в ильмените с магнетитом; в аншлифах распределяется неравномерно; встречается редко, размеры до 10 мкм. В гидротермальном этапе (пиритовая ассоциация), образовался пирит второй генерации - распределение неравномерное в аншлифах; встречается редко в виде идиоморфных и катакластических кристаллов, замещающихся халькопиритом и пирротином; размеры кристаллов достигают 400 мкм. Изучение образцов показало, что рудная минерализация сформировалась в два этапа: 1) магматического (ранняя и основная стадии минералообразования), в пределах которого выделено три ассоциации минералов: пирит-магнетитовая, полиметаллическая (сфалерит-пирротин-халькопиритпирит-магнетит-ильменитовая), пентландитовая; 2) гидротермального (поздняя стадия), в котором выделена пиритовая ассоциация. Полученные результаты коррелируют с результатами других исследователей по схожим медно-никелевых объектам [13-19]. Заключение На месторождении по структурно-текстурным особенностям можно выделить несколько типов сульфидных руд: наиболее распространенные - вкрапленные и пятнистые, в меньшей степени - прожилково-вкрапленная, редко - брекчиевидные и массивные. В результате проведенного исследования рудных образцов медно-никелевого месторождения Кун-Манье была установлена последовательность минералообразования и выявлены парагенетические ассоциации и порядок их образования. Формирование рудной минерализации происходило в два этапа: магматический и гидротермальный. Определено, что что основными среди рудных минералов являются пирротин, пентландит, также встречаются - пирит, халькопирит, реже - ильменит, магнетит, сфалерит, элементы платиновой группы.

Об авторах

Александр Евгеньевич Котельников

Российский университет дружбы народов

Автор, ответственный за переписку.
Email: kotelnikov-ae@rudn.ru

доцент департамента недропользования и нефтегазового дела Инженерной академии РУДН, кандидат геолого-минералогических наук

Российская Федерация, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6

Дарья Александровна Колмакова

Российский университет дружбы народов

Email: kotelnikov-ae@rudn.ru

студентка департамента недропользования и нефтегазового дела Инженерной академии РУДН

Российская Федерация, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6

Елена Михайловна Котельникова

Российский университет дружбы народов

Email: kotelnikov-ae@rudn.ru

старший преподаватель департамента недропользования и нефтегазового дела Инженерной академии РУДН, кандидат геолого-минералогических наук

Российская Федерация, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6

Список литературы