Особенности морфологии и состава минералов благородных металлов во вкрапленных и массивных рудах центральной части Октябрьского месторождения, Норильский район

Руды месторождений Норильского района являются уникальными по разнообразию присутствующих в них минералов платиновых металлов, золота и серебра.

Особенности распределения минералов платиновой группы (МПГ) в медно-никелевых рудах месторождений Норильского района детально описаны в работах [3][6][7][11][13][17][18] и многих других. В настоящее время здесь идентифицировано более 80 видов МПГ. Вопросы минералогии золота и серебра в норильских рудах изучены в [2][8][10][12][19 и др.]. Стоит отметить, что в большинстве предыдущих работ благороднометалльная минерализация рассматривается преимущественно в массивных сульфидных и малосульфидных рудах как в наиболее богатых типах, и единичные публикации посвящены изучению минералов благородных металлов (МБМ) во вкрапленных рудах [3][11][14][20]. Это обусловлено редкой встречаемостью этих минералов в данных рудах и мелкими размерами их выделений.

Состав руд и содержащихся в них минералов платиновой группы, золота и серебра меняется существенно не только от месторождения к месторождению, но и в пределах отдельных рудных залежей. В первую очередь это касается самого крупного из них — Октябрьского месторождения, для которого детально охарактеризованы минеральные ассоциации и МПГ основной залежи, но значительно меньше информации имеется для других рудных тел.

Настоящая работа посвящена изучению состава, морфологии и распределения благороднометалльной минерализации в массивных и вкрапленных рудах центральной части Октябрьского месторождения. Анализ форм нахождения и ассоциаций МБМ позволяет предположить условия их образования в рудах, а изучение их морфологии имеет принципиальное значение для решения технологических вопросов извлечения этих минералов из сульфидной руды.

Геологическое строение

Октябрьское месторождение, приуроченное к Хараелахскому дифференцированному интрузиву Норильского рудного района, является уникальным геологическим объектом мирового значения. Форма и расположение Хараелахского рудоносного интрузива определены сложной тектонической обстановкой, различными типами вмещающих пород и особенностями состава родоначальной магмы (рис. 1).

Интрузив представляет собой пластообразное тело, постепенно погружающееся на северо-восток [6]. В центральной части сверху вниз выделяются следующие горизонты: крупнозернистые лейкогаббро, безоливиновые, оливинсодержащие и оливиновые габбро-долериты, пикритовые, такситовые и нижние контактовые габбро-долериты. Октябрьское месторождение локализуется на нижнем контакте Хараелахского интрузива с аргиллитовыми отложениями разведочнинской свиты девонского возраста и состоит из нескольких рудных тел, являющихся интрузивными ответвлениями [15].

По минеральному составу в центральной части Октябрьского месторождения можно выделить вкрапленные пентландит-халькопирит-пирротиновые и массивные халькопирит-пирротиновые руды залежи С-3 (рис. 1б), слагающие Южную ветвь Хараелахского интрузива, а также вкрапленные кубанит-халькопирит-троилитовые руды и массивные кубанит-талнахитовые руды залежи С-4, являющихся частью Северной интрузивной ветви [6].

Методы

Для исследования благороднометалльной минерализации было изучено 44 аншлифа, полученных из керна скважин, вскрывших центральную часть Октябрьского месторождения (рис. 1б). Коллекция образцов включала в себя вкрапленные руды пикритовых и такситовых габбро-долеритов и массивные руды.

Состав и морфология минералов благородных металлов проанализированы на сканирующем электронном микроскопе Vega3 фирмы Tescan, оснащенном системой энергодисперсионного микроанализа Oxford INCA Energy (ВСЕГЕИ, аналитик Грузова Е.Л.), и на сканирующем электронном микроскопе Mira3 Tescan с автоэмиссионным катодом Шоттки (ГЕОХИ РАН, аналитик Демидова С.И.). Анализы проведены при токе 20 нА, ускоряющем напряжении 20 кВ, диаметре пучка 1—3 мкм, время набора спектра от 30 до 50 с.

Результаты

Морфология и распределение минеральных агрегатов

Во всех типах сульфидных руд минералы благородных металлов формируют зерна ксеноморфной, угловатой и округлой формы, метакристаллы, микропрожилки, линзовидные выделения, а также тонкие срастания и агрегаты разных по составу и свойствам минералов. Для кристаллов с правильными ограничениями типичны скелетные формы и ступенчатое развитие отдельных граней (рис. 2е). Индивиды МБМ характеризуются однородным внутренним строением, редко отмечается наличие включений сульфидных минералов (рис. 2б). В одном аншлифе могут быть найдены и идиоморфные, и ксеноморфные выделения.

Большая часть идентифицированных зерен (70%) относятся к нано- или микроминералам, имеют крупность 1—10 мкм, при этом максимальный размер изученных зерен составил 100×25 мкм. Как показано во многих работах, распределение минералов платиновых металлов, золота и серебра в сульфидных рудах Октябрьского месторождения крайне неравномерно [2][3], однако в разрезе Хараелахского интрузива наблюдается увеличение размера зерен МБМ от руд с сидеранитовой структурой в оливиновых габбро-долеритах через так называемые «глобулярные» руды в пикритовых габбро-долеритах до руд с ксеноморфной структурой в такситовых габбро-долеритах. Отмечаются скопления МБМ минералов в самой верхней части залежей массивных руд. В основном МБМ ассоциируются с медистыми минералами (халькопирит, кубанит, борнит, талнахит), реже находятся в пентландите, пирротине, миллерите и хлорите.

Состав благороднометалльной минерализации

Отличительной особенностью благороднометалльной минерализации Октябрьского месторождения является широкий спектр элементов в соединениях с ЭПГ, таких как As, Sn, Bi, Te, Sb, Pb, Cu, Se, Ag, Fe [3]. По результатам изучения 44 образцов определено 378 зерна МБМ, среди которых 26 минеральных видов МПГ и 9 минералов золота и серебра.

Кроме того, выявлены различные парагенезисы минералов благородных металлов в зависимости от состава сульфидных руд.

Так, во вкрапленных пентландит-халькопирит-пирротиновых рудах Южной ветви Хараелахского интрузива в пикритовых и такситовых габбро-долеритах основного рудного горизонта (скв. РТ-30, РТ-7, верх РТ-12) преобладают палладиевые и золотосеребряные минералы. Среди первых наиболее распространены соединения палладия с висмутом и теллуром — котульскит Pd(Te,Bi)_2-x, майченерит PdBiTe, фрудит PdBi₂, а также арсениды палладия — палладоарсенид Pd₂As, неназванный минерал Pd₅As₂. Золото и серебро образуют сплавы с содержанием Au от 32 до 62 мас.%. Кроме этого, присутствуют сперрилит PtAs₂, паоловит Pd₂Sn, рустенбергит (Pt,Pd)₃Sn. Менее распространены стибиопалладинит Pd₅Sb₂, служеникинит Pd₁₅(Sb_7-xSn_x), мертиит Pd₈Sb_2,5As_0,5 и куперит PtS. Почти постоянно МПГ ассоциируются с минералами золота и серебра, располагающимися по периферии выделений МПГ и образующими с ними графические срастания (рис. 2а).

Вкрапленные кубанит-халькопирит-троилитовые руды в пикритовых и такситовых габбро-долеритах Северной ветви Хараелахского интрузива (скв. РТ-107, РТ-101, низ РТ-12) характеризуются широким распространением минералов золота и серебра (рис. 2д). Среди них определены электрум с содержанием золота от 36 до 46 мас.%, кюстелит, самородное серебро с примесью палладия до 3 мас.%, аурикуприд Cu₃Au, гессит Ag₂Te, сопчеит Ag₄Pd₃Te₄ и аргентопентландит Ag(Fe,Ni)₈S₈ с содержанием серебра до 13 мас.%.

Особенностью кубанит-халькопирит-троилитовых руд является широкое развитие тройных соединений Pd, Sn и Cu, среди которых кабриит Pd₂CuSn и таймырит (Pd,Cu,Pt)₃Sn. Также присутствуют паоловит Pd₂Sn, содержащий примесь Pb до 2%, нильсенит PdCu₃, ниглиит PtSn и серия составов атокит-рустенбургит (Pd,Pt)₃Sn со значительной примесью Au (до 5,77 мас.%). Диагностирован широкий набор теллуридов и висмутидов, включающий мончеит Pt(Te,Bi)₂, соболевскит PdBi, котульскит Pd(Te,Bi)_2-x, а также не идентифицированные фазы составов: (Pd,Pt)₂BiTe, (Pt,Pd)₂BiTe₂, (Pt,Pd)₃(Te,Bi)₅, Pd₇(Bi,Te)₈. Встречаются плюмбид палладия звягинцевит Pd₃Pb, арсениды (палладоарсенит Pd₂As, стиллуотерит Pd₈As₃, фаза Pd₅As₂), мертиит Pd₈Sb_2,5As_0,5. Найдены единичные зерна сперрилита PtAs₂, изоферроплатины Pt₃Fe и кейтконнит Pd₂₀Te_7.

В массивных пентландит-халькопирит-пирротиновых рудах залежи С-3 Южной ветви Хараелахского интрузива платинометалльная минерализация представлена в основном сперрилитом PtAs₂ и паоловитом Pd₂Sn (рис. 3а). Здесь сперрилит не формирует привычные метакристаллы, а присутствует в виде мелких выделений неправильной и дендритовидной формы, в составе которых стабильно отмечается примесь Sb до 2,21% (рис. 3б). Реже встречаются мончеит Pt(Te,Bi)₂, котульскит Pd(Te, Bi)_2-x, соболевскит PdBi, куперит PtS (рис. 3в), минералы ряда атокит-рустенбургит (Pd,Pt)₃Sn, мертиит Pd₈Sb_2,5As_0,5 и налдреттит Pd₂Sb. Золото и серебро образуют сплавы с содержанием Au от 32 до 62 мас.%, найдены зерна высокопробного золота. Серебро также присутствует в виде гессита, аргентопентландита и в качестве примеси в халькопирите до 6 мас.%.

Массивные кубанит-талнахитовые руды залежи С-4 Северной ветви Хараелахского интрузива имеют наиболее простой из изученных составов благороднометалльной минерализации (рис. 4). В основном она представлена зернами теллуридов палладия и серебра — теларгпалитом (Pd,Ag)₃Te (рис. 3е), в котором часто встречается примесь свинца до 12 мас.%. Кроме того, присутствуют фаза Pd(Te,Bi), таймырит (Pd,Cu,Pt)₃Sn, а также единичные выделения палладоарсенида Pd₂As и кейтконнита Pd₂₀Te₇. Широко распространены минералы золота и серебра, в основном в виде электрума, золотосодержащего серебра и самородного золота (рис. 3г, д).

Стоит подчеркнуть следующие особенности состава некоторых МПГ. В котульските из вкрапленных пентландит-пирротин-халькопиритовых руд отмечается примесь Sb до 1,86 мас.%, в то время как остальных рудах примеси в котульските отсутствуют. В сперрилите из массивных пентландит-халькопирит-пирротиновых руд стабильно отмечается примесь Sb от 0,6 до 5,8 мас.%, тогда как во вкрапленных кубанит-халькопирит-троилитовых рудах в этом минерале присутствует 2,2—2,7 мас.% Sn. Во вкрапленных пентландит-пирротин-халькопиритовых рудах сперрилит не содержит примесей, а в массивных кубанит-талнахитовых рудах вовсе отсутствует.

Таким образом, состав МБМ и их формы нахождения существенно отличаются в различных типах сульфидных руд центральной части Октябрьского месторождения, характеризуя особенности рудоформирующей системы. Распределение минералов платиновых металлов, золота и серебра в рудах наглядно показано на рисунке 4.

Обсуждение

Как известно, морфология, размер и характер срастаний, а также особенности состава минералов благородных металлов зависят от их концентрации, соотношения и сопровождающих их элементов в породообразующей магме, а также от условий ее кристаллизации [4].

Оценка крупности и частоты встречаемости МБМ по методике [1] показала, что благороднометалльная минерализация представлена преимущественно мелкими зернами станнидов, висмутидов и теллуридов палладия, арсенидов платины, золотосеребряными сплавами, а также редкими крупными сульфидами платины и арсенидами палладия. На рисунке 5 фигуративные точки этих минералов формируют тренд, отражающий отрицательную корреляцию крупности их выделений и частоты встречаемости.

Согласно предыдущим исследованиям [4][11][16], концентрация благородных металлов зависит от особенностей эволюции состава каждого типа руд. В частности, во вкрапленных рудах содержание БМ находятся в зависимости от содержания серы, в то время как в массивных рудах важнейшую роль играет степень фракционирования сульфидного вещества.

Ранее [5][9] нами было установлено, что эволюция фугитивности серы значительно отличалась в горизонтах вкрапленных руд в пикритовых габбро-долеритах разных ветвей Хараелахского интрузива. Так, в Северной ветви отмечается понижение f_S2 от –10,5 до –13 вниз по разрезу пикритовых габбро-долеритов, что обеспечивало образование низкосернистой сульфидной ассоциации, в данном случае вкрапленных кубанит-халькопирит-троилитовых руд. В Южной ветви, наоборот, от кровли к подошве пикритовых габбро-долеритов наблюдается увеличение фугитивности серы от –13 до –10, что способствует развитию высокосернистой ассоциации — вкрапленных пентландит-пирротин-халькопиритовых руд.

Наши результаты подтверждают ранее высказанные выводы [21] о существовании обратной зависимости между температурой кристаллизации МПГ и фугитивностью серы в рудообразующей системе. В кубанит-халькопирит-троилитовых рудах широко развиты высокотемпературные соединения системы Pd-Pt-Sn-Cu (~480—500 ºС), считающиеся наиболее ранними минералами руд Октябрьского месторождения [2][18]. В пентландит-пирротин-халькопиритовых рудах доминируют более низкотемпературные ассоциации арсенидов и висмутидов-теллуридов палладия, формирующихся в интервале ~ 290—350 ºС [2][16].

Массивные руды являются результатом длительной эволюции магматического расплава в промежуточной камере [2][11] и внедрения его различных фракций в виде отдельных порций. Пентландит-халькопирит-пирротиновые руды залежи С-3 Южной ветви менее фракционированы, чем кубанит-талнахитовые руды залежи С-4 Северной ветви. При этом в них преобладают высокотемпературные минералы, преимущественно, соединения платины (рис. 4). В массивных кубанит-талнахитовых рудах, характеризующихся наиболее высокой степенью фракционирования, наиболее распространены низкотемпературные парагенезисы МБМ. Следовательно, существует обратная зависимость температурного градиента образования МБМ от степени фракционирования массивных руд.

Выводы

Таким образом, выявленные различия в концентрации благородных металлов во вкрапленных и массивных рудах, а также различные парагенезисы минералов благородных металлов внутри единой интрузивной ветви подтверждают гипотезу о независимом, последовательном формировании вкрапленного и массивного оруденения в Хараелахской интрузии. Состав МБМ и их формы нахождения существенно отличаются в различных типах сульфидных руд центральной части Октябрьского месторождения, что отражает генетические особенности каждого типа оруденения. Частоты встречаемости МБМ отрицательно коррелируют с крупностью их выделений. Различия в парагенезисах МБМ указывают на отдельную, самостоятельную эволюцию каждого типа вкрапленных и массивных руд при разных условиях.

ВКЛАД АВТОРОВ / AUTHOR CONTRIBUTIONS

Канимбуе Л.С. — внесла вклад в подготовку статьи, провела исследования аншлифов методом электронной микроскопии, подготовила текст статьи и рисунки, окончательно утвердила публикуемую версию статьи и согласна принять на себя ответственность за все аспекты работы.

Толстых Н.Д. — внесла вклад в разработку концепции статьи, провела исследования аншлифов методом сканирующей электронной микроскопии, окончательно утвердила публикуемую версию статьи и согласна принять на себя ответственность за все аспекты работы.

Ludmila S. Canhimbue — contributed to the preparation of the article, carried out studies of samples by scanning electron microscopy, prepared the text of the article and figures, finally approved the published version of the article and agreed to take responsibility for all aspects of the work.

Nadezhda D. Tolstykh — contributed to the development of the concept of the article, conducted studies of the samples by scanning electron microscopy, finally approved the published version of the article and agreed to take responsibility for all aspects of the work.

Криволуцкая Н.А. — внесла вклад в разработку концепции статьи, отобрала и подготовила каменный материал, окончательно утвердила публикуемую версию статьи и согласна принять на себя ответственность за все аспекты работы.

Таловина И.В. — внесла вклад в разработку концепции статьи, отредактировала текст статьи, окончательно утвердила публикуемую версию статьи и согласна принять на себя ответственность за все аспекты работы.

Nadezhda A. Krivolutskaya — contributed to the development of the concept of the article, collected and prepared samples, finally approved the published version of the article and agreed to take responsibility for all aspects of the work.

Irina V. Talovina — contributed to the development of the concept of the article, edited the text of the article, finally approved the published version of the article and agreed to take responsibility for all aspects of the work.