Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 История и современные проблемы исследования платиноносности нижнетагильского и Исовского районов Среднего Урала 9
1.1 Об истории изучения и освоения коренных источников платиновых россыпей Нижнетагильского и Исовского районов 9
1.2 Актуальные проблемы исследования платиноносности Нижнетагильского и Светлоборского массивов 16
Глава 2 Геологическое строение нижнетагильского и светлоборского массивов, условия залегания и минералого- петрографическая характеристика хромититов 21
2.1 Геолого-структурная позиция и формационная принадлежность и вопросы происхождения Нижнетагильского и Светлоборского массивов 21
2.2 Геологическое строение Нижнетагильского и Светлоборского массивов 24
2.3 Условия залегания и структурно-текстурные особенности хромититов 32
2.4 Минералого-петрографическая характеристика хромититов 34
2.5 Особенности геологического строения месторождений и рудопроявлений платины, связанных с хромититами 38
Глава 3 Геохимия хромититов нижнетагильского массива 43
3.1 Распределение петрогенных элементов в хромититах Нижнетагильского массива 43
3.2 Распределение редких элементов в хромититах Нижнетагильского массива 46
3.3 Выводы по главе 3 58
Глава 4 Геохимия хромшпинелидов хромититов нижнетагильского и светлоборского массивов 60
4.1 Особенности химического состава хромшпинелидов Нижнетагильского и Светлоборского массивов 60
4.1.1 О среднем составе хромшпинелидов Нижнетагильского и Светлоборского массивов 60
4.1.2 О химических различиях хромшпинелидов массивных жильных и прожилково- вкрапленных хромититов 64
4.1.3 О химических различиях хромшпинелидов коренных месторождений и рудопроявлений платины Нижнетагильского массива 66
4.1.4 Выводы по главе 4.1 69
3 4.2 Распределение редких элементов в хромшпинелидах Нижнетагильского массива 70
4.2.1 О среднем составе редких элементов в хромшпинелидах Нижнетагильского массива 70
4.2.2 Распределение элементов платиновой группы, золота и серебра в хромшпинелидах хромититов Нижнетагильского массива 82
4.2.3 Взаимоотношения благородных металлов с другими химическими элементами 85
4.2.4 Выводы по главе 4.2 92
Глава 5 Оценка коренной платиноносности хромититов нижнетагильского и светлоборского массивов 94
5.1 Рудно-формационные типы платинометалльной минерализации 94
5.2 Характеристика вещественного состава платинометалльной минерализации хромититов Нижнетагильского и Светлоборского массивов 95
5.3 Выводы по главе 5 110
Заключение 113
Список литературы 116
Список иллюстративного материала 123
Список таблиц 125
- Актуальные проблемы исследования платиноносности Нижнетагильского и Светлоборского массивов
- Геологическое строение Нижнетагильского и Светлоборского массивов
- Распределение редких элементов в хромититах Нижнетагильского массива
- О среднем составе хромшпинелидов Нижнетагильского и Светлоборского массивов
Введение к работе
Актуальность работы. В связи с истощением запасов россыпных месторождений платины России для сохранения, а в перспективе и увеличения объемов производства, актуален вопрос поисков и освоения новых нетрадиционных источников платинометалльного сырья, среди которых весьма перспективными на обнаружение промышленно значимого оруденения являются зональные массивы урало-аляскинского и алданского типов, послужившие источниками крупнейших в мире россыпей платины.
Массивы Платиноносного пояса Урала, Алдана и Корякско-
Камчатского региона уникальны с точки зрения своего промышленного
потенциала и практически не имеют аналогов за рубежом. Коренные
источники россыпной платины Урала изучались ранее Н.К. Высоцким,
А.А. Иностранцевым, А.П. Карпинским, А.Н. Заварицким,
А.Г. Бетехтиным и др. Велась эксплуатация мелких хром-платиновых коренных месторождений на Нижнетагильском массиве. Однако мелкий масштаб отработанных месторождений, сложность поисков новых рудных тел, крайняя неравномерность распределения платины и открытие норильских месторождений отложили вопрос масштабного освоения этих объектов. Возможность обнаружения новых крупнообъемных месторождений платины на Урале обусловлена открытием потенциально промышленно значимых рудных зон на Гальмоэнанском (Корякия) и Светлоборском (Средний Урал) зональных массивах.
Проведенные технологические исследования доказали возможность эффективного извлечения платиновых металлов из этих руд, а изменившиеся за столетие требования к кондициям, появление высокопроизводительной горной техники, примеры освоения месторождений благородных металлов с низкими концентрациями полезного компонента и расположение в освоенном промышленном районе делают коренные источники уральских россыпей потенциально промышленно значимыми объектами, металлогенический потенциал которых по разным оценкам составляет до 19000 тонн (Додин и др., 2010), что сопоставимо с уникальными месторождениями Норильска и Южной Африки.
Нерешенными остаются методические вопросы поисков орудене-ния, его достоверной оценки и разведки. Низкая обнаженность, отсутствие четких поисковых, в том числе петрологических и минералогических признаков делают геохимию, наряду с работами по валовому крупнообъемному опробованию, наиболее эффективными инструментами поисков и оценки. Изучение нижнетагильского хром-платинового типа оруденения, его генезиса и закономерностей размещения в свете геохимических исследований на двух наиболее перспективных на Урале Нижнетагильском и Светлоборском массивах представляет повышенный научный и практический интерес.
Цель работы: выявление геохимических закономерностей распределения широкого спектра главных и редких элементов в хромититах Нижнетагильского и Светлоборского массивов, установление минера-лого-геохимических особенностей ассоциирующей с ними платиноме-талльной минерализации для прогнозирования и поисков коренных месторождений платиновых металлов в зональных массивах урало-аляскинского типа.
Основные задачи исследования
-
Изучение геологической позиции, петрологии и минерального состава хромититов Нижнетагильского и Светлоборского массивов.
-
Исследование химического состава хромититов Нижнетагильского массива.
-
Исследование особенностей распределения редких элементов в хромшпинелидах разных петрографических типов хромититов Нижнетагильского и Светлоборского массивов.
4. Изучение минералого-геохимических особенностей коренной
платинометалльной минерализации, ассоциирующей с хромититами
Нижнетагильского и Светлоборского массивов.
Фактический материал и методы исследования. Автором в период 2011-2014 гг. проводилось комплексное изучение геохимии, минерально-петрографического состава и платиноносности хромититов Нижнетагильского, Светлоборского и Вересовоборского массивов. В основу работы положен оригинальный каменный материал, собранный автором во время полевых работ на объектах исследования. Для иссле-4
дований также привлекалась коллекция образцов А.Г. Бетехтина (ВСЕ-ГЕИ).
Аналитические исследования проводились в лабораториях Горного университета, ВСЕГЕИ, Фрайбергской горной академии (Германия), Института геологии и геохимии УрО РАН. Изучено свыше 300 аншли-фов и прозрачных петрографических шлифов методами оптической и электронной микроскопии. В Центральной лаборатории ВСЕГЕИ методами рентгеноспектрального флуоресцентного (петрогенные элементы, As, V, Ba), атомно-абсорбционного (Hg) анализов, ионометрии (F, Cl), инфракрасной спектроскопии (S), масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS) на приборе «Элан-6100 DRC» (благородные металлы, элементы группы железа, транзитные элементы, крупноионные литофилы, высокозарядные и редкоземельные элементы) определены содержания 70 элементов в пробах платиноносных жильных хромититов Нижнетагильского массива; методом лазерной абляции при помощи системы лазерного пробоотбора в комплекте с эксимерным лазером DUV 193 (Lambda Physic Compex 102) с элементным высокоразрешающим, высокочувствительным масс-спектрометром ThermoQuest Finnigann MAT ELEMENT–2 определены содержания благородных металлов и широкого спектра редких элементов в разных типах хромшпи-нелидов Нижнетагильского массива. Микрорентгеноспектральные анализы проводились на сканирующем электронном микроскопе CamScan MV2300 и CamScan MX2500 во ВСЕГЕИ, на электронно-зондовом микроанализаторе Cameca SX 100 в Институте геологии и геохимии УрО РАН и на растровом электронном микроскопе JEOL JSM 6400 во Фрайбергской горной академии. Исследование структурных особенностей и распределения минералов платиновой группы в хромититах проводилось методом рентгеновской микротомографии на приборе SkyScan 1272 на кафедре ИиДГ Горного университета.
Научная новизна
1. Уточнено подразделение хромититов на петрографические типы: жильный, прожилково-вкрапленный, вкрапленный, миароловый.
2. Для хромититов Нижнетагильского массива выявлены типо-
морфные особенности распределения главных и широкого круга редких
элементов.
3. Выявлены закономерности распределения элементов платиновой
группы, золота, серебра и ряда других редких элементов в хромшпине-
лидах разных петрографических типов хромититов Нижнетагильского
массива.
4.Установлены индикаторные элементы платиноносности хром-шпинелидов из хромититов Нижнетагильского массива.
5. Выявлены минералого-геохимические особенности платиноме-талльной минерализации и выделены химические разновидности минералов платиновой группы из хромититов Нижнетагильского и Светло-борского массивов.
Защищаемые положения
1. Хромититы характеризуются Ir-Pt платинометалльной специфи
кой и субмантийным характером распределения редких элементов. По
сравнению с вмещающими дунитами в них наблюдаются более высокие
концентрации элементов платиновой группы, алюминия, титана, бария,
ванадия, цинка и ниобия.
2. Хромшпинелиды хромититов Нижнетагильского массива под
разделяются на две группы: платиноносные хромшпинелиды жильного
богатого типа хромититов и неплатиноносные - жильного бедного,
прожилково-вкрапленного, вкрапленного и миаролового типа. Геохи
мическим критерием платиноносности хромшпинелидов является по
вышенное содержание транзитных элементов (Sn, Sb, Cd, а также Zn и
Cu), высокозарядных элементов (Zr, Nb, Th, U), бария и серебра.
3. Платинометалльная минерализация хромититов Светлоборского массива характеризуется преобладанием Pt-Fe сплавов (изоферроплати-на, родистая и иридистая изоферроплатина, тетраферроплатина), а Нижнетагильского - Pt-Fe-Ni-Cu сплавов со значительными примесями Ir, Rh, Os, Pd, Au, Sb, As (различные химические разновидности тетра-ферроплатины, ферроникельплатины и туламинита).
Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы геологическими предприятиями при геохимических по-6
исках и разведке, при проведении геолого-технологического картирования и технологической оценки минерального сырья, начиная с самых ранних стадий геологического изучения рудопроявлений платиновых металлов в зональных комплексах урало-аляскинского типа.
Достоверность защищаемых положений и выводов определяется представительностью каменного материала, детальностью проведенных геологических исследований, детальными петрографическими наблюдениями, использованием в работе современных методов изучения вещества, представительностью и надежностью аналитических данных, анализом результатов предыдущих исследований по тематике работы.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на всероссийских и международных научных конференциях: Металлогения древних и современных океанов-2012. Гидротермальные поля и руды (Миасс, 2012), XVIII Всероссийская научная конференция «Уральская минералогическая школа - 2012», посвященная благородным металлам (Au, Ag, Pt, Ir, Os, Pd, Rh, Ru) (Екатеринбург, 2012), Международная молодежная научная школа «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых» (Москва, 2012), Freiberg-St.Petersburg Colloquium of young scientists (Фрайберг, Германия, 2012 и 2013), Металлогения древних и современных океанов-2013. Рудоносность осадочных и вулканогенных комплексов (Миасс, 2013).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 статей, из них 3 работы в изданиях, рекомендуемых ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 139 страниц, включая 32 рисунка, 21 таблицу и список литературы из 73 наименований. Введение аналогично вводной части автореферата. В первой главе рассматриваются история и актуальные проблемы исследования платиноносности Нижнетагильского и Светлоборского массивов. Во второй главе приводится описание геологического строения исследуемых объектов, условия залегания хромититов, характеристика их вещественного состава. В третьей главе рассмотрены вопросы геохимии хромититов Нижнетагильского массива. Четвертая глава посвящена описанию геохимических особенностей хромшпинелидов разных петрографических типов
Актуальные проблемы исследования платиноносности Нижнетагильского и Светлоборского массивов
Еще А.Г. Бетехтин [66] отмечал, что ни морфология рудных тел, ни текстурно-структурные и минералогические особенности руд хромитовых проявлений как не содержащих платиновых металлов, так и явно платиноносных не позволяют произвести разбраковку и выделить заведомо перспективные объекты. В этом свете, единственными инструментами выяснения платиноносности является массовое опробование с проведением химических анализов и обогащение проб с механическим выделением минералов платиновой группы. Считалось также, что не существует какой-либо четкой закономерности распределения хромититовых тел в массиве ни по площади, ни на глубину. Рудные тела располагаются как в одиночку, так и группами. При этом, для таких сгруппированных проявлений могут отмечаться как общие морфологические признаки, так и совершенно разные как по форме тел, так и по текстурным особенностям, минеральному составу, содержанию платиновых металлов и химизму хромшпинелидов.
Из приводимых А.Н. Заварицким [12] данных добычи платины по коренным месторождениям и рудопроявлениям следует, что количественно доля относительно крупных объектов, которые дали 90 % металла составляет всего 9 % от общего числа выявленных платиноносных проявлений. Казалось бы, основные запасы рудной платины массива содержатся в небольшом числе рудопроявлений платиноносных хромититов. Однако, это не так. Этот тезис был опровергнут в ходе масштабных поисковых работ, проведенных на Нижнетагильском массиве в 1922-1934 гг. Полученный тогда фактический материал позволил сделать ряд важный выводов об особенностях распределения платины и методике необходимых для адекватной оценки платиноносности поисковых и разведочных работ. Эти результаты чрезвычайно актуальны сегодня. Они были изложены в отчете А.Г. Бетехтина [66] и приведены ниже. С целью поисков слепых богатых рудных тел в местах скопления отработанных проявлений в Александровском логу (район проявления №25 - разрез №80 или Старый дунитовый карьер), в Крутом логу (район проявлений №4-01 и 4-02), в Сырковом логу (район проявлений №3-02 и 3-03) и в Соловьевом логу (месторождение №5-01 - Госшахта) и оценки таких участков для массовой эксплуатации карьером с полной выемкой рудных тел и вмещающих их дунитов были пройдены подземные разведочные горные выработки. Результаты поисков слепых рудных тел не дали ожидаемого результата, за исключением открытия одного из богатейших рудных столбов - проявления №4-41 в Крутом логу, отработка которого окупила затраты на разведочные работы за 1 год. Зато результаты, полученные по опробованию дунитов представляют несомненный интерес. В Катаевской штольне в Крутом логу для определения наиболее надежного метода опробования сравнивались результаты штуфного, бороздового, точечного и валового опробования. Анализы штуфных проб повсеместно показывали либо отсутствие платиноидов, либо следовые содержания. Похожие (кроме одной ураганной пробы) результаты были получены и для бороздового опробования. Валовые же пробы показали совершенно иные данные по содержаниям платины. Для такого опробования бралась каждая четвертая вагонетка горной породы (были эксперименты по отбору всей массы породы, половины и одной восьмой части, но именно четверть была признана наиболее удовлетворяющей требованиям). Масса одной пробы при этом получалась 7-8 т. Далее материал отправлялся на обогатительную фабрику и итоговое содержание оценивалось по механическому извлечению платины. В итоге, диапазон значений концентраций оказался от сотых долей до одного г/т, при среднем около 0,5 г/т на 200 м проходки штольни в дунитах Крутого лога. В Александровском и Сырковом логах содержание составило менее 0,5 г/т, а в районе Госшахты 0,19 г/т. Распределение платины в дунитах оказалось крайне неравномерным, гнездовым. Это является главной причиной отрицательных результатов штуфного, бороздового, точечного опробования и проведенного позже бурения. Единственным возможным способом оценки реальных содержаний металла является крупнообъемное опробование крупнотоннажных проб. Посредством тщательных наблюдений при добыче, систематическом изготовлении пришлифовок, анализа протолочек была установлена преимущественная приуроченность гнездовых выделений платины к таким же редким, незначительным по величине сегрегациям и просто вкрапленностью хромшпинелидов в дуните. В отдельных случаях платина находилась в дунитах без всякой даже пространственной связи с хромшпинелидами, но и в этом случае ее гнездовые выделения были приурочены к отдельным точкам в пространстве, а не рассеяны в породе равномерно. Мелкие скопления и сегрегации хромшпинелидов иногда довольно скучены и вместе с более крупными гнездами образуют обогащенные платиной участки дунитов. Промышленная оценка участка, обогащенного телами платиноносных хромититов в Александровском логу показала, что основная масса ресурсов платины находится в дунитах, а не сосредоточена в разрозненных, пусть даже богатых телах хром-платиновых руд.
Важными наблюдениями, сделанными во время эксплуатации мелких хром-платиновых рудопроявлений является исключительное нахождение платины среди хромитовой массы в эпигенетических по А.Н. Заварицкому [12], т.е. жильных хромититах. Боковые породы в таких проявлениях бедны платиной. Даже в петельчатых и брекчиевидных рудах скопления платиноидов наблюдаются только в хромитовом цементе. Для сингенетических [12] или шлировых хромититов (прожилково-вкрапленный тип), характерны вкрапленные, пятнистые, полосчатые текстуры и расплывчатые границы как самих тел хромититов, так и ассоциирующего с ними платинового оруденения. Вмещающие дуниты в этом случае, как было выяснено при разработке подобных рудопроявлений также могут быть платиноносными.
Важными с промышленной и с научной точки зрения выводами увенчались поисковые работы на Светлоборском и Вересовоборском массивах, проведенные в 1946-1950 и 2001-2009 гг.Основными результатами этих работ [64, 71, 72] стало отсутствие наличия прямой связи платиноносности дунитов данных массивов с хромитоносностью, зернистостью, серпентинизацией и степенью выветривания дунитов, приуроченность большей части проб с промышленными содержаниями платины к участкам дунитов, контактирующих с жильными образованиями - дайками пироксенитов, горнблендитов, иситов. Платина по Ю.М. Телегину [72] связана не столько с хромитовой вкрапленностью и шлирами, сколько с широкими, протяжёнными линейными тектоническими зонами, в пределах которых на дуниты накладывались гидротермально-метасоматические процессы. Процессы гидротермальных изменений выражаются здесь не только в площадной и линейной серпентинизации как на Нижнетагильском массиве, но и развитию огромного количества серпентиновых, серпентин-хлоритовых и флогопитовых жил.
Был выявлен новый тип платинометалльной минерализации, приуроченный к приконтактовой зоне дунитового ядра. Здесь отсутствуют хромитовые сегрегации и платина находится непосредственно в дунитах в виде преимущественно мелких идиоморфных кристаллов размером 10-100 мкм. Минерализованная зона имеет достаточно большую до 1200 м протяженность и ширину до 45 м. В пределах этой зоны, выделяемой по содержанию 0,1 г/т находятся линзы обогащенных дунитов (до 22 г/т), часто приуроченные к контактам с горнблендитовыми и пироксенитовыми дайками. Сами дайки при этом безрудные, хотя в них все же отмечается незначительное повышение фона. Обогащенные линзы содержат более крупные до 1 мм выделения платины, иногда в срастаниях с вкрапленным хромшпинелидом. Благодаря более равномерному распределению платины и наличию повышенного по сравнению с безрудными дунитами геохимического фона, минерализованная зона была обнаружена в результате литогеохимической съемки, впервые применившейся на массивах Платиноносного пояса Урала для поисков коренного платинометалльного оруденения. В пределах Вересовоборского массива и в центральной части Светлоборского литогеохимическое опробование по вторичным ореолам выявило лишь единичные аномальные пробы. Для выявления аномалий потребовалось сгущение сети, повторное опробование и проходка канав. Т.е. в центральных частях массивов, где развиты процессы перекристаллизации дунитов, образования хромитовых сегрегаций и платина распределена более неравномерно, литогеохимия может быть эффективна только при частой сети опробования.
Геологическое строение Нижнетагильского и Светлоборского массивов
Геологическое строение Светлоборского и, в особенности, Нижнетагильского массивов освещено во многих работах, включая классические труды Н.К. Высоцкого [4], А.Н. Заварицкого [12], А.Г. Бетехтина [1], И.А. и Л.В. Малаховых [30] и О.К. Иванова [16]. Нижнетагильский массив расположен к западу от Тагильского габбрового массива и отделен от него ороговикованными метабазальтами выйской свиты (O2-3vs) - т.н. "кытлымитами". Массив имеет грушевидную вытянутую овальную форму размером 6х13,9 км площадью 50,1 км2 и состоит из дунитового "ядра" и клинопироксенитовой "оболочки". Дунитовое ядро, площадью 27 км2 при длине 10,5 км расширяется в южной части до 5,5 км, напоминая своей формой по метким замечаниям некоторых исследователей беременную женщину. Анализ гравиметрических данных показывает, что гравитационный максимум массива находится к северо-востоку от него в районе горы Ипатова. Таким образом, Нижнетагильский массив представляется гарполитообразным телом, западный и восточный контакты которого достаточно полого погружаются на восток [16]. Дунитовое тело Нижнетагильского массива именуют также дунитовым массивом горы Соловьева. Это название также достаточно широко вошло в литературу. О.К. Иванов [16] в пределах массива выделял три группы породных ассоциаций ультрамафическую, включающую дуниты, верлиты и клинопироксениты, габбровую и серпентинитовую. Среди ультрамафитов он различал первичные и постмагматические породные образования. Первичные ультрамафиты слагают дунитовое ядро и клинопироксенитовую оболочку. Постмагматическая ассоциация наложена на первичные ультрамафиты и представлена перекристаллизованными дунитами, хромитовыми жилами и ультрамафическими пегматитами [14, 16].
Дуниты и аподунитовые серпентиниты Нижнетагильского массива слагают гору Соловьева, Большую Шурпиху и ряд гор в центральной части массива. Макроскопически дунит представляет собой массивную породу от темно-зеленого и почти черного до бурого и оливкового цвета. Цвет зависит от интенсивности серпентинизации. Дуниты, в наименьшей степени затронутые серпентинизацией имеют темно-зеленый цвет, а зернистые агрегаты оливина стеклянный блеск. По крупности зерен оливина различают тонко- , мелко-, средне-, крупно- и гигантозернистые дуниты. Среди структур различаются панидиоморфнозернистая, а также катакластические структуры.
Наиболее подробные геологические карты и планы Нижнетагильского и Светлоборского массивов были составлены О.К. Ивановым [16]. Его методика картирования дунитовых ядер массивов основывалась на связи размерности зерен хорошо видимого невооруженным глазом на выветрелой поверхности дунита хромшпинелида с оливином. Размер зерен хромшпинелида для мелкозернистых дунитов составляет 0,2-0,5 мм, для среднезернистых - 0,5-1,0 мм, для крупнозернистых - 1,0-3,0 мм, для грубозернистых дунит-пегматитов - более 3 мм. Применение подобной методики обуславливалось невозможностью надежного оперативного картирования дунитов, в особенности их серпентинизированных разностей и серпентинитов, а также рядом трудностей, связанных с широким распространением наложенных процессов рекристаллизации дунитов. Разработанная О.К. Ивановым систематика генетических типов дунитов включала в себя выделение первичных дунитов, постмагматически-перекристаллизованных и вторично перекристаллизованных дунитов, милонитизированных и рекристаллизованных дунитов. Среди первичных дунитов им выделялись тонкозернистые с равномерным распределением акцессорного хромшпинелида протодуниты, мелкозернистые полиэдрические и порфировидные с равномерным распределением акцессорного хромшпинелида квазидуниты, ассоциирующие с прото- и квазидунитами оливиниты, а также диопсидовые дуниты. Среди перекристаллизованных т.н. пердунитов им выделялись мелко-, средне-, крупнозернистые дуниты, миаролитовые и диопсидсодержащие перекристаллизованные дуниты. Увеличение зернистости оливина сопровождается увеличением размера зерна вкрапленного хромшпинелида и закономерным уменьшением их количества в пересчете на квадратный сантиметр. Миаролитовые дуниты выделялись им и среди первичных и среди постмагматически-перекристаллизованных дунитов. Миаролы представляют собой ксеноморфные обособления между зернами оливина, сложенные "офитом", хлоритом, диопсидом, флогопитом, хромандрадитом, сульфидами. В целом, минеральный состав дунитов достаточно однообразен. Помимо оливина, количество которого вследствие серпентинизации составляет обычно 40-50 % (97-99,5 % без учета серпентина) в его состав входит хромшпинелид и могут присутствовать диопсид, хлорит, гранат, карбонаты, сульфиды, минералы платиновой группы. Серпентинизация, как было показано Ю.А. Волченко и др. [43, 44] постепенно затухает с глубиной - примерно на 400 м в скважинах встречаются практичесски несерпентинизированные дуниты. И.А. и Л.В. Малаховыми [30] приводится средний химический состав дунита Нижнетагильского массива в пересчете на безводную разность: SiO2 - 40,47 %, MgO - 49,37 %, FeO (общее) -8,20 %, Al2O3 - 0,95 %, Cr2O3 - 0,51 %, CaO - 0,20 %, NiO - 0,144 %, MnO - 0,11 %, Na2O -0,022 %, CoO - 0,016 %, K2O - 0,005 %, TiO2 - следы. Состав оливина соответствует форстериту. Железистость колеблется в диапазоне от 6 до 12 % фаялитовой составляющей, составляя в среднем 7-8 % фаялитового минала. Как было показано В.Р. Шмелевым с соавторами [54], железистость оливина закономерно уменьшается от мелкозернистых к крупнозернистым разностям дунитов, при этом нарастает его магнезиальность. Последнее обстоятельство характерно и для вкрапленного хромшпинелида, в котором с увеличением зернистости дунита увеличивается также содержание хрома. Составы хромшпинелидов и оливинов из крупнозернистых разностей дунитов и дунит-пегматитов наиболее близки к таковым из хромититовых жил, что косвенно может говорить об их генетическом сродстве.
В пределах Нижнетагильского массива установлено [14] несколько типов ультрамафических пегматитов. Недифференцированные дунит-пегматиты располагаются в пределах полей крупнозернистых дунитов, частично дифференцированные дунит-пегматиты, характеризующиеся некоторой зональностью и наличием мелких миарол, заполненных "офитом" с хлоритом, гранатом, хромдиопсидом и располагаются в пределах полей мелкозернистых дунитов, дифференцированные или камерные пегматиты - жилы заполнения или полости с друзами оливина, хлорита расположены преимущественно в периферической части дунитового ядра. Нижнетагильский массив является эталонным объектом среди зональных массивов урало-аляскинского типа с точки зрения изучения коренного хром-платинового оруденения, связанного с хромитовыми сегрегациями в дунитах. Хромититовые жилы развиты исключительно в пределах дунитового ядра и имеют определенно эпигенетическое по отношению к дунитам положение. По О.К. Иванову [16] хромититы приурочены к периферийным частям полей средне- и крупнозернистых перекристаллизованных дунитов, образуя участки, полосы или зоны дунитов, обогащенных хромититовыми жилами. Клинопироксенитовая оболочка Нижнетагильского и Светлоборского массивов впервые была описана Н.К. Высоцким. О.К. Иванов выделял первичные мелко- и среднезернистые клинопироксениты, продукты их перекристаллизации, продукты милонитизации и рекристаллизации клинопироксенитов, жильные образования. Установлено зональное строение оболочки. На контакте с дунитами располагаются верлиты, далее они сменяются оливиновыми и мономинеральными клинопироксенитами, а затем магнетитовыми и плагиоклазовыми их разновидностями. Крупнозернистые и пегматоидные разности клинопироксенитов на Нижнетагильском массиве отмечаются достаточно редко, что нельзя сказать о Светлоборском массиве. Переходы между дунитами, верлитами и разновидностями клинопироксенитов постепенные. Жильная фация клинопироксенитов на Нижнетагильском массиве, в отличие от Светлоборского распространена очень ограниченно. В юго-западной части дунитового ядра массива отмечаются тела клинопироксенитов в дунитах. В одних случаях они интерпретируются как жильные тела, дайки клинопироксенитов, а в других - как т.н. "втеки", клинья или неэродированные останцы клинопироксенитовой каймы.
Распределение редких элементов в хромититах Нижнетагильского массива
Как видно из графика, распределение платиновых металлов в богатых хромит-платиновых рудах Нижнетагильского массива соответствует так называемому «М-образному» типу их распределения в зональных массивах, характеризующегося положительными пиками накопления Pt и Ir. Распределение ЭПГ в подиформных хромититах офиолитовых комплексов (Кемпирсайский массив) характеризуется в свою очередь выдержанным трендом накопления тугоплавких платиноидов (Os, Ir, Ru), а в стратиформных хромититах расслоенных массивов (в крупнейшем в мире месторождении платиноидов UG-2) Бушвельдского массива, накопления преимущественно легкоплавких платиновых металлов (Pt, Pd, Rh). Таким образом, следует сделать вывод о том, что распределение платиновых металлов в хромититах Нижнетагильского массива имеет Ir-Pt геохимическую специализацию и полностью соответствует их распределению в хромититах зональных массивов. Среди благородных металлов платина преобладает над иридием, родием, палладием, рутением и серебром.
Нижнетагильского массива. Редкоземельные элементы имеют довольно сильные корреляционные связи между собой, а также демонстрируют корреляционные зависимости с платиновыми металлами в пробах, лишенных ураганных и повышенных значений платиновых металлов. Положительные коэффициенты корреляции между ЭПГ и РЗЭ выявлены для Ir, Rh и Pt среди платиновых металлов и для Gd, Yb, Tb, Sm и Nd среди редких земель. Самые сильные корреляционные зависимости наблюдаются между Ir и Gd (0,93), Rh и Gd (0,83), Pt и Gd, Ir и Tb, Rh и Yb (0,80). Взаимосвязи содержаний РЗЭ и ЭПГ отмечались и раньше для хромититов Бураковского расслоенного массива – Ir c Sm, Tb, Yb и Nd (Лазаренков и др., 1990).
Наличие взаимосвязи распределения ЭПГ и тяжёлых РЗЭ в бедных рудах говорит о возможном их химическом сродстве. Этот вывод находит своё подтверждение в работах Л.Г. Марченко [32], касающихся взаимоотношений нанофаз интерметаллидов редких земель и платиновых металлов. Отсутствие корреляции РЗЭ и ЭПГ в рудах с высокими содержаниями платины может указывать на незначительное влияние эпигенетического флюида, приводящего к образованию богатых хромит-платиновых руд в результате привноса, перераспределения и локализации ЭПГ на фракционирование редких земель [22]. 1. Впервые проанализированные нами химические составы нижнетагильских хромититов по сравнению с вмещающими дунитами обогащены алюминием и титаном, а обеднены магнием и кремнием. Обращает на себя внимание повышенное более чем на порядок по сравнению с нижнетагильскими дунитами содержание ванадия (ЭГЖ) и бария (КЛ), а также более высокое цинка (ТЭ), стронция (КЛ), иттрия, циркония и ниобия (ВЗЭ). Меньшие почти на порядок концентрации образует никель и кобальт (ЭГЖ). Редкие земли и большая часть всех остальных элементов, за исключением платиновых металлов содержится в хромититах в меньших или равных количествах по сравнению с вмещающими дунитами. 2. На диаграмме хондрит-нормированных отношений распределение платиновых металлов в хромититах Нижнетагильского массива соответствует «М-образному» типу их распределения в других зональных массивах и характеризуется положительными пиками накопления Pt и Ir. Соотношение содержаний платиновых металлов соответствует схеме: Pt Ir Rh Pd Ru. 3. Характер распределения редких элементов в хромититах Нижнетагильского массива соответствует их распределению в шпинелевых лерцолитах верхней мантии [61] и в дунитах Нижнетагильского массива и является субмантийным. 4. В процессе формирования эпигенетических хромит-платиновых руд Нижнетагильского массива не происходило существенного фракционирования РЗЭ, либо оно затрагивало всю рудообразующую систему, включая и дуниты, и хромититы. Формулировка 1-го защищаемого положения: Хромититы характеризуются Ir-Pt платинометалльной спецификой и субмантийным характером распределения редких элементов. По сравнению с вмещающими дунитами в них наблюдаются более высокие концентрации элементов платиновой группы, алюминия, титана, бария, ванадия, цинка и ниобия.
Проблема поисков и разведки коренных платиновых месторождений в зональных массивах урало-аляскинского типа ставит перед исследователями вопрос о средних химических составах хромшпинелидов, о химических составах хромшпинелидов из разных петрографических типов хромититов и геохимических различиях составов хромшпинелидов в коренных платиновых рудопроявлениях и, естественно, вопрос о возможности использования этих различий в целях прогнозирования и поисков платиновой минерализации. Пока для платиновых месторождений и рудопроявлений массивов Платиноносного пояса Урала этот вопрос не ставился, но определенные предпосылки для такой постановки уже появились.
О среднем составе хромшпинелидов Нижнетагильского и Светлоборского массивов
Корреляционный анализ всего блока химических анализов хромшпинелидов Нижнетагильского массива (таблица 4.2) продемонстрировал высокие положительные связи Cr c Mg (+0,83) и высокие отрицательные связи обоих этих элементов с железом - (-0,94) и (-0,90) соответственно. Положительные связи Cr и Mg, по-видимому, указывает на присутствие пикрохромитовой компоненты, а отрицательные - на процесс ожелезнения в ходе серпентинизации. По данным микрозондового анализа выделяются четыре химические группы хромшпинелидов: магнезиально-хромистая (пикрохромитовая), железистая (хроммагнетитовая), алюминиевая и марганцовисто-титановая. Поля составов хромшпинелидов Нижнетагильского и Светлоборского массивов, поля составов подиформных хромшпинелидов офиолитовых массивов, стратиформных хромшпинелидов расслоенных массивов, а также коматиитов приведены на рисунке 4.1. В таблице 4.1 приведены средние химические составы хромшпинелидов этих массивов и средние составы хромшпинелидов известного Стилпоортского пласта Бушвельдского массива и Главного хромитового горизонта Бураковского массива (Карелия), иллюстрирующие составы хромшпинелидов расслоенных массивов, а также составы хромшпинелидов офиолитовой формации – двух крупнейших мировых месторождения хромита Алмаз-Жемчужины Кемпирсайского массива (Казахстан) и месторождений Дагкульпу и Кавак массива Эскисегир (Турция).
Как видно из рисунка 4.1 поле составов хромшпинелидов Нижнетагильского массива своим алюминиево-хромистым краем приближается к полю хромшпинелидов магматических коматиитов и полю составов хромшпинелидов магматических расслоенных массивов. Поле хромшпнелидов Нижнетагильского и Светлоборского массивов, маркирующее Cr-Fe тренд хромшпинелидов зональных массивов, также приближается к полю магматических расслоенных массивов.
Из таблицы 4.1 и рисунка 4.1 следует, что средние составы хромшпинелидов Нижнетагильского массива являются более хромистыми и менее магнезиально-алюминиевыми, чем магматические хромшпинелиды Стилпоортского пласта Бушвельдского массива и Главного хромитового горизонта Бураковского массива. Содержание железа в этих разных формационных типах хромшпинелидов примерно сходное, вследствие чего такой важный промышленный показатель хромшпинелидов как Cr/Fe отношение в средних нижнетагильских хромшпинелидах немного выше 1,76, чем в низкокачественных хромитах Стилпоортского пласта – 1,66. Как известно, этот пласт эксплуатировался на хром во время Второй мировой войны, когда страны антигитлеровской коалиции не имели доступа к высококачественным турецким хромитам подиформного типа. Таким образом, хромшпинелиды Нижнетагильского массива примерно соответствуют низкокачественным стратиформным хромитам и тем самым хромшпинелиды хром-платиновых руд Нижнетагильского массива вместе с хромитовыми россыпями, связанными с этим и другими массивами Платиноносного пояса Урала могут служить источником хромитового сырья. Хромшпинелиды Светлоборского массива по сравнению с нижнетагильскими являются менее хромистыми и более железистыми с величиной Cr/Fe отношения 1,1. В высококачественных подиформных хромитах офиолитовых массивов в месторождении Алмаз-Жемчужина (Казахстан) эта величина 2,89, в месторождениях Дагкульпу и Кавак (Турция) – 3,17. Кроме того, нижнетагильские хромшпинелиды в отличие от подиформных не только низкохромистые, но и менее магнезиальные и глиноземистые (таблица 4.1).
Общий тренд изменения химического состава нижнетагильских хромшпинелидов от более железистых и менее хромистых акцессорных разновидностей к более хромистым и менее железистым вкрапленным, а от них к прожилково-вкрапленным и далее к наиболее хромистым разновидностям жильных хромшпинелидидов по видимому носит закономерный характер.
Первое звено этой цепочки было установлено Е.П. Царицыным [52], второе звено – более хромистый характер вкрапленных в отношении шлировых В.Г. Лазаренковым и др. [24] и Е.В. Пушкаревым и др. [51], третье – более хромистый состав массивных жильных хромшпинелидов по сравнению с прожилково-вкрапленными рассмотрено в этой работе. При этом можно полностью согласиться с замечаниями Е.В. Пушкарева с соавторами [51], что подобное поведение химических составов в ряду акцессорные - жильные разновидности хромшпинелидов прямо противоположно известным магматическим закономерностям, когда Cr и Al в хромшпинелиде пропорционально замещаются Fe3+ и Ti, а Mg замещается Fe2+. По нашему мнению, данная тенденция составляет суть процесса метасоматической сегрегации в ходе хромитизации дунитов в соответствии с текстурно-структурной композицией размещения петрографических типов хромшпинелидовой минерализации в дунитах Нижнетагильского массива. В этой же связи, как показано ниже, обращает на себя внимание полная неповторяемость корреляционных матриц хромшпинелидов массивных жильных хромититов и их прожилково-вкрапленных разновидностей, несмотря на то, что их химические составы очень близки, но не идентичны. Возможно, эти различия составляют физико-химический смысл метасоматического способа формирования цепочек, струй, прожилков вкрапленного и жил массивного хромшпинелида. Как видно из таблицы 4.1, составы массивных жильных и прожилково-вкрапленных хромшпинелидов Нижнетагильского массива близки к составу его средних хромшпинелидов. Вместе с тем, составы массивных жильных хромшпинелидов по сравнению с составами прожилково-вкрапленных обнаруживают небольшие различия, являясь более хромистыми и магнезиальными и менее железистыми и марганцовистыми. Эти, на первый взгляд, незначительные различия тем не менее согласуются с микрозондовыми наблюдениями Е.В. Пушкарева и др. [51] над составами вкрапленных (акцессорных по их терминологии) и шлировых (прожилковых по этой терминологии) образований на примере месторождения Госшахта и с данными Т. Оже с соавторами [56]. Другими словами, несмотря на слабый характер этих различий в составах массивных жильных и прожилково-вкрапленных хромшпинелидов они являются вполне объективными и хорошо вписываются в общий тренд изменения химического состава хромшпинелидов Нижнетагильского массива от более железистых и менее хромистых акцессорных разновидностей [52] к более хромистым и менее железистым вкрапленным, а от них к прожилково-вкрапленным и, наконец, к наиболее хромистым хромшпинелидам жильных хромититов.
Анализ корреляционных связей хромшпинелидов этих двух петрографических типов хромититов Нижнетагильского массива показывает: 1. Полную неповторяемость корреляционных матриц обоих этих типов. Так, если в прожилково-вкрапленных хромшпинелидах Cr обнаруживает высокую положительную корреляцию с Mg (+0,94), то в массивных жильных эта корреляция тоже высокая, но обратная (-0,80). Или если в первых Mg показывает отрицательную корреляцию с Al (-0,72), то во вторых -положительную (+0,60). Далее, если в первых Fe является четырехкратным участником высоких корреляционных связей в матрице этого минерала, то в массивных жильных этот элемент из этой роли полностью выпадает, а его место занимает титан - с трехкратным участием в числе подобных связей. 2. Различия корреляционных связей породообразующих оксидов в хромшпинелидах массивных жильных и прожилково-вкрапленных хромититов Нижнетагильского массива проявляются на фоне их слабых геохимических различий. 3. Отличия матриц значимых коэффициентов парной корреляции массивных жильных и прожилково-вкрапленных хромшпинелидов позволяют предполагать различия в химическом механизме их образования. По данным микрозондового анализа хромшпинелиды массивных жильных хромшпинелидов относятся к хромистой и хром-магнезиальной, а также титано-марганцовистой и глиноземистой разновидностям. В поле прожилково-вкрапленных хромшпинелидов выделяются две химические разновидности - магнезиально-хромистая и железистая. Как видно из таблицы 4.3, химические составы рудопроявлений р. Рублевик, Сыркова, Крутого и Александровского логов как по нашим данным, так и по результатам Ю.А. Волченко довольно близки друг к другу и при этом не слишком отличаются от среднего состава хромшпинелидов Нижнетагильского массива. Чуть более высокие концентрации хрома фиксируются в хромшпинелидах Сыркова лога и Госшахты, железа - в хромшпинелидах Нового дунитового карьера, Александровского лога и р. Рублевик, магния - Крутого лога и Госшахты, алюминия - Крутого лога, титана - р. Рублевик, марганца - р. Рублевик и Крутого лога. Более или менее контрастная картина наблюдается между составами хромшпинелида месторождения Госшахта и участка Александровский: из них первый является более хромистым и магнезиальным - магнезиально-хромистая разновидность хромшпинелида, а второй - железистым и титанистым - титанисто-железистая разновидность.
