Минералогия и геохимия полиметаллических проявлений бассейна реки Безымянной: Архипелаг Новая Земля

Актуальность работы. Архипелаг Новая Земля является новым перспективным металлогеническим регионом европейского северо-запада России и невостребованным до сих пор резервом минерально-сырьевой базы страны. В 1991;92-х годах геологами Полярно-морской ГРЭ на Южном острове архипелага Новая Земля, в нижнем течении р. Безымянной были обнаружены крупные геохимические аномалии, а впоследствии — полиметаллическое месторождение Павловское и несколько рудопроявлений. В результате оценки минеральных ресурсов архипелага, проведенной ПМГРЭ совместно с ВНИИ Океангеология (г.Санкт-Петербург), Безымянский полиметаллический рудный узел определен как один из наиболее масштабных сырьевых объектов Новой Земли, прогнозные ресурсы которого оценены десятками миллионов тонн руды. Однако до сих пор вещественный состав руд изучен слабо, отсутствует сколь-нибудь детальная характеристика главных рудных минералов и изменчивости полиметаллической минерализвации, которая позволила бы оценить физико-химические параметры рудообразования, его зональность, формационную принадлежность а, следовательно, и перспективы оруденения.

Цель работы. Целью работы являлось получение минералого-геохимической характеристики полиметаллического оруденения бассейна р.Безымянной.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1) изучение изменчивости состава и свойств рудных минералов, последовательности минералообразования и эволюции рудного процесса в пространстве и времени;

2) изучение изотопного состава свинца главных рудных минералов;

3) оценка перспектив оруденения на основе полученных данных;

4) изучение минералогии зоны окисления, поведения основных компонентов и элементов-примесей при замещении главных рудных минералов вторичными и построение модели миграции токсичных металлов в условиях зоны гипергенеза Павловского месторождения.

Фактический материал и методы исследования. Материалом для исследования послужили пробы пород и руд, отобранные ПМГРЭ в 1993;98гг. Поставленные задачи решались с помощью комплекса современных методов минералого-геохимического изучения вещества. В процессе работы были проведены: исследование в образцах, шлифах (ок.150), аншлифах (ок.200) и протолочках минерального состава и взаимоотношений минералов в рудах и вмещающих породах с описаниями, зарисовками и фотографиямимикрозондовое изучение взаимоотношений минералов, закономерностей распределения элементов-примесей в рудных минералах и перераспределения основных компонентов и элементов-примесей при процессах замещения сфалерита, галенита, пирита, а также состава акцессорных и вторичных минераловмикрорентгеноспектральные определения (30 анализов), профильное сканирование зерен минералов (45 профилей), количественные определения — более 500 э/оотбор 39 мономинеральных проб мелкой (ОД-ОД мм) фракции пирита, галенита, сфалеритаизучение состава рудных минералов методом количественного спектрального анализа (всего выполнено 417 э/о) — изучение рентгеновскими методами политипии и параметра элементарной ячейки сфалерита (28 проб), а также минерального состава зоны гипергенеза (17 проб) — исследование изотопного состава свинца рудных минералов (23 пробы) — изучение состава рудных образований при помощи спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (13 проб) — обработка результатов спектрального анализа 5294 проб рыхлых отложений, построение комплекта моноэлементных и полиэлементных геохимических карт, вычисление статистических параметров, проведение факторного, корреляционного анализов содержаний химических элементовполуколичественный спектральный анализ донных и рыхлых отложений (21 проба) — анализ растворенных форм тяжелых металлов в воде (19 проб).

Основные результаты исследования сформулированы в виде следующих защищаемых положений:

1. Структурно-текстурные особенности полиметаллического оруденения бассейна р. Безымянной, последовательность образования, вариации состава и соотношений элементов примесей, данные по изотопному составу свинца рудных минералов свидетельствуют о длительном, полихронном и полигенном характере рудного процесса и позволяют предполагать крупные масштабы оруденения.

2. Изменчивость состава и свойств сульфидов в пределах Безымянского рудного узла позволяет выявить скрытую минералого-геохимическую зональность, заключающуюся в закономерной смене на территории узла глубинных, и относительно древних, участков рудоносной системы «апикальными» и слабо эродированными.

3. В условиях зоны окисления Павловского месторождения происходит переход ряда токсичных металлов (свинца, цинка и кадмия) в подвижное состояние. Частично они входят в структуру новообразованных минералов, однако значительная их масса мигрирует с грунтовыми и поверхностными водами. В дальнейшем эти металлы фиксируются на щелочном барьере в зоне смешения речных и морских вод.

Научная новизна работы. Впервые дана минералого-геохимическая характеристика нового полиметаллического узла, расположенного в пределах перспективной металлогенической провинции европейского северо-запада России, которая позволила выявить особенности оруденения как в региональном плане, так и в сравнении с крупными полиметаллическими объектами мира. Изучен изотопный состав свинца, выявлена изменчивость состава и свойств рудных минералов, что позволило проследить эволюцию минералообразования во времени и пространстве. Впервые на Новой Земле обнаружен кимрит, выяснены условия нахождения этого редкого минерала. Выявлены основные тенденции поведения кадмия при замещении сфалерита смитсонитом, а также охарактеризовано поведение тяжелых металлов при окислении руд Павловского месторождения.

Практическая значимость. Работа является частью активно проводимого в настоящее время комплексного геологического изучения Новой Земли. Результаты исследования используются в процессе проведения поисково-оценочных работ на полиметаллических объектах бассейна р. Безымянной, в том числе количественные данные о содержании и форме нахождения кадмия, серебра и других компонентов в рудных минералах при оценке комплексности руд. Разработка модели миграции токсичных элементов в прибрежной зоне архипелага Новая Земля позволит в дальнейшем оценить их влияние на экосистемы Западно-Арктического шельфа, что определит систему природоохранных мероприятий в регионе при проектировании освоения крупного полиметаллического объекта.

Апробация результатов исследования. Результаты исследований были представлены на научных конференциях студентов и молодых ученых СПбГГИ «Полезные ископаемые России и их освоение» (Санкт-Петербург, 1997;99), на XIII Геологическом съезде Республики Коми «Геология и минеральные ресурсы европейского северо-востока России: новые результаты и новые перспективы» (Сыктывкар, 1999), в ходе работы Пятой научной студенческой школы «Металлогения древних и современных океанов — 99. Рудоносность гидротермальных систем» (Миасс, 1999), на международной конференции «Полезные ископаемые — формирование, прогноз, ресурсы» (Санкт-Петербург, 1999), на IX съезде Минералогического общества «Минералогическое общество и минералогическая наука на пороге XXI века» (Санкт-Петербург, 1999), на II минералогическом семинаре «История и 8 философия минералогии», (Сыктывкар, 1999). Основные результаты диссертационной работы докладывались также на заседаниях кафедры минералогии, кристаллографии, петрографии СПбГГИ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ.

Объем и структура работы. Диссертация имеет объем страниц и состоит из введения, 5 глав и заключения. Содержание иллюстрировано рисунками, таблицами. Список цитированной литературы содержит наименований.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В соответствии с целями и задачами исследования полиметаллических проявлений бассейна р. Безымянной, сформулированными во введении работы, нами получены следующие результаты. Структурно-текстурные особенности полиметаллического оруденения бассейна р. Безымянной, последовательность образования, вариации состава и соотношений элементов примесей, данные по изотопному составу свинца рудных минералов свидетельствуют о длительном, полихронном и полигенном характере рудного процесса и позволяют предполагать крупные масштабы оруденения. При оценке перспектив Безымянского рудного узла были выявлены факторы, которые могли способствовать концентрации металлов в данных геологических условиях.

1. Размещение полиметаллической минерализации бассейна р. Безымянной контролируется тектоническими факторами — приуроченностью полиметаллического оруденения к субмеридиональным разрывным нарушениям, оперяющим крупные региональные разломы земной коры.

2. В составе рудных минералов отмечается присутствие магматогенны элементов, не характерных для вмещающих пород, которые могли быт привнесены из глубины «трансмагматическими флюидами мантийног происхождения» (Аб, 5Ь, ВО и заимствоваться из базитовых магм (N1, Со) Наличие в сульфидных рудах значительных концентраций палладия, содержани которого сопоставимо с содержанием его в магматических породах основног состава, подтверждает связь оруденения с базитовым магматизмом.

3. В составе и строении минеральных индивидов проявлены признаки, свидетельствующие об интенсивности и длительности процессов минералообразования на данном объекте. Для руд характерно наличие в минеральных индивидах микронеоднородностей и неравновесных взаимоотношений минералов в рудах. Рудные процессы длительно развивались в изменчивых термодинамических условиях, сопровождались явлениями преобразования минерального вещества, которые влияли на строение руд и на распределение в них ценных компонентов.

Перечисленные признаки позволяют предполагать значительные масштабы оруденения в изучаемом районе. Полученные за последние годы материалы по различным типам крупных и уникальных месторождений редких и благородных металлов свидетельствуют о том, что формирование оруденения является следствием длительного развития флюидных систем глубинного заложения, посредством которых осуществляется мантийно-коровое взаимодействие и происходит интенсивное перераспределение вещества в земной коре (Рундквист, 1997, 1998; Маракушев, 1997 и др.). При анализе особенностей размещения и эволюции крупных и уникальных редкометальных, золоторудных, полиметаллических и других месторождений установлена приуроченность крупных и уникальных объектов к региональным долгоживущим сквозным разломам земной коры (Фаворская и др., 1974; Гавриленко, Марин, 1999) и, как правило, длительная и сложная история рудообразования в связи с наследованием зон временной проницаемости (Петровская, 1981). Из типоморфных особенностей минералов учитываются нестандартные ассоциации элементов-примесей (в частности, присутствие магматогенных элементов, привнесенных с глубины) и изотопные отношения, а также проявление в составе и строении минеральных индивидов характеристик, свидетельствующих об интенсивности и длительности процессов минералообразования на данном объекте (Гавриленко и др., 2000). Совокупность показателей резко выраженного усиления неравновесности гидротермальных процессов также используется как критерий, указывающий на вероятное богатство руд многих месторождений благородных и цветных металлов I.

Минералогические. 1981).

Изменчивость состава и свойств сульфидов в пределах Безымянского рудного узла позволяет выявить скрытую минералого-геохимическую зональность, заключающуюся в закономерной смене на его площади глубинных, и относительно древних, участков рудоносной системы апикальными и слабо эродированными. В результате изучения типоморфных особенностей галенита и сфалерита выявлена зональность оруденения, выраженная в закономерной смене в пространстве с юго-запада на северо-восток апикальных, более молодых частей рудовмещающей постройки корневыми, более древними. Эти выводы подтверждаются результатами минераграфического изучения руд — отмечается тенденция сокращения количества разновременных генераций минералов в рудопроявлениях Восточной перспективной территории, что характерно для флангов и глубоких горизонтов рудных полей (Минералогические., 1981). В структурном рисунке руд Павловского месторождения часты крустификационные, натечные мотивы, а в качестве акцессорных минералов встречаются сульфосоли серебра, свинца, сурьмы, мышьяка. В пределах Восточной перспективной территории для руд характерны кристаллобластические и катакластические структуры, вкрапленные, прожилковые, полосчатые текстуры, в качестве акцессорного минерала часто встречается халькопирит.

Особенности состава продуктивных ассоциаций, как и руд в целом, отражают существенное влияние геохимической специфики рудного района. Обработка данных геохимического опробования рыхлых отложений в районе Павловского месторождения на площади около км2 показала, что в районе значительно (на 1−2порядка) повышен геохимический фон ряда элементов, таких как Ag, Сс1, Ав, В1, БЬ, Hg, Т1. Рудный процесс охватывает огромные объемы вмещающих пород и сопровождается выносом из карбонатных пород Са с параллельным привносом ряда халькофильных и сидерофильных элементов. Геохимические карты рудного поля, построенные по результатам опробования элювиально-делювиальных образований, показали его значительную неоднородность. В ряде случаев опробование не вышло за пределы участков с аномально повышенным содержанием Ag, Ъп, РЬ и можно прогнозировать наличие перспективных участков на южном фланге Павловского рудного поля.

В условиях зоны окисления Павловского месторождения происходит переход ряда токсичных металлов (свинца, цинка и кадмия) в подвижное состояние. Частично они входят в структуру новообразованных минералов, однако значительная их масса мигрирует с грунтовыми и поверхностными водами. В дальнейшем эти металлы фиксируются на щелочном барьере в зоне смешения речных и морских вод. При проектировании промышленного освоения месторождения необходимо учитывать особенности поведения токсикантов в специфических условиях криогенеза, поскольку отсутствие контроля над всем геохимическим циклом производства может привести к серьезным экологическим последствиям.