Размещение и состав платинового оруденения хромититового типа в зональных массивах на Среднем Урале

Проблема размещения, минерального и химического состава платинового оруденения, а также условий его формирования и вообще образования зональных дунит-клинопироксенитовых массивов Платиноносного пояса Урала до настоящего времени полностью не решена. Существует много точек зрения по этим вопросам и любая новая работа в данном направлении является шагом к решению этих проблем.

Актуальность исследований. Платиновые россыпи известны на Урале с начала XIX века и еще в те времена их связывали с ультраосновными массивами, вблизи которых они были расположены, но лишь практически через 100 лет на Нижнетагильском массиве впервые были открыты коренные месторождения платины. В настоящее время большинство известных коренных месторождений на Нижнетагильском массиве и платиносодержащих россыпей на Урале отработано. И в создавшейся экономической ситуации перед геологами стоит задача возродить былую славу Урала как платинодобывающей провинции. Представленные в работе материалы, могут быть использованы для более углубленных и результативных поисков коренного платинового оруденения.

Цели и задачи работы состоят в том, чтобы на основе оригинального материала и обобщенных литературных данных определить закономерности размещения коренного платинового оруденения в пределах трех изученных зональных массивов, выявить влияние процессов метаморфизма, широко проявленных здесь, на изменение микротвердости хромшпинелидов и платины, а также определить температуру формирования пород и руд зональных массивов. Для достижения поставленных целей решались следующие задачи: 1) детальное исследование текстурных разновидностей дунитов и хромитовых руд- 2) идентификация деформационных микроструктур оливина в изготовленных ориентированных шлифах- 3) подробное изучение состава акцессорных и рудообразующих хромшпинелидов на основе оригинальных анализов и обобщения литературных данных- 4) на основании полученных результатов определения состава сосуществующих оливинов и хромшпинелидов произведен расчет температур образования пород и руд трех изученных зональных массивов по трем наиболее используемым в настоящее время геотермометрам: Фабри, Фабри, модернизированный И. А. Малаховым и геотермометру О’Нила-Уолла-Больхауза-Берри-Грина- 5) изучение геохимических особенностей ЭПГ и стадийности образования платиноворудных парагенезисов- 6) изучение влияния метаморфизма на изменение микротвердости хромшпинелидов и платины- 7) сравнительное изучение состава хромитов и платины зональных массивов Платиноносного пояса Урала и сопоставление их с другими генетическими типами.

Фактический материал. В основу диссертации положены данные, собранные платиновой группой УГГГА, в составе которой автор работал в период с 1992 по 1998 год на Нижнетагильском, Светлоборском и Вересовоборском зональных дунит-клинопироксенитовых массивах Платиноносного пояса Урала. Материал собран в результате работы по госбюджетной теме Г-5 параграф 53, а также по гранту Минвуза РФ № 61−96.

Автором изучено три массива с детальным геологическим картированием, отобрано около 600 образцов, 10 из которых ориентированные, просмотрено около 500 прозрачных и 300 полированных шлифов. Впроцессе исследований было получено около 50 анализов состава оливинов и 40 анализов хромшпинелидов из различных текстурных типов руд. Сделано около 1000 определений ориентировок оптических осей оливина и около 3000 замеров трещиноватости пород и руд. Произведено более 150 расчетов температур образования пород и руд зональных массивов по трем геотермометрам. Выполнено около 200 определений показателей преломления слюдистых минералов и 30 их рентгено-структурных анализов. Получено около 2000 замеров микротвердости хромшпинелидов и платины из пород и руд зональных массивов.

Методы исследования. 1) геологическое обследование и частичное картирование масштаба 1:10 000, 1:5 000, 1:2 000 Нижнетагильского, Светлоборского и Вересовоборского зональных массивов- 2) петрографическое и минераграфическое изучение шлифов и полировок- 3) рентгено-структурный, микрозондовый, атомно-абсорбционный анализы пород и руд- 4) структурные и микроструктурные исследования дунитов и хромшпинелидов- 5) иммерсионный метод исследования слюдистых минералов- 6) массовые определения микротвердости хромитов и платины зональных массивов сопровождавшиеся статистической обработкой полученных результатов.

Основные защищаемые положения:

1. Размещение платинового оруденения хромититового типа в изученных зональных массивах контролируется тектоническими нарушениями северозападного или субширотного простирания, располагающимися, судя по данным изучения петроструктурной эволюции рудоносных дупитое, исключительно среди дунитов с порфирокластовой микроструктурой оливина, которые сопровождаются зонами метасоматитов с аптигоритом, хлоритом и тальком.

2.Дуниты и хромиты зональных массивов, характеризуются широким температурным диапазоном их становления и последующего метаморфизма. В целом, в соответствии с расчеталш температуры по оливин-хромитовым равновесиям, онй колеблется от 1200 до 650 °C. Платиновая минерализация эпигенетичпа по отношению к хромитам и формировалась в интервале.

J температур от 750−800 до 3000С, то еапь^до массовой серпентинизации дунитов.

3. Результаты детального изучения микротвердости хромшпинелидов и платины в дунитах и различных текстурных типах платиноносных хромитов позволяют надежно и быстро давать оценку влияния высокотемпературного метаморфизма на их состав и оценивать количество содержащихся в них эл ементов-примесей.

Научная новизна работы. Диссертация предсталяет собой комплексное изучение дунитов и хромшпинелидов зональных массивов Платиноносного пояса Урала. Впервые была предпринята попытка связать размещение платинового оруденения с тектоническими нарушениями и разработать методику их поиска с использованием структурных и микроструктурных особенностей оливинов, а также на основе изучения зон распространения околорудных метасоматитов, представленных разнообразными слюдистыми минералами. На основе многочисленных оригинальных и литературных данных проведен расчет температур образования и последующего метаморфизма дунитов и сосуществующих с ними хромшпинелидов, а также проведено сопоставление полученных по разным геотермометрам температур кристаллизации, перекристаллизации и метаморфизма дунитов и хромитов.

Впервые произведены массовые замеры микротвердости хромшпинелидов и платины, позволяющие оценить влияние процессов метаморфизма на образование и состав как самих хромитов, так и наложенной платиновой минерализации.

Практическая значимость. Разработанная новая концепция размещения платинового оруденения хромититового типа в зональных массивах Платиноносного пбяса Урала может быть использована в производственных геологических организациях для поисков коренного платинового оруденения, а также в подготовке студентов-геологов на Геологическом факультете УГГГА. Кроме того методика микроструктурного изучения дунитов, широко используемая для анализа тектонической эволюции самых различных пород и пока не используемая в УГГГА, может быть применена для более углубленной подготовки студентов на ряде кафедр Геологического факультета.

Апробация работы. Результаты по теме диссертационной работы неоднократно докладывались на заседаниях кафедры Геологии полезных ископаемых Уральской государственной горно-геологической академии, опубликованы в материалах научных конференциях студентов, аспирантов, научных сотрудников и преподавателей Вузов (Екатеринбург 1995, 1996, 1997, 1999), I Всероссийского металлогенического совещания (Екатеринбург 1994), на научной конференции «Чтения А. Н. Заварицкого» (Екатеринбург 1998). По теме также опубликовано в соавторстве три статьи: Горный журнал (Екатеринбург 1997), Сб. Геология метаморфических комплексов (Екатеринбург 1998), Известия УГГГА (Екатеринбург 1998).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения и списка литературы. Общий объем работы 182 стр. Содержание изложено на 115 машинописных страниц. Текст сопровождается 55 рисунками и 22 таблицами.

Список литературы

состоит из 87 наименований.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Проведенные исследования платиноносных дунитов и хромитов Нижнетагильского, Светлоборского и Вересовоборского зональных массивов Платиноносного пояса Урала позволили установить некоторые новые закономерности размещения, состава и условий их становления.

1. Проведенными исследованиями подтверждены ранее установленные данные о серпентинизации, как преобладающем процессе низкотемпературного метаморфизма дунитов во всех трех массивах. При этом происходил процесс перекристаллизации дунитов с образованием на месте криптозернистых дунитов мелко-, среднеи крупнозернистых их разновидностей. Характерно, что зоны перекристаллизации в основном располагаются в пределах массивов в субмеридиональном направлении и не совпадают с залеганием подавляющего большинства жильных тел хромитов.

Как следует из результатов петроструктурного изучения целого ряда ориентированных образцов дунитов, отобранных на Светлоборском и Вересовоборском массивах, в непосредственной близости от тектонических нарушений в основном распространены порфирокластовые микроструктуры оливина с характерным петроструктурным узором ориентировки его оптических осей. Обращает на себя внимание отсутствие в пределах этих массивов первичных магматических и, напротив, широкое в них распространение деформационных микроструктур оливина.

Полученные результаты свидетельствуют, что наиболее богатая платиновая минерализация хромититового типа формировалась в пределах крупных тектонических нарушений северо-западного и частично широтного простирания при непосредственном участии флюидной фазы [80], представленной в первую очередь хлоридами щелочных металлов, которые способствовали переносу инфильтрационным путем не только самой платины, но и железа и хрома, обладающих одинаковым ионным радиусом, с образованием жильных сегрегации хромитов с приуроченной к ним платиной.

Установлено, что выявленный в процессе проведения работ разлом находится в центральной части Нижнетагильского массива и состоит из серии субпараллельных тектонических нарушений в дунитах, общей протяженностью около 1.5 км и шириной 250−300 м, в пределах которого располагается основная часть мелких хромитовых тел протяженностью 5−15 м и мощностью от 0.3 до 2.5 м. Его существование было подтверждено двумя профилями закопушек и отбором около 70 проб при проведении ртутной съемки.

В пределах выявленного разлома в центральной дунитовой части Нижнетагильского массива выявлена обширная по протяженности (около 800−1000 м) зона метасоматически преобразованных пород представляющая собой интенсивно рассланцованные лизардитовые дуниты, содержащие повышенное количество антигорита и небольшое количество сопутствующего ему талька. Характерно, что к северо-востоку от этой зоны вместо антигорита и талька встречается хлорит, который представляет собой более низкотемпературную фацию преобразования исходных пород. Присутствие антигорита и талька свидетельствует о том, что эта зона вторичного преобразования дунитов образовалась в условиях прогрессивного локального метаморфизма пород и сопровождалась явлениями частичной десерпентинизации дунитов: по данным систематических количественно-минералогических подсчетов содержания оливина в шлифах из района старого карьера, степень серпентинизации дунитов здесь составляет 40−60%, в то время как среди среднезернистых и крупнозернистых дунитов центральной части массива степень серпентинизации дунитов обычно колеблется от 70 до 90%.

Базируясь на результатах выполненных многочисленных анализов хромитов на платину и платиноиды в пределах этой рудной зоны, в районе выявленного разлома, и учитывая, что среднее содержание МПГ в них составляет 2.7 г/т уже в настоящее время можно считать рентабельным заложение в этой структурной зоне карьера, размером 500−600 на 250 м, с целью извлечения коренной платины среди рудоносных дунитов и хромитов.

Характерно, что район Госшахты, где в начале прошлого века производилась промышленная добыча коренной платины, располагается как раз на протяжении тектонической зоны, простирающейся под углом СЗ 330° и проходящей через старый дунитовый карьер, где ранее встречались довольно многочисленные хромитовые жилы содержащие богатую платиновую минерализацию. В этой зоне также зафиксировано несколько петрографически изученных образцов с антигоритом, однако тальк был надежно установлен лишь в одном шлифе.

Таким образом, здесь мы по существу имеем дело с двумя тектоническими зонами измененных дунитов и образующихся по ним метасоматитов. Однако, на представленной в работе крупномасштабной карте масштаба 1:10 000 выделена лишь одна из них (северо-восточная), которая по имеющимся у нас материалам более надежно установлена.

Судить о глубинности выделенного здесь разлома мы можем пока лишь по косвенным данным. Проведенная еще в 30е годы прошлого столетия гравиметрическая разведка П. М. Никифоровым и С. К. Гириным [43] показала, что толщина дунитовой пластины в центральной части Нижнетагильского массива составляет около 5 км. Отсюда можно предполагать, что глубина, находящегося здесь, разлома составляет по крайней мере эту величину.

Подводя итог проведенному геолого-структурному изучению отмеченных трех платиноносных массивов, следует отметить, что выявленная хромитоносность Светлоборского и Вересовоборского массивов существенно ниже, что объясняется как более слабым, по сравнению с Нижнетагильским, их изучением, а также несколько меньшим (около 150 м) эрозионным их срезом. При этом следует иметь в виду, что было установлено в свое время еще Н. К. Высоцким [18], что подавляющее большинство хромитовых тел располагается ниже приапикальной части дунитовых ядер массивов. Таким образом, хромититовый тип платинового оруденения структурно располагается ниже дунитового. Поэтому не исключено, что значительная часть хромитовых жил в Светлоборском и Вересовоборском массивах пока еще просто не выявлена и располагается глубже.

Богатство же платиновых россыпей в верховьях р. Ис, которые непосредственно связаны с этими двумя зональными массивами связано с большей обогащенностью платиной дунитового типа распространенного здесь оруденения.

2. Серьезное внимание в работе было уделено изучению условий становления и последующего формирования дунитов в трех зональных массивах и ассоциирующих с ними хромитовых руд. При этом в результате систематического микрозондового изучения состава оливинов и сосуществующих с ними хромшпинелидов, а также на основе использования целого ряда литературных данных, включая данные И. С. Чашухина [68], было получено более 150 расчетных величин температур оливин-хромшпинелидовых равновесий по трем геотермометрам: Дж. Фабри [75], модернизированному И. А. Малаховым тому же термометру Фабри, и по наиболее современному, учитывающему целый ряд дополнительных параметров комбинированному термометру О’Нила-Уолла [78], усовершенствованному Больхаузом, Берри и Грином [72].

Согласно полученным цифрам (Таблицы 2.5, 2.6. и 2.7.) для Нижнетагильского массива кривая распределения полученных расчетных температур характеризуется бимодальным строением: наиболее высокие температуры равновесий 1100−1300°С, полученные по модернизированному термометру Фабри, характеризуют изначальные температуры становления дунитов и ассоциирующих с ними хромитов. Второй максимум температур равновесий характерен для метаморфизованных пород, находящихся, в первую очередь, в области выделяемых тектонических нарушений. По термометру Больхауза и О’Нила [72, 78] он составляет 800−975°С. Характерно, что по своим значениям он очень близок к цифрам, полученным по термометру Дж. Фабри (800−1070°С).

Для Светлоборского массива температура становления дунитов и хромитов по модернизированному геотермометру Фабри отвечает диапазону температур от 950 до 1200 °C, а по термометру O’NWBBG — от 725 до 885 °C. Наконец для дунитов и хромитов наиболее сильно ' метаморфизованного Вересовоборского массива температура становления пород и руд определяется диапазоном температур от 900 до 1175 °C, а отмечаемых в этом массиве метаморфизованных дунитов и хромитов — от 770 до 960 °C. Что касается цифр, полученных по термометру Дж. Фабри — она еще ниже и колеблется от 620 до 900 °C, то есть существенно ниже, чем в двух других массивах.

Уместно отметить, что ранее полученные И. С. Чащухиным и др. [ ] цифры расчетных температур по приведенным в его работе 7 равновесиям для дунитов определяются диапазоном от 1070 до 1200 °C, то есть практически полностью совпадают с нашими расчетными значениями для дунитов и хромитов Нижнетагильского массива.

Аналогичное сходство отмечается и по установленной нами зависимости фугитивности кислорода от температуры для дунитов и хромитов изученных зональных массивов: все их значения располагаются в области значений между фаялит-магнетит-кварцевым и магнетит-гематитовым буферами, причем наиболее высокие значения расчетной фугитивности характерны для дунитов и хромитов Вересовоборского массива, испытавших наиболее значительный метаморфизм и характеризующихся относительно более низкими температурами формирования, вследствие наиболее интенсивно проявленных процессов метаморфизма.

Что касается температуры формирования эпигенетического платинового оруденения, то кристаллизация наиболее распространенных изоферроплатиновой и тетраферроплатиновой минеральных фаз определяется диапазоном температур от 750−800 до 500 °C (судя по. присутствию в них значительного количества иридия). В целом же, поскольку очень часто отмечается их замещение туламинитом и ферроникелышатиной, температура формирования платиновой минерализации определяется диапазоном от 750−800 до 300 °C.

3. В основу методики изучения процессов метаморфизма хромшпинелидов с помощью массовых замеров микротвердости было положено сопоставление реально замеряемых величин с расчетными ее значениями, получаемыми путем химического определения их состава с помощью микрозонда, последующего пересчета на содержание слагающих их главных минеральных составляющих (миналов) и расчета по ним величины микротвердости по значениям, приведенным в справочнике [63]. Выполненное сопоставление замеренных и расчетных величин микротвердости показало систематическое превышение первых над вторыми, вследствие постоянного присутствия в кристаллической решетке в небольших количествах легирующих элементов, которые не учитываются при получении расчетных данных.

При их перекристаллизации и метаморфизме первоначально происходит переход твердых растворов элементов в микровключения и картина замеряемой микротвердости приобретает пятнистый характер. В дальнейшем происходит их полный или частичный вынос и величина замеряемой микротвердости в этом случае может практически совпадать с расчетной ее величиной. Однако на практике, по мере увеличения степени метаморфизма в хромшпинелидах нередко возрастает содержание трехи двухвалентного железа за счет алюминия и магния и в этом случае при замерах микротвердости отмечается явно зональная картина.

Что касается проведенного детального изучения зерен платины в хромитах изученных зональных массивов, то в результате статистической обработки результатов определения микротвердости изоферроплатины было выделено пять групп ее значений: аномально низкая (менее 290 кг/мм), низкая.

290−340 кг/мм), пониженная (340−400 кг/мм2), нормальная (400−480 кг/мм2) и повышенная (480−560 кг/мм2). При этом было установлено, что величина ее микротвердости находится в прямой зависимости не только от общего содержания в ней иридия, но в первую очередь от количества и размеров его микровключений в изоферроплатиновой матрице.

При этом для платины из Нижнетагильского массива выделяются две объединенные группы значений микротвердости: низкие и пониженные (при доминировании пониженных) 46% и нормальные и повышенные (при преобладании нормальных), составляющие 54% всех замеров.

Изоферроплатина Светлоборского массива в целом, как и Нижнетагильского, подразделяется также на две группы, однако, доля низких и пониженных значений в ней больше (56%), чем нормальных и повышенных (44%).

Наиболее низкая микротвердость нами была зафиксирована в изоферроплатине Вересовоборского массива, где 47% всех замеренных ее значений приходится на низкую микротвердость, 25% ~ на пониженную, 22% на аномально низкую и лишь 6% на долю нормальных значений микротвердости.

Полученные данные по массовым замерам микротвердости платины свидетельствуют, что она определяется не только структурной и химической неоднородностью природных железо-платиновых сплавов, но и является следствием различных по интенсивности и масштабам вторичных метаморфических преобразований, свойственных как дунитам, так и хромитам.

Таким образом, массовые замеры микротвердости хромшпинелидов и платины позволяют оперативно судить не только о степени их неоднородности и количестве легирующих элементов-примесей, но и о масштабах наложенных процессов высокотемпературного метаморфизма, иногда существенно влияющего на.