Диагенез обломочных руд Ишкининского кобальт-медноколчеданного месторождения (Южный Урал): минералого-геохимические данные и термодинамическое моделирование

Объект исследования. Преобразованные обломочные руды Ишкининского кобальт-медноколчеданного месторождения, залегающего в серпентинитах Главного Уральского разлома.

Материалы и методы. Исследованы текстуры и структуры руд, методом LA ICP MS определены содержания элементов-примесей в сульфидах и оксидах, в программе Selektor проведено физико-химическое моделирование диагенетического образования акцессорных арсенидов.

Результаты. Обломочные руды представлены преобразованными гравелитами, содержащими угловатые и округлые обломки серпентинитов, сульфидов и хромита в псаммитовом матриксе такого же минерального состава. Гидротермальные минералы в обломках не сохранились; они замещены кристаллическим пиритом-2, пористым пиритом-3, ксеноморфным пиритом-4, пирротином, халькопиритом, магнетитом. Халькопирит и магнетит замещают все сульфиды, сульфоарсениды, хромит, а также нерудные минералы. Хромит присутствует в серпентинитовых обломках и представлен отдельными обломками кристаллов. В матриксе наблюдаются идиоморфные кристаллы кобальтина с включениями никелина, герсдорфита и самородного золота. Кристаллический пирит-2 характеризуется повышенными содержаниями Mn, Co, Ni, Cu и Zn. Пористый пирит-3 содержит повышенные концентрации Co, Cu и Se. Ксеноморфный пирит-4 обогащен большинством элементов-примесей по сравнению с другими сульфидами и другими генерациями пирита. Халькопирит характеризуется повышенными содержаниями Zn и Se. Пирротин содержит самые высокие концентрации Ni (1770 г/т) и повышенные – Co (407 г/т).

Выводы. Главные элементыпримеси руд месторождения (Co и Ni), а также Cu, Zn и Mn присутствуют не только в сульфидах, но и в оксидах: хромит содержит Zn и Ni, а магнетит – Mn и Cu. Селен содержится в сопоставимых количествах во всех сульфидах. Теллур главным образом концентрируется в пирите-4. По сравнению с другими колчеданными месторождениями серпентинит-сульфидные гравелиты Ишкининского месторождения были преобразованы не выше стадии диагенеза. Диагенетическое преобразование обломочных руд привело к формированию аутигенных кобальтина, герсдорфита, никелина и самородного золота в результате высвобождения элементов-примесей из первичных гидротермальных сульфидов, что отразилось на общем низком уровне содержаний элементов-примесей в позднедиагенетических минералах. Термодинамическое моделирование показало возможность образования As-содержащих фаз (в частности, никелина) при температурах до 200°C и ниже.

1. Аюпова Н.Р., Масленников В.В., Артемьев Д.А., Блинов И.А. (2019) Минералого-геохимические особенности конкреций пирита из сульфидных турбидитов Талганского медно-цинково-колчеданного месторождения (Южный Урал). Литология и полез. ископаемые, (6), 518-539. https://doi.org/10.31857/S086956524876659-662

2. Глазырина Н.В., Глазырин Е.А. (2011) Кобальтин-пентландит-пирротиновая аутигенная сульфидная минерализация черносланцевых отложений. Записки РМО, (1), 83-90.

3. Зайков В.В. (2006) Вулканизм и сульфидные холмы палеоокеанических окраин: на примере колчеданоносных зон Урала и Сибири. М.: Наука, 429 с.

4. Зайков В.В., Мелекесцева И.Ю., Артемьев Д.А., Юминов А.М., Симонов В.А., Дунаев А.Ю. (2009) Геология и колчеданное оруденение южного фланга Главного Уральского разлома. Миасс: Геотур, 376 с.

5. Карпов И.К., Чудненко К.В., Бычинский В.А., Кулик Д.А., Павлов А.Л., Третьяков Г.А., Кашик С.А. (1995) Минимизация свободной энергии при расчете гетерогенных равновесий. Геология и геофизика, 36(4), 3-21.

6. Масленников В.В. (2012) Морфогенетические типы колчеданных залежей как отражение режимов вулканизма. Литосфера, (5), 96-113.

7. Масленников В.В., Аюпова Н.Р., Масленникова С.П., Третьяков Г.А., Мелекесцева И.Ю., Сафина Н.П., Белогуб Е.В., Ларж Р.Р., Данюшевский Л.В., Целуйко А.С., Гладков А.Г., Крайнев Ю.Д. (2014) Токсичные элементы в колчеданообразующих системах. Екатеринбург: РИО УрО РАН, 340 с. https://elibrary.ru/item.asp?id=23720644

8. Масленников В.В., Мелекесцева И.Ю., Масленникова А.В., Третьяков Г.А., Масленникова С.П., Аюпова Н.Р., Сафина Н.П., Филиппова К.А., Удачин В.Н., Целуйко А.С., Аминов П.Г. (2016) Дифференциация токсичных элементов в условиях литогенеза и техногенеза колчеданных месторождений. Екатеринбург: УрО РАН, 368 с.

9. Мелекесцева И.Ю. (2007) Гетерогенные кобальт-медноколчеданные месторождения в ультрамафитах палеоостроводужных структур. М.: Наука, 245 с.

10. Мелекесцева И.Ю., Масленников В.В., Масленникова С.П. (2020) Элементы-примеси в сульфидах Дергамышского кобальт-медноколчеданного месторождения, Южный Урал: форма нахождения и источники вещества. Литосфера, (4), 499-516. https://doi.org/10.24930/1681-9004-2020-20-4-499-516

11. Перцев А.Н., Бортников Н.Б., Власов Е.А., Бельтенев В.Е., Добрецова И.Г., Агеева О.А. (2012) Современные колчеданные залежи рудного района Семенов (Срединно-Атлантический хребет, 13°31? с.ш.): характеристика ассоциирующих пород внутреннего океанического комплекса и их гидротермальных изменений. Геол. рудн. месторождений, 54, 400-415.

12. Сафина Н.П., Масленников В.В. (2009) Рудокластические отложения Яман-Касинского и Сафьяновского колчеданных месторождений. Миасс: ИМин УрО РАН, 260 с.

13. Чудненко К.В. (2010) Термодинамическое моделирование в геохимии: теория, алгоритмы, программное обеспечение, приложения. Новосибирск: Гео, 287 с.

14. Dias A.S., Mills R.A., Ribeiro da Costa I., Costa R., Taylor R.N., Cooper M.J., Barriga F.J.A.S. (2010) Tracing fluid–rock reaction and hydrothermal circulation at the Saldanha hydrothermal field. Chem. Geol., 273, 168-179. doi:10.1016/j.chemgeo.2010.02.020

15. Encyclopedia of sediments and sedimentary rocks. (2003) (Eds G.V. Middleton et al.) Kluwer Academic Publishers, 805 p.

16. Fairbridge R.W. (1983) Syndiagenesis-anadiagenesis-epidiagenesis: phase of lithogenesis. Diagenesis in sediments and sedimentary rocks (Еds G. Larsen, G.V. Chilingar). Elsevier, Amsterdam, L., N. Y., 2, 17-114.

17. Fisher A.T., Narasimhan T.N. (1991) Numerical simulations of hydrothermal circulation resulting from basalt intrusions in a buried spreading center. Earth Planet. Sci. Lett., 103, 100-115. https://doi.org/10.1016/0012821X(91)90153-9

18. Fouquet Y., Cambon P., Etoubleau J., Charlou J.-L., Ondreas H., Barriga F.J.A.S., Cherkashov G., Semkova T., Poroshina I., Bohn M., Donvall J.P., Henry K., Murphy P., Rouxel O. (2010) Geodiversity of hydrothermal processes along the Mid-Atlantic Ridge and ultrama fic-hosted mineralization: A new type of oceanic Cu-Zn-Co-Au volcanogenic massive sulfide deposits. (Еds P.A. Rona, C.W. Devey, J. Dyment, B.J. Murton). Diversity of hydrothermal systems on slow spreading ocean ridges. AGU Geophysical Monograph, 321-368.

19. Gruen G., Weis P., Driesner T., Heinrich C.A., De Ronde C.E.J. (2014) Hydrodynamic modeling of magmatic-hydrothermal activity at submarine arc volcanoes, with implications for ore formation. Earth Planet. Sci. Lett., 404, 307-318. http://dx.doi.org/10.1016/j.epsl.2014.07.041

20. Helgeson H.C. (1968) Evaluation of irreversible reactions in geochemical processes involving minerals and aqueous solutions–I. Thermodynamic relations. Geochim. Cosmochim. Acta, 39, 853-877. https://doi.org/10.1016/0016-7037(68)90100-2

21. Huston D.L., Sie S.H., Suter G.F., Cooke D.R., Both R.A.Q. (1995) Trace elements in sulfide minerals from eastern Australian volcanic hosted massive sulfide deposits. Pt I. Proton microprobe analyses of pyrite, chalcopyrite, and sphalerite. Pt II. Selenium levels in pyrite comparison with ?34S values and implication for the source of sulfur in volcanogenic hydrothermal systems. Econ. Geol., 90, 1167-1196. doi.org/10.2113/gsecongeo.90.5.1167

22. Karpov I.K., Chudnenko K.V., Kulik D.A. (1997) Mode ling chemical mass transfer in geochemical processes: Thermodynamic relations, conditions of equilibrium, and numerical algorithms. Amer. J. Sci., 297, 767-806. doi: 10.2475/ajs.297.8.767

23. Large D.J., Sawlowicz Z., Spratt J. (1999) A cobaltite-framboidal pyrite association from the Kupferschiefer: possible implications for trace element behaviour during the earliest stages of diagenesis. Mineral. Mag., 63(3), 353361. https://doi.org/10.1180/002646199548574

24. Marques A.F.A., Barriga F.J.A.S., Chavagnac V., Fouquet Y. (2006) Mineralogy, geochemistry, and Nd isotope composition of the Rainbow hydrothermal field, Mid-Atlantic Ridge. Mineral. Depos., 41, 52-67. https://doi.org/10.1007/s00126-005-0040-8

25. Marques A.F.A., Barriga F.J.A.S., Scott S.D. (2007) Sulfide mineralization in an ultramafic-rock hosted seafloor hydrothermal system: from serpentinization to the formation of Cu–Zn–(Co)-rich massive sulfides. Mar. Geol., 245, 20-39. https://doi.org/10.1016/j.margeo.2007.05.007

26. Maslennikov V.V., Ayupova N.R., Safina N.P., Tseluyko A.S., Melekestseva I.Yu., Large R.R., Herrington R.J., Kotlyarov V.A., Blinov I.A., Maslennikova S.P., Tessalina S.G. (2019) Mineralogical Features of ore diagenites in the Urals massive sulfide depo sits, Russia. Minerals, 9(3), 150. https://doi.org/10.3390/min9030150

27. Maslennikov V.V., Cherkashev G., Artem’ev D.A., Firstova A., Large R.R., Tseluyko A.S., Kotlyarov V.A. (2020) Pyrite varieties in massive sulfide microfacies on Pobeda hydrothermal fields, Mid-Atlantic Rise 17°07?–17°08?: LA-ICP-MS data deciphering. Minerals, 10(7), 622. https://doi.org/10.3390/min10070622

28. Maslennikov V.V., Maslennikova S.P., Large R.R., Danyushevsky L.V. (2009) Study of trace element zonation in vent chimneys from the Silurian Yaman-Kasy volcanichosted massive sulfide deposit (Southern Urals, Russia) using laser ablation-inductively coupled plasma mass spectrometry (LA-ICPMS). Econ. Geol., 104, 1111-1141. https://doi.org/10.2113/gsecongeo.104.8.1111

29. Matsubara S., Saito Y., Kato A. (1993) Cobalt and nickel minerals from Nabae Coast, Muroto City, Kochi Prefecture, Japan. Bull. Natn. Sci. Mus., Tokyo, Ser. C, 19(4), 127-137.

30. Melekestseva I.Yu., Maslennikov V.V., Tret’yakov G.A., Nimis P., Beltenev V.E., Rozhdestvenskay I.I., Maslennikova S.P., Belogub E.V., Danyushevsky L., Large R., Yuminov A.M., Sadykov S.A. (2017) Gold- and silverrich massive sulfides from the Semenov-2 hydrothermal field, 13°31.13? N, Mid-Atlantic Ridge: A case of magmatic contribution? Econ. Geol., 112, 741-773. https://doi.org/10.2113/econgeo.112.4.741

31. Melekestseva I.Yu., Tret’yakov G.A., Nimis P., Yuminov A.M., Maslennikov V.V., Maslennikova S.P., Kotlyarov V.A., Beltenev V.E., Danyushevsky L.V., Large R. (2014) Barite-rich massive sulfides from the Semenov-1 hydrothermal field (Mid-Atlantic Ridge, 13°30.87? N): Evidence for phase separation and magmatic input. Mar. Geol., 349, 37-54. https://doi.org/10.1016/j.margeo.2013.12.013

32. Melekestseva I.Yu., Zaykov V.V., Nimis P., Tret?yakov G.A., Tessalina S.G. (2013) Cu-(Ni-Co-Au)-bearing massive sulfide deposits associated with mafic-ultramafic rocks of the Main Urals Fault, South Urals: Geological structures, ore textural and mineralogical features, comparison with modern analogs. Ore Geol. Rev., 52, 18-36. https://doi.org/10.1016/j.oregeorev.2012.03.005

33. Ruiz-Agudo E., Putnis C.V., Putnis A. (2014) Coupled dissolution and precipitation at mineral–fluid interfaces. Chem. Geol., 383, 132-146. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2014.06.007

34. Safina N.P., Melekestseva I.Yu., Ayupova N.R., Maslennikov V.V., Maslennikova S.P., Artem’ev D.A., Blinov I.A. (2020) Authigenesis at the Urals massive sulfide deposits: insight from pyrite nodules hosted in ore diagenites. Minerals, 10, 193. doi:10.3390/min10020193

35. Steele J.H., Thorpe S.A., Turekian K.K. (2010) Marine chemistry and geochemistry: A derivative of encyclopedia of ocean sciences, 2nd ed. L., Elsiever, 631 p.

36. Toffolo L., Nimis P., Tret’yakov G.A., Melekestseva I.Y., Beltenev V.E. (2020) Seafloor massive sulfides from mid-ocean ridges: Exploring the causes of their geochemical variability with multivariate analysis. Earth-Sci. Rev., 201, 102958. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2019.102958