Минералогические и изотопно-геохимические индикаторы генезиса титаномагнетит-медно-сульфидных руд Волковского массива, Средний Урал

Объект исследования. Минеральные ассоциации сульфидов, железо-титановых оксидов и амфибола из титаномагнетит-медно-сульфидных руд в габброидах Волковского массива, Средний Урал.

Цель. Выявление физико-химических условий формирования титаномагнетит-медно-сульфидных руд на основе комплексного изучения сульфидных ассоциаций, железо-титановых оксидов и амфибола минералого-геохимическими и изотопными аналитическими методами.

Методы. Химический состав амфибола, сульфидов и железо-титановых оксидов изучен с помощью рентгеноспектрального микроанализатора CAMECA SX 100 (ЦКП “Геоаналитик”,  Институт геологии и геохимии УрО РАН, г. Екатеринбург). Данные изотопного состава серы в сульфидах (22 анализа) получены с помощью лазерной фемтосекундной системы абляции (NWR Femtosecond UC with laser Pharos 2mJ-200-PPam and harmonics module HE-4Hi-A) и масс-спектрометра МАТ-253 Thermo Fisher Scientific, Germany) в ДВГИ ДВО РАН (г. Владивосток).

Результаты и выводы. Комплексное исследование минеральных ассоциаций амфиболов, сульфидов и железо-титановых оксидов в габброидах Волковского массива позволило установить три стадии развития рудообразующей системы. Раннемагматический этап протекал в условиях закрытой системы (Т_окс ≈ 657 ± 17°C, Т_амф ≈ 845 ± 30°C) при значениях фугитивности кислорода (logfO₂), контролируемых буфером FMQ. Сульфидная вкрапленность представлена ассоциацией халькопирита (δ³⁴S от –0.3 до –0.7‰), соответствующего мантийному источнику серы, и подчиненного борнита с начальными признаками фракционирования (δ³⁴S от –1.3 до –2.0‰). Галогенный профиль характеризуется доминированием фтора (F/Cl = 2.4). Переходный этап фиксирует начало флюидной дестабилизации и смену галогенного режима  (F/Cl падает до 0.5). Железо-титановые оксиды характеризуются широким разбросом параметров образования (Т = 516–704°C, среднее 590 ± 50°C) и нестабильностью параметра logfO₂ (±3.2 порядка относительно FMQ), что указывает на неравновесные условия в открытой системе. Наблюдается стабилизация изотопного состава борнита (δ³⁴S = –1.1‰) при сохранении мантийных меток в халькопирите, а также появление сперрилита (PtAs₂) в ассоциации с кобальтином. Флюидно-метасоматический этап связан с интенсивным высокотемпературным (604 ± 22°C) хлоридным метасоматозом (F/Cl = 0.2). В условиях высокого окислительного потенциала (устойчиво выше FMQ) зафиксировано удаление железа из состава сульфидов и резкое изотопное облегчение серы: от –2.1 до –2.2‰ в борните и до –2.9‰ в халькозине. Мирмекитовые структуры прорастания халькозина и борнита с избытком меди (Сu_5.16Fe_0.96s₄), содержащие включения меренскиита (PdTe₂), образовались при распаде высокотемпературного борнитового твердого раствора (Bn_ss). Этот процесс протекал под воздействием окисленных хлоридных флюидов. Установленная корреляция между снижением значения отношения F/Cl в амфиболах, увеличением содержания меди в борните и отрицательным сдвигом δ³⁴S может служить поисковым критерием для выявления богатых ЭПГ-медно-сульфидных руд в аналогичных массивах.

1. Аникина Е.В., Мурзин В.В., Пушкарев Е.В., Алексеев А.В., Русин И.А. (2007) Золото-палладиевое оруденение в Волковском габбровом массиве на Среднем Урале. Ультрабазит-базитовые комплексы складчатых областей. Мат-лы Междунар. конф. Иркутск: Изд. ИрГТУ, 342-346.

2. Ефимов А.А. (2006) Платино-палладиевое медно-титаномагнетитовое оруденение в габбро Серебрянского Камня (Северный Урал). Регион. геология и металлогения, (28), 113-121.

3. Ефимов А.А., Ефимова Л.П., Волченко Ю.А. (2002) О платиноносности медносульфидных руд Серебрянского Камня (Платиноносный пояс Урала). Тр. ИГГ УрО РАН, вып. 149, 219-222.

4. Ефимов А.А., Потапова Т.А., Берлимбле Д.Г. (1999) Химическая эволюция пироксенов Уральских габбро: роль барического, термического, кислородного и химического факторов. Геохимия, (5), 466-485.

5. Золоев К.К., Волченко Ю.А., Коротеев В.А., Малахов И.А., Мардиросьян А.Н., Хрыпов В.Н. (2001) Платинометалльное оруденение в геологических комплексах Урала. Екатеринбург: ДПР по Уральскому округу, ОАО УГСЭ, ИГГ УрО РАН, УГГГА, 199 с.

6. Игнатьев А.В., Веливецкая Т.А. (2013) Новый локальный метод для определения изотопного состава серы в сульфидах с использованием изотопного масс-спектрометра с лазерной абляцией. Масс-спектрометрия, 10(4), 255-263.

7. Кашин С.А. (1948) Медно-титаномагнетитовое оруденение в основных интрузивных породах Урала. Тр. Ин-та геол. наук, (9). М.: Изд-во Акад. наук СССР, 132 с.

8. Маегов В.И. (1999) К петрологии Волковского месторождения медносульфидных и апатит-титаномагнетитовых руд (Средний Урал). Урал. геол. журн., (5), 57-71.

9. Михайлов В.В., Степанов С.Ю., Козлов А.В., Петров С.В., Паламарчук Р.С., Шиловских В.В., Абрамова В.Д., Корнеев А.В. (2021) Новое медно-благороднометалльное рудопроявление в габбро массива Серебрянского Камня, Платиноносный пояс Урала (Северный Урал). Геология руд. месторождений, 63(6), 520-550.

10. Михайлов В.В., Степанов С.Ю., Петров С.В., Паламарчук Р.С. (2022) Благороднометалльная минерализация в габброидах Кумбинского массива, Платиноносный пояс Урала (Северный Урал). Минералогия, 8(4), 79-93.

11. Мурзин В.В., Аникина Е.В., Пушкарев Е.В., Викентьев И.В. (2007) Изотопный состав флюида при формировании золото-палладиевого оруденения Волковского массива в Платиноносном поясе Урала. Тр. ИГГ УрО РАН, вып. 154, 239-244.

12. Мурзин В.В., Молошаг В.П., Волченко Ю.А. (1988) Парагенезис минералов благородных металлов в медно-железо-ванадиевых рудах волковского типа на Урале. Докл. АН СССР, 300(5), 1200-1202.

13. Мурзин В.В., Пальянова Г.А., Аникина Е.В., Молошаг В.П. (2021) Минералогия благородных металлов (Au, Ag, Pd, Pt) Волковского Cu-Fe-Ti-V месторождения (Средний Урал). Литосфера, 21(5), 643-659.

14. Полтавец Ю.А., Полтавец З.И., Нечкин Г.С. (2011) Волковское месторождение титаномагнетитовых и медно-титаномагнетитовых руд с сопутствующей благороднометалльной минерализацией (Средний Урал, Россия). Геология руд. месторождений, 53(2), 143-157.

15. Полтавец Ю.А., Сазонов В.Н., Полтавец З.И., Нечкин Г.С. (2006) Закономерности распределения благородных металлов в рудных парагенезисах Волковского габбрового массива (Средний Урал). Геохимия, (2), 167-190.

16. Тимохов К.Д. (1963) Связь медносульфидного и титаномагнетитового оруденения с вмещающими породами на Волковском месторождении. Магматизм, метаморфизм и металлогения Урала. Свердловск: УФАН СССР, 439-443.

17. Штейнберг Д.С., Еремина М.В. (1963) Новые данные по петрологии Волковского месторождения. Магматизм, метаморфизм и металлогения Урала. Свердловск: УФАН СССР, 431-438.

18. Andersen D.J., Lindsley D.H. (1985) New (and final!) models for the Ti-magnetite/ilmenite geothermometer and oxygen barometer. Amer. Geophys. Union, 66, 416. (Abstract AGU 1985 Spring Meeting Eos Transactions).

19. Anikina E.V., Malitch K.N., Pushkarev E.V., Shmelev V.R. (2014) The Nizhny Tagil and Volkovsky massifs of the Uralian Platinum Belt, and related deposits. Field trip guidebook. 12^th Int. Platinum Symposium. Ekaterinburg: IGG UrO RAN Publ., 48 p.

20. Anikina E.V., Rusin I.A. (2026) Mineralogical indicators of the formation conditions of gabbro and associated copper-sulfide and precious mineralization of the Volkovskiy massif, Ural Platinum Belt. Petrology, 34(3), 281-303.

21. Bachinski D.J. (1969) Bond strength and sulfur isotope fractionation in coexisting sulfides. Econ. Geol., 64(1), 56-65.

22. Barton P.B., Skinner B.J. (1979) Sulfide mineral stabilities. Geochemistry of hydrothermal Ore Deposits. (Ed. H.L. Barnes), 2^nd ed. N. Y.: Wiley, 278-403.

23. Droop G.T.R. (1987) A general equation for estimating Fe³⁺ concentrations in ferromagnesian silicates and oxides from microprobe analyses, using stoichiometric criteria. Miner. Mag., 51(361), 431-435.

24. Frost B.R. (1991) Introduction to oxygen fugacity and its petrologic importance. Rev. Miner. Geochem., 25, 1-10.

25. Gündüz M., Asan K. (2023) MagMin_PT: An Excel-based mineral classification and geothermobarometry program for magmatic rocks. Miner. Mag., 87(1), 1-9. doi: 10.1180/mgm.2022.113

26. Ignatiev A.V., Velivetskaya T.A., Budnitskiy S.Y., Yakovenko V.V., Vysotskiy S.V., Levitskii V.I. (2018) Precision analysis of multisulfur isotopes in sulfides by femtosecond laser ablation GC-IRMS at high spatial resolution. Chem. Geol., 493, 316-326.

27. Liao Y., Wei C., Rehman H.U. (2021) Titanium in calcium amphibole: Behavior and thermometry. Amer. Miner., 106, 180-191.

28. Merwin H.E., Lombard R.H. (1937) The system Cu-Fe-S. Econ. Geol., 32, 203-284.

29. Ohmoto H. (1972) Systematics of sulfur and carbon isotopes in hydrothermal ore deposits. Econ. Geol., 67(5), 551-578.

30. Ohmoto H., Rye R.O. (1979) Isotopes sulfur and carbon. Geochemistry of hydrothermal ore deposits. (Ed. H. Barnes) 2^nd ed. N. Y.: Renehart and Winston, 509-567.

31. Otten M.T. (1984) The origin of brown hornblende in the Artfjallet gabbro and dolerites. Contrib. Mineral. Petrol., 86, 189-199.

32. Sakai H. (1968) Isotopic properties of sulfur compounds in hydrothermal processes. Geochem. J., 2(1), 29-49.

33. Stormer C.J. (1983) The effects of recalculation on estimates of temperature and oxygen fugacity from analyses of multicomponent iron-titanium oxides. Amer. Miner., 68, 586-594.

34. Takeuchi T., Nambu M. (1952) Thermal study of bornite. J. Japan. Assoc. Mineral., Petrol. Econ. Geol., 36(2), 33-42. doi: 10.2465/ganko1941.36.33

35. Vaughan D.J., Craig J.R. (1978) Mineral Chemistry of Metal Sulfides. Cambridge University Press, 493 p.

36. Warr L.N. (2021) IMA–CNMNC approved mineral symbols. Mineral. Mag., 85, 291-320.

37. Yund R.A., Kullerud G. (1966) Thermal stability of assemblages in the Cu-Fe-S system. J. Petrol., 7(3), 454-488.