Физические механизмы и условия образования Os-Ru и Pt-Pd минерализации в расслоенных интрузивах мафит-ультрамафитового составаНИР

Physical mechanisms and conditions of the formation of Os-Ru and Pt-Pd mineralization in mafic to ultramafic layered intrusions

Источник финансирования НИР

грант РНФ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 5 апреля 2016 г.-30 декабря 2016 г. Физические механизмы и условия образования Os-Ru и Pt-Pd минерализации в расслоенных интрузивах мафит-ультрамафитового состава. Первый этап.
Результаты этапа: 1. Аналитические исследования. В результате исследований на СЭМ (Геологический факультет МГУ) получено свыше 650 энергодисперсионных спектров, характеризующих составы МПГ, породообразующих и акцессорных минералов в 5-ти образцах, представляющих верхний и нижний Os-Ru максимумы в породах основания Йоко-Довыренского массива. При количественной диагностике проанализированы составы 150 силикатных фаз, 125 сульфидов (Fe, Cu, Ni, Co, S в пирротине, троилите, богатых Fe и Ni mss, халькопирите, высокомедистом (вплоть до кубанита) iss), 67 оксидов и 7 фосфатных фаз, также найдено свыше 30 зерен МПГ. Сделано 265 высококачественных микрофотографий в отраженных электронах и 103 фотографии в отраженном свете. Изучены особенности морфологии сульфидных зерен в ассоциации с другими фазами интеркумулуса. Изучены валовые составы 15 образцов (XRF+ICPMS+PGE; лаборатория GEOLABS, Онтарио, Канада), представляющих ультрамафитовые апофизы, нижнюю зону закалки и участки МПГ-минерализации в центральной части массива, а также - зоны нижнего и верхнего эндоконтактов в СВ окончании массива. Учитывая малосульфидный характер минерализации, проведены прецезионные измерения содержаний серы. При LA-ICP-MS исследованиях в Тасманийском университете (UTAS, Хобарт, Австралия) определены концентрации Cu, Ni, Fe, Co, Os, Ir, Ru, Rh, Pt, Pd, Au, Ag, Zn, Cd, Re, Pb, Bi, Se и Te в сульфидных фазах, представляющих пикродолерит (нижняя зона закалки) и две зоны малосульфидной минерализации - “МПГ-троктолиты” и “МПГ-анортозиты” Главного Рифа Довырена (всего 7 образцов). Геохимическими данными охарактеризованы 324 зерна сульфидов, включая пирротин (84), халькопирит (39), пентландит (90) и “кубанит” (111, чаще iss). Эти данные использованы для оценки средневзвешенного состава сульфида в образцах. Установлено, что медистые сульфиды троктолитов и анортозитов заметно различаются по содержаниям большинства благородных металлов и селена. Это показывает, что, несмотря на подобие ЭПГ-минералогии и высокомедистый состав, сульфиды минерализованных троктолитов выделялись из магматического расплава, состав которого отличался от расплавов, явившихся источников сульфидов в МПГ-анортозитах Главного Рифа Довырена. Результаты нормировки средних содержаний Os, Ir, Ru, Rh, Pt, Pd и золота в сульфидах и породах ЭПГ-минерализованных троктолита и анортозита на средние составы “наиболее примитивного” сульфида и пикродолерита демонстрируют явные “провалы” содержаний Os и Ru относительно других ЭПГ и золота. Этот геохимический сигнал свидетельствует о фракционировании Os-Ru-фаз на стадии, предшествующей силикатно-сульфидной несмесимости в первичных кумулатах. Это доказывают результаты исследований МПГ-минерализации в хромите из пород, представляющих первый и второй “Os-Ru” максимумы в плагиодунитах Довырена (см. ниже). 2. Поиск и исследования ЭПГ-минерализации проводились на СЭМ в плагиодунитах, троктолитах из “зоны Конникова” и в малосульфидном анортозите из шлиров, обнаруженных в 2016 г. примерно в 120 м ниже Главного платинометального рифа (всего 8 образцов, 15 препаратов). По результатам изучения аншлифов плагиодунитов и хромитовых концентратов диагностировано 15 субмикронных включений в хромите: 9 - лаурит и 6 - иридосмин. В дополнение установлены мельчайшие выделения сперрилита и 8-ми других МПГ, а также самородная и палладистая платина. Крайне важно, что одно из зерен лаурита обнаружено в хромите, который представляет включение в оливине. Этот факт однозначно доказывает раннемагматическую природу Os-Ru фаз. В 3-х образцах троктолитов установлено присутствие разнообразия ЭПГ+Ag фаз, подтверждая наличие участка МПГ-минерализованных пород в низах троктолитовой зоны. Одну из главных задач проекта – поиск свидетельств раннего фракционирования Os-Ru фаз можно считать решенной. 3. Структурно-петрографические исследования были акцентированы на применении методов компьютерной томографии (КТ) с целью визуализации объемной морфологии сульфидных фаз для разных типов минерализации и установления пространственных закономерностей распределения сульфидов в образцах. КТ-исследования довыренских пород проводилась с использованием трех инструментальных систем, обеспечивающих получение данных различной информативности и разрешения (100-200 мкм, 40-70 мкм и около 3 мкм). На первом этапе выбрано 18 образцов ультрамафитов и габброидов Довырена. Последующие работы проводились на 5-ти образцах плагиодунитов из второго (снизу) горизонта с повышенными содержаниями Os и Ru. Независимые данные показывают, что именно здесь проявляются признаки аккумуляции наиболее ранних и примитивных сульфидных фаз (Ariskin et al., 2016). В результате этих (существенно методических) работ, отлажен алгоритм КТ-исследований малосульфидной минерализации и установлены режимы рентгеновских съемок, позволяющие отделить сульфид от хромита. Фактическим итогом этих исследований явились около 30 стереологических моделей для всех рентгеноконтрастных ассоциаций (оливин, плагиоклаз, хромит, сульфид), дополненных расчетами средних объемных содержаний и показателей связанности этих фаз в изученных образцах. Для хромита и сульфида проведен морфологический и статистический анализ их формы и размера – по степени сферичности и эффективному диаметру отдельных объектов. Интересный и далеко не очевидный результат этих исследований состоит в том, что интеркумулусный плагиоклаз (+флогопит и некоторое количество пироксена) практически нацело связаны в единую разветвленную систему, заполняя пространство между кристаллами оливина. Это можно рассматривать как свидетельство кристаллизации in situ, а заполняемый этими фазами объем – как “снимок” порового пространства кумулатов, когда-то заполненных интеркумулусным расплавом. К этим “каналам” плагиоклаза пространственно приурочены все сульфидные образования. Впервые визуализировано морфологическое разнообразие сульфидных зерен, форма и распределение которых не оставляют сомнений, что они формировались как аггломераты сульфидных жидкостей, сконцентрированных в поровом пространстве оливиновых кумулатов. Таким образом, в части КТ-исследований за отчетный период решена главная задача – разработки методологии работы с образцами, включающими малосульфидную и хромитовую минерализацию; предложен надежный метод разделения этих фаз в объеме породы и оценки их структурно-петрографических характеристик. Систематические исследования такого рода проводятся в России впервые. 4. Модернизация ЭВМ-программы КОМАГМАТ-5 включала перекалибровку модели распределения Ni между Fe-Ni сульфидом и силикатным расплавом, адаптацию новой сульфидной модели к программе КОМАГМАТ-5 и исследования топологии системы шпинель – расплав на основе программы SPINMELT-2.0 в широком диапазоне P-T-fO2 условий и составов магм. Новые уравнения для расчета SCSS в базальтовых магмах были калиброваны на массиве 270 экспериментальных (1-20 кбар) и океанических сульфидонасыщенных стекол. “Природный массив” представлял номинально “сухие” системы и включал составы 16 сульфидных глобуль, предположительно равновесных с базальтовыми расплавами разлома Сикейрос (данные Л.В. Данюшевского, UTAS). Термодинамическая обработка данных проводилась по алгоритму (Ariskin et al., 2013), предполагая существование Fe-Ni-S комплексов в расплаве. Результаты калибровок введены в программу КОМАГМАТ (вер. 5.5), при помощи которой проведено несколько десятков тестов равновесной кристаллизации сульфонасыщенных МОРБ-магм, оливиновых кумулатов и коматиитов. Результаты сравнений с природными наблюдениями (составы сульфида, оливина, геохимические тренды и т.п.) свидетельствуют о реалистичной новой версии этой уникальной сульфидно-кристаллизационной модели. Заметим, в настоящее время аналогов модели КОМАГМАТ-5 в России и за рубежом пока не разработано. Исследования топологии системы шпинель-расплав включали расчеты по моделированию влияния состава расплава (включая H2O) на температуру кристаллизации и состав алюмохромистых шпинелидов. Для этого выбраны составы высокомагнезиальных магм САХ и вулканов Ключевской группы. Работа проводилась при помощи фортрановского DOS-модуля SPINMELT-2.0 (Nikolaev et al., 2014) и завершалась построением множества диаграмм для ликвидусных поверхностей шпинелида в координатах температура – D_QFM и его составов в проекциях Al-Cr-Fe3+ и Mg-Fe2+-Fe3+. Примером применения программы SPINMELT-2.0 для решения петрологических задач явились реконструкции состава шпинелидов в водосодержащих магмах вулкана Горелый на Камчатке (Николаев и др., 2016б). 5. Систематизированы экспериментальные и природные данные о распределении Os, Ir, Ru, Rh, Pt, Pd, Au, Ag, Zn, Cd, Re, Pb, Bi, Se и Te между сульфидной жидкостью и расплавами базальтового состава. Создан архив базы данных (более 120 значений), включающей коэффициенты распределения сульфид – расплав. Начата работа по созданию программы, допускающей использование этих данных при моделировании поведения халькофильных элементов в процессах фракционирования сульфидонасыщенных магматических расплавов. 6. При помощи обновленной версии модели КОМАГМАТ-5.5 проведено более 20 расчетов фракционной кристаллизации для нескольких вариантов состава исходной магмы разлома Сикейрос в восточной части Тихого океана. Исследовано поведение никеля при кристаллизации оливин – Fe-Ni сульфидных котектик. Начаты работы по моделированию эволюции содержаний меди в сульфиде и расплаве. 7. Подготовка публикаций. В 2016 г. по теме проекта представлено 14 публикаций, включая 4 статьи в журналах из списков WOS и SCOPUS, 5 статей в Материалах конференций, 4 тезиса докладов и магистерскую работу, защищенную на кафедре петрологии МГУ им. М.В. Ломоносова. 8. Проведены полевые работы на Йоко-Довыренском массиве (июль-август 2016 г.), в результате которых детально опробованы рудные тела, новые горизонты малосульфидной минерализации, изучены экзоконтактовые ореолы. В ультрамафитовых апофизах центральной части массива впервые обнаружены крупные капли сульфидов – до 15 мм в диаметре. 9. Четверо исполнителей проекта приняли участие в двух международных и 4-х Всероссийских конференциях и Совещаниях. 10. Е.В. Кисловым представлен детальный обзор по Cu-Ni-МПГ рудоносности интрузивных комплексов Северо-Байкальской никеленосной провинции. Начата подготовка V Международной конференции “Ультрамафит-мафитовые комплексы: геология, строение, рудный потенциал”, которая пройдет 2-6 сентября 2017 г. с. Гремячинск Прибайкальского района Республики Бурятия.
2 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Физические механизмы и условия образования Os-Ru и Pt-Pd минерализации в расслоенных интрузивах мафит-ультрамафитового состава. Основной этап.
Результаты этапа: Концентрации Cu, Ni, Fe, Co, Os, Ir, Ru, Rh, Pt, Pd, Au, Ag, Zn, Cd, Re, Mo, Pb, Bi, Se и Te в пирротине (29 зерен), халькопирите (15), пентландите (30) и “кубаните” (10) определены методом LA-ICP-MS (Тасманийский университет, г. Хобарт, Австралия) в семи минерализованных троктолитах, анортозитах и габброидах. Эта работа завершает прецизионные исследования геохимии сульфидных фаз в центральной части Довырена (Ariskin et al., 2016). Содержания главных, примесных и ЭПГ+Au элементов определены в 10 образцах троктолитов, трех анортозитах, 11 габброноритах и лейкогаббро (включая верхний контакт массива), а также двух образцах с обильной сульфидной вкрапленностью (GEOLABS, Канада). В резульате микрозондовых исследований (Лаборатория локальных методов исследования вещества кафедры петрологии геологического факультета МГУ) получено 1413 анализов, включая: силикатные фазы (оливин, пироксены, плагиоклазы, флогопит, амфиболы, хлориты, гидрогранаты…) - 422, хромшпинелиды - 175, (титано)магнетит - 77, ильменит - 35, циркон - 22, бадделеит - 23, торит - 9, рутил - 6, пирохлор - 2, сложные оксиды Th - 3, троилит и пирротин - 105, пентландит - 138, кубанит - 35, халькопирит - 50, сфалерит - 19, галенит - 7, сложные сульфиды Ni - 35, арсениды Co-Ni - 9, апатит - 21, монацит - 7, алтаит -20, минералы ЭПГ - 265, минералы золота и серебра - 28. Впервые исследован состав сульфидных капель в продуктах кристаллизации довыренской магмы. Установлено существование основной капли и окружающего гало, которое систематически более медистое и менее никелистое. Это позволяет предполагать, что неоднородное распределение сульфидного вещества в каплеобразном образовании представляет запись кристаллизационной эволюции исходных MSS- и более поздних ISS-сульфидных расплавов. Проведена полномасштабная диагностика сульфидов PGE-троктолитах зоны Конникова и платинометальных анортозитах Главного Рифа. Установлено, что сульфидные фазы представлены продуктами кристаллизации обогащённого медью Ni-Cu-Fe-S расплава. Его состав близок к составу высоко-Т кубических сульфидных Ni-Cu-Fe твёрдых растворов Iss1 и Iss2, недосыщенных серой. Продукты твердофазных превращений Iss1 – срастания кубанита, троилита, пентландита; Iss2 – кубанит, троилит и Fe пирротин, пентландит. Наиболее интересен Iss5, продукты распада которого - пластинчатые срастания халькопирит- талнахит и пентландит, кубанита в них нет. С сульфидами ассоциируют титанистый флогопит, содержащий 0.6-1 мас.% Cl, хлорсодержащие амфиболы и апатит (до хлорапатита). Проведена полномасштабная диагностика минералов ЭПГ в PGE-троктолитах зоны Конникова и платинометальных анортозитах Главного Рифа. При этом установлено полторы сотни зерен минералов ЭПГ, золота и серебра. В основном это теллуриды, висмутотеллуриды, плюмбиды, станниды и иные Pd-Pt интерметаллиды (265 анализов), минералы ряда Au-Ag (13), гессит (5) и сульфиды Ag (аргентопентландит - 10). Сопутствующий минерал – алтаит (20 анализов). Проведено сравнение химического состава апатита довыренских пород и апатита из Cu-Ni сульфидных руд Норильских месторождений (Серова, Спиридонов, 2018). Показано, что общая картина распределения составов высоко-Т апатита и метаморфогенно-гидротермального гидроксилапатита с Довырена близка норильской. Учитывая, что на протяжении многих лет состав апатита широко используют для оценки рудоносности магматических систем, сделан вывод в пользу дальнейшего исследования перспектив платиноносности Йоко-Довыренского плутона. По результатам изучения высокотемпературных и низкотемпературных минеральных парагенезисов для ультрамафитов и габброидов, обоснован вывод, что Йоко-Довыренский плутон и породы рамы были захвачены многостадийным эпигенетическим низкоградным метаморфизмом погружения: первая стадия – образование лизардитовых серпентинитов в условиях цеолитовой фации; вторая стадия – образование антигоритовых и антигорит-хризотиловых серпентинитов с магнетитом и апобазитовых родингитов, апоскарновых брусититов, пренитовых, пектолитовых и иных пород по троктолитам и анортозитам в условиях пренит-пумпеллиитовой фации; третья стадия – образование лизардитовых серпентинитов, наложенных на антигоритовые и хризотиловые, в условиях цеолитовой фации. Структурно-петрографические исследования методом рентгеновской компьютерной томографии (КТ) проводились с использованием двух КТ-систем – РКТ-180 и SkyScan-1172, обеспечивающих получение данных различной информативности и разрешения. При этом разрабоан алгоритм объемной реконструкции участков концентрирования минералов ЭПГ, их морфологии и степени связности с сульфидной фазой. Второе направление - исследования тонкой структуры сульфидных капель, обнаруженных в оливиновых габброноритах (см. выше). В результате изучения платинометальных анортозитов установлены прослои сульфидов в силикатном материале (1-11%), при этом концентрация МПГ не выше 0.02%. Проведен детальный морфологический и статистический анализ высокоплотных МПГ-фаз – с акцентом на распределение, количество и линейные размеры. КТ-исследования сульфидных капель позволили установить, что основной объем капли (в среднем MSS) и окружающее гало (близко ISS) являются генетически связанными образованиями. Эта связь предполагает возможность миграции более позднего (остаточного) и медистого расплава из частично закристаллизованной протокапли в еще не полностью затвердевшую матрицу оливиновых габброноритов. Представлена первая версия программы КОМАГМАТ-5.5, где наряду с возможностью моделирования сульфидной несмесимости (Ariskin et al., 2013, 2017), появилась опция расчета равновесий шпинелид-расплав – на основе модели Николаева и др. (2018аб). Это позволяет моделировать кристаллизацию Sp-Ol, Sp-Ol-Pl и шпинелид-габбровых котектик – задача, которая еще никем ранее не решалась. Разработан алгоритм моделирования эволюции Os, Ir, Ru, Rh, Pt, Pd, Au, Ag, Zn, Cd, Re, Pb, Bi, Se и Te в силикатном расплаве и несмесимой сульфидной жидкости в процессе кристаллизации. При этом задействована возможность расчета коэффициентов распределения халькофильных элементов между хромитом, сульфидом и силикатным расплавом. Систематизированы данные составах 599 зерен шпинелида и 1489 зерен оливина породах центральной части Йоко-Довыренского массива. Данные по включениям шпинелид – оливин использованы для оценки летучести кислорода при кристаллизации пород по методу Николаева и др. (2016). Параллельно, проведена реконструкция условий стабильности алюмохромита на ликвидусе довыренских магм и кумулатов проводилась с использованием обновленной версии программы КОМАГМАТ-5.5. Представлена первая работающая версия ГИС-проекта “Довырен” - с картами опробования пород массива. Полевые исследования Йоко-Довыренского массива проведены на четырех участках, при этом главные задачи включали (а) поиск возможной сульфидно-капельной минерализации в зоне прикровельных габброидов и (б) поиск/опробование ЭПГ-минерализованных пород в северо-восточной (разрезы “Белый” и “Школьный”) и юго-западной (разрез “Йоко”) частях массива – см. полный отчет. Проведена полевая экскурсия c отбором образцов на Сарановский массив в Пермском крае. Этот интрузив сложен серпентинитами, хромититами, и апогаббровыми породами и вмещает крупное хромитовое месторождение. В 2017 г. по теме проекта представлено 31 публикация, включая 9 статей в журналах из списков WOS и SCOPUS (для 7 имеются справки о принятии к печати), 14 статей в Материалах конференций (от 3 до 5 страниц) и 8 тезисов докладов (1-3 стр.). Проведена V Международная конференция “Ультрамафит-мафитовые комплексы: геология, строение, рудный потенциал” (с. Гремячинск, Республика Бурятия, 2-6 сентября 2017 г. Шестеро участников проекта представили 9 докладов (всего было 50 докладов). В рамках этой конференции состоялась Школа-семинар “Механизмы формирования расслоенности и рудной минерализации ультрамафит-мафитовых массивов” - с акцентом на тематику проекта РНФ 16-17-10129. С двухчасовыми лекциями выступили А.А. Арискин, Д.В. Корост и Э.М. Спиридонов, который дополнительно провел 6 часов мастер-класса “Магматическое сульфидное минералообразование” с демонстрацией рудных образцов. Представлены доклады на 6 других международных и всероссийских конференциях.
3 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Физические механизмы и условия образования Os-Ru и Pt-Pd минерализации в расслоенных интрузивах мафит-ультрамафитового состава. Завершающий этап.
Результаты этапа: План 2018 года включал изотопно-геохимические и минералогические исследования сульфидоносных габброидов из верхов Довырена и рудоносных ультрамафитов внизу разреза, текстурные реконструкции этих пород методами рентгеновской компьютерной томографии, развитие сульфидной версии программы КОМАГМАТ-5 для моделирования поведения ряда халькофильных элементов и термодинамические расчеты с целью расшифровки условий образования и ЭПГ-специфики Cu-Ni-ЭПГ горизонтов и руд Довыренского комплекса. Аналитические работы включали изотопные характеристики довыренских пород и были направлены на обобщение ранее получение данных. Сводка данных 2009-2017 гг. по геохимии сульфидных фаз (450 LA-ICP-MS анализов) представлена для Cu, Ni, Fe, Co, Os, Ir, Ru, Rh, Pt, Pd, Au, Ag, Zn, Cd, Re, Mo, Pb, Bi, Se и Te. При известных пропорциях сульфидов оценен их средневзвешенный (валовый) состав. Проведены изотопные исследования серы и Re-Os системы. Соотношения изотопов серы (d34S) указывают на гибридную природу сульфидов Довыренского комплекса – как результат смешения ортомагматических сульфидных фаз и некоторого количества сульфидного материала, образованного по периферии интрузива при взаимодействии магмы с вмещающими породами, вероятно при участии C-H-S флюидной фазы. Отношения 187Os/188Os для перидотитов, троктолита и анортозита составляют 0.13-0.25. Микрозондовые исследования проводились на 18 образцах, для которых получено свыше 1200 анализов и порядка 500 BSE-изображений, включая: 378 анализов силикатных фаз (оливин, пироксены, плагиоклазы, амфиболы), 174 Fe-Ti-оксидов и алюмошпинели, свыше 270 сульфидов (троилит (Tr) /пирротин (Po), пентландит (Pn), кубанит (Cub), халькопирит (Cpy), сфалерит, галенит), 178 ЭПГ-фаз и 13 для минералов золота и серебра, а также около 200 для акцессориев (апатит, циркон, бадделеит, рутил, алтаит и др.). Работы включали бедные платиноидами анортозиты, сульфидоносные лейкогаббро и пегматоиды, габброиды прикровельной зоны, рудоносные породы низов Довырена. Элементное картирование рудных образцов и пород-“капельников” позволило реконструировать распределение медистых сульфидов и флогопита в сидеронитовых вкраплениях и периферическом окружении капель. Это доказывает фазовую сепарацию поздних Cu-фракций сульфидных расплавов от богатых Ni и Fe продуктов кристаллизации исходного сульфидного расплава. Проведено изучение малосульфидной и ЭПГ-минерализации в анортозитах и лейкогабброидах Довырена – с акцентом на природу сульфидов в полевошпатовых породах, образованных при переработке ортомагматических ассоциаций в верхней части довыренской камеры под воздействием поздних флюидов. Установлены различия минералогии сульфидов в богатых ЭПГ и нерудных анортозитах, которые, вероятно, связаны с механизмами локального концентрирования богатых ЭПГ сульфидов в низах мафитовой зоны на посткумулусной стадии и их возможного рассеивания на этапе постмагматических преобразований. Изучены высоко- и низкотемпературные минеральные парагенезисы пород с вкраплениями сульфидов в основании Довырена. Показано, что сульфиды представлены продуктами субсолидусных превращений кристаллизатов Fe-Ni-Cu-S расплава: Mss1 (в виде срастаний Tr, железистого Po и Pn), Mss2 (Tr+Pn+Po, в подчинённом количестве Cpy), Iss1 (Tr+Cub с включениями Pn), менее распространенного Iss2 (решётчатые срастания Cpy+Cub с включениями Pn и Po), ещё реже – Iss3, Iss4, Iss5 (срастания Cpy, Pn и талнахита). Среди продуктов субсолидусных превращений растворов Iss установлены Fe-сфалерит (бедный Cd) и мелкие зёрна галенита. Структурно-петрографические исследования методом компьютерной томографии проводились применительно к сульфидоносным анортозитам и лейкогаббро (включая поиск ЭПГ-фаз), ультрамафитам и рудам в основании Довырена. Полученные данные использовались для статистического анализа морфологических особенностей и пространственного распределения сульфидной фазы (содержание, связанность, размеры и др.), а также выделения отдельных включений, характеризующиеся экстремально высокой рентгеновской абсорбцией, идентифицированные, как вкрапления МПГ. Построено 20 стереологических моделей для образцов плагиоперидотитов и оливиновых габброноритов, которые покрывают все переходные разности от убогой минерализации и пород-капельников до густо вкрапленных и сидеронитовых сульфидных руд. Модернизация модели КОМАГМАТ-5 включала следующие направления: Учет вхождения меди в сульфидный расплав. Это наиболее сложная часть плана по развитию модели КОМАГМАТ-5, потребовавшая “перевод” меди из примесных в термодинамические компоненты модельной системы и полную перекалибровку модели растворимости серы в магмах для всех компонентов сульфидного раствора (CuS, NiS, FeS). В итоге, представлена оптимальная модель с учетом новых уравнений растворимости серы, которая адаптирована к программе КОМАГМАТ-5, включая расчеты поведения халькофильных элементов в условия силикатно-сульфидной несмесимости. Автоматизация и верификация расчетов по “микроэлементной” эволюции состава сульфидов. В 2018 г. базовый алгоритм эволюции содержаний Os, Ir, Ru, Rh, Pt, Pd, Au, Ag, Zn, Cd, Re, Pb, Bi, Se и Te в сульфидной жидкости и силикатном расплаве отлажен для моделирования равновесной и фракционной кристаллизации сульфид-содержащих оксидно-силикатных систем. Тестовые расчеты проведены на примере эволюции примитивных MORB и исходных магм Довыренского комплекса. Разработка опции моделирования кристаллизации магм в закрытых по кислороду условиях; она добавлена в программу КОМАТМАТ-5.5, которая доступна теперь на сайте comagmat.web.ru. Проведено моделирование затвердевания примитивного ортокумулата (базальная зона Довырена) при условии появления несмесимых сульфидов в интеркумулусе. Построена линия эволюции сульфидной жидкости, которая для ЭПГ, Au и Te приводит в область составов, отвечающую “среднему сульфиду” в ультрамафитах (при пересчете составов пород на 100% сульфидной массы). Впервые рассчитан микроэлементный состав примитивной сульфидной жидкости Йоко-Довыренского расслоенного массива. Публикации и конференции. В 2018 г. представлено 19 новых публикаций: 3 статьи в журналах из списков WOS и SCOPUS, 5 статей в Материалах и сборниках конференций и 11 тезисов докладов. Участники проекта приняли участие в работе 8 конференций. В июне – июле 2018 г. четверо участников коллектива приняли участие в полевых экскурсиях на северный, западный и восточный лимбы Бушвельда, в результате собрана коллекция порядка сотни представительных образцов, включая хромититы, зоны платинометальной минерализации и “магнетитовые” горизонты. В июле – августе 2018 г. А.А. Арискин, Г.С. Николаев и И.В. Пшеницын провели реконосцировочные работы на рудоносном Мончегорском интрузивном комплексе в Мурманской области. При этом решена задача детального опробования краевой зоны Мончеплутона (более 100 образцов).
4 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Физические механизмы и условия образования Os-Ru и Pt-Pd минерализации в расслоенных интрузивах мафит-ультрамафитового состава. Завершающий этап.
Результаты этапа: Публикации: Принято к печати и опубликовано 6 новых статей из списков WOS и SCOPUS. Результаты аналитических исследований: Получены данные о содержании петрогенных и примесных (Ba, Be, Bi, Cd, Ce, Co, Cr, Cs, Cu, Dy, Er, Eu, Ga, Hf, Ho, In, La, Li, Lu, Mo, Nb, Nd, Ni, Pb, Pr, Rb, Sb, Sc, Sm, Sn, Sr, Ta, Tb, Th, Ti, Tl, Tm, U, V, W, Y, Yb, Zn, Zr) элементов, а также концентрации серы (с высокой точностью), в 17 образцах сульфидоносных пород разреза Школьный (лаб. GEOLABS, Онтарио, Канада). Получены данные о содержании петрогенных и примесных (XRF) элементов, а также концентрации серы, в 36 образцах из Краевой зоны Мончеплутона (лаб. ИГЕМ РАН). Проведены микрозондовые исследования сульфидоносных габброидов из верхней части Довырена в СВ замыкании интрузива (разрез “Школьный”): в двух образцах установлена необычная для Довырена сульфидная ассоциация с резким преобладанием пирротина и халькопирита над пентландитом/ Зерна МПГ обнаружены на краях сульфидов и в небольшом удалении от них: это майченерит (PdBiTe), реже гессит (Ag2Te) и электрум. Re-Os систематика изучена для двух пикродолеритов, двух плагиоперидотитов, сульфидоносного троктолита и ЭПГ-анортозита из Главного рифа. Получены надежные оценки исходного отношения 187Os/188Os (0.1228-0.1322) на время образования пород массива 728 млн. лет. Результаты рентгеновской компьютерной томографии (КТ): Макросъемка на полноразмерных (от 5 до 30 см) образцах проведена при помощи сканера РКТ-180 для 11 сульфидоносных анортозитов и лейкогабброидов из верхов Довырена. Это позволило выбурить миницилиндры с сульфидной минерализацией (диаметром 10 и 16 мм) для изучения на микротомографе SkyScan-1172 с разрешением 3-4 мкм. Крупный шлир DV653 из Главного ЭПГ-рифа (30х10х7 см) изучен детально: статистическая обработка полученных изображений позволила установить слабую связанность сульфидных фаз на фоне максимального количества и размера зерен МПГ. При этом обнаружена (впервые для анортозитов Довырена!) сульфидная глобула (около 4 мм) - это прямое свидетельство сульфидной ликвации. Продолжены работы по сегментация минеральных фаз с близкой рентгеновской абсорбцией по результатам рентгеновских съемок на медицинском сканере Siemens SOMATOM с разрешением около 200 мкм. Новые уравнения равновесия минерал – расплав: Перекалибровка геотермобарометров оливин – расплав проведена на выборке экспериментальных данных, включающих 638 пар составов оливина и расплава в сухих системах при температурах 1050-1600оС: 357 при 1 атм., 281 - при давлениях до 15 кбар. Термобарометрические зависимости для констант реакций образования фаялита, форстерита, Mn- и Ca-оливина были встроены в обобщенную модель равновесия оливин – расплав, которая по точности почти вдвое превосходит точность геотермометра Форда при атмосферном давлении (7.7оС против 12.7оС); при высоких давлениях удалось достигнуть точности около 20оС против 26оС “по Форду”. Перекалибровка геотермобарометров плагиоклаз – расплав проведена на результатах 339 экспериментов в сухих системах при атмосферном давлении, в диапазоне температур 1032-1300оС. Термобарометрические зависимости для констант реакций образования An, Ab, Ort и фиктивного компонента FeAl2Si2O8 были встроены в новую модель равновесия плагиоклаз – расплав, которая демонстрирует среднюю точность около 9оС, при этом состав плагиоклаза воспроизводится в пределах ±3 мол.% для An и Ab, 0.2% Ort и 0.8% Fe-An. Программа R-Melts (Gualda et al., 2012) для той же выборки дает точность около 20оС. Петрологические расчеты: Моделирование эволюции протосульфидных расплавов проводилось в режиме прогрессирующей ликвации и для кристаллизующегося сульфидного расплава. В обоих случаях исследованы различия равновесной и фракционной сепарации фаз. Сравнение с природными данными показало, что в случае силикатно-сульфидной несмесимости средний сульфидной фазы в породах можно описать в терминах равновесной ликвации. В случае кристаллизации протосульфидных расплавов модельные дериваты хорошо воспроизводят геохимические особенности “средних сульфидов” для минерализованных троктолитов и платинометальных анортозитов. Впервые проведена геохимическая реконструкция полных спектров платиновых и других металлов в главных типах сульфидоносных пород – с пересчетом на 100% сульфидной массы. Установлено подобие распределения ЭПГ в троктолитах и анортозитах, которое указывает на близкий механизм формирования богатых сульфидами меди ассоциаций. Вероятно, они представляют остаточный продукт кристаллизации протосульфидных расплавов, относящихся к разным стадиям кристаллизации довыренских магм. Участие в шести российских и зарубежных конференциях - все доклады устные или приглашенные. Проведены дополнительные полевые работы на Довырене (5 по 15 июля 2019 г.), в результате которых в 7 маршрутах собрано 125 образцов. Петроструктурные исследования проводены на 15 образцах наиболее свежих оливиновых и оливин-плагиоклазовых кумулатов из нижней и средней части Довырена. По этим результатам С.Н. Соболев защитил бакалаврскую работу “Петроструктурные индикаторы условий образования кумулатов в магматических камерах”. Дополнительно к плану 2019 г. проведены расчеты, моделирующие эффекты растворения в расплавах компонентов породообразующих силикатов – форстерита, фаялита, анортита, альбита, энстатита, ферросилита и диопсида. Показано, что на стабильность алюмохромита сильнее всего влияет растворение анортита и диопсида, причем с разными знаками. Под руководством проф. Э.М. Спиридонова магистрант кафедры минералогии II года Н.И. Синопальников защитил магистерскую работу по теме “Минералогия контактовых зон дунитов с магнезиальными скарнами Йоко-Довыренского интрузива, Северное Прибайкалье”.
5 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Физические механизмы и условия образования Os-Ru и Pt-Pd минерализации в расслоенных интрузивах мафит-ультрамафитового состава. Итоговый этап.
Результаты этапа: Опубликовано 5 новых статей из списков WOS и SCOPUS; важнейшие результаты: Демонстрация положительной зависимости концентраций благородных металлов от серы и теллура, что указывает на контроль распределения этих элементов сульфидной фазой для всех типов сульфидоносных и ЭПГ-минерализованных пород Довырена. Показано, что средние составы “100%-сульфидов” подразделяется на две группы – резко обедненные платиноидами, Au, Cu, Te (существенно Fe-Ni Mss) и обогащенные (богатые медью Iss). При этом состав наиболее примитивной несмесимой сульфидной жидкости, оцененный методами термодинамического моделирования, ближе к сульфидам первого типа, будучи промежуточным между составами Mss и Iss. Подобная бимодальность согласуется с экспериментальными данными о кристаллизации сульфидных жидкостей, указывая на важную роль посткумулусной кристаллизации и пространственного разделения фракций сульфидного прекурсора. Обоснован вывод о крупномасштабном переносе и концентрировании ЭПГ и халькогенов в довыренской камере перколирующими сульфидными расплавами. Данные об изотопном составе кислорода в оливине из довыренских кумулатов позволяют разделить их на два типа - неконтаминированные (18O=5.8±0.2‰) и контаминированные (18O=6.2±0.3‰) карбонатами. Оценки 18O исходного расплава, рассчитанные с использованием этих данных, составили 6.6±0.2 ‰ и 7.1±0.3 ‰, соответственно. Подобные соотношения отвечают незначительной (не более первых %) контаминации исходных довыренских магм карбонатным материалом, которая в масштабах камеры носила локальный характер. В метасоматически измененных анортозитах Главного платинометального рифа Довырена установлено присутствие нильсенита - редкого интерметаллида палладия и меди (Pd1.01Cu2.81Fe0.17Ni0.01). ОБоснован вывод, что этот минерал формировался в условиях пренит-пумпеллиитовой фации метаморфизма при повышенной летучести кислорода и температуре около 300° C. Результаты аналитических исследований: Определены концентрации ЭПГ+Au+Ag+Se+Te в 18 образцах представительных пород разреза “Школьный” в СВ окончании Довырена и 10 образцах из рудоносного апофиза ниже его основания в срединной части. В 16 рудоносных габброанортозитах из срединной части Довырена методом XRF определены содержания главных элементов. Проведены микрозондовые исследования состава сульфидной капли размером около 4 мм, впервые обнаруженной в платинометальных анортозитах Главного рифа, по результатам которых оценен ее средний состав - примерно 12 мас.% Cu при 6.5 мас.% Ni. Эти содержания отвечают низкотемпературному сульфидному расплаву (Iss), стабильному при температурах ниже 850-800oC. Уточнены изотопные характеристики Re-Os системы для 6 образцов, включая два пикродолерита из нижней зоны закалки, два плагиоперидотита, сульфидоносный троктолит и ЭПГ-анортозит из Главного рифа. Полученные данные указывают на субхондритовое исходное отношение 187Os/188Os = 0.1279±0.0007 ко времени образования Йоко-Довыренского интрузива (728 млн. лет). На основе рентгеновской микротомографии (КТ): Изучены особенности объемного распределения рентгеноконтрастных фаз и морфология сульфидных зерен в образцах из открытого карьера Могалаквена (северный лимб Бушвельдского комплекса). При этом установлены среднее содержание сульфидов (5.9-7.5%) и минералов ЭПГ (примерно 0.2%), а также низкая связанность сульфидного вещества (от 10 до 20%). Представлены стереореконструкции пространственных соотношений сульфидов и МПГ, согласующиеся с наблюдениями для ЭПГ-минерализованных анортозитов Довырена. Новые геотермобарометры минерал – расплав: Завершена перекалибровка модели плагиоклаз – расплав с учетом 4-х миналов (анортита, альбита, ортоклаза и фиктивного компонента FeAl2Si2O8), которая обеспечивает среднюю точность 7.1±5.5oC при P=1 атм. и 13.1±10.8oC при высоких давлениях. Это наиболее точная модель плагиоклаза, предложенная в петрологии. Разработан новый алгоритм моделирования температуры кристаллизации и состава пироксенов, как многокомпонентных растворов в системе диопсид-геденбергит-энстатит-ферросилит-чермакит. На примере равновесия высока-Са клинопироксен (авгит) – расплав и данных 217 экспериментов при 1 атм. показано, что предложенная модель позволяет достичь в точности 7.7±5.6оС, при погрешностях оценки содержания чермакита около 2 мол.%. Петрологические расчеты: При помощи “сульфидно-шпинелевой” версии программы КОМАГМАТ-5.3.3 проведены расчеты распределения благородных металлов, халькогенов и других халькофильных элементов в расплаве и рудных минералах при совместной кристаллизации оливина, шпинелида и выделении несмесимых сульфидов. Показано, что обновленная модель устойчиво работает в режиме множества микроэлементов, сильно различающихся по коэффициентам разделения шпинель – расплав и сульфид – расплав, включая ЭПГ и халькогены. Аналогов подобной модели за рубежом нет. По результатам моделирования кристаллизации примитивных пород из краевой зоны Мончеплутона получены оценки состава вероятной исходной магмы (55% SiO2, 16% MgO) при температуре около 1400оС, в равновесии с оливином Fo91. Расчеты стабильности шпинелида на ликвидусе такого состава при давлениях от 1 атм. до 6 кбар предсказывают высокохромистый состав, что согласуется с обобщениями по минералогии пород этого комплекса. Петроструктурные реконструкции: Для 24 дунитов из срединной части Довырена установлены три разновидности распределений кристаллов оливина по размеру (CSD): (1) нормальные линейные, (2) логнормальные и (3) бимодальные (с изломом линейных трендов). Показано, что бимодальные CSD проявляются ближе к контакту массива, указывая, на внедрение более горячих пикритоидных магм в частично закристаллизованные и менее прогретые слои более ранних протокумулатов. Эти наблюдения рассматриваются как дополнительный аргумент в пользу идеи о гетерогенности исходных довыренских магм, представленную на основе петрологических реконструкций. Участие в конференциях: В 2020 г. исполнителями проекта подготовлено более 20 докладов на международные и всероссийские конференции. В связи с пандемией большая часть из них не состоялась или прошла в онлайн режиме. В случае семи конференций представленные нами материалы опубликованы. Полевые работы и командировки: На керноскладе бывшего Холоднинского ГОКа в п. Перевал отобрано 39 образцов метаморфитов чуйской серии с порфировыми вкрапленниками граната различной морфологии, которые планируется изучить в следующем году методами LAICPMS в Тасманийском университете (г. Хобарт, Австралия).

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".