Минералого-геохимические особенности руд Удоканского месторождения

УДК 553.434

МИНЕРАЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РУД УДОКАНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

С.Е. Мезенцев1

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Проведены исследования медных руд Удоканского месторождения на рентгеноспектральном элек-тронно-зондовом микроанализаторе, определен температурный интервал образования медных руд. Главным минералом руд является борнит трех генераций, распространены халькопирит, халькозин двух генераций, пирит. Характерны следующие минеральные ассоциации: борнит-халькопирит-халькозиновая и пирит-халькопиритовая.

На Западном участке Удоканского месторождения отчетливо выделяется стадийность рудоотложе-ния, обоснованная как структурно-текстурными особенностями представленных руд, так и их минерало-го-геохимическими характеристиками. Отложение рудных минералов происходило, скорее всего, из гидротермальных источников в интервале температур от 3000 до 7000 С.

Стратиграфический и литологический контроль играет большую роль в образовании данного месторождения. А именно, перекрывающие алевролиты намингинского яруса являются экраном, а нижележащая толща кварц-карбонатных песчаников сакуканской свиты служит благоприятной средой для отложения богатых медных руд.

Борнит, в зависимости от температурных условий и количества Fe в системе, кристаллизовался одновременно с халькопиритом и халькозином. Последующие процессы минералообразования происходили при замещении борнита и халькопирита халькозином второй генерации. Завершающим этапом было образование ковеллина. На настоящей стадии изучения Удокана трудно однозначно трактовать связь ору-денения с магматизмом, но вполне вероятной представляется такая связь с одной из фаз Чинийского плутона, как показал Б.И. Гангальский. При этом нужно учитывать плохую изученность нижних горизонтов Удоканского месторождения, которые могут содержать факты, более определенно свидетельствующие о природе процессов рудообразования.

Библиогр. 4 назв. Ил. 4. Табл. 2.

Ключевые слова: борнит; халькопирит; халькозин; гидротермальный процесс.

MINERALOGICAL AND GEOCHEMICAL FEATURES OF UDOKAN FIELD ORES S.E. Mezentsev

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

Udokan ores have been examined on an X-ray electron probe microanalyzer and temperature interval of copper ore formation has been determined. The main ore mineral is bornite of three generations. Chalcopyrite, two generations of chalcocite and pyrite are also abundant. Bornite-chalcopyrite-chalcocite association and pyrite-chalcopyrite one are representative mineral associations.

The western sector of the Udokan field clearly reflects ore deposition stages that are justified by structural and textural features of the presented ores as well as by their mineralogical and geochemical characteristics. Ore minerals most likely deposited from the hydrothermal sources in the temperature range from 300 to 700° С.

Stratigraphic and lithologic control plays an important role in the formation of this field. Specifically, the overlying siltstones of the Naminginskiy age formed the screen, and the underlying strata of quartz-carbonate sandstones of the Sakukan suite served as a favorable medium for the deposition of rich copper ores.

Depending on temperature conditions and the amount of Fe in the system, bornite was crystallized simultaneously with chalcopyrite and chalcocite. Subsequent mineralization processes occurred under bornite and chalcopyrite replacement with the second generation of chalcocite. The final stage manifested with the formation of covellite. At the present stage of Udokan study it is difficult to give a unique interpretation of the connection between the mineralization and magmatism. On the other hand, such connection with one of the phases of

:Мезенцев Сергей Евгеньевич, аспирант кафедры геологии и геохимии полезных ископаемых, тел.: 89246389344, e-mail: sergmezenc@mail.ru

Mezentsev Sergei, Postgraduate student of the Department of Geology and Geochemistry of Minerals, tel.: 89246389344, e-mail: sergmezenc@mail.ru

Chiniyskiy pluton seems quite possible as it was shown by B.I. Gangalsky. Having said so, it should be understood that the lower horizons of the Udokan field, which may contain facts providing clearer understanding of the nature of mineralization processes, are poorly investigated.

4 sources. 4 figures. 2 tables.

Key words: bornite; chalcopyrite; chalcocite; hydrothermalprocess.

С целью изучения минерального и химического составов и условий образования медных руд Удоканского месторождения в ходе полевых работ были отобраны образцы пород и руд, различные по своему составу и относящиеся ко всем ранее выделенным типам [4]. Материал отбирался из керна скважин, с различной глубины разреза, со стенок штолен и полотна канав. Работы проводились в пределах западного фланга месторождения (участок Западный).

При лабораторных исследованиях этих образцов под микроскопом ранее [3] было выделено четыре текстурных типа, отличающихся условиями нахождения рудных минералов во вмещающих породах (табл. 1).

Для изучения элементного состава минералов были выбраны полированные шлифы из всех указанных выше текстурных типов.

Исследования проводились на рентгеноспектральном электронно-зондовом микроанализаторе JXA8200 (JEOL Ltd, Япония) в Институте геохимии им. Виноградова СО РАН, г. Иркутск. Работы выполнялись аналитиком Л.А. Павловой.

В ходе исследований было получено 28 карт распределения рентгеновского излучения элементов по поверхности, 136 ЭДС спектров и 105 количественных определений на 17 элементов. Помимо основных элементов (Cu, Fe, Ag), для определения были выбраны характерные для месторождений меди элементы примеси ^п, Mo, Mn, №, As, Au, Se, Pb, П, Mg, &, V,

Результаты проведенных работ подтверждают определенный ранее основной минеральный состав руд: борнит, халькозин, халькопирит и пирит.

Выборка результатов анализа (табл. 2) показывает, что из всех минералов борнит отличается наиболее широкими вариациями по содержанию Fe и S. Сера варьирует в пределах от 21,7 до 30,5 при стандартном своем положении 25,5. Медь варьирует в пределах от 63,3 до 79,4 при стандартном положении 63,3. Железо варьирует в пределах от 0,2 до 11,4 при стандартном положении 11,2. Нужно отметить, что наибольшее количество результатов приведено как раз по борниту, так как он является наиболее распространенным минералом.

Таблица 1

Распределение минералов по условиям их нахождения в породе

Минералы Распределение минералов

В межзерновом пространстве в породе Согласно слоистости в породе В секущих прожилках В дайке габбро- диабаза

кварц-сульфидных сульфидных кварц-эпидот-сульфидных

Халькопирит + + + + +

Пирит +

Борнит + + + + + +

Халькозин-1 + +

Магнетит-1 + + + +

Магнетит-2 +

Халькозин-2 + + + + + +

Гематит + + + +

Ковеллин + + + + +

Широкие пределы разброса концентраций элементов должны объясняться двумя факторами: во-первых, неустойчивостью в конкретных Т-Р условиях минерала и переходом в новые, близкие по составу формы; во-вторых, разными условиями образования для разных текстурных типов.

Пирит, халькопирит и халькозин четко занимают свои позиции в общей системе, без значительных отклонений от стандартных образцов. Для визуальной оценки взаимоотношений элементов в системе Си-Б и Fe-S построены графики (рис. 1 и 2), подтверждающие правомерность выделения основных этапов минералообразования [3]. Более ранними минералами являются пирит, халькопирит, борнит и халькозин первой генерации, затем по борниту и халькопириту образуется халькозин

второй генерации, и завершающую стадию представляет ковеллин.

На графиках рис. 1 и 2 видно, что отчетливо выделяются три генерации борнита, которые нельзя было выделить при изучении полированных шлифов под микроскопом.

Первая генерация борнита входит в состав халькопирит-борнит-халько-зиновой минеральной ассоциации. Эта минеральная ассоциация присутствует во всех текстурных типах, указанных в табл. 1. В этой генерации борнит проявляется лишь в виде отдельных линз и просечек согласно слоистости вмещающих пород.

Халькопирит в данном случае выступает в виде отдельных агрегатов и участвует в структурах распада в борните (рис. 3). Халькозин II в этом случае замещает борнит по трещинам и по краям зерен.

№ п/п Б Си Бе ТоМ Соттеп1 минерал

1 53.854 46.245 100.099 М3 оЬг67 Б х100 15г 13 пирит

2 53.630 46.053 99.683 М3 оЬг67 Б х100 151 13 пирит

3 53.607 46.132 99.739 М3 оЬг67 Б х100 151 14 пирит

4 54.186 46.631 100.817 М3 оЬг67 Б х100 151 14 пирит

5 53.835 46.665 100.500 М3 оЬг67 Б х100 151 19 пирит

6 34.605 33.023 30.145 97.773 М3 оЬг67 Б х100 151 15 халькопирит

7 35.325 33.710 30.810 99.845 М3 оЬг67 Б х100 151 15 халькопирит

8 34.736 34.147 29.967 98.850 Б М2 оЬг67 х600 51 11 халькопирит

9 34.258 34.385 29.984 98.627 Б М2 оЬг67 х600 51 14 халькопирит

10 35.082 35.343 29.518 99.943 Б М3 оЬг11-2 х1000 71 11 халькопирит

11 25.897 64.292 11.282 101.471 Б М2 оЬг1 х400 151 11 борнит

12 25.960 64.930 11.418 102.308 Б М2 оЬг1 х400 151 11 борнит

13 25.819 63.340 11.194 100.353 Б М2 оЬг1 х400 151 12 борнит

14 25.831 64.137 11.211 101.179 Б М2 оЬг1 х400 151 115 борнит

15 25.125 63.585 10.623 99.333 Б М2 оЬг51 х1800 91 17 борнит

16 22.482 79.883 102.365 Б М2 оЬг1 х400 151 13 халькозин

17 22.554 79.605 102.159 Б М2 оЬг1 х400 151 14 халькозин

18 22.688 78.549 101.237 Б М2 оЬг1 х400 151 13 халькозин

19 22.292 79.883 102.175 Б М2 оЬг1 х400 151 14 халькозин

20 22.016 80.175 102.191 Б М2 оЬг1 х400 151 18 халькозин

Примечание. Zn, Мо, Мп, Со, N1, А8, Аи, Бе, РЬ, Т1, Сг, V - не обнаружены. А1 и Mg - входят в

состав вмещающих пород. Ag - редко образует отдельные агрегаты.

Таблица 2

Химический состав основных рудных минералов по результатам определения на волновых спектрометрах

Рис. 1. График взаимоотношения элементов в системе Си-Б

Рис. 2. График взаимоотношения элементов в системе Жв-Б

Рис. 3. Структура распада халькопирита в

борните. Полированный шлиф. Увеличение 10Х4

Второй генерации борнита свойственна относительная «нехватка» железа в системе. Это выражено в виде

мирмекитовых срастаний борнита и халькозина I (рис. 4).

Рис. 4. Мирмекитовые срастания борнита и халькозина. Полированный шлиф. Увеличение

10Х4

Вторая генерация борнита также относится к халькопирит-борнит-халькозиновой ассоциации, но халькозин в данном случае образуется одновременно с борнитом и халькопиритом. Данная ассоциация распространяется в межзерновом пространстве в качестве цемента в песчанике и в кварц-сульфидных жилах, в остальных текстурных типах не наблюдалась.

Третья генерация борнита выделяется на промежуточном уровне между «богатой» и «бедной» железом системами. В эту область попали результаты анализов, сделанные по образцам, взятым из собственно сульфидных жил и рудных брекчий, состоящих из обломков вмещающих пород и кварцевых жил.

Известно, что значительное колебание состава борнита (Си - 63,3; Fe -11,1; S - 25,6) обязано твердым растворам CuFeS2; Сис^5; Сu2S. Некоторые борниты содержат избыток серы.

При повышенных температурах (3000С и выше) образуются непрерывные твердые растворы Cu5FeS4 - Си^ (Си^5). Область «борнитового» твердого раствора простирается и в сторону состава CuFeS2, до 20% Fe (при 7000). Метастабильные твердые растворы халькопирита в борните и халькозина в борните могут образоваться при температурах и ниже 3000С. С понижением температуры твердые растворы частично или полностью распадаются, образуя хорошо известные решетчатые или мирмекитовые структуры распада халькопирита или халькозина в борните. Борнит в природе широко распространен во многих типах месторождений. Например, в поздних ассоциациях и в экзоконтактовых рудах Си-№ месторождений, в верхних частях гипогенных руд медно- порфировых месторождений, в поздних ассоциациях медно-колчеданных и колчеданно-

полиметаллических месторождений, в телетермальных месторождениях и в зоне цементации многих сульфидных месторождений [1].

Анализируя полученные данные, можно сделать ряд выводов:

1. Основной минеральный состав сульфидных руд Западного участка Удоканского месторождения представлен борнитом трех генераций, халькопиритом, халькозином двух генераций и в меньшей степени пиритом.

Для данных руд характерны следующие минеральные ассоциации: бор-нит-халькопирит-халькозиновая и пи-рит-халькопиритовая.

2. На Западном участке Удокан-ского месторождения отчетливо выделяется стадийность рудоотложения, обоснованная как структурно-текстурными особенностями представленных руд, так и их минералого-геохимическими характеристиками. Отложение рудных минералов происходило скорее всего из гидротермальных источников в интервале температур от 3000 до 7000 С.

3. Стратиграфический и литологи-ческий контроль играет большую роль в образовании данного месторождения. А именно, перекрывающие алевролиты намингинского яруса являются экраном, а нижележащая толща кварц-карбонатных песчаников сакуканской свиты служит благоприятной средой для отложения богатых медных руд.

4. Главный рудный минерал борнит в зависимости от температурных условий и количества Fe в системе кристаллизовался одновременно с халькопиритом и халькозином. Последующие процессы минералообразования происходили при замещении борнита и халькопирита халькозином второй генерации. Завершающим этапом было образование ковеллина.

5. На настоящей стадии изучения Удокана трудно однозначно трактовать связь оруденения с магматизмом, но вполне вероятной представляется такая связь с одной из фаз Чинийского плутона, как это показал Б.И. Гонгальский [2]. При этом нужно учитывать плохую изученность нижних горизонтов Удо-

канского месторождения, которые могут содержать факты, более определенно свидетельствующие о природе процессов рудообразования.

Библиографический список

1. Булах А.Г., Булах К.Г. Физико-химические свойства минералов и компонентов гидротермальных растворов. М.: Недра. 1978. 167 с.

2. Гонгальский Б.И. и др. Гигантские концентрации меди в месторождениях Кадаро-Удоканского района (Северное Забайкалье) // Крупные и суперкрупные месторождения: закономерно-

сти размещения и условия образования. М., 2004. 206 с.

3. Мезенцев С.Е., Яхно М.В. Минеральные ассоциации медных руд участка «Западный» Удоканского месторождения и закономерности их распределения во вмещающих породах // Известия СО секции наук о Земле РАЕН. Геология, поиски и разведка рудных месторождений. 2013. № 1 (42). С. 77-81.

4. Наркелюн Л.Ф. и др. Удокан-ское медное и Катугинское редкоме-талльное месторождения Читинской области. Чита, 2004. 515 с.

Рецензент доктор геолого-минералогических наук, профессор Иркутского государственного технического университета Ж.В. Семинский