Сульфидная минерализация шунгитоносных пород Онежского прогиба (Карелия)

Ю. С. Шелухина

СУЛЬФИДНАЯ МИНЕРАЛИЗАЦИЯ ШУНГИТОНОСНЫХ ПОРОД ОНЕЖСКОГО ПРОГИБА

Шунгитоносные породы составляют значительную часть разреза раннепротерозойских образований Онежского прогиба Карелии. Их изучение началось в первой половине XIX века. Большая часть исследований была посвящена углеродистой составляющей пород — шунгиту (А.А. Иностранцев, В. М. Тимофеев, В. И. Крыжановский, Н. И. Рябов, Н. А. Орлов, Б. Ф. Марфи, К. Ранкама, М. М. Филиппов и многие другие) [1, 2]. В настоящее время шунгиты используются во многих отраслях — металлургии (при выплавке чугуна, ферросплавов и др.), в производстве резин, в качестве фильтров для воды, в медицине. Последнее время шунгиты привлекают внимание исследователей еще и в связи с открытием в них порфиринов и фуллеренов [3], а также в связи с их потенциальной платиноносностью [4].

С прогнозно-металлогенических позиций Онежский прогиб, расположенный на Северо-Западе России, в Карелии, занимает особую позицию. Благодаря своим размерам (около 12 тыс. км2) и мощности шунгитсодержащих отложений (более 0,5 км), этот прогиб считается крупнейшим в мире палеобассейном нижнепротерозойской черносланцевой седиментации. Шунгитсодержащие породы, составляющие часть разреза переслаивания осадочных и вулканогенно-осадочных образований, относятся к за-онежской свите людиковийского надгоризонта нижнего протерозоя. Заонежская свита подразделяется [5] на три подсвиты: нижнюю, глинисто-карбонатно-сланцевую, среднюю, вулканогенно-осадочную (с пачками высокоуглеродистых пород) и верхнюю, осадочно-вулканогенную.

Основная часть шунгитоносных пород сосредоточена в средней подсвите за-онежской свиты, которая состоит из 10 пачек, нечетные из которых сложены вулканогенными породами основного состава, а четные — осадочными и вулканогенноосадочными.

Вулканогенные породы представлены габбро-долеритами, плагиоклазовыми пор-фиритами, мандельштейнами, а осадочные — шунгитсодержащими алевропелитами, пелитами, карбонатными туфосланцами, силицитами, доломитами, которые характеризуются тонкослоистой параллельной текстурой [6]. В составе высокоуглеродистых пород отмечаются слои с обильной сульфидной минерализацией, достигающей 7090%. Характеристика этой минерализации является основным предметом рассмотрения в настоящей статье.

В процессе проведения исследований детально задокументировано около 2000 м керна скважин, пробуренных на Пигмозерском (скв. 1716а и 1717а) и Хмельозерском (скв. 4191 и 4197) участках (рис. 1), расположенных в центральной части Онежского прогиба, а также подробно описана сингенетическая и эпигенетическая сульфидная минерализация шунгитовых месторождений Зажогино и Максово.

Минераграфическими исследованиями в препаратах (аншлифах и прозрачно-полированных шлифах), отобранных по разрезу скважин, установлены пирит, пирротин, марказит, халькопирит, сфалерит, пентландит, галенит, виоларит, миллерит, молибденит, кобальтин, рутил, макинавит, валлериит, гематит, гетит и гидрогетит и др.

© Ю.С.Шелухина, 2011

1 » л * 2 3 4 V V V V 5

7 // 8 / 9 • 4191 10  11

Рис. 1. Схематическая геологическая карта Онежского прогиба (по [7]) и места отбора фактического материала 1 — архейский структурный этаж; 2—5 — карельский (нижнепротерозойский) структурный этаж: 2 — сумий-сариолий; 3—ятулий; 4 — заонежская свита (люди-ковий); 5—суйсарская свита (людиковий) и калевий объединенные; 6 — вепсий; 7 — разломы; 8 — зоны складчато-разрывных дислокаций; 9 — межблоковые глубинные разломы; 10—скважина и ее номер; 11 — месторождения шунгита (З — Зажогин-ское, М — Максовское).

На основе текстурно-структурных характеристик было выделено пять морфологических типов рудной минерализации: вкрапленный, массивный, конкреционный, цементный и прожилковый, каждый из которых имеет еще разновидности.

Вкрапленный тип включает фромбоидальный и тонкодисперсный пирит, который содержится в количестве от 3 до 40% в породе (рис. 2, а, б). Иногда пирит образует вкрапленность от 40, до 70% объема породы, приуроченную к прослоям пелитового состава, как правило, насыщенных сингенетичным шунгитом. Перекристаллизован-ный фромбоидальный пирит этой разновидности чаще всего образует цепочки зерен округлого или кубического габитуса размером от 0,001 до 0,03 мм, значительно реже округлые, линзовидные скопления, размером до 1 см. На долю этого пирита приходится около 60% объема сульфидной минерализации шунгитоносных пород. Иногда наблюдается замещение пирита пирротином, по которому, в свою очередь, развиваются мелкочешуйчатый макинавит и валлериит.

Рис. 2. Микро-тонкозернистая сульфидная минерализация тонкослоистых алевропелитов

Это наиболее распространенный тип минерализации, встречающийся практически по всему разрезу.

К этому же типу относятся и порфировидная разновидность, представленная идиоморф-ными порфировидными метазернами (рис. 3), иногда зональными (рис. 4), пирита или пирротина, причем метазерна пирротина встречаются преимущественно в туфосланцах. Размер кристаллов достигает 2 см.

В зональных метазернах пирита (см. рис. 4) оптически зоны различаются по степени отражения и цвету: более яркие (коэффициент отражения, И, = 53%)—светло-желтые, более темные, имеющие розоватый оттенок, характеризуются коэффициентом отражения равным 45-50%. Более темные в отраженном свете зоны характеризуются дефицитом железа (до 0,8-1%). Они содержат незначительное количество микропримесей кобальта (до 0,62%), никеля (до 0,13%), меди (до 0,5%) и цинка до 0,44% (сумма микропримесей колеблется от 0,7 до 1,5%). Более светлые зоны отве-Рис. 3. Идиоморфные порфировидные чают малопримесному (сумма примесей не пре-

вкрапленники пирита в шунгитсодержащем туфосланце вышает 0,3%) пириту.

Рис. 4. Микрофото зональных метазерен пирита.

Светлое — нормативный пирит, светлосерое — N1- и Со-содержащий пирит

Массивный тип представлен прослоями, состоящими более чем на 90% из сульфидных минералов (рис. 5). Пиритовые прослои сложены ксеноморфным пиритом с участками, замещенными халькопиритом, сфалеритом и пирротином. Значительно реже встречаются пирит-пирротиновые прослои (рис. 6). Мощность массивных сульфидных прослоев достигает нескольких сантиметров.

Рис. 5. Массивный прослой сульфидных минералов в шунгитсодержащем алевропелите

Цементный тип представляет собой базальный марказитовый цемент шунгитсодержащих алевропесчаников (рис. 7). Марказит образует ксеноморфные выделения, заполняющие межзерновое пространство окатанных (круглых и овальных) зерен кварца. Отмечается весьма незначительное развитие поздних халькопирита, оксидов и гидроксидов железа по марказитовому цементу.

В конкреционном типе выделяются макро- и микроконкреции. Макроконкреции (размером 0,1-3 и более см) характеризуются зональным строением, округлой, овальной и уплощенной формой (рис. 8). Центральная часть конкреции обычно вы-

Рис. 6. Пирит-пирротиновый массивный прослой в карбонатном туфосланце

Рис. 7. Базальный марказитовый цемент шунгитсодержащего алевропесчаника

полнена нерудными минералами — кварцем, карбонатом, слюдами и, иногда, шунгитом. Следующая зона представлена идиоморфными кристаллами пирита, а внешняя зона конкреции образована ксеноморфным пиритом и марказитом, которые замещаются халькопиритом, сфалеритом и пирротином. Микроконкреции (размером 0,11 мм) образованы марказитом и пиритом, причем часто наблюдается обрастание призматических кристаллов марказита пиритом (рис. 9). Кроме того, микроконкреции сложены халькопиритом, сфалеритом, пирротином и оксидами железа. Встречаются микроконкреции в породах либо хаотично, либо образуют самостоятельные прерывистые микропрослои.

В макроконкрециях нами впервые были выявлены теллуриды ртути и никеля (рис. 10, а, б) —колорадоит и мелонит [8]. Такие конкреции имеют вытянутую параллельно слоистости линзовидную форму, сложены пиритом, который по краям замещается халькопиритом и сфалеритом. Границы конкреции с породной матрицей неровные, с множеством каверн. Теллуриды образуют выделения неправильной формы

Рис. 8. Пиритовая конкреция с зональным строением в шунгитсодержащем алевропелите

Рис. 9. Пирит-марказитовая микроконкреция с радиальнолучистым внутренним строением

(размером 0,025 мм), центральная часть которых выполнена мелонитом, а краевая — колорадоитом.

Прожилковый тип рудной минерализации имеет чаще послойный и реже секущий характер (рис. 11). Для него характерно устойчивое средне-крупнозернистое сложение рудных минералов (рис. 12). В прожилках диагностированы пирит, сфалерит, халькопирит, пирротин, галенит, молибденит, кобальтин, виоларит, миллерит, пере-отложенный шунгит. По краям прожилков, на границе с нерудной матрицей, иногда наблюдаются тонкопризматический гематит, тонкоигольчатый гетит и гидрогетит.

Рис. 10. Ксеноморфное выделение теллуридов

Рис. 11. Секущий сульфидный эпигенетический прожилок в шунгитсодержащем кремнистом пелите

Прожилковый тип минерализации наиболее развит на месторождениях шунгита — Зажогинском и Максовском. Там мощность прожилков, в состав которых входят и сульфидные минералы, достигает десятков сантиметров.

Формирование рассмотренной рудной минерализации в шунгитоносных породах связано с различными процессами, которые подразделяются на три основных этапа: сингенетический, эпигенетический и гипергенный, в каждом из которых отмечается несколько стадий.

I этап — сингенетический — связан непосредственно с осадконакоплением и начальным преобразованием пород. На этом этапе формируются первично осадочный пирит, колломорфный марказит и пирротин. В процессе диа- и катагенеза происходит перекристаллизация сульфидов, образование тонкодисперсного идиоморфного пирита, раскристаллизация марказитового цемента и рост микро- и макроконкреций.

Рис. 12. Внутреннее строение сульфидного прожилка.

II этап — эпигенетический — отвечает наложенным процессам и подразделяется на две стадии: метаморфическую и гидротермально-метасоматическую.

В процессах регионального метаморфизма сингенетичная сульфидная минерализация претерпевала собирательную перекристаллизацию. В гидротермально-метасо-матическую стадию происходило образование метазерен, преобразование конкреций и массивных сульфидитов с формированием таких минералов как халькопирит, галенит, сфалерит, гексагональный пирротин, пентландит, колорадоит и мелонит, тонкодисперсный пирит замещается пирротином, микинавитом и валлериитом. В эту же стадию образуются все минералы эпигенетических прожилков.

III этап — гипергенный — соответствует процессам окисления всех сульфидных минералов. Он также характеризуется развитием других вторичных минералов — титанита по рутилу, гидроксидов железа (гетита, гидрогетита), сульфатов (ярозита, корнелита) по сульфидам.

Детальные минераграфические исследования рудной минерализации шунгитоносных пород средней подсвиты заонежской свиты, включая микрорентгеноспек-тральные наблюдения полированных препаратов из тяжелых фракций, не выявили наличие в них минеральных фаз благородных металлов. Обнаруженные здесь впервые теллуриды (колорадоит и мелонит), которые на многих месторождениях сопутствуют благороднометалльной минерализации, являются лишь косвенным признаком возможного наличия такой минерализации. Отметим, что процессы, отвечающие за формирование теллуридов, проявлены весьма слабо и не имеют широкого распространения.

В 1993 г., в рамках программы «Платина России», ВСЕГЕИ и Институтом геологии Карельского научного центра была выделена Карело-Кольская платиноносная провинция, а в ее пределах в качестве наиболее перспективного, наряду с Централь-но-Кольским и Северо-Карельским, Онежский платиноносный район [4]. Изучение платиноносности нижнепротерозойских вулканогенно-осадочных толщ проводилось сотрудниками ВСЕГЕИ с выделением специализированных на платиноиды углеродсодержащих горизонтов, а в их пределах проявлений рудной благороднометалль-ной минерализации. По этим данным рудные объекты локализованы в шунгитоносных породах средней подсвиты заонежской свиты: в основном в пачке 4, частично

в пачках 2, 6 и 8. Отмечалось, что наиболее высокие концентрации благородных металлов выявлены на Пигмозерском проявлении при выборочном штуфном опробовании ранее пройденных экспедиций №32 (ГП «Невскгеология») скважин (скв. 1716 и 1717). В геохимических пробах из шести интервалов этих скважин получены высокие содержания: платины — 0,025-3,8 г/т, палладия — 1,2-24,5 г/т, золота — 0,02-2,25 г/т [9, 10].

Для проверки этих данных из устьев скв. 1716и 1717 были пробурены (ГП «Невскгеология») дублирующие скважины 1716а и 1717а, проведено детальное опробование их керна и выполнен атомно-адсорбционный анализ 348 проб, а нами — описана рудная минерализация разреза [9]. Полученные результаты свидетельствуют, что на Пигмозерском участке содержания золота по разрезу 4 и 6-й пачек шунгитоносных пород средней подсвиты заонежской свиты в среднем не превышают 0,01 г/т (клар-ковые содержания золота в черных сланцах составляют 0,01 г/т [11]) (табл. 1).

Таблица 1. Содержание благородных металлов по скв. 1716а и 1717а

Пачка Количество проб Содержание, г/т

Аи Рі ра

4 327 Минимальное 0,001 0,008 0,006

Максимальное 0,091 0,05 0,097

Среднее 0,006 0,011 0,020

6 21 Минимальное 0,002 0,009 0,015

Максимальное 0,016 0,02 0,057

Среднее 0,005 0,015 0,027

Максимальные концентрации золота (до 0,09 г/т) обнаружены в шунгитсодержащих алевропелитах 4-й пачки, содержащих редкую тонкую сингенетичную сульфидную вкрапленность. Содержание платины ни в одной из проб не превышает 0,05 г/т. Палладий в значимых концентрациях обнаружен в 15% проб, а максимальное содержание металла — 0,09 г/т зафиксировано в шунгитовых пелитах с сульфидной вкрапленностью.

Кроме того, нами дополнительно получены данные о содержании благородных металлов по разрезу скв. 4191 (пачки 2, 6, 8, 10) на Хмельозерском участке (см. рис. 1). Пробирный анализ 34 проб выполнен в сертифицированной лаборатории ЗАО «РАЦ Механобр Инжиниринг Аналит», из них максимальное содержание золота — 0,05 г/т (в одной пробе, в остальных <0,02 г/т), палладия — 0,09 г/т. Платина во всех пробах — <0,05 г/т (порог обнаружения).

Следует отметить, что повышенные содержания золота выявлены нами лишь в концентратах сульфидной минерализации прожилкового типа, отобранной на Зажо-гинском и Максовском карьерах, и составляют 0,1-0,23 г/т. Содержания платины и палладия в этих концентратах не превышают средних значений по разрезу.

Таким образом, нами выделено и охарактеризовано пять морфологических типов сульфидной минерализации и не обнаружено прямых признаков (минеральных фаз) стратиформной благороднометалльной минерализации в шунгитоносных породах средней подсвиты заонежской свиты Онежского прогиба.

1. Филиппов М. М. Шунгитоносные породы Карелии: черная Олонецкая земля, аспидный сланец, антрацит, шунгит. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2004. 488 с.

2. Филиппов М. М. Шунгитоносные породы Онежской структуры. Петрозаводск. Карельский научный центр РАН, 2002. 280 с.

3. Полеховский Ю. С., Резников В. А. Фуллерены — новое природное сырье (обзор, исследование и перспективы). В сб. «Образование и локализация руд в Земной коре». С.-Петербург, 1999. С. 121-145.

4. Додин Д. А., Чернышов Н.М., Яцкевич Б. А. Платинометалльные месторождения России. СПб.: «Недра», 2000. 754 с.

5. Полеховский Ю. С., Голубев А. И. Людиковийский надгоризонт Онежского прогиба // Проблемы стратиграфии нижнего протерозоя Карелии. Петрозаводск: Изд-во Кар. ФАН СССР, 1989. С. 106-117.

6. Шелухина Ю. С., Полеховский Ю. С. Петрохимические данные о шунгитоносных породах Онежского прогиба // Органическая минералогия: Материалы II Российского совещания по органической минералогии. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2005. С. 231-233.

7. Кондаков С. Н., Петров Ю. В., Булавин А. В. и др. Блоковое и глубинное строение Онежского прогиба / В кн.: Блоковая тектоника и перспективы рудоносности северо-запада Русской платформы // Тр. ВСЕГЕИ. Л., 1986. С. 68-75.

8. Полеховский Ю. С., Шелухина Ю. С., Лялинов Д. В. Оксидно-сульфидная минерализация и теллуриды в шунгитоносных породах Онежского прогиба Карелии // Геология и геоэкология Северо-запада России. Материалы XIV молодежной научной конференции, посвященной памяти К. О. Кратца. Петрозаводск, 2003. С. 81-83.

9. Тихонов В. Б., Петров Ю. В. и др. Отчет о результатах работ по поискам страти-формных месторождений элементов платиновой группы (ЭПГ) на Пигмозерской площади в 1997-1999 годах. (Геологическое задание 32-27), Фонды ГП «Невскгеология», 1999. 124 с.

10. Савицкий А. В., Былинская Л. В., Зайцев В. С., Титов В. К. Стратиформное комплексное золото-платиноидное оруденение в черных сланцах Онежского рудного района — новый перспективный нетрадиционный источник благородных металлов / Платина России. Проблемы развития минерально-сырьевой базы платиновых металлов в XXI в. М.: ЗАО «Геоинформмарк», 1999. Т. II. Кн. 2. С. 241-259.

11. Юдович Я. Э., Кетрис М. П. Элементы-примеси в черных сланцах. Екатеринбург: УИФ «Наука», 1994. 304 с.

Статья поступила в редакцию 17 июня 2011 г.