Металлогенические особенности верхнепротерозойских углеродсодержащих сланцев няровейской серии (Полярный Урал)

Породы, содержащие углерод, благодаря своей уникальной металлоносности на протяжении нескольких десятилетий привлекают к себе пристальное внимание. Углеродсодержащие сланцы характеризуются повышенными концентрациями многих металлов, редких и редкоземельных элементов, в связи с этим их изучение представляет большой практический интерес.

На территории Центрально-Уральской зоны Полярного Урала среди пород няровейской серии (RF ₂ ) широко распространены углеродсодержащие сланцы. Нами они изучены вдоль руч. Няршор и Графитового, а также по безымянным притокам р. Ингилоръеган (рис. 1).

Углеродсодержащие сланцы залегают в виде пластов мощностью до 2 м среди метатерригенных пород, испытавших метаморфизм зеленосланцевой и эпидот-амфи-болитовой фаций, и имеют хлорит-мусковит-кварцевый, мусковит-кварцевый и эпидот-альбит-хлорит-кварц-се-рицитовый состав [4, 5]. Установлено содержание С _орг , которое составляет 0.2—4.11 %. По данным В. А. Душина и его соавторов [3], углеродсодержащие сланцы характеризуются надкларковыми значениями серебра, цинка, свинца, ванадия, фосфора, платиноидов и др. Целью данной работы является уточнение металлогенической специализации углеродсодержащих сланцев и установление генезиса рудных образований.

Методы исследования

Во время экспедиционных работ было проведено штуфное (точечное) опробование углеродсодержащих сланцев по разрезам коренных выходов. Если мощность толщи углеродсодержащих сланцев была до 5 м, отбиралась одна проба массой 2 кг. Если мощность толщи была больше, то интервал отбора составлял 5 м, масса про- 16

бы 2 кг. Проба отбиралась для петрографического описания и геохимических анализов. Обнаруженная в шлифах рудная минерализация в дальнейшем изучалась в аншли-фах. Углеродное вещество исследовалось с помощью рамановской спектроскопии комбинационного рассеяния света (КР) (аналитик С. И. Исаенко). Подготовка проб проведена путем кислотного разложения. Определение концентраций редких и рассеянных элементов выполнено на масс-спектрометре с индуктивно связанной плазмой Agilent 7700 ICP-MS-методом. Акцессорные и рудные минералы изучались на сканирующем электронном микроскопе Tescan Vega 3 LMH с энергодисперсионной приставкой Instruments X-Max (аналитик С. С. Шевчук). Все аналитические работы проводились в ЦКП «Геонаука» ИГ Коми НЦ УрО РАН.

Результаты и обсуждение

Углеродистое вещество . По данным рамановской спектроскопии, графитовые частицы в исследуемых образцах характеризуются присутствием основной полосы G графита 1569-1586 cм^-1 (рис. 2). На половине высоты полосы G (FWHMG) колеблется в пределах 21-43 cм^-1. Полоса D1 имеет значение 1324-1337 cм^-1. Размер кристаллитов La составляет 4-9 нм, следовательно, углеродное вещество представлено нанокристаллическим графитом по классификации Ферран и Робертсона [9]. На основе величины R2 = D1/(G + D1 + D2), используя геотермометр максимальных температурных условий графитизации, достигнутых при региональном метаморфизме, можно оценить температуру с точностью до ± 50 °С в диапазоне 330-650 °С [7]. С помощью величины R2 = D1/ (G + D1 + D2), которая характеризует отношение интегральных интенсивностей соответствующих рамановских

Рис. 1. Схематическая геологическая карта нижнего течения р. Немуръеган (Полярный Урал) (по [3]). Условные обозначения: 1—2 — марункеуский комплекс: 1 — марункеуская свита, 2 — ханмейхойская свита; 3—4 — няровейская свита: 3 — верхнехарбей-ская свита, 4 — минисейшорская свита; 5 — слюдяногорский комплекс габбро-гипербазитовый эклогитизированный плутонический; 6 — евъюганский комплекс мигматит-плагиогранитовый плутонический; 7 — минисейский комплекс измененных гиперба-зитов плутонический; 8 — харбей-собский комплекс габбро-гранодиоритовый; 9 — сядатаяхинский комплекс гранитовый плутонический; 10 — сыумкеуский комплекс дунит-гарцбургитовый плутонический; 11 — войкаро-кемпирсайский комплекс тектонитов; 12 — марунский комплекс щелочно-базитовый; 13 — разрывные нарушения: а — сдвиги, б — неустановленной кинематики, в — взбросонадвиги второстепенные, г — взбросонадвиги главные; 14 — места отбора проб с номерами проб

Fig. 1. Schematic geological map of the lower reaches of Nemuryugan River (Polar Urals) (according to [3]). Legend: 1-2 marunkeusky complex: 1 — marunkeuskaya suite, 2 — hanmeyhoyskaya suite; 3-4 — nyaroveyskaya suite: 3 — verhneharbeyskaya suite, 4 — miniseyshorskaya suite; 5 — slyudyanogorsky complex, gabbro-ultramafic, plutonic, eclogitized; 6 — evyugansky complex migmatite plagiogranite plutonic; 7 — miniseysky altered ultramafic plutonic complex; 8 — kharbey-sobsky complex gabbro-granodiorite; 9 — syadatoyahinsky granite plutonic complex; 10 — syumkeusky complex harzburgite-dunite plutonic; 11 — voikaro-kempirsaysky complex of tectonites; 12 — marunsky complex alkaline basite; 13 — faults: a — shifts, б — unknown kinematics, в — reversed strike-thrusts minor, г — reversed strike-thrusts main; 14 — sampling locations with numbers of samples

Рис. 2. Типичный рамановский спектр графита в сланцах няровейской серии Fig. 2. Typical Raman spectrum of graphite in shales of nyaroveyskaya series

полос (площадей пиков) в спектрах в области первого порядка (1100—1800 см-1), также можно оценить и степень организации углеродного вещества [2]. В углеродистых сланцах няровейской серии рассчитанная величина R2 составляет 0.29-0.30, что показывает низкую степень упорядоченности углеродного вещества [7]. По рамановскому термометру рассчитана возможная температура образова ния углеродного вещества в углеродистых сланцах няровейской серии (Т °С = -445 х R2 + 641 [7]), она составляет (500 ± 50) °С, что соответствует условиям метаморфизма верхней ступени зеленосланцевой фации.

Благородные металлы. Установлено, что в углеродсодержащих породах няровейской серии присутствуют Os (3-14 мг/т), Ir (8-157 мг/т), Pd (95-655 мг/ т). В хлорит- 17

мусковит-кварцевых сланцах содержание Rh достигает 371 мг/т (н-4-53), а золота — 2601 мг/т (н-7-22) (табл. 1). Полученные значения были нормированы относительно их кларков в верхней мантии (рис. 3). Количество Os близко к кларковым, количество Ir, Pd и Rh превышают кларковые содержания в 3—400 раз, но не достигают промышленного значения. Содержание золота в углеродсодержащих сланцах няровейской серии может достигать промышленно значимой концентрации, что выводит их в ранг перспективных на золото пород. Причем золотосодержащие породы контактируют с гранитами, что подтверждает концепцию влияния магматитов кислого состава на накопления золота в черносланцевых формациях.

Микрозондовые исследования углеродсодержащих пород позволили выделить редкоземельную уран-ториевую, сульфидную, сульфатную и медную минерализации.

Хлорит-мусковит-кварцевые и мусковит-кварцевые сланцы характеризуются редкоземельной уран-ториевой, сульфидной и сульфатной минерализацией; эпидот-альбит-хлорит-кварц-серицитовые сланцы — сульфидной и медной минерализацией.

Редкоземельные уран-ториевые минералы представлены монацитом, ксентимом и коффинитом.

Монацит наблюдается в виде образований неправильной изометричной формы и удлиненных зерен размером 5—100 мкм, расположенных согласно сланцеватости породы (рис. 4, а, б, е). Содержание в породе — до 1 %. Он часто ассоциирует с ксенотимом (рис. 4, г). Этот минерал представлен двумя разновидностями: U-Th-монацитами с низким содержанием редкоземельных эле-

Рис. 3. Содержания благородных металлов в углеродсодержащих сланцах няровейской серии, нормированных относительно их кларков в верхней мантии [6]

Fig. 3. Content of precious metals in carbonaceous shales of nyaroveyskaya series, normalized to their clarks in upper mantle [6]

ментов (табл. 2, № 1-3,5, 6) и REE-монацитами с низким содержанием урана и тория (табл. 2, № 4, 7-9). U-Th-монацит тесно ассоциирует с углеродистым веществом (рис. 4, д, ж, з) и содержит высокие количества циркония (до 11.83 %). В породе нередко присутствуют ксенотим-ториево-монацитовые фазы (рис. 4, д). Химический состав и формулы монацита приведены в табл. 2. Когда монациты ассоциируют с кварцем, SiO ₂ имеет повышенное содержание. В этих случаях содержание SiO ₂ не учитывали и суммы компонентов были приведены к 100 %.

В качестве примесей этот минерал содержит Fe, Al, K, Si, Pb и S.

Ксенотим представлен изометричными зернами и образованиями неправильной формы размером 1030 мкм, содержание до 1 %. В породе встречаются также две разновидности этого минерала. Одна из них имеет изометричную форму зерен с четко очерченными краями и без примесей (рис. 4, в). Другая разновидность ксенотима представлена выделениями неправильной формы с неясно очерченными краями, часто ассоциирующими с монацитами и содержащими в качестве примесей уран и торий (рис. 4, г, д). Химический состав и формулы ксенотима приведены в табл. 3.

Коффинит встречается реже по сравнению с монацитом и ксенотимом и представлен призматическими кристаллами с неровными гранями (рис. 4, и). Содержание коффинита в породе — ед. зн. Химический состав коффинита (мас. %): UO ₃ — 75.87, SiO ₂ — 20.11, PbO — 3.2, OsO ₂ — 0.82.

Формирование U-Th-редкоземельных минералов няровейской серии представляется следующим образом. Известно, что уран и редкоземельные элементы накапливаются в углеродистых осадках в процессе их образования [6]. В дальнейшем при метаморфических и постметаморфических процессах происходит перераспределение вещества, привнос флюидами Th и формирование в породах монацита, ксенотима и коффинита. Тесная пространственная связь тория и урана с углеродистым веществом указывает на то, что, возможно, торий также накапливался в осадках вместе с ураном, либо же углеродистое вещество является важным агентом при транспортировке этих элементов.

Сульфидные минералы в углеродсодержащих сланцах няровейской серии представлены пиритом, пентландитом и ковеллином.

Пирит представлен угловатыми зернами треугольной и кубической формы размером до 100 мкм (рис. 5, а). Содержание в породе — до 1 %. Он встречается среди основной массы и в полостях породы, а также в породообразующих минералах. Нередко наблюдаются выделения

Таблица 1. Содержание благородных металлов в углеродсодержащих сланцах няровейской серии, г/т Table 1. Content of noble metals in carbonaceous shales of nyaroveyskaya series, g/t

№ пробы Sample No.	н-4-31	н-4-27	н-4-26	н-4-53	н-4-55	н-4-60	н-7-22
Os	0.007	0.003	0.006	0.014	-	0.005	0.005
Ir	0.013	0.020	0.157	0.008	0.008	0.009	0.014
Pd	0.092	0.655	0.116	0.535	0.240	0.094	0.291
Au	-	-	-	-	-	-	2.601
Rh	-	-	-	0.371	-	-	-

Примечание. Места отбора проб: н-4-26, н-4-27, н-4-31 — руч. Няршор; н-4-53, н-4-55 — руч. Графитовый; н-7-22, н-4-60 — руч. Ингилоръеган.

Note. Sampling locations: н-4-26, н-4-27, н-4-31 — Nyarshor brook, н-4-53, н-4-55 — Graphitovy brook, н-7-22, н-4-60 — Ingiloregan brook.

Таблица 2. Химический состав и кристаллохимические коэффициенты монацитов и уран-ториевых монацитов из углеродсодержащих сланцев няровейской серии

Table 2. Chemical composition and crystal-chemical coefficients of monazites and uranium-thorium monazites from carbonaceous shales of nyaroveyskaya series

№ анализа Analysis No.		1	2	3	4	5	6	7	8	9
* К oo * -и § о о E и о о ° s -а 1 U X	SiO 2	1.86	0.82	—	—	—	7	—	—	—
	P 2 O 5	28.36	29.99	31.23	14.32	30.27	26.62	19.19	27.24	24.61
	Y 2 O 3	—	—	4.18	—	—	—	—	4.15	7.25
	ThO 2	4.29	1.11	2.6	52.45	1.37	1.3	38.58	25.62	9.04
	uo 2	—	—	0.62	11.4	—	—	7.98	23.43	25.25
	La 2 O 3	15.13	15.15	18.32	—	20.85	17.73	0.36	—	—
	Ce 2 O 3	29.9	31.54	26.08	—	27.8	23.32	2	1.07	—
	Pr 2 O 3	2.96	3.13	1.8	—	3.31	2.27	0.6	—	—
	Nd 2 O 3	11.52	13.07	9.73	—	13.12	8.95	1.74	1.76	—
	Sm 2 O 3	2.07	2.93	—	—	0.97	—	—	0.97	—
	Gd 2 O 3	0.92	1.79	—	—	—	—	—	—	—
	CaO	0.49	0.29	1.6	—	0.96	0.81	0.96	0.98	1.11
	FeO	—	—	3.47	6.35	0.61	1.43	9.6	12.33	15.87
	ZrO 2	—	—	—	14.07	—	—	15.97	—	15.92
	PbO	—				—	0.62	—	—	—
	Al 2 O 3	—			—	0.74	2.7	2.18	2.45	0.95
	so 3	—	—	—	1.41	—	1	—	—	—
	K 2 O	—	—	0.37	—	—	0.36	—	—	—
	Na 2 O	—	—	—	—	—	—	0.84	—	—
	Сумма	97.4	99.82	100	100	100	94.11	100	100	100