На правах рукописи

ПОНАМАРЁВА МАРИНА МИХАЙЛОВНА

ГЕОЛОГИЯ, ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ И УСЛОВИЯ

ФОРМИРОВАНИЯ ЗОЛОТО-ПЛАТИНОМЕТАЛЛЬНОГО ОРУДЕНЕНИЯ В

КОРЕ ВЫВЕТРИВАНИЯ ЖЕЛЕЗИСТЫХ КВАРЦИТОВ

СТАРООСКОЛЬСКОГО И МИХАЙЛОВСКОГО ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ

РАЙОНОВ КМА

Специальность 25.00.11 - Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Санкт-Петербург

Работа выполнена на кафедре минералогии, петрографии и геохимии Воронежского государственного университета доктор геолого-минералогических

Научный руководитель наук, член-корреспондент РАН, профессор Н.М. Чернышов доктор геолого-минералогических

Официальные оппоненты наук, профессор В.Г. Лазаренков (НМСУ «Горный», г. СанктПетербург) кандидат геолого-минералогических наук, С.В. Кашин (ВСЕГЕИ, г.

Санкт-Петербург) институт геологии Карельского

Ведущая организация научного центра РАН (г.

Петрозаводск)

Защита диссертации состоится «24» декабря 2013 г. в 14 00 на заседании диссертационного совета Д 216.001.01 при ФГУП Всероссийский научноисследовательский геологический институт им. А.П. Карпинского по адресу:

199106, Санкт-Петербург, Средний пр., д.74 в зале Ученого совета ВСЕГЕИ

С диссертацией можно ознакомиться во Всероссийской геологической библиотеке ФГУП «ВСЕГЕИ» (г. Санкт-Петербург, Средний пр., д. 74).

Автореферат разослан «18» ноября 2013 года.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 199106, Санкт-Петербург, Средний пр., 74., ВСЕГЕИ, диссертационный совет Д 216.001.01, ученому секретарю Р.Л. Бродской и на e-mail:

[email protected]

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор геолого-минералогических наук Бродская Р.Л.

Телефон для справок: 8(4732) 207-966; факс 8(4732) 207-966;

e-mail: [email protected] Актуальность исследований. Металлы платиновой группы это важнейшее стратегическое сырье, в связи, с чем потребность в их обнаружении представляет очень важную задачу для геологии. С каждым годом увеличивается потребность в золоте и металлах платиновой группы. К числу перспективных на благороднометалльное оруденение относится Центральный регион России.

Необходимо развитие социально-экономического положения этого региона за счет увеличения минерально-сырьевой базы.

В Михайловском и Старооскольском железорудных районах Курской магнитной аномалии (КМА) отмечаются широко развитые коры выветривания железистых кварцитов. Для ряда зарубежных месторождений характерно наличие в коре выветривания не только золота, но и платиноидов. Важной предпосылкой исследования коры выветривания железорудных месторождений КМА являются многочисленные примеры нахождения в ее составе высоких содержаний благородных металлов. В пределах КМА, особый интерес представляют мартитовые и гидрогематитовые коры выветривания в железистых кварцитах (Яковлевское, Михайловское, Лебединское, Стойленское и др. месторождения КМА).

Таким образом, актуальность настоящей работы определяется необходимостью установления закономерностей размещения и состава золотоплатинометалльного оруденения в коре выветривания железистых кварцитов Михайловского и Старооскольского железорудных районов КМА.

Цель и задачи исследования. Целью работы является исследование золотоплатинометалльного оруденения в коре выветривания железистых кварцитов, отрабатываемых месторождений Михайловского и Старооскольского железорудных районов КМА, по собственным минеральным формам благородных металлов. В соответствии с этой целью были определены задачи исследования:

а) провести картирование строения коры выветривания железистых кварцитов с выделением в ней зональности;

б) ознакомиться с работами других исследователей о содержании благородных металлов в железистых кварцитах для последующего сравнительного анализа с данными по коре выветривания;

в) провести анализ особенностей распределения благородных металлов в коре выветривания и установить зоны их повышенных содержаний;

г) определить формы нахождения и минеральные ассоциации золота и металлов платиновой группы;

д) изучить возможные источники поступления рудного вещества в кору выветривания железистых кварцитов;

е) разработать модель, наиболее полно учитывающую условия формирования благородных металлов и их минеральных форм в коре выветривания железистых кварцитов.

Фактический материал и методика исследований.

Работа выполнена на кафедре минералогии, петрографии и геохимии геологического факультета Воронежского государственного университета.

Изучение проблемы благороднометалльного оруденения коры выветривания железистых кварцитов Старооскольского и Михайловского железорудных районов КМА проводилось в период обучения в магистратуре и аспирантуре (2008-2013 гг.) и в составе научной группы кафедры под руководством директора НОЦ «Геология рудных месторождений» ВГУ-ИГЕМ РАН, член-корреспондента РАН, профессора Н.М. Чернышова (2008-2013 гг..), а также в процессе реализации ряда проектов РФФИ, Гранта Президента РФ и др. В основу работы положен обширный фактический материал по геологии, петрографии, геохимии, минералогии и минерагении коры выветривания железистых кварцитов, полученный лично автором в ходе полевых и лабораторно-аналитических работ, а также опубликованные данные различных исследователей рудных месторождений КМА и других регионов.

В процессе выполнения работ были детально описаны более 300 шлифов и 150 аншлифов. При исследовании вещественного состава использовался апробированный комплекс методов аналитических исследований.

Микрорентгеноспектральные анализы силикатных (300 шт.) и (80 шт.) рудных минералов выполнялись в лаборатории ВГУ (JEOL 6380 LV с приставкой INCA 250, аналитики к.г.-м.н. С.М. Пилюгин и к.г.-м.н. Н.С. Базиков). Аналитические исследования проводились в Центральной лаборатории ФГУП «ВСЕГЕИ» (г.

Санкт-Петербург): определение химического состава изучаемых пород - методом рентгено-флуоресцентного спектрального анализа (РФА) – 25 анализов, (аналитик Б.А. Цимошенко); концентрация элементов-примесей - масс-спектрометрическим (IСP-MS) с индуктивно связанной плазмой – 25 анализов и 9 анализов в лаборатории ИПТМ г. Черноголовка, аналитик (В.А. Шишлов, В.Л. Кудряшов);

содержание ртути – методом «холодного пара» - 15 анализов, (аналитик И.В.

Реутова); содержание благородных металлов – атомно-абсорбционный с полным кислотным вскрытием (ААА) – 15 анализов, (аналитик Е.В. Тимашова). Изучение продуктов гравитационного концентрирования четырех малых минералоготехнологических проб, отобранных из коры выветривания железистых кварцитов, проводилось в двух лабораториях: ЗАО «РАЦ Механобр Аналит Инжиниринг»

(пробирный атомно-абсорбционный анализ), (аналитик к.г.м.н. С.В. Петров) и ЗАО «НАТИ» (к.г.-м.н. В.В. Кнауф).

Обработка полученной информации осуществлялась на ЭВМ с использованием программного пакета «Microsoft Office» и ряда специализированных программ («PetroExplorer 2.0», «Make Miner», TPF, «Minpet»), графика и фотоматериал обработаны с помощью графических приложений «CorelDrawX5 », «PhotoShop CS3 ».

Научная новизна и практическая значимость работы:

-изучен и дополнен новыми данными вещественный состав коры выветривания железистых кварцитов КМА;

-установлена закономерность распределения благородных металлов в коре выветривания КМА, а также выявлены возможные зоны их повышенного содержания;

-впервые установлены формы нахождения и минеральные ассоциации золота и металлов платиновой группы в коре выветривания КМА;

-установлена взаимосвязь золото-платинометалльного оруденения железистых кварцитов КМА и кор выветривания по ним с первичными источниками (продуцентами) благородных металлов;

-разработана модель многостадийного формирования золотоплатинометалльного оруденения.

Полученные в процессе исследования новые результаты внесут большой вклад в создание общей концепции рудообразования благородных металлов в различных условиях и позволят расширить сведения о минералогии металлов платиновой группы (МПГ) и золота в отрабатываемых карьерами корах выветривания железистых кварцитов КМА.

Публикации и апробация результатов работы.

Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

Всероссийских научных конференциях («Минерагения Докембрия»; г.

Петрозаводск, 2009 г., «Уральская минералогическая школа – 2009. Под знаком халькофильных элементов»; г. Екатеринбург, 2009 г., «Научно-методические основы прогноза поисков и оценки месторождений твердых полезных ископаемых — состояние и перспективы»; г. Москва, 2011 г.); Международных конференциях («Минералогия природного и техногенного минерального сырья: геология, геохимия, геохимические и геофизические методы поисков, экологическая геология»; г. Воронеж, 2008 г., «Структура, свойства, динамика и минерагения литосферы Восточно-Европейской платформы»; г. Воронеж, 2010 г., «Геологическая среда, минерагенические и сейсмотектонические процессы»; г.

Воронеж, 2012 г.; Первом Российском рабочем совещании, посвященном 90-летию со дня рождения Б.Б. Звягина «Глины, глинистые минералы и слоистые материалы»; г. Москва, 2011 г.).

По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, из них 3 в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК РФ Министерства образования и науки РФ.

Результаты исследований вошли в ряд научных отчетов по грантам РФФИ 12-05руководитель), РФФИ 11-05-10034-к, ФЦП «Научные и научнопедагогические кадры инновационной России» (ГК № 14.740.11.1273, ГК № 14.132.21.1817 (руководитель)), ВГУ № ПСР-МГ/16-12, № ПСР-МГ/13- (руководитель) и др.

Объем и структура работы.

Диссертационная работа содержит 148 страниц, включая 52 таблицы, рисунков, в том числе фотографий. Состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы из 157 наименований.

Во введении обосновывается актуальность и новизна работы, указываются цель и задачи, приводятся данные по фактическому материалу и структуре работы, формулируются защищаемые положения диссертации. Первое защищаемое положение обосновывается материалом второй и третьей главы, два последующих раскрыты в 3 и 4 главах.

Первая глава представляет собой краткий очерк о геологическом строении Воронежского кристаллического массива (ВКМ) и положении в его структуре железорудных месторождений КМА, минерагении ВКМ, где особое внимание уделено Михайловскому и Старооскольскому железорудным районам КМА. Во второй главе приводится краткая информация об истории изучения коры выветривания железорудных месторождений, о зональности коры выветривания и ее вещественном составе, дана минералого-петрографическая, петрохимическая и геохимическая характеристика коры выветривания. Третья глава посвящена изучению состава, типов и закономерностей размещения золотоплатинометалльного оруденения в коре выветривания, установлению форм нахождения и условий концентрирования благородных металлов в железистых кварцитах и их корах выветривания. В четвертой главе рассматриваются возможные первичные источники (продуценты) благородных металлов в железорудных месторождениях КМА и на этой основе предложена обобщенная модель формирования золото-платинометалльного оруденения.

Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю – заведующему кафедрой минералогии, петрографии и геохимии Воронежского государственного университета член-корреспонденту РАН, заслуженному деятелю науки РФ, профессору Николаю Михайловичу Чернышову за чуткое руководство, ценные советы, постоянное внимание и рекомендации на всех стадиях подготовки диссертации.

Автор выражает благодарность за помощь в проведении аналитических исследований руководителю лабораторно-аналитической службы Всероссийского научно-исследовательского геологического института им. А.П. Карпинского, к.г.м.н. Шевченко Сергею Семеновичу, генеральному директору ЗАО «НАТИ», к.г.м.н. Кнауфу Владимиру Владимировичу, зав. кафедрой полезных ископаемых СПбГУ, к.г.-м.н. Петрову Сергею Викторовичу.

Существенную помощь при написании диссертации оказали работы докторов геолого-минералогических наук проф. А.Д. Савко, проф. В.И. Сиротина.

Автор благодарен за советы и полезные консультации докторам геологоминералогических наук, проф. Бочарову В.Л. и проф. Чернышовой М.Н., кандидатам геолого-минералогических наук А.Ю. Альбекову, В.С. Кузнецову, М.В. Рыбораку, О.Г. Резниковой, Н.В. Попковой (г. Железногорск Курской области) и всем своим коллегам по работе - Е.М Бобровой, П.С. Бойко, А.И.

Овсянникову и В.М Остудневу. Особо автор признателен своей семье за терпеливое участие, всестороннюю поддержку и понимание при подготовке диссертации.

Положение Михайловского и Старооскольского рудных районов в Воронежский кристаллический массив представляет собой крупный выступ (540х1000 км) докембрийского фундамента Восточно-Европейской платформы (ВЕП), перекрытый осадочным чехлом мощностью до 500 – 900 м и выходящий в своей сводовой части на дневную поверхность. В соответствии с современными геолого-геофизическими данными, ВКМ характеризуется трехслойным строением литосферы и состоит из двух латерально неоднородных мегаблоков: «тяжелый»

Хоперский и «легкий» КМА, которые в свою очередь разделены Лосевской шовной зоной (Надежка, 1979; Чернышов, 1990).

В структуре мегаблока КМА (500х550 км) выделены два пояса Белгородско-Михайловский (Льговско-Ракитнянский) и Орловско-Тимской (Алексеевско-Воронецкий) (рис.1). Среди них автором было отмечено два перспективных объекта на благородные металлы в коре выветривания железистых кварцитов - Михайловский и Старооскольский железорудные районы КМА (Чернышов, 2004; Попкова, 2003; Понамарева, 2008). Характерной особенностью уникальных железорудных месторождений КМА является наличие разномасштабного золото-платинометалльного оруденения. По условиям формирования выделяется пять его типов (г/т): 1) осадочно-метаморфогенный (Au=0,02-0,12; ЭПГ до 0,05); 2) метаморфогенно-метасоматический среди сульфидизированных контактовых зон (Au=0,54-6,18; Pt=0,12-0,3; Pd=0,58-0,77) и внутрирудных углеродистых сланцев (Au=2,6-36,6; Ag=91,0-540,0; Pt=0,14-0,28;

Pd= до 0,57); 3) гидротермально-метасоматический (Au=0,6-6,2, иногда до 35,8;

ЭПГ - до 0,3-0,5); 4) гипергенно-метасоматический (Au=0,64-4,3, иногда до 41,7);

5) осадочный (Au=0,53; Pt=0,15; Pd=1,7; РЗЭ=556,3) (Чернышов, 2009). Масштабы их проявления, состав и минеральные парагенезисы заметно различаются в зависимости от пространственного сонахождения железорудных месторождений с упомянутыми выше зеленокаменными поясами.

В геологическом строении месторождений железорудных районов КМА принимают участие нижнепротерозойские образования, представленные курской и оскольской сериями. В составе курской серии выделены две свиты: стойленская и продуктивная коробковская, которая включает две железорудные и две сланцевые подсвиты.

Рис. 1 Схема местоположения БелгородскоМихайловского (I) и Орловско-Тимского (II) 2004): 1- железистые кварциты (железистокремнисто-сланцевая формация нижнего карелия);

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первое защищаемое положение. В железистых кварцитах Старооскольского и Михайловского железорудных районов КМА по степени выветривания выделяется 3 зоны, отличающихся вещественным составом и распределением благородных металлов.

Существует три морфогенетических типа кор выветривания: а) площадная;

б) линейная (Сиротин, 1988); в) линейно-площадная (Четвериков, 2005). На Михайловском месторождении широко развита кора выветривания железистых кварцитов, которая представлена тремя типами (рис.2). Площадная кора имеет повсеместное распространение. Ее мощность неодинакова и колеблется от 5 м до 150-300 м. В зонах тектонических нарушений и вдоль контактов со сланцами площадная кора переходит в линейную, погружаясь на сотни метров в глубину.

При ширине 150-200 м линейная кора выветривания иногда опускается до горизонта (–800 м), вдоль контакта со сланцами зона окисления опускается до горизонта (–400 м) и глубже.

В пределах Стойленского месторождения мощность коры выветривания варьирует от 5 до 80 м (рис.3). На Лебединском месторождении зона богатых руд коры выветривания практически отработана, за редким исключением некоторых участков небольшой мощности (Понамарева, 2011).

Рис. 3. Схематическая геологическая карта Стойленского месторождения с разрезом (Орлов, 2001): 1 – осадочные породы чехла (на разрезе); нижний протерозой – курская серия: 2-6 – коробковская свита: 2 - остаточные богатые железные руды, 3 - осадочные сидерит-мартитовые руды, 4 – верхняя железорудная подсвита (PR1 kr3), 5 – нижняя сланцевая подсвита (PR1 kr2), 6 – нижняя железорудная подсвита (PR1 kr1); 7 – стойленская свита нерасчлененная (PR1 st); верхний архей – михайловская серия:

8 – лебединская свита (AR2 lb); 9 – гранито-мигматитовый комплекс ((AR-PR1)); 10 – габбро-диориты, кварцевые диориты стойло-николаевского комплекса (PR1 sn); 11 – границы действующего карьера; — зоны сульфидной благороднометалльной минерализации и схема геологического строения действующего карьера Стойленского месторождения (б) (по Кузнецову, 2010): 1 – богатые железные руды, 2 – окисленные железистые кварциты, 3 – кварцит гематит-магнетитовый, 4 – кварцит куммингтонит-магнетитовый, 5 – межрудные сланцы, 6 – кварциты биотит-магнетитовые, 7 – кварциты магнетитовые, 8 – кварциты полуокисленные.

Профиль довизейской коры выветривания имеет зональное строение, обусловленное различной степенью выветривания (рис. 4).

Нижняя граница зоны сильного окисления резкая и имеет сложную конфигурацию. Зона слабого окисления железистых кварцитов имеет незначительную мощность (не более 10 м).

Зона богатых руд (средняя мощность 8-13 м) расположена в самой верхней части зоны окисления. Верхней границей богатых рудных тел является поверхность фундамента. Зона представлена рыхлыми разностями и сложена оксидами и гидрооксидами железа (мартит, железная слюдка, гематит и гидрогематит).

Вверх по профилю коры выветривания кварциты постепенно превращаются в маршаллитизированные руды, а последние – в богатые гематит-мартитовые.

Отмечается постепенный переход от зоны окисленных железистых кварцитов к зоне богатых руд.