Минералога—геохимические особенности и условия формирования полиметаллический руд Павловского месторождения

Краткое описание

Содержание
ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА 1. ОБЗОР ПРЕДШЕСТВУЮЩИХ ИССЛЕДОВАНИЙ 9

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ 11

ГЛАВА 3. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ БЕЗЫМЯНСКОГО РУДНОГО

УЗЛА И ПАВЛОВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ * 5

3.1. Основные черты геологического строения архипелага Новая Земля 17

3.2. Геологическое строение Безымянского рудного узла и Павловского месторождения

ГЛАВА 4. ВЕЩЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ РУД И ОКОЛОРУДНЫХ

МЕТАСОМАТИТОВ 32

4.1. Геохимические особенности вмещающих пород, руд и околорудных _. метасоматитов

4.2. Типы рудоносных образований и их минеральные ассоциации 40

4.3. Последовательность минералообразования 43

4.4. Типохимизм главных рудных минералов 65

4.5. Минералогия околорудных метасоматитов 73

4.6. Результаты исследования органического вещества 93

ГЛАВА 5. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗОТОПНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 106

5.1. Изотопы РЬ в сульфидах 106

5.2. Изотопы С и О в карбонатах 111

ГЛАВА 6. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РУДООБРАЗОВАНИЯ 116

ГЛАВА 7. СТРОЕНИЕ И ВЕЩЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ ЗОНЫ

ОКИСЛЕНИЯ 123

7.1. Современные представления о процессах сернокислого окисления и поведении рудных элементов в зоне гипергенеза

7.2. Строение и минералогия зоны окисления 126

7.3. Форма нахождения рудных элементов в окисленных рудах, особенности 1 „ миграции

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 135

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 138

ПРИЛОЖЕНИЕ 154

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ГПВ-руды - гнездово-прожилково-вкрапленные руды ПВ-руды - прожилково-вкрапленные руды

Antr - антраксолит Kin - каолинит

Ар - апатит, Knv — киноварь

Ваг - барит Мои - монацит

Сс - кальцит, Mus — мусковит

Chi - хлорит, Qv - кварц

Dol - доломит Ру - пирит

ЕШ - эллахерит Rut - рутил

Gn - галенит, Sph - сфалерит

Grk - геокронит Sulf - сульфиды

lor — иорданит Tit — титанит

Kim - кимрит Zir - циркон

Методы исследований

BSE (back scattered electrons) - электронная микроскопия в отраженных электронах;

SE (secondary electrons) - электронная микроскопия во вторичных электронах;

ПС= - оптическая микроскопия в проходящем свете, николи параллельны;

ПС+ - оптическая микроскопия в проходящем свете, николи скрещены;

ОС= - оптическая микроскопия в отраженном свете, николи параллельны;

ОС+ - оптическая микроскопия в отраженном свете, николи скрещены;

КСА - количественный оптический эмиссионный спектральный анализ;

МРСА - микрорентгеноспектральный анализ;

ПКСА - полуколичественный оптический эмиссионный спектральный ан
Введение

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Сырьевой потенциал архипелага Новая Земля, во многом остающегося белым пятном для геологии, до недавних пор являлся невостребованным резервом минеральной базы страны. Перспективность проявлений свинцово-цинковых руд архипелага была отмечена еще в первой половине 20 века. В начале 50-х годов на нескольких месторождениях Южного острова (Бондаревское, Шумилиха и др.) проводилась разведка, прогнозные ресурсы были оценены в сотни тыс. т руды. В 1991 году на северо-западе Южного острова в бассейне р. Безымянной геологами Полярной морской геологоразведочной экспедиции (ПМГРЭ) Л.Г. Павловым, А.П. Каленичем и А.К. Загайным были обнаружены проявления высококачественных свинцово-цинковых руд. В период с 1993 по 2001 гг. в этом районе при проведении геолого-минерагенического картирования был выделен Безымянский рудный полиметаллический узел, в составе которого выявлено несколько крупных объектов (Павловское, Андреевское, Северное и др.). В период 2001-2003 гг. на Павловском месторождении производилась частичная оценка запасов. В результате были утверждены балансовые запасы более 1,3 млн. т Zn и РЬ по категориям Ci и С2 и прогнозные ресурсы около 8 млн. т Zn и РЬ (Каленич и др., 2002). Детальная характеристика вещественного состава рудной минерализации, установление закономерностей пространственного распределения главных и попутных полезных компонентов, выявление условий, приведших к образованию столь крупного месторождения, имеют не только научное, но и большое практическое значение.

Цель работы состоит в получении минералого-геохимической характеристики полиметаллического оруденения и установлении закономерностей его формирования во времени и пространстве. Для ее реализации были решены следующие задачи: 1) выявление последовательности минералообразования на месторождении; 2) изучение типоморфных особенностей рудных минералов; 3) оценка физико-химических параметров рудообразования и изучение изотопных характеристик минералов для выявления генетических особенностей и возможных источников вещества полиметаллической минерализации; 4) изучение минералогии зоны окисления, поведения тяжелых металлов при замещении сульфидов вторичными минералами и их дальнейшей миграции в условиях зоны гипергенеза.

Фактический материал и методы исследования. В основу диссертационной работы положен материал, полученный автором в 2000 и 2001 гг. при полевых работах в составе Западно-Арктической партии ПМГРЭ на Павловском месторождении, а также любезно предоставленный сотрудниками ПМГРЭ. Руды и околорудные метасоматиты изучены более чем в 300 прозрачных и полированных шлифах методами оптической и растровой электронной микроскопии. Выполнено более 150 микрорентгеноспектральных анализов: (CamScan MX2500, Link Pentaflet, А.В. Антонов, ЦИИ ВСЕГЕИ; Akashi ABT-55, М.Д.Толкачев, ИГГД РАН). Выделено более 100 мономинеральных проб пирита, сфалерита и галенита, исследованных количественным спектральным анализом (Л.А. Тимохина, СПбГУ). Определен изотопный состав свинца в 12 пробах сульфидов (Г.Н. Овчинникова, ИГГД РАН), углерода и кислорода в 15 пробах карбонатов (И.В. Смолева, ИГ Коми НЦ). Органическое вещество исследовано в ИГ Коми НЦ УрО РАН (г. Сыктывкар), где проводились химический (аналитик A.M. Евстафьева, Институт Биологии Коми НЦ) и рентгенофлюоресцентный анализы (аналитик СТ. Неверов), МРСА микровключений (Jeol JSM 6400, В.Н. Филиппов, Е.А. Голубев); электронный парамагнитный резонанс (SE/X-2547, «RadioPAN», В.П. Лютоев), атомно-силовая микроскопия (ARIS 3500, Burleigh Instrument Co, Е.А. Голубев). Минеральный состав окисленных руд изучен рентгенофазовым анализом в 16 пробах ("Geigerflex" D/max-RC, Rigaku, M.A. Яговкина, «Механобр-аналит»), формы нахождения элементов в 8 пробах - фазовым химическим анализом (С.Н. Зимина, «Механобр-аналит»). Обработаны результаты более 9000 полуколичественных спектральных анализов литогеохимического и кернового опробования, предоставленных ПМГРЭ. Обработка аналитических данных производилась с применением пакетов программ Statistica 6.0, SigmaPlot 8, Surfer 7.0.

Научная новизна работы. Детально изучены минералогия и геохимия руд и околорудных метасоматитов (в т.ч. впервые определен изотопный состав углерода и кислорода в карбонатах), уточнены типоморфные особенности пирита, сфалерита и галенита. Предложена детальная схема последовательности минералообразования. На основании оценки условий рудоотложения, текстурно-структурных и типохимических особенностей рудных и жильных минералов сделан вывод об образовании руд на малых глубинах в низко-среднетемпературных условиях.

Выявлены особенности минералогии и строения зоны гипергенеза, а также поведения Zn, Cd, Pb при окислении сульфидов. Часть минералов описана на Павловском месторождении впервые, некоторые из них в месторождениях европейского Северо-Востока России ранее не отмечались (Кадастр, 2003).

Практическая значимость работы определяется возможностью использования полученных данных при проведении геологических работ разных стадий (поиски, оценка, разведка) как в пределах Безымянского рудного узла и на Павловском месторождении, так и в Пайхой-Вайгач-Новоземельском регионе в целом, а также в других районах России, перспективных на свинцово-цинковое оруденение подобного типа. Результаты исследований частично переданы в ПМГРЭ.

Достоверность защищаемых положений, выводов и рекомендаций определяется представительностью фактического материала, детальными минералогическими наблюдениями и применением современных методов исследования вещества с использованием новейших компьютерных технологий обработки аналитических данных, а также подробным анализом литературных источников по исследуемой тематике.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались на заседаниях кафедры минералогии, кристаллографии и петрографии СПГГИ. Результаты исследований были представлены на научных конференциях «Полезные ископаемые России и их освоение» (Санкт-Петербург, 2002-2004), «Структура, вещество и история развития Тимано-Североуральского сегмента» (Сыктывкар, 2002, 2003), Геологическом съезде республики Коми «Геология и минеральные ресурсы европейского северо-востока России» (Сыктывкар, 2004), Всероссийском совещании и XII годичном собрании Северо-восточного отделения ВМО «Геодинамика, магматизм и минерагения континентальных окраин Северной Пацифики» (Магадан, 2003), 6-х Научных чтениях памяти П.Н. Чирвинского (Пермь, 2004), международных конференциях «Фундаментальные исследования и высшее образование» (Москва, 2003), «Новые идеи в науках о Земле» (Москва, 2003).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ.

1. Ильченко В.О. Особенности поведения цинка, кадмия и свинца в зоне гипергенеза Павловского полиметаллического месторождения (арх. Новая Земля). Тезисы 11

научной конференции «Структура, вещество, история литосферы Тимано-Североуральского сегмента», Сыктывкар, 2002. С. 92-96.

2. Каленич А.П., Добрецова И.Г., Ильченко В.О., Гавриленко В.В. Минералого-геохимические особенности Павловского полиметаллического месторождения (арх. Новая Земля) // Материалы Всероссийского совещания и XII годичного собрания отделения СВО ВМО «Геодинамика, магматизм и минерагения континентальных окраин Северной Пацифики». Магадан, 2003. Т. 3. С. 204 - 207.

3. Марин Ю.Б., Гульбин Ю.Л., Смоленский В.В., Ильченко В.О., Савичев А.А. Анализ конституции минеральных индивидов и агрегатов с целью создания основы для понижения потерь полезных компонентов и оценки воздействия на окружающую среду при освоении рудных месторождений. Записки СПГГИ, 2003. Т. 154, с. 144-149.

4. Ильченко В.О. Минералого-геохимические особенности свинцово-цинковых руд Павловского месторождения (арх. Новая Земля). Записки СПГГИ, 2003. Т. 155, ч. 1,с. 18-23.

5. Каленич А.П., Гавриленко В.В., Ильченко В.О. Павловское месторождение -новый крупный объект свинцово-цинковых серебросодержащих руд (арх. Новая Земля). Тезисы 6 международной конференции «Новые идеи в науках о Земле», Москва, 2003 г. Т. 2, с. 121.

6. Ильченко В.О. Особенности минералогии и генезиса руд Павловского полиметаллического месторождения (арх. Новая Земля) // Тезисы 12 научной конференции «Структура, вещество, история литосферы Тимано-Североуральского сегмента», Сыктывкар, 2003, с. 92-94.

7. Ильченко В.О., Каленич А.П., Гавриленко В.В., Добрецова И.Г. Особенности рудогенеза Павловского полиметаллического месторождения (арх. Новая Земля). // Проблемы минералогии, петрографии и металлогении. Научные чтения памяти П.Н.Чирвинского: Сборник научных статей. Пермь, 2004, с. 146-153.

8. Ильченко В.О., Антонов А.В. Минералого-геохимические особенности руд и околорудно-измененных пород Павловского полиметаллического месторождения (арх. Новая Земля) // Геология и минеральные ресурсы европейского северо-востока России: Материалы 14 геологического съезда Республики Коми, т. 2. Сыктывкар: Геопринт, 2004, с 205 - 207.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, и содержит 163 страницу, включая 75 рисунков, 29 таблиц и приложение. Список литературы содержит 238 наименований. Во введении определены цели, задачи и актуальность исследования. В главе 1 проведен анализ предыдущих исследований. В главе 2 охарактеризована методика

исследований. В глава 3 рассмотрены основные черты геологического строения архипелага Новая Земля и геологическое строение Павловского месторождения. Глава 4 посвящена изучению рудной минерализации - последовательности минералообразования, составу минеральных ассоциаций, типохимизму рудных минералов, подробно рассмотрены геохимия и минералогия околорудных метасоматитов. В главе 5 рассмотрены результаты изотопных исследований Pb-Pb-системы и изотопов углерода и кислорода в карбонатах. В главе 6 - вопросы физико-химических условий рудообразования. Глава 7 посвящена исследованию зоны гипергенеза - строению и составу зоны окисления, а также формам нахождения в ней рудных элементов. В заключении приведены результаты работы и охарактеризовано ее практическое значение.

Благодарности. Диссертационная работа выполнена под руководством доктора геолого-минералогических наук, профессора Ю.Б. Марина, которому автор выражает глубокую признательность. Автор благодарит проф. В.В. Гавриленко (СПбГУ), А.П. Каленича, Г.И. Иванова («Севморгео»), И.Г. Добрецову, В.Ф. Ильина, А.К. Загайного (ПМГРЭ), за представление материалов, постоянную поддержку при выполнении исследований и текущее обсуждение основных положений диссертации. Автор признателен В.А. Романову, А.Г. Марченко, М.В. Морозову, А.И. Глазову, В.И.Алексееву, Ю.Л. Гульбину, В.В. Смоленскому (СПГГИ), СВ. Петрову (СПбГУ), Г.В. Моралеву (ИГЕМ РАН), М.Б. Тарбаеву (Министерство природных ресурсов и охраны окружающей среды республики Коми) за полезные консультации. Особую признательность автор выражает В.И. Силаеву за ценные критические замечания и обеспечение комплекса аналитических исследований на лабораторной базе ИГ Коми НЦ УрО РАН (г. Сыктывкар). Большую помощь при проведении экспериментальных работ оказали А.В. Антонов (ЦИИ ВСЕГЕИ), М.Д. Толкачев, Г.Н. Овчинникова (ИГГДРАН), Е.Б. Евангулова (СПГГИ), Л.А.Тимохина (СПбГУ), М.А. Яговкина, С.Н. Зимина («Механобр-аналит»), В.Н. Филиппов, Е.А. Голубев, И.В. Смолева, В.П.

Лютоев (ИГ Коми НЦ УрО РАН, г. Сыктывкар). Всем им автор выражает искреннюю благодарность.

Исследования проводились в рамках НИР по проектам: «Минералы-индикаторы петро- и рудогенеза (CRDF, грант ST-015-02), программы «Университеты России» (урО9О1О31, код 479), подпрограммы «Экология и рациональное природопользование» (207.02.01.010), межотраслевой программы научно-инновационного сотрудничества министерства образования РФ и МПР РФ (05.01.010) и поддержаны грантами Администрации Санкт-Петербурга, фонда АФГИР (CRDF), Ученого совета СПГГИ (ТУ).

ГЛАВА 1. ОБЗОР ПРЕДШЕСТВУЮЩИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

В истории геологического изучения Новой Земли выделяется несколько неравноценных по времени и насыщенности событиями периодов. Первые сведения о богатствах полезными ископаемыми Новой Земли начали поступать от поморов и новгородцев начиная с 11 века. Первой попыткой поисков на архипелаге была экспедиция пустозерского воеводы Романа Неплюева в 1651-1653 гг., посланная за государственный счет для поисков серебряной, медной руды и жемчуга, ее результаты не известны. Планомерные геологические исследования Новой Земли начались в 19 веке и носили маршрутный характер и проводились в легкодоступных прибрежных частях архипелага. Самое первое геологическое описание западного побережья Южного острова и пролива Маточкин Шар составил в 1837 году К.Е. Бэр по материалам собранным совместно с А. Леманом в составе экспедиции А. Цивольки. В 1921 году О. Хольтедаль проводил геологические исследования в районах губы Грибовой и пролива Маточкин шар. Им были выделены и впервые палеонтологически обоснованы кембрийские, девонские, каменноугольные и пермские отложения. В 1924 году Р.Л. Самойлович исследовал западное побережье от губы Мелкой до залива Пухового, а в 1934 г. часть этого же маршрута (от пролива Маточкин Шар до залива Пухового) повторил А.А. Петренко, который вслед за Хольтедалем выделил и описал кембрийские, ордовикские, силурийские и девонские отложения в районе губы Грибовой (Петренко, 1937ф).

Новый этап изучения Новой Земли начался в конце 40-х годов, когда НИИГА приступил к проведению фрагментарного геологического картирования территории

архипелага. В описываемом районе были проведены геологические съемки масштаба 1:1 000 000 в 1947 году Б.С. Романовичем (1948ф) и в 1949-53 годах Э.В. Апсит, Г.Г.Николаевой (1950ф, 1954ф). В результате этих работ были составлены первые карты района, отразившие основные особенности его геологического строения.

С середины 70-х годов геологические исследования Новой Земли приобрели системный характер. Они определили необходимость проведения геологической съемки масштаба 1:200 000 для всей территории архипелага. С 1977 года планомерное производство ГГС-200 на архипелаге осуществляется силами Новоземельской партии АКГЭ (впоследствии ПМГРЭ) НПО «Севморгео». (Геологическое строение..., 1981ф, 1986ф, 1990ф и др.). В бассейне реки Безымянная геолого-съемочные работы масштаба 1:200 000 осуществлялись с 1977 по 1990 год В процессе их выполнения были расчленены и закартированы разновозрастные осадочные и вулканогенные образования, а в районе оз. Ящик было выявлено медное оруденение.

В 1990 - 1992 годах в бассейне р. Безымянной Западно-Арктическая (ранее -Новоземельская) партия ПМГРЭ проводит геолого-геохимические исследования по созданию основы для ГСР-50 с общими поисками (Отчет..., 1992ф), а в период 1993-2000 г.г. собственно ГСР-50, трансформированные в 1994 году в «Геолого-минерагеническое картирование масштаба 1:50000 ...» (Геолого-мирагеническое..., 2001ф). В результате этих работ была установлена полиметаллическая (а не медная -как предполагалось ранее) минерагеническая специализация района. Выявлены многочисленные проявления свинцово-цинковых руд, часть из которых обнаруживали черты крупных, промышленно значимых рудно-полиметаллических объектов (Павловское, Андреевское, Северное и др.). Произведена разбраковка и первичная оценка рудоносности бассейна р. Безымянной. Оценены прогнозные ресурсы свинца и цинка па категории Рз для наиболее перспективного в районе объекта -Безымянского рудопроявления, в дальнейшем Павловского месторождения. В период 2001-2003 гг. на Павловском месторождении производилась частичная оценка запасов. В результате были утверждены балансовые запасы более 1,3 млн. т Zn и РЬ по категориям Q и С2 и прогнозные ресурсы около 8 млн. т Zn и РЬ (Новое..., 2002; Отчет..., 2002ф). Все геолого-геохимические работы проводимые на площади

ю

Безымянского рудного узла в период 1990-2000 сопровождались экологическим мониторингом (Исследование... 2000ф).

Необходимо отметить важнейшее значение минералогических работ, проводившихся в Пайхой-Вайгач-Новоземельском регионе в 70 - 90-е годы коллективом ученых под руководством акад. Н.П. Юшкина (Институт геологии Коми НЦ УрО РАН). В результате этих работ была обеспечена среднемасштабная минералогическая изученность провинции и крупномасштабная некоторых гидротермальных и частично магматогенных и метаморфогенных комплексов (Юшкин, 1980; Силаев, 1982; Макеев, 1985; Силаев, 1989; Кадастр, 2003 и др.).

Геохимические и гидрогеохимические исследования проводились Г.И. Ивановым (ВНИИОкеангеология) по донным и водным пробам, отобранным в 1994 - 2003 годах по постоянным и временным водотокам; дренирующим рудные тела Павловского месторождения, а также по реке Безымянной выше и ниже по течению относительно месторождения. Аналитические исследования содержания тяжелых металлов в водной толще выполнялись с применением метода инверсионной вольт-амперметрии на установке ИВА-1М (Ivanov, Andrianova, 1999).

Специализированные минералого-геохимические работы на территории Безымянского рудного узла проводились в период 1997 - 2000 г.г. коллективом авторов под руководством В.В. Гавриленко (Отчет..., 2000ф).

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Фактический материал. В основу диссертационной работы положен материал, полученный автором в 2000 и 2001 гг. при полевых работах в составе Западно-Арктической партии ПМГРЭ на Павловском месторождении, а также любезно предоставленный сотрудниками ПМГРЭ. Отбор каменного материала (более 400 образцов) проводился в естественных обнажениях и керне скважин, пробуренных на Восточном и Центральном блоках при производстве поисково-оценочных работ. Опорным участком исследования руд и околорудных метасоматитов являлся Рудный обрыв, вскрывающий кровлю рудного тела Восточного блока и измененные вмещающие породы на протяжении около 300 м, в вертикальной стенке высотой до 23 - 25 м, дополнительно исследовались образцы керна. Изучение рудоносных образований Центрального блока проводилось только по керновым пробам.

и

Опробованию подвергались все макроскопически выделяемые разновидности первичных руд и околорудных метасоматитов, а также окисленных руд. Для детального изучения рудных минералов отбирались все морфологические и генетические их разновидности, выделение которых было возможно в полевых условиях. Каменный материал дополнялся подробной документацией с зарисовками и фотографиями.

Минералого-петрографические исследования, включающие диагностику минерального состава и текстурно-структурных особенностей пород и руд производились автором в лабораториях кафедры минералогии, кристаллографии и петрографии СПГГИ (ТУ); ИГГД РАН; ЦИИ ВСЕГЕИ, ИГ Коми НЦ УрО РАН (г. Сыктывкар). Методы изучения включали в себя минералогическое описание макроскопически и с использованием бинокулярного микроскопа (МБС-10), микроскопию в отраженном и проходящем свете (Полам Л-311, МИН-9, Zeiss Axioplan), растровую электронную микроскопию (CamScan MX2500, Link Pentafet, ЦИИ ВСЕГЕИ; Akashi АВТ-55, ИГГД РАН; Jeol JXA-6400, ИГ Коми НЦ).

Всего изучено более 300 прозрачных и полированных аншлифов, в том числе более 45 - с помощью РЭМ. Прозрачные и полированные шлифы изготовлены в шлифовальной мастерской СПГГИ (ТУ), ВСЕГЕИ. Фотографирование выполнялось при помощи цифровой камеры, смонтированной на микроскопе. Коррекция изображения проводилась в пакете Photoshop 7.O.

Для детального изучения особенностей состава и структуры минералов были отобрано более 100 мономинеральных проб по следующей схеме пробоотбора: дезинтеграция и измельчение породы в ступке; разделение на ситах по классам крупности: +0,5 мм, +0,25-0,5 мм, +0,1-0,25 мм, -0,1 мм; ручной отбор под бинокулярным микроскопом.

Количественный оптический эмиссионный спектральный анализ пирита, сфалерита и галенита был проведен на кафедре геохимии СПбГУ, аналитик Л.А. Тимохина по стандартной методике (Лабораторные.., 1986). Определяемые элементы: в пирите - Zn, Pb, Cd, Tl, Ag, In, Ni, Co, Sn; в сфалерите - Cd, Ag, Mn, Cu, Ge, Co, Ga, In, Sb, Sn; в галените - Cd, Ag, Sb, Co, Zn, Bi, In, Ge.

Микрорентгеноспектральный анализ рудных и жильных минералов (более 150 определений) проведен в ИГГД РАН, АВТ-55 с приставкой Link AN 10/853,

12

аналитик М.Д.Толкачев и ЦИИ ВСЕГЕИ, CamScan MX2500, Link Pentafet, аналитик А.В. Антонов.

Ренттеноструктурный анализ сфалерита (10 проб) проведен автором в рентгеновской лаборатории кафедры кристаллографии СПбГУ. Условия съемки: стеклянная кювета с пробой -0.074 мм, прибор АДП 2, СиКа - излучение, Ni - фильтр, D = 57.3 мм, напряжение V=20 кВ, ток 1=30 мА. Съемка: 2°/мин с вращением, с внутренним стандартом (металлический Ge).

Исследования изотопного состава свинца в сульфидах (12 проб) проводились в ИГГД РАН, аналитик Г.Н. Овчинникова; углерода и кислорода в карбонатах (15 проб) в ИГ Коми НЦ УрО РАН, аналитик И.В. Смолева.

Изотопный анализ свинца. Мономинеральные пробы сульфидов навеской 40-50 мг растворялись в концентрированной азотной кислоте. Свинец из образцов выделялся на хроматографической колонке по методике Г. Мане (Manhes et.al., 1984). Уровень лабораторных загрязнений, определяемый холостыми опытами, составлял 0,04 нг. У галенита 238U/204Pb и 232Th/238U практически равны нулю, для пирита не всегда, т.к. он, как правило, содержит микропримеси урансодержащих или торийсодержащих фаз. Радиоактивных распад in situ приводит к тому, что измеренный изотопный состав свинца пирита несколько более радиогенен, чем первичный в момент кристаллизации минерала. Удалить примесь такого радиогенного свинца удается с помощью кислотной обработки растертого материала (0,5НВг при нагревании в течение 4 часов). Исследовались только остатки пирита после кислотного выщелачивания.

Изотопный анализ свинца проводился на многоканальном масс-спектрометре FINNIGAN МАТ-261 в режиме одновременной регистрации ионных токов разных изотопов. Воспроизводимость изотопного анализа определяется эффектом масс-фракционирования. Коэффициент фракционирования г=0,0013±0,0002а.у.м.'1 устанавливался путем многократного измерения изотопного стандарта NBS-SRM-982. Суммарная воспроизводимость определения изотопных отношений свинца, включая химические процедуры, вычисленная на основании анализов стандарта BCR-1, равна 0,1%, 0,15% и 0,2% для 206РЬ/204РЬ, 207РЬ/204РЬ, 208РЬ/204РЬ отношений, соответственно. Для сведения к минимуму эффекта фракционирования масс измерения изотопного состава свинца галенита проводились на постоянном, равном используемому при

13

измерении стандарта NBS-SRM-982, количестве свинца. Это достигалось тем, что свинец из галенита выделялся на ионнообменных колонках с откалиброванной емкостью смолы.

Изотопный анализ углерода и кислорода. Пробы СО2 для определения изотопных составов углерода и кислорода получали растворением образцов, предварительно прокаленных в вакууме при температуре 300 °С, в концентрированной ортофосфорной кислоте в соответствии со стандартной методикой. Растворение проводилось при температуре 25-50 °С в течение 1-72 часов. Измерения выполнялись на масс-спектрометре МИ-1309. Для расчета изотопных коэффициентов использовались лабораторные стандарты со значениями 5 13С = -5,4 %о PDB и 5 18О = -14 %о PDB, калиброванными по аттестованному стандарту КН-2. Ошибка воспроизводимости определений не превышала 0,8 %о. Данные измерений приводились к международной шкале PDB для углерода и SMOW для кислорода. Согласование данных по кислороду, нормированных на разные эталоны, производилось по формуле: 6 18О (SMOW) = 1.03086 5 18О (PDB) + 30.86 %о (Хефс, 1983)

Рентгенофазовый анализ окисленных руд (16 проб) проведен в рентгеновской лаборатории АО «Механобр-Аналит», аналитик М.А. Яговкина. Условия съемки: стеклянная кювета с пробой крупностью -0.074 мм, прибор "Geigerflex" D/max-RC, Rigaku, CoKa - излучение, напряжение V = ЗОкВ, ток I = 40 мА. Съемка: 2°/мин с вращением, без внутреннего стандарта.

Фазовый химический анализ (8 проб) на формы нахождения Zn, Cd, Pb в окисленных рудах проводился методом последовательного растворения в химической лаборатории АО «Механобр-аналит», аналитик С.Н. Зимина.

Органическое вещество исследовано в ИГ Коми НЦ УрО РАН. Тонкая структура изучена методами ЭПР (SE/X-2547, «RadioPAN», В.П. Лютоев) и атомно-силовой микроскопии (ARIS 3500, Burleigh Instrument Co, E.A. Голубев), вещественный состав химическим и рентгенофлюоресцентным анализом, микровключения исследованы микрорентгеноспектральным анализом (Jeol JSM 6400, В.Н. Филиппов, Е.А. Голубев).

Электронный парамагнитный резонанс антраксолита был изучен в X-частотном диапазоне с ВЧ модуляцией 100 кГц, мощность СВЧ поля составляла

14

7 мВт. При этом применялся прямоугольный резонатор RX102 с модой ТЕ102- Запись спектра производилась при комнатной температуре, образцы были представлены навесками около 20 мг каждая. В ходе эксперимента для исследуемых образцов регистрировались три спектра ЭПР: первый для исходного их состояния, а два других - для продуктов отжига антраксолита при температурах 350 и 600°С в течение 10 мин. на воздухе. Отжиг осуществлялся в печи трубчатой конструкции с автоматическим регулированием температуры. Оценка концентрации свободных радикалов производилось на основе эталонных образцов ДФПГ с количеством спинов (7.0+0.7)-1016.

Геохимические исследования. Методами многомерной математической статистики (факторный анализ), моно- и полиэлементного геохимического картирования обработаны результаты более 9000 полуколичественных спектральных анализов литогеохимического и кернового опробования руд и околорудных метасоматитов Павловского месторождения, предоставленные автору ПМГРЭ. Спектральный анализ на 27 элементов (As, Al, Ag, Ba, Ca, Cd, Cu, Cr, Co, Fe, Ga, Ge, Mg, Mo, Mn, Na, Ni, Pb, Sc, Si, Sb, Sr, Ti, V, Zn, Zr, Y) проводился в ВНИИОкеангеология. Результаты анализов обработаны с помощью ПЭВМ. Характер распределения элементов в породах и рудах изучен с применением факторного анализа методом главных компонент с использованием пакетов Statistica 6.0, SPSS 10.0. Моно- и полиэлементные геохимические карты построены при помощи ППП Surfer 7.O. методом крайгинга с учетом пространственной анизотропии рудных тел.

ГЛАВА 3. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ БЕЗЫМЯНСКОГО РУДНОГО УЗЛА И ПАВЛОВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Территория архипелага Новая Земля административно относится к Архангельской области. Павловское месторождение находится в северо-западной части Южного острова, в левом борту долины р. Безымянная, в нижнем ее течении. Общая площадь Павловского рудного поля составляет 12 кв.км. Экономически район месторождения практически не освоен, лишен инфраструктуры и значительно удален (180 км) от действующих на Новой Земле морского порта (Белушья Губа) и аэропорта (Амдерма-2). Потенциальная доступность месторождения обеспечивается его расположением в прибрежной зоне Баренцева моря (16-18км от глубоководной

15

губы Безымянной). Расстояния от месторождения, вдоль не замерзающих морских

V

путей, до перегрузочных терминалов Кольского п-ова (Мурманск - Терибер составляет 800 — 850 км, до терминалов Архангельска - 1000 км, до терминалов северной, северо-западной Европы - 1000 -1500 км.

Климат суровый арктический, с продолжительной холодной зимой и коротким прохладным летом, характерна высокая влажность и большое количество осадков. Зима (начало октября - конец мая) характерна преобладанием пасмурной погоды. Температура воздуха большую часть суток держится в пределах —13... — 20°С (до -35°). Устойчивый снежный покров образуется в начале ноября, его толщина в конце зимы 50 - 70 см. С начала ноября до конца января (80 суток) длится полярная ночь. Лето (июль — август) прохладное, дождливое. Преобладающие температуры воздуха в течение суток 4 - 6° (в отдельные дни до 15 - 20°). Ветры в течение года преобладают юго-восточные и восточные, а летом и весной кроме того, дуют северные ветры, их средняя скорость 5-10 м/сек.

Рельеф большей части территории низкогорный, образован невысокими массивами и грядами, разделенными широкими долинами рек. В горах распространены фирновые поля, являющиеся областями питания горных ручьев. Межгорные долины обычно узкие с очень крутыми склонами. Ближе к приморской части территории они постепенно расширяются, склоны долин понижаются и выполаживаются. Наиболее крупные долины, как правило, трогового типа.

В сейсмичном отношении территория архипелага стабильна. В геологической истории новейшего периода отсутствуют признаки современной тектонической активности.

Расположение района в арктической зоне предопределяет широкое развитие вечной мерзлоты. Бурение скважин глубиной до 250 м подтверждает устойчивость вскрытой зоны криогенеза, характеризующейся на данном интервале глубин температурой -3°С, водоприток в скважинах не отмечается.

Водоснабжение. Круглогодичные источники хозяйственно-питьевого и технического водоснабжения в районе месторождения практически отсутствуют. Реки, ручьи, мелкие озера в зимний период промерзают полностью. Из непромерзающих водоемов наиболее близко (8 км) расположено к месторождению оз. Промысловое. Широкое развитие многолетнемерзлых пород на значительную

16

глубину и отсутствие таликов ограничивают возможность использования подземных вод.

Растительность территории долинно-тундровая сильно разреженная, состоит главным образом из мхов и лишайников. Биосфера представлена более чем 30 видами птиц и млекопитающих, причем 14 из них принадлежат к редким. Вдоль всего берега Баренцева моря Южного острова архипелага расположены птичьи базары.

В настоящее время район отличается практически полным отсутствием техногенных загрязнений. Радиационная обстановка обусловлена только естественным радиационным фоном гамма-активности осадочных образований палеозоя и разновозрастных магматических образований, обнажающихся в пределах рассматриваемой территории. Загрязнение суши искусственными радионуклидами в уровне современного эрозионного среза не отмечено.

3.1. Основные черты геологического строения архипелага Новая Земля

Регион представляет собой сложнопостроенное складчатое сооружение, принадлежащее киммерийской Пайхойско-Новоземельской системе (Бондарев, 1963). На юге ранние киммериды Пайхоя - Новой Земли сочленяются с герцинидами Урала, при своем неясном северном продолжении. На западе складчатая система через краевой прогиб граничит с Печорской и Баренцевской плитами, на востоке перекрыта мезо