К основным критериям относятся структурные, магматические, литолого-стратиграфические, метаморфические, геофизические, геоморфологические, гидрогеохимические и другие. Предлагаемые критерии находятся в прямой зависимости от вышеобозначенных моделей.

Среди структурных критериев выделяются региональные глубинные структуры (палеорифтогенные системы, мантийные разломы), локальные дизъюктивные и пликативные структуры (коровые разломы, мульды, седловины, купола).

Магматическим критерием является наличие реликтов первичных ультрамафитов - перидотитов, представленных плагиооливинитами и плагиоверлитами, располагающихся в горизонте так называемых "пикритовых габбро-долеритов" достаточно пестрого состава, резко выделяющихся темно-серым (почти черным) цветом и мелкокристаллической панидиоморфнозернистой структурой на фоне обрамляющих их сверху и снизу горизонтов мезо- и лейкократовых габброидов с крупнозернистой или неравномернозернистой габбровой или призматическизернистой структурой.

М.З. Комарова /1974/ впервые обратила внимание на высокое содержание "конституционной воды" в ультрамафитах норильского комплекса, а также на повышенное количество хрома и никеля в магнетитах этих пород, что по её мнению имеет поисковое значение. Обогащенность пород водой связана с процессом их изменения: появлением существенного количества (до 50%) водосодержащих минералов - серпентина, талька, хлорита, амфибола, биотита, серицита и др., что связано по мнению М.З Комаровой с обогащением водой флюидно-магматической "жидкости", образовавшей породы норильского комплекса.

Минералогическим критерием является присутствие в норильских интрузивах малоглубинного и глубинного парагенезиса минералов. К глубинному относится хризолит (Fa_15-25), хромшпинелиды (Сr₂О₃ 32-44%), хромистый авгит (Сr₂О₅ ~1 %) и ортопироксен (Сr₂О₃ 0,2 %), приуроченные к горизонту ультрамафитов. В менее глубинной ассоциации минералов (в габброидах) присутствуют плагиоклаз (An_58-78), оливин - геалосидерит (Fa от 30 до 46 %), клинопироксен - титанистый авгит (TiO₂ 0,7-0,9 %), с повышенной железистостью (FeO ~ 8 %), отсутствуют ортопироксен и хромит.

Геохимическим критерием является дискретность в характере распределения малых элементов в ультрамафитах ("пикритовых габбро долеритах") и габброидах, что подчеркивали М.Н. Годлевский, Г.В. Нестеренко, А.И. Альмухамедов, А.И. Архипова и многие др. Такие элементы, как хром, никель, кобальт, медь, серебро, золото, висмут, платина, палладий и др., имеют существенно повышенное содержание в первых при резком обеднении их титаном, ванадием, стронцием, барием, цирконием, литием.

Метаморфические критерии имеют поисковое значение как при контактовом, так и при региональном метаморфизме. Вокруг интрузивов норильского типа образуются зональные ореолы контактово-метаморфических и метасоматических пород, детально изученные Д.М. Туровцевым /1970; 1986 и др./, В.В. Юдиной /1973/, Б.Н. Батуевым /1972/ и др. Состав роговиков и скарнов зависит от субстрата. Наиболее достоверным признаком рудоносности интрузивов талнахско-норильского типа является присутствие в ореолах магнезиальных скарнов и щелочных (К-Na) метасоматитов. Ореолы промышленно-рудоносных интрузивов отличаются от ореолов слаборудоносных и нерудоносных интрузивов значительной мощностью, соизмеримой с мощностью интрузивов, разнообразным составом и сложным строением.

Гидрогеохимические критерии. Медно-никелевые месторождения в Норильском районе сопровождает гидрогеохимическая ассоциация рудных элементов /Кузьмин, 1968; Cадиков, 1968; Додин и др., 1982/, представленная аномалиями никеля, меди, кобальта, хрома, реже серебра, цинка, проявляющимися в результате разгрузки подмерзлотных вод в реки и озера. Наличие такой ассоциации элементов в количествах, превышающих верхний предел фона в 20-30 раз и более, служит гидрогеохимическим признаком искомого оруденения, залегающего в недрах.

Геофизические критерии. Одним из общих признаков является приуроченность месторождений к краевым частям региональных гравитационных и магнитных аномалий (никеленосные провинции Кольского полуострова, Канады, США, Западной Австралии, Восточной Сибири).

Предлагаемые критерии далеко не во всех случаях давали однозначные результаты. Они не позволяют идентифицировать принадлежность объектов к какому-либо конкретному геолого-экономическому типу. В связи с этим разработка новых критериев, основанных в частности на изотопных технологиях необходима для успешной реализации поисково-оценочных методов.

В данной работе исследовались изотопы благородных газов из палеофлюидов, сохраненных в газово-жидких микровключениях. Полученные результаты несут информацию именно о флюидах, принимавших участие в формировании пород и руд, а не о силикатном веществе. Это следует учитывать при интерпретации данных. Например, нельзя исключить, что коровые флюиды (вода, газ), зарождение и циркуляция которых стали возможными благодаря воздействию тепла мантийного расплава, извлекали полезные компоненты как из мантийных, так и из коровых пород и откладывали их в благоприятных условиях.

ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ИЗОТОПОВ БЛАГОРОДНЫХ ГАЗОВ ГЕЛИЯ И АРГОНА

3.1 Образцы и методика исследования

Изотопный состав гелия и аргона исследовался в реликтовых флюидах, законсервированных в газово-жидких микровключениях в минералах и порах пород. Эти данные привлекались, прежде всего потому что геохимия изотопов благородных газов обладает наиболее надежными и сильными генетическими критериями.

К настоящему времени изучено 12 интрузий, разделенных нами на три группы: промышленно рудоносные (богатые - Хараелахская, Талнахская, Норильск-1), рудоносные (средние - Черногорская, Вологочанская, Южно-Пясинская, Зуб-Маркшейдерская) и слаборудоносные (бедные - Зеленогривская, Нижнеталнахская, Нижненорильская, Тулай-Киряка, Боотанкагская, Нижнефокинская) (рис.1). Исследовались также образцы из трех слабо разведанных интрузивов с неясной рудоносностью (Масловский, Микчандинский и Бинюдинский). Каждая интрузия была охарактеризована в среднем 6 валовыми пробами из скважин. Изучались образцы пород, отобранные из разных глубинных интервалов и представленные в основном лейкогаббро, оливиновыми, пикритовыми и такситовыми габбро-долеритами.

Единственно надежным вещественным свидетельством происхождения первичных минералообразующих флюидов является содержимое микровключений, рассеянных в минералах и межминеральном пространстве пород. Это особенно важно при исследовании благородных газов из-за возможности образования радиогенных изотопов в кристаллической решетке минералов. Поэтому в настоящей работе предполагалось изучить распространенность изотопов благородных газов именно в газово-жидких включениях в породах. При этом исследовались валовые пробы пород, что значительно упростило процедуру подготовки образцов к анализу. Существенных отличий в изотопном составе валовых проб от мономинеральных фракций (оливин, пироксены) не обнаружено /Объект ГР-7..., Сергеев, 2004ф/.

Распределение изотопов в большинстве интрузивных тел в связи с ограниченностью аналитических возможностей исследовались в отдельных скважинах, и вариации в плане детально не изучены. В противоположность этому изменения по разрезу фиксировались в группе образцов. Выявленные вариации (см. глава 4) оказались относительно небольшими, а осредненные изотопные характеристики приемлемыми для установления различия (или сходства) интрузий между собой. Сопоставление результатов измерений продемонстрировало отсутствие существенных различий пород и руд (глава 4). Это обстоятельство важно не только для утверждения представлений о единстве процессов формирования/преобразования пород и руд. Оно представляет несомненное удобство при практической диагностике перспектив рудоносности, так как позволяет использовать не только руды (еще не обнаруженные!), но и породы из разреза интрузии.

Как известно, газово-жидкие включения могут представлять разные этапы жизни исследуемых объектов, и соответственно, разделяться на первичные, вторичные и др.

Понятие "вторичные" относительно: возможны ситуации, когда процессы формирования пород и руд разнесены во времени и одновозрастные включения окажутся вторичными по отношению к породам и первичными для позднее возникших руд. Возможно, удобней типизировать включения по температуре их образования. В обширной работе В.С.Аплонова /Аплонов, 2001/ показано, что по данным декрептометрического анализа в породах и рудах Талнахского месторождения доминируют низкотемпературные газово-жидкие включения (<200^оС).

Одной из важных в методологическом отношении проблем является возможность контаминации содержимого включений гелием, мигрировавшем из кристаллической решетки минералов за время существования породы. Это сложный вопрос, видимо, не поддающийся решению в общем случае. Действительно, радиогенный гелий образуется в решетке минералов и может отличаться по изотопному составу от захваченного во включения. Прямые измерения, (как и расчеты) /Разработка… отчет ГР-7/, показывают, что это действительно так. Гелий может покидать решетку акцессорных минералов, в которых он возник, и тем быстрее, чем выше температура породы за все время ее существования. Термальная история пород здесь может оказаться решающей. Каналом стока могут оказаться не только замкнутые включения, но и, скорее всего, система открытых трещин и пор, где парциальное давление гелия невелико (во всяком случае в породах Норильских интрузий). Для оценки возможности влияния гелиевой контаминации в конкретной ситуации необходимы какие-либо объективные (рациональные) критерии. Представим их:

1. Породы и руды после остывания интрузий не подвергались нагреванию. Во вмещающих осадочных породах не фиксируются признаки метаморфизма. Большинство исследователей считают, что формирование норильских интрузий происходило на глубине 1,5-2 км /Аплонов, 2001 с.49-/ и в дальнейшем они не претерпевали погружения. Оценки давления при формировании интрузивов, приведенные в работе В.С. Аплонова 9-190 атм, указывают на еще меньшие глубины. Следовательно, температура нахождения интрузии в течение 250-млн лет (после остывания) вряд ли превышала 50^оС, и существенные потери гелия из кристаллической решетки минералов маловероятны.

2. Породы интрузий сильно изменены на постмагматическом этапе. Степень изменения оценивается в 30-60% (данные Служеникина, см. гл.4). Вторичные изменения должны были приводить к формированию нарушений в структуре минералов и пород - каналов стока гелия из решетки в открытое трещинно-поровое пространство с низким парциальным давлением.

3. Не наблюдается корреляции между содержанием урана в образце и гелия из микровключений. На (рис. 3.1.1) представлено содержание урана именно в тех же образцах - после его дробления и исследования благородных газов.

4. Вид взаимосвязи содержаний двух изотопов гелия (³Не и ⁴Не) не отвечает ожидаемому при смешении "микровключенного" и радиогенного "решеточного" (рис.3.2.1).

Рис. 3.1.1 Концентрация гелия, урана и тория в образцах интрузий

Рис. 3.1.2 Взаимосвязь содержаний изотопов гелия ³Не и ⁴Не (логарифмический масштаб).

С методическими и другими целями ранее /Объект ГР-7..., Сергеев, 2004ф/, в интрузии Норильск-1 изучалась распространенность изотопов не только в микровключениях, но и в кристаллической решетке (в валовых пробах пород и в мономинеральных фракциях). Газы выделялись из образцов (0,3-0,5 г) при их плавлении. Исследовались образцы, в которых было изучено содержимое включений, т.е. ранее претерпевших дробление в вакууме. Плавление осуществлялось в герметичной печи при температуре около 1500^оС, очистка газов и их разделение осуществлялись геттерами и активированным углем on line в системе напуска масс-спектрометра.

3.2 Извлечение, очистка, разделение и напуск газов в камеру анализатора масс-спектрометра

Извлечение газов из микровключений выполнялось по методике, принятой в геологическом институте КНЦ РАН (г. Апатиты) /Толстихин, Прасолов 1971; Икорский, Каменский 1998а,б/. Навеска образца (2 г) фракции 0,25-0,5 мм вместе со стальными бойками помещалась в стеклянные ампулы, присоединяемые к вакуумному посту, в котором обеспечивалось давление 10^-7-10^-6 мм рт.ст. (рис.3.2.1).

Образец экспонировался в вакууме в течение нескольких часов при температуре около 100^оС (результаты измерений при экспонировании при 100^о, 80^о и 60^о не отличались), и при удовлетворительных вакуумных условиях ампула отпаивалась. Затем ампула закреплялась на специальном вибростолике, и образец дробился в течение 30 мин.

При дроблении образцов полное извлечение газов из микровключений возможно только, если размер фрагментов не превосходит размер включений. Степень извлечения газов в конкретных образцах, зависящую как от размеров включений, так и от гранулометрического состава продуктов дробления, определить трудно. Здесь мы прибегли к следующему методу.

Рис.3.2.1 Вакуумный пост.

Сделав разумное предположение о том, что воздушный аргон в противоположность радиогенному почти полностью сконцентрирован во включениях, а не в решетке минералов, мы посчитали зафиксированные при плавлении воздушные изотопы аргона (табл.3б) не извлеченным остатком после дробления. Сопоставляя эти данные с количеством извлеченного воздушного аргона (табл. 2б), можно рассчитать степень извлечения газов из всех четырех образцов. В среднем она составила около 80% (от 55 до 93).

Далее запаянные ампулы, содержащие раздробленные образцы и выделившиеся газы, помещались в ампулодавитель системы напуска масс-спектрометра, где после 20-часовой экспозиции в вакууме и достижении давления 5х10^-9мм рт.ст последовательно вскрывались без нарушения герметичности. Выделившиеся благородные газы очищались от активных компонентов с помощью геттеров в системе напуска (on line). Легкие газы (He + Ne) отделялись от тяжелых (Ar + Kr + Xe) с помощью активированного угля при t = -196⁰С. Легкие и тяжелые газы последовательно перемещались в камеру анализатора масс-спектрометра MicroMass NG 5400, где в статическом режиме откачки определялись соотношение изотопов ³He/⁴He, ⁴He/²⁰Ne, ⁴⁰Ar/³⁶Ar, ³⁸Ar/³⁶Ar.

Бланк гелия и аргона всего комплекса аппаратуры, соответственно, составил: бланки He⁴ системы напуска 4х10^-9 см³, полный - 2,2х10^-8 см³, или 1,1х10^-8 см³/г; бланки Ar⁴⁰ системы напуска 6х10^-9 см³, полный - 1,0х10^-8 см³, или 5х10^-9 см³/г, отношение изотопов близко к воздушному. Результаты работ приведены в таблицах главы 4.

Алгоритм процедур по очистке, разделению и напуску газов в камеру представлен ниже (рис.3.2.2):

Исходное положение: Вентили (1), (2), (3), (4), (6), (10) закрыты.; вентили (8) и (11) открыты.

1. Нагревание титана (вентиль (4) откр., в течение около 40 минут.

2. Раздавливание ампулы в ампулодавителе.

3. Вентиль (3) и (4) открыты. Газ из ампулодавителя переходит в 1-ую ступень очистки, распределяясь в течение 15 мин.

4. Охлаждение титана до комнатной температуры с помощью вентилятора. Охлаждение угля (вентиль(8)) с помощью жидкого азота около 10-15 мин.

5. Вентиль (2) открыт. Газ переходит во 2-ую ступень очистки, распределяясь в течение 25 - 30 мин.

6. Вентиль (8) закрыт. На угле (вентиль(8)) остался аргон, а во всей остальной системе напуска - гелий и неон.

7. Газ очищен и готов к напуску в камеру масс-спектрометра. Сначала в масс-спетрометр напускаются гелий и неон.

8. После измерения изотопных отношений гелия и неона необходимо откачать камеру и систему напуска.

9. Вентили (2) и (11) закрыты, вентиль (8) открыт, нагревание уголя. Аргон с угля распределяется во 2-ой ступени очистки, в течение 15 мин.

10. Аргон из 2-ой ступени очистки напускается в камеру масс-спектрометра.

11. После окончания измерений камера масс-спектрометра и обе ступени системы напуска откачиваются.

Рис.3.2.2 Система напуска

Для анализа инертных (благородных) газов из микровключений в минералах норильских мафит-ультрамафитовых пород и руд использовался высокочуствительных статический вакуумный масс-спектрометр Micromass NG 5400 (рис. 3.2.3). Micromass выпускает ряд высокочуствительных масс-спектрометров, которые имеют широкий диапазон применения, от использования при рутинном калий-аргоновом датировании до сверхчуствительных анализов гелия и ксенона.

Micromass NG 5400 является прибором с 27 - см радиусом с расширенной геометрией. Высокое разрешение и большой эффективный радиус, эквивалентный 54 сантиметрам в комбинации с двухколлекторной системой из внеосевого коллектора Фарадея и осевого (аксиального) детектора (Daly) или электронного умножителя дают оптимальную конфигурацию для измерения в большом динамическом диапазоне, встречающемся, например, при анализе гелия.

Рис. 3.2.3 Схема масс-спектрометра Micromass NG 5400.

Измерение отношения изотопов благородных газов осуществлялось по программам Noble gas software, Issure - 2.90. При проведении изотопного анализа гелия предусматривалось многократное и одновременное измерение величины токов ионов ³Не⁺ и ⁴Не⁺ - 5 блоков по 10 измерений. При этом первый вид ионов фиксировался на вторичном электронном умножителе, а второй - на электрометре (цилиндре Фарадея). Зависимость изменения соотношения указанных ионных токов во времени аппроксимировалась прямой линией с использованием метода наименьших квадратов. Экстраполяция до момента начала измерений (до момента времени 0) определяла непосредственно измеренное значение изотопного отношения ³Не/⁴Не в образце. После этого производилось последовательное измерение отношения величины токов ионов ⁴Не⁺ и ²⁰Ne⁺ в той же газовой среде камеры анализатора (8 пар измерений на цилиндре Фарадея). Зависимость отношения токов от времени так же определялась, и линейная экстраполяция на момент времени 0 выявляла непосредственно измеренное значение отношения изотопов ⁴Не/²⁰Ne. Результаты экстраполяции величин ионных токов ⁴Не⁺ и ²⁰Ne⁺ использовались для определения количества гелия и неона в образце методом "высоты пиков".

После завершения этих измерений камера анализатора и системы напуска откачивались (см. п. 9 Алгоритма…), осуществлялись перенастройка электромагнита и напуск аргона в анализатор. Измерение изотопных отношений аргона происходило по отдельной программе. При этом производилось по 10 измерений токов ионов ³⁶Ar⁺, ³⁸Ar⁺, ⁴⁰Ar⁺ (первых двх - на умножителе, последнего - на цилиндре Фарадея). Так же, как и при гелий-неоновых измерениях, осуществлялась линейная экстраполяция к начальному моменту времени и отыскивались непосредственно измеренные соотношения ионных токов, в последующем преобразующиеся в изотопные отношения ⁴⁰Ar/³⁶Ar и ³⁸Ar/³⁶Ar. Экстраполированные данные о величине ионного тока ⁴⁰Ar⁺ использовались для определения количества аргона в образце.

Общее количество выделенного из образцов (и проанализированного) гелия составляло в среднем около 5х10^-7 (от 0,6 х10^-7см³ до 15 х10^-7см³ в подавляющем большинстве), и бланк не мог существенно повлиять на измерения. Кроме того при введении поправки за воздушный гелий (по отношению ⁴He/²⁰Ne) автоматически корректировалось отношение ³Не/⁴Не и за вклад бланка. Аргона в пробах было гораздо больше (в среднем около 9х10^-7 см³, от 5 до 16 в подавляющем большинстве), и вводить коррекцию, учитывающую бланк, не было необходимости. Случайная ошибка измерения (1у) по результатам повторных изотопных измерений в пробах при сигнале 2-5 вольт соответственно, составили: отношение изотопов гелия ³Не/⁴Не - 4% при величине ~ 6х10^-8, - (1-2) % при величине (2-8)х10^-7; отношение ⁴Не/²⁰Ne - ~10%; отношение изотопов аргона ⁴⁰Ar/³⁶Ar - (0,05-0,18)%, ³⁸Ar/³⁶Ar - (0,05-0,15)%.

Точность измерений оказалась вполне достаточной для корректной интерпретации полученных данных. Использованные литературные данные об изотопах гелия и аргона в Норильских интрузиях обладали примерно такими же метрологическими характеристиками.

Таким образом можно считать, что достигнутые метрологические характеристики вполне достаточны для получения корректных результатов о распространенности изотопов благородных газов в породах Норильско-Таймырского региона.

3.3 Измерение изотопных отношений, расчет и обработка данных

Помимо отношений ³He/⁴He и ⁴⁰Ar/³⁶Ar, измерялись изотопные отношения ⁴Не/²⁰Ne и ³⁸Ar/³⁶Ar. Первое из них использовалось для поправки измеренного значения ³Не/⁴Не за атмосферную (природную и методическую) контаминацию, второе - для коррекции отношения ⁴⁰Ar/³⁶Ar за изотопное фракционирование.

Кроме непосредственно измеренного отношения (³Не/⁴Не)_измер в таблицах приведено расчетное значение отношения, скорректированные за воздушную компоненту гелия (³Не/⁴Не)_корр.

Расчет выполнялся по следующей формуле:

(³Не/⁴Не)_измер. - а (³Не/⁴Не)_{атмосф.}

(³Не/⁴Не)_корр = ---------------------------------------------------,

1 - а

Где а = ⁴Не_{атмосф.}/ ³Не_измер. - доля гелия атмосферного происхождения, рассчитываемая по выражению:

(⁴Не/²⁰Nе)_{атмосф.}

а = --------------------------

(⁴Не/²⁰Nе)_измер.

В подавляющем большинстве случаев поправка за воздушную компоненту была пренебрежимо малой и не превышала случайную ошибку измерений.

Все полученные результаты были привязаны к общепринятым стандартам (атмосферным благородным газам) с известным соотношением изотопов (³He/⁴He = 1,40·10^-6; ⁴He/²⁰Ne = 0,32; ⁴⁰Ar/³⁶Ar = 295,6; ³⁸Ar/³⁶Ar = 0,1880). При интерпретации данных использовались как значения изотопных отношений, так и более удобные единицы - доли мантийного гелия (m) и воздушного аргона (a) в %.

Расчет доли мантийного гелия проводился, исходя из значений отношения ³Не/⁴Не в мантии Земли и ее коре, соответственно, 1.2х10^-5 и 2х10^-8, по следующей формуле:

(³He/⁴He)_корр. - (³He/⁴He)_кора

m (%) = He _мантия/He = -------------------------------------------------- * 100

(³He/⁴He) _мантия

Расчет доли воздушного и радиогенного аргона выполнялся по известным формулам:

(⁴⁰Ar/ ³⁶Ar) _{атмосф.}

a (%) = Ar _{атмосф.} /Ar = ---------------------------------------------- * 100

(⁴⁰Ar/ ³⁶Ar)_корр.

(⁴⁰Ar/ ³⁶Ar) _{атмосф.} = 296

Ar = Ar _{атмосф. +} Ar _{радиоген.}

r (%) = Ar _{радиоген} / Ar = 100 - a

ГЛАВА 4. ИЗОТОПНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НИКЕЛЕНОСНЫХ ИНТРУЗИЙ НОРИЛЬСКОГО РУДНОГО РАЙОНА

4.1 Геолого-экономическая типизация интрузивов

Были изучены породы и руды преимущественно ультрамафит-мафитовых интрузивных комплексов трех основных геолого-экономических типов: промышленно-рудоносные, содержащие сплошные, вкрапленные и прожилково-вкрапленные руды; рудоносные, содержащие вкрапленные и прожилково-вкрапленные руды; слаборудоносные, не несущие промышленного оруденения, также с определенной долей условности, выделен четвертый тип: сателлиты промышленно-рудоносных интрузивов. Помимо этого изучались слабоизученные интрузии, так называемые объекты прогнозной оценки. Изучались породы и руды из 12 скважин, обособленных в отдельные оценочно-рудоносные группы: богатые, средние, бедные и перспективные. Часть образцов предоставлена сотрудниками ИГЕМ РАН и КНИИГиМС, часть - собрана в ходе полевых работ геологами ВСЕГЕИ, и автором. Кроме того, нами использовались литературные данные по ряду Таймырских интрузивов, отнесенных к слаборудоносному и потенциально рудоносному геолого-экономическим типам. Слаборудоносные: Тулай-Киряка (скв.- Т-1), Боотанкага (скв. Б-6), Нижнефокинская (скв. НФ) (рис. 4.1.1), а также промышленно-рудоносные: Талнахская (скв. КЗ-1710 и КЗ-1739) исследовались С. С. Неручевым и Э. П. Прасоловым /1990/. Бинюдинский интрузив исследовался в данной работе и вместе с Микчангдинским, он отнесен в группу потенциально-рудоносных интрузивов. Бинюдинский интрузив, изучен по скв. С-1 и относится (предварительно) к коматиитовому типу. Менее изученный Микчангдинский интрузив Норильской провинции содержит проявления вкрапленных платиноидно-медно-никелевых руд и характеризуется скважиной МД-48. Масловский интрузив, изученный по Скв. ОМ-31, рассматривался как слабоизученный и перспективный на наличие промышленных концентраций полезного рудного компонента. Использовались также ранее полученные изотопные характеристики по интрузивам Норильск - I скв. МС-33 /Завилейский Д. И., Э. М. Прасолов 2004/. Изотопные характеристики гелия и аргона по ряду интрузивов: Хараелахский, Черногорский; Вологочанский; Южно-Пясинский; Зуб-Маркшейдерский; Зеленогривский; Нижнеталнахский; Нижненорильский; Масловский; Микчандинский; Бинюдинский были получены впервые, а также новыми данными был дополнен Талнахский интрузив.

Рис.4.1.1 Схематическая карта Норильско-Таймырского района

Месторождения образованы горизонтами вкрапленных руд в полнодифференцированных интрузивах, залежами сплошных (массивных), прожилково-вкрапленных и брекчиевидных платиноидно-медно-кобальтово-никелевых руд. Изучению и классификации этих руд посвящены работы М. Н. Годлевского, Е. Н. Сухановой, Г. И. Кавардина, Д. А. Додина, А. Д. Генкина, О. А. Дюжикова и других исследователей. К сплошным (массивным) отнесены руды, содержащие более 70 об. % сульфидов, Они слагают субгоризонтально залегающие тела пластообразной и линзовидной формы с жилоподобными ответвлениями в краевых частях, располагающиеся в зонах пологих тектонических нарушений в породах нижних, изредка -- верхних эндо- и экзоконтактов рудоносных интрузий /Проблемы развития..., 1994/. Мощность тел сплошных руд варьирует от десятков сантиметров до первых десятков метров. Сплошные руды представлены пирротиновым, кубанитовым, халькопиритовым, талнахитовым, моихукитовым и халькозин-борнитовым типами.

Рис. 4.1.2 Схематизированная геологическая карта северо-запада Сибирской платформы с расположением изученных интрузий

1- эффузивные траппы; 2 - осадочные отложения; 3 - трапповые интрузии; 4 - интрузии гранитойдов; 5 - номера интрузивов: 1. Хараелахский; 2. Талнахский; 3. Норильск-I; 4. Черногорский; 5. Вологочанский; 6 Южно-Пясинский; 7. Зуб-Маркшейдерский; 8. Зеленогривский;9. Нижнефокинский; 10.Нижнеталнахский; 11.Нижненорильский; 12.Микчандинский; 6 - региональные разломы.

Таблица 4.1.1 Новые данные, полученные при исследовании

Таблица 4.1.2 Данные об интрузивах полученные из литературных источников /Неручев, Прасолов, 1995/;/Завилейский, Прасолов 2004/.

Сплошные (массивные) существенно пирротиновые руды слагают основную массу жильных тел. В большинстве случаев они образуют самостоятельные тела мощностью от первых десятков сантиметров до 30 м и более. Иногда совместно с рудами других типов они участвуют в строении зональных тел. Вкрапленные и прожилково-вкрапленные руды в интрузиях наиболее распространены. Они локализованы в нижнем (обогащенные оливином породы) и приподошвенных (такситовые и контактовые долериты) горизонтах, слагают пластообразные и линзообразные тела мощностью десятки метров. Сульфиды, местами составляющие до 60 % объема пород, образуют вкрапленники размером от нескольких микрон до 5 см, прожилки мощностью до 10 см, протяженностью до 1 м и гнезда 5--10 см в поперечнике. В пикродолеритах преобладают мелко- и неоднородновкрапленные руды, в троктолитах и троктолит-долеритах -- сидеронитовые, в такситовых долеритах -- крупно- и неоднородновкрапленные, а также прожилково-вкрапленные. Последние характерны и для контактовых долеритов. В нижнем горизонте отмечаются только пирротиновые руды, а в приподошвенных им сопутствуют кубанитовые, халькопиритовые и халькозин-борнитовые /Петрология и рудоносность..., 1971, Проблемы развития..., 1994/. Разрабатываются в настоящее время сплошные (богатые) руды Октябрьского месторождения, сплошные, "медистые" и вкрапленные -- Тал-нахского, вкрапленные -- месторождения Норильск 1. Первые составляют главный объект добычи в Норильском горнопромышленном районе.

4.2 Промышленно-рудоносные интрузивы

Талнахский интрузив открыт в 1960 г. геологами Норильской КГРЭ В.М. Кравцовым, В.С. Нестеровским и Ю.Н. Кузнецовым. Интрузив изучен по 8 образцам скв. ОУГ-2 и прослежен на 20 км при ширине 0,5-1,9 км и максимальной мощности 218 м. В плане он имеет лентовидную форму. Его распространение четко контролируется главным тектоническим швом Норильско Хараелахского глубинного разлома и сопряженных дизъюнктивов. Интрузив имеет ассиметричное уплощенно-линзовидное поперечное сечение. Интрузив полого (7-9^о) погружается в северо-восточном направлении, в основном залегая в угленосных терригенных породах Р₂, лишь в южной части в кровле контактирует с туфолавовой толщей Т₁. В северо-восточной части его подошвой является карбонатная толща девона. В строении Талнахской интрузии сохраняется традиционная для дифференцированных тел последовательность смены дифференциатов норильско-талнахского типа. В верхней части интрузива залегают гибридно-метасоматические породы, габбро-диориты, амфиболизированное габбро, верхние ультрамафиты, обогащенные хромитом, лейкогаббро с такситовой текстурой. В средней части - безоливиновые, оливинсодержащие, оливиновые габброиды, ниже - дискретно изменяющиеся по составу плагиоперидотиты (оливиниты, плагиооливиниты и плагиоверлиты) со шлирами и жилоподобными образованиями меланотроктолитов, троктолитов и лейкогаббро. В нижней части интрузив сложен так называемыми "такситовыми" габброидами широко варьирующего состава - от безоливиновых, оливинсодержащих и оливиновых габбро со шлирами плагиоперидотитов, до меланотроктолитов и анортозитоподобных пород. В нижнем экзоконтакте присутствуют мелкозернистое габбро и гибридно-метасоматические породы с ксенолитами роговиков. При изотопном изучении пород, вскрытых скважиной ОУГ-2, было установлено, что интрузив отличается не высоким (2,4% старые данные, 1,6% новые данные) средним содержанием мантийного гелия. Сверху вниз по разрезу от минимума (0,3%) в габбро-диорите увеличиваясь к оливинсодержащему габбро и вновь уменьшаясь к оливиновому габбро, далее происходит плавное увеличение содержания мантийного гелия к массивной сульфидной руде с максимумом (3,4 -1,8%). Оценка среднего относительного содержания воздушного аргона для Талнахского интрузива имеет значение 94%. Сверху вниз по разрезу отмечается увеличение содержания радиогенного аргона от габбро-диоритов (5,4%) к оливинсодержащему и оливиновому габбро (17,3%), с последующим снижением к оруденелому плагиоверлиту (6,9%) и резкому увеличению количества радиогенного аргона в меланотроктолитах с такситовой структурой с максимумом (17,5%) и вновь снижением к массивным сульфидным рудам.

Изотопный состав серы в Талнахском интрузиве изучен по 10 образцам скважины ОУГ-2.Он отличается высоким средним значением д³⁴S = 10.6‰, что характерно для богатых платино-медно-никелевых месторожденй норильской группы (Табл. 4.2.1).

Наиболее тяжелая сера (до 15‰) в верхах разреза в габбро-диоритах, 8,5‰ в середине в безоливиновом и оливин содержащем габбро и около 12‰ в низах в оруденелых плагиоверлитах и такситах на контакте с массивной сульфидной рудой (рис. 4.2.2).

С Талнахским интрузивом связано одноименное уникальное платиноидно-медно-никелевое месторождение с вкрапленными (мощностью 6-100 м), массивными (мощностью до 30 м) и прожилково-вкрапленными (>10-15 м в нижнем экзоконтакте) рудами в интрузиве. Талнахский интрузив имеет мощный (>200 м) контактово-метасоматический ореол. Околорудные изменения представлены в основном щелочными альбит-калишпатовыми метасоматитами, что является метаморфо-метасоматическим критерием наличия богатого оруденения /Туровцев, 2002/.

Рис. 4.2.1 Cхематический широтный геологический разрез Талнахского рудного поля по данным В. В. Дистлера и С. Ф. Служеникина

Таблица 4.2.2 Изотопы гелия, неона и аргона в газово-жидких включениях пород интрузий Норильско-Таймырского района.

Рис. 4.2.2 Вариации изотопного состава He, Ar и S по разрезу интрузива Талнахский (скв. ОУГ-2)

Хараелахский интрузив рассматривается на примере уникального Октябрьского платиноидно-медно-никелевого месторождения. В плане интрузив имеет форму треугольника длиной 8-10 км и площадью 30 км². Мощность его достигает 250 м. Хараелахский интрузив локализуется в западном крыле Норильско-Хараелахского разлома, гипсометрически ниже Талнахского интрузива, залегает в аргиллитах с прослоями гравелитов, мергелей и известняков разведочнинской и курейской свит D_1-2 . Интрузив полого погружается в северо-восточном направлении. Расслоенность близка к таковой в Талнахском интрузиве, отмечается большая мощность ультрамафитов - до 65 м, особенно на северо-западе. Имеются мнения о формировании ультрамафитов в качестве самостоятельной субфазы, которые вместе с лейкогаббро и габброидами с такситовой текстурой не являются продуктами дифференциатами in situ, а формируются позже. Об этом свидетельствует высокая доля ультрамафитов, часто не пропорциональная мощности интрузива, автономные апофизы ультрамафитов, многократное повторение этих пород и их перемежаемость с оливиновыми и лейкократовыми габброидами. Так называемые "такситы" включают "пикриты", образуя "штокверковую систему" лейкократовых пород как результат габброизации "пикритов". С Хараелахским интрузивом связаны апофизы различного состава, прослеживающиеся на расстоянии до 2 км от основной части тела. По данным Туровцева, Хараелахский интрузив переходит на флангах в недифференцированные тела оливиновых и плагиопорфировых долеритов. Контактовый ореол в верхнем экзоконтакте массива имеет мощность до 250 м, в нижнем - до 150 м. Сульфидное платиноидно-медно-никелевое месторождение представлено, как и в Талнахском интрузиве, вкрапленными, массивными и прожилково-вкрапленными рудами. Интрузив изучен по 7 образцам скв. КЗ-963. Общая мощность разреза Хараелахского интрузива, вскрытого на глубинах 1221.2-1326.9 м, составила около 106 м; из них на мощную сульфидную залежь приходится 27, 6 м. При изотопном изучении пород, вскрытых скважиной КЗ-963, интрузив характеризуется наиболее низким средним содержанием мантийного гелия для интрузивов богатой группы. Сверху вниз по разрезу наблюдается уменьшение содержания мантийного гелия от безоливинового габбро к сульфидной руде, с минимальной его долей из так называемого малосульфидного верхнего горизонта и увеличение к оливиновому лейкогаббро и оруденелому плагиоверлиту, где отмечена максимальная доля мантийного гелия. Ниже, приближаясь к массивным сульфидным рудам, доля мантийного гелия снова уменьшается.

Среднее содержание воздушного аргона для Хараелахского интрузива составляет, что ниже, чем у остальных интрузий богатой группы. Сверху вниз по разрезу происходит потеря радиогенного аргона от безоливинового габбро с максимальной его долей к сульфидной руде с минимальной долей. Далее увеличение к оливиновому лейкогаббро и оруденелому плагиоверлиту с последующим снижением к массивным сульфидным рудам. Изотопный состав серы в Хараелахском интрузиве изучен по 19 образцам скважины КЗ-963, также как и другие интрузивы богатой группы норильских месторождений, характеризуется высоким средним значением 12.5‰. Наиболее легкая сера в верхах разреза до 11.4‰ в роговиках и метасоматитах с ангидритом и кальцитом, утяжеляется в габбро-диоритах до 12,5‰ и лишь изредка становится легче в 12‰ в плагиоверлитах в середине разреза и в массивной сульфидной руде в низах разреза.

Таблица 4.2.4 Изотопы гелия, неона и аргона в газово-жидких включениях пород интрузий Норильско-Таймырского района.

Вариации изотопного состава He, Ar и S по разрезу Хараелахского интрузива (скв. КЗ-963).

4.3 Рудоносные (забалансовые) интрузивы

Черногорский интрузив расположен в северо-восточной части Норильской мульды вблизи восточного крыла Норильско-Хараелахского разлома. Он залегает в межформационном шве между терригенными верхнепермскими отложениями и мергелисто-аргиллитовыми образованиями девона (рис. 4.3.1). Черногорский интрузив представляет собой лентовидное тело, протяженностью ~8 км, шириной до 2,2 км и мощностью до 120 м. По мнению Д.М. Туровцева метасоматические изменения, сопровождавшие интрузив, развиты слабее, чем в других интрузивах норильско-талнахского типа, что видимо, отражает меньшую флюидонасыщенность магмы, сформировавшей Черногорский интрузив.

Среднее содержание металлов в промышленных рудах в целом по месторождению (в %): меди 0,3-0,45, никеля 0,2-0,3, кобальта 0,12-0,077, МПГ 4,71 г/т. Забалансовые запасы: никеля 407,3 тыс. т, меди 68,9 тыс. т, МПГ 113,4 т. Месторождение находится в Госрезерве. По запасам платиноидов месторождение близко к крупным /Малич, 2008 отчет/.

Черногорский интрузив изучен по 4 образцам СКВ. МП-2бис, имеет мощность ~120 м (Рис. 4.3.2). В верхней части скважины (гл. 23,6-24,0 м) вскрыта раздробленная эруптивная брекчия с обломками стекловатого плагиопорфирового базальта, туфа и угленосного карбонатизированного аргиллита. Ниже (гл. 24,0-32,5 м, обр. Ч-1, Ч-2) залегает горизонт гибридных пород диоритового состава с кварцем и титаномагнетитом, имеющих метасоматическую структуру и мощность ~8 м.

Значительная часть интрузива (гл. 32,5-127,0 м, обр. Ч-3 - Ч-8) сложена измененными оливинсодержащими габброидами - породами основного состава. Еще ниже (гл. 134,0 - 140,0 м) залегают оруденелые, существенно измененные (до 35 %) породы небольшой мощности (~7 м) представленные меланотроктолитами и габбро-троктолитами с такситовой текстурой со шлирами (возможно реликтами) плагиоверлитов (обр. Ч-10, Ч-11, Ч-13). В них мало щелочей, (потери воды при прокаливании 2,24-3,57 %), что согласуется с существенным (до 35 %) присутствием вторичных водных минералов - биотита, амфибола, хлорита, цоизита, серицита, пренита, карбоната, сопутствующих сульфидному оруденению. В Черногорском интрузиве количество ультрамафитовой составляющей было меньше, чем в интрузивах талнахско-норильского типа с крупными месторождениями, в то же время содержание полезных компонентов (платиноидов, меди, никеля) на глубинах 134,0-139,0 м близко к промышленно-рудоносным вкрапленным кондиционным рудам.

Рис. 4.3.1 Геологический разрез Черногорского интрузива с месторасположением скв. МП-2 бис.

Петрологические и рудно-геохимические признаки свидетельствуют о высокой перспективности интрузива, особенно на платиноиды вкрапленного типа.

Черногорский интрузив (скв. МП-2бис) характеризуется относительно высоким (4,3%) средним содержанием мантийного гелия. Сверху вниз по разрезу наблюдается уменьшение мантийного гелия от оливинсодержащего габбро (3,6%) к оливиновому габбро с минимумом (2%) и резкому увеличению к габбро-троктолиту со шлирами меланотроктолита и лейкогаббро с максимумом (9,2%), с последующим снижением количества мантийного гелия до (4,5%) в оливиновом габбро с троктолитовыми участками.

Среднее содержание воздушного аргона для Черногорского интрузива (79,8%). Сверху вниз по разрезу наблюдается увеличение радиогенного аргона от оливинсодержащего габбро с минимумом (13,1%) к габбро-троктолиту со шлирами меланотроктолита (15,6%) и лейкогаббро с максимумом (30,4%). Далее наблюдается снижение количества радиогенного аргона (17,8%) в оливиновом габбро с троктолитовыми участками. (Табл. 4.3.2)

Изотопный состав серы в Черногорском интрузиве был изучен только по двум образцам Ч-11_137.0 и Ч-13_138.5 скважины МП-2бис, в горизонте в габбро-троктолитов со шлирами меланотроктолитов и лейкогаббро. Эти образцы охарактеризованы средним значением 10.7‰ (табл. 4.3.1).

Таблица 4.3.2 Изотопы гелия, неона и аргона в газово-жидких включениях пород интрузий Норильско-Таймырского района.

Рис. 4.3.2 Вариации изотопного состава He, Ar и S по разрезу Черногорского интрузива (скв. МП-2 бис).

Пясино-Вологочанский интрузив, локализованный в восточном борту Вологочанской мульды, относится к зубовскому типу. Занимает площадь около 80 кв. км и прослежен в широтном направлении на расстоянии 18 км при ширине 6-9 км. В составе Пясино-Вологочанского интрузива выделяют две интрузивные ветви: Южнопясинскую на севере и Вологочанскую - на юге. Обе ветви локализованы в одном стратиграфическом горизонте, при некоторых различиях имеют сходное внутреннее строение и характре оруденения. Вопрос о степени самостоятельности Южнопясинской и Вологочанской ветвей интрузивов окончательно не решен - далее эти ветви будут именоваться как Вологочанский и Южнопясинкий интрузивы. Вологочанский интрузив локализован на юго-восточном борту Вологочанской мульды, изучен по 4 образцам скв. ОВ-29, имеет 60 м мощности. Верхняя часть сложена габбро-диоритами, безоливиновыми габбро, оливинсодержащими габбро и оливиновыми габбро; нижняя часть - габбро-троктолитами со шлирами троктолитов и меланотроктолитов с существенным количеством темноцветных минералов оливина и пироксена и пониженное количество плагиоклаза. Породы Вологочанского интрузива имеют сходство с породами интрузивов норильско-талнахского типа. В них содержится мощный горизонт с вкрапленным сульфидным МПГ-медно-никелевым оруденением с существенным количеством меди, никеля, кобальта и платиноидов, также присутствуют породы близкие плагиоверлитам. В этих породах повышено количество хрома, что роднит их с промышленно-рудоносными интрузивами. Возможно, при доизучении интрузива может быть выявлено более богатое оруденение. Вологочанский интрузив характеризуется очень низким средним содержанием мантийного гелия. Сверху вниз по разрезу наблюдается снижение содержания мантийного гелия от габбро-диоритов к оливиновому габбро и к габбро троктолитам со шлирами меланотроктолитов с минимумом и максимум в в них же. Среднее содержание воздушного аргона для Вологочанского интрузива составляет. Сверху вниз по разрезу наблюдается снижение радиогенного аргона от габбро-диоритов к оливиновому габбро с минимумом затем увеличение к габбро троктолитам со шлирами меланотроктолитов с максимумом и последующим снижением содержания радиогенного аргона.

Таблица 4.3.3 Изотопы гелия, неона и аргона в газово-жидких включениях пород интрузий Норильско-Таймырского района.

Рис. 4.3.3 Геологический разрез Вологочанского интрузива с месторасположением скв. ОВ-29

Рис. 4.3.4 Вариации изотопного состава He, Ar и S по разрезу Вологочанского интрузива (скв. ОВ-29).

Изотопный состав серы в Вологочанском интрузиве изучен по 5 образцам скважины ОВ-29, и характеризуется средним значением 7.1‰ (Табл. 4.3.4). Наиболее легкая сера зафиксирована в оливиновом габбро до 5.7‰, в габбро-троктолитах со шлирами меланотроктолитов и троктолитов с такситовой текстурой и метасоматитах сера утяжеляется до 8,5‰ и 7,8 соответственно.

Южнопясинский интрузив, локализован в северо-восточном борту Вологочанской мульды /Лосев 1970ф; Матвеев 2001ф/. Интрузив относится к зубовскому типу, изучен по 5 образцам скв. ОВ-25, имеет мощность ~100 м. и содержит почти по всему разрезу сульфидное платиноидно-медно-никелевое вкрапленное оруденение, местами рассеянное. Наиболее богатое оруденение приурочено к горизонту обогащенных оливином пород (гл. 990,5-1020,0 м) - меланотроктолитов и габбро-троктолитов.