CC BY
62
Наука - производству
РАЗРАБОТКА ИЗОТОПНО-ГЕОХИМИЧЕСКИХ И ГЕОЛОГО-ПЕТРОЛОГИЧЕСКИХ КРИТЕРИЕВ ПОИСКОВ БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ - ИННОВАЦИОННЫЙ ВКЛАД В СОВРЕМЕННУЮ СТРАТЕГИЮ ОСВОЕНИЯ АРКТИКИ
Ф.П. Митрофанов, академик РАН Г еологический институт КНЦ РАН
Аннотация
Рассмотрены проблемы развития и рационального планирования поисков месторождений нетрадиционного для Кольского п-ова платинометалльного сырья. Показано, что наиболее крупные, высококачественные и рентабельные запасы элементов платиновой группы сосредоточены только в нескольких крупнейших геологических объектах (Бушвельд - ЮАР, Великая дайка - Зимбабве, Стиллуотер - США и Норильские месторождения - Россия). Промышленные возможности этих сырьевых регионов близки к предельным и не могут обеспечить рост мировых потребностей в этом важнейшем для промышленности виде сырья. Сотрудниками Геологического инстиута Кольского научного центра РАН разработана и предложена к реализации на практике методика новых геолого-петрологических и изотопно-геохимических критериев идентификации интраплитных плюмовых мантийных магматических и рудообразующих процессов раннего протерозоя региона. Ключевые слова:
Фенноскандинавский щит, Кольский п-ов, платина, палладий, никель, кобальт, медь, хром, основные-ультраосновные массивы, поиск, прогноз.
Abstract
The problems of development and rational planning of prospecting for deposits of PGE raw materials (the latter being non-traditional for the Kola Peninsula) are dealt with. The biggest and most profitable PGE-resources of high quality is shown to be concentrated in several greatest geological objects only (the Bushwald - South African Republic, the Great Dyke - Zimbabwe, the Stillwater - USA and the Norilsk deposits - Russia). Industrial potential of these recourse regions is at the edge of exhaustion and unable to provide the growth of the world's need for this industrially vital raw material. Researchers from the Geological Institute of the Kola Science Centre RAS have elaborated to suggest putting into practice methods of new geological-petrological and isotopic-geochemical criteria of identifying intraplate plume mantle magmatic and ore-forming processes of the early Proterozoic in the region.
Keywords:
Fennoskandinavsky Shield, Kola Peninsula, platinum, palladium, nickel, cobalt, copper, chromium, basic-ultrabasic massifs, exploring, prospecting
Общеизвестно, что человечество потребляет важнейшие стратегические полезные ископаемые, такие как элементы платиновой группы (PGE), никель, кобальт и многие другие, опережающими их воспроизводство темпами. Основными причинами этого являются не только закономерное увеличение спроса со стороны традиционных индустриальных держав (США и Европа), но и, в первую очередь, агрессивный и сверхбыстрый рост промышленного потенциала и рынков крупнейших стран Азии и Латинской Америки (Китай, Индия, Бразилия).
Вместе с тем, в мировой динамике развития горной промышленности в последние годы проявляются негативные тенденции: инертность в цикле «поиск - промышленное освоение», несбалансированность и конъюнктурность опережающих геологоразведочных работ, а также истощение гигантских месторождений, дающих сегодня львиную долю полезных ископаемых. Например, наиболее крупные, высококачественные и рентабельные запасы PGE сосредоточены только в нескольких крупнейших геологических объектах (Бушвельд - ЮАР, Великая дайка - Зимбабве, Стиллуотер - США и Норильские месторождения - Россия). Промышленные возможности этих сырьевых регионов близки к предельным и не могут обеспечить рост мировых потребностей в этом важнейшем для промышленности виде сырья, так как ожидается, что общемировое потребление PGE вырастет с 400 т/год в начале XXI в. до 700-750 т/год к 2015 г.
Исходя из этого, возникает проблема обеспечения человечества и его возрастающих потребностей первичными природными ресурсами при минимизации вредного воздействия на окружающую среду. Ее решение требует поиска баланса между парадоксальными и диаметрально противоположными концепциями и подходами. С одной стороны, индустриальная эпоха породила множество экологических проблем, особенно, в промышленно развитых регионах, а с другой - существование любого современного жителя развитого государства и его привычный набор «удобств и благ» требует все большего количества природных ресурсов. Более того, для решения уже имеющихся проблем (загрязненные территории, складированные ядовитые и
токсичные отходы и т.п.) требуется многократное увеличение производства первичных металлов и материалов, таких как платина, палладий, никель, природные сорбенты, реагенты.
Выход из сложившейся ситуации может быть связан со своевременной подготовкой и рациональным освоением альтернативных сырьевых источников и регионов. Таким перспективным районом является Фенноскандинавский щит. Учитывая факт нахождения большей его части под юрисдикцией экологических законодательств Евросоюза и России, процесс геологических поисков и разведки в этом регионе должен отвечать самым передовым стандартам в области охраны окружающей среды, а значит быть наукоемким и наиболее передовым по применяемым методике и технике (рис.1).
Гогстапп а ой КагепЬап^п
Рис. 1. Основные и ультраосновные массивы Фенноскандии, перспективные на руды платиновых металлов (по Марку Ильину) и вектор экономически эффективного освоения Фенноскандинавской провинции МПГ
(по Д.В.Жирову)
Поэтому экстенсивный подход к разведке недр, господствовавший на протяжении XX в. и основывавшийся на массовом опоисковании и опробовании всех однотипных или схожих объектов с применением тяжелой буровой и горной техники, должен смениться интенсивным и рациональным, тщательно обоснованным с точки зрения экономических и экологических последствий.
Первостепенной задачей ближайшего будущего в области геологического изучения недр и рационального природопользования является разработка новых методик прогноза и поисков стратегических видов полезных ископаемых, основанных на прецизионных лабораторных исследованиях и анализе «тонких» изотопно-геохимических и петрологических индикаторов металлогенической специализации.
Коллектив сотрудников Г еологического института КНЦ РАН, решая эти задачи, разработал и внедрил в практику новые геолого-петрологические и изотопно-геохимические критерии идентификации интраплитных плюмовых мантийных магматических и рудообразующих процессов раннего протерозоя региона, исходя из того, что в северо-восточной части щита установлена огромная (от 2500 до 1900 млн лет назад) продолжительность их развития и прогрессирующее углубление мантийных источников (в том числе с изменением легко определяемых значений е № от малых отрицательных до положительных), что определяет важную металлогеническую специализацию эпохи 2.5-2.4 млрд лет назад, в основном, на Pt-Pd, а эпохи 2.2-1.9 млрд лет назад - на Си-№ руды.
В отличие от традиционно использующихся во всем мире критериев прогноза и поисковых признаков оруденения, базирующихся на категории «промышленный и/или геолого-генетический тип месторождения», предлагаемые методология и инструментарий строятся с учетом того, что результаты проявления стереотипных геологических процессов - от зарождения магмы до ее внедрения и кристаллизации - в близких и схожих условиях не всегда конвергентны. Иначе говоря, массивы сходного основного-ультраосновного состава, находящиеся территориально близко друг от друга, имеющие похожие черты геологического строения и вещественного состава пород, могут нести различную рудную минерализацию или вообще оказаться безрудными. К числу основных факторов, влияющих на конечный результат, относятся: глубина и характер магматического источника, последовательность, длительность и направленность кристаллизации минералов, определяющие концентрацию и форму нахождения полезных компонентов, геохронологический («абсолютный») возраст и длительность формирования пород, что определяется по соотношению ряда маркирующих изотопов (и-РЬ, Rb-Sr, Sm-Nd и др.); изменчивость во времени и пространстве металлогении магматических и гидротермальных процессов, обусловленной как закономерным фракционированием и обеднением/обогащением исходных компонентов в результате кристаллизации и/или контаминации магмы, так и эволюцией и цикличностью «открытия/закрытия» системы по отношению к мантийным источникам.
Для решения поставленных научных задач в Геологическом институте КНЦ РАН сформировано несколько тематических лабораторий и творческих групп исследователей, в том числе Кольский Центр коллективного пользования прецизионных изотопно-геохимических исследований, позволяющий выполнить полный цикл изотопно-геохимических исследований от пробоподготовки, выделения и селективной сепарации тонкозернистых минералов и их морфогенетических типов до сверхчистого химического разложения акцессорных минералов и анализа как традиционных изотопных систем (и-РЬ, Sm-Nd, Rb-Sr Не и Аг), так и новых, в том числе включающих элементы, характеризующиеся низкими кларками (например, изотопы металлов платиновой группы). Полученные результаты изотопно-геохимических, структурных и петрологических исследований позволяют на самых ранних стадиях геологических работ дать заключение о возможной металлогенической специализации массива и его перспективности или бесперспективности. Применение таких геологических инструментов (системы тонких индикаторов - критериев платиноносности расслоенных массивов и составных частей их строения) позволяет существенно сократить финансовые затраты и время на проведение поисковых и геологоразведочных работ, ограничить (отфильтровать) круг перспективных на геологическое изучение объектов и уменьшить объем работ с использованием тяжелой буровой и горной техники, которая негативно влияет на окружающую среду (подъездные дороги, загрязнение вод и т.п.). Это особенно важно для Мурманской обл. РФ и северной части Республики Карелия, которые расположены в Циркумполярной зоне Европейской Арктики с очень хрупкими и ранимыми экосистемами.
Для оценки обоснованности ожидаемых результатов следует учитывать, что в Кольской провинции Фенноскандинавского щита как плюмовые сейчас наиболее подробно охарактеризованы рифтогенные расслоенные базитовые интрузивы раннепротерозойского этапа (2.5-2.4 млрд лет назад) и палеозойские (0.46-
0.36 млрд лет назад) разнообразные щелочные породы с карбонатитами и кимберлитами с известными соответствующими им месторождениями и рудопроявлениями. Система «тонких» меток и маркеров металлогенической специализации строится на базе комплекса новых прецизионных лабораторных методов. Запущен в эксплуатацию новый газовый масс-спектрометр МИ-1201-ИГ, новый комплекс импортного оборудования для суперчистой изотопной химической лаборатории, минералого-сепарационное оборудование, что позволяет увеличить количество и улучшить качество твердофазных и газовых изотопных исследований, проводить анализ веществ на новых минералах и комплексом разных изотопных методов. На МИ-1201-ИГ уже проведено более 160 измерений, в том числе несколько стандартов холостого загрязнения. Важные фундаментальные данные и знания получены по результатам измерений изотопных отношений гелия (3Не/4Не) из пород коллекций разных регионов мира и Фенноскандинавского щита.
На трех твердофазных масс-спектрометрах, включая новый импортный Finnigan-MAT-262, выполнено 550 и-РЬ единичных измерений, 650 - Sm-Nd, 180 - Rb-Sr, что позволило для разных геологических объектов Кольского региона и Карелии определить конкордантные и изохронные возраста и изотопно-геохимические характеристики. Некоторые из них с различной степенью детальности изучены (например, Федорово-Панский массив, Мончеплутон), но остальные в настоящее время не исследованы. К очередным задачам исследований относится построение системы (банка данных) критериев и индикаторов металлогенической специализации для основных-ультраосновных массивов региона, полученных на основе изучения уже известных Pt-Pd и Си-№ месторождений.
Таким образом, формируется комплексная база знаний и данных по петрологическим, геологоструктурным, изотопно-геохимическим и минералогическим характеристикам этих объектов и их закономерным и обусловленным связям. Создание такой базы по изученным и известным месторождениям и интрузивам, а также ее пополнение по результатам исследования новых объектов, даст необходимые предпосылки для дальнейшего системного и рационального геологического изучения и освоения недр Кольского региона.
Проводимые работы направлены на комплексирование лабораторных методов, а также петрологических и геолого-геофизических исследований с целью увеличения количества, системности, точности, детальности и
избирательности критериев и признаков металлогенической специализации и рудного потенциала массивов основных-ультраосновных пород северо-востока Фенноскандинавского щита (его Российской части).
Это позволит, используя малообъемное экологически безопасное (штуфное) опробование, определять металлогеническую специализацию массивов и генерировать обоснованный вывод о его перспективах на промышленное оруденение. Тем самым достигается эффективность, рациональность и минимизация экологического ущерба при планировании и реализации геологического изучения недр и воспроизводстве минерально-сырьевой базы стратегических видов полезных ископаемых.
Для получения указанных результатов необходимо учитывать следующие положения:
• изотопно-хронометрический («абсолютный») возраст пород массивов, перспективных на хромитовые, или платина-родий-палладиевые, или медь-никелевые руды должен находиться в интервале 2530-1980 млн лет;
• должна соблюдаться длительность (не менее 50 млн лет) и многофазность формирования расслоенных базитовых массивов;
• необходимо определение в породах мантийных изотопно-геохимических меток - е№(Т), Sr87/Sr86, 3Не/4Не.
На базе доработки и апробации методики «разбраковки» базит-гипербазитовых массивов будут получены новые представления о генезисе известных разрабатываемых рудных месторождений, связанных с ними и сделан прогноз новых рудоносных объектов, а также дана общая и конкретная оценка рудоносности рифтогенных структур региона и его магматических комплексов.
Предлагаемая методика и особенности ее применения являются совершенно новыми, в мире не имеется подобных, но она уже апробирована в научных комиссиях северных регионов ЕС и активно используется сейчас в программах INTERREG/TASIS. Геологический институт КНЦ РАН имеет существенный научный задел, его сотрудниками получен ряд положительных результатов, подтверждающих правильность и эффективность подходов и фундаментальных выводов, лежащих в основе разрабатываемой методики.
Многолетний опыт и результаты экспериментальных и теоретических исследований тематических лабораторий и групп Геологического института КНЦ РАН во главе с акад. РАН Ф.П.Митрофановым [1, 3-5] позволили разработать и на нескольких опорных объектах апробировать ряд следующих возможных индикаторных признаков плюмового магматизма:
1) посторогенное (анорогенное) внутриплитное положение массивов магматических пород и структурная сопряженность их с рифтогенными образованиями;
2) площадной ареал распространения формационно-одинаковых магматических пород («горячее поле»), структурно-автономного (дисгармоничного) по отношению к складчато-покровной архитектуре региона;
3) огромная длительность (до сотни млн лет) функционирования глубинных магматических источников;
4) многофазное и длительное формирование магматических тел, в том числе расслоенных;
5) мантийные геохимические и изотопно-геохимические метки в базитовых и щелочных породах широкого петрографического состава, обогащенность глубинными восстановительными флюидами с соединениями С, S, F, С1, Н и высоким 3Не/4Не.
На уже выявленных месторождениях установлено: богатые Сг месторождения связаны с самыми ультраосновными породами ряда (дунитами), имеющими возраст более 2500 млн лет и е№(Т) положительный, а относительно бедные Сг руды связаны с расслоенными базитовыми массивами возраста 2450 млн лет; И-НЫ Pd месторождения малосульфидного типа находятся в многофазных и расслоенных (с «рифами») базит-анортозитовых массивах, часто в их пегматоидных участках, кристаллизующихся в интервале 2530-2470 млн лет назад с (Т = 2510-2470)= -1-3, что свидетельствует о литофильности мантийного источника; Си-№ месторождения печенгского типа с попутной Р^минерализацией имеют возраст вмещающих базитов 1980 млн лет и положительный (Т).
В Кольской платиноносной провинции завершено изучение и на отдельных месторождениях Федорово-Панского массива подсчитаны промышленные запасы стратегически важных руд. Их благоприятные физикохимические свойства позволили разработать флотационную технологию получения на оборотной воде сульфидных концентратов с содержанием 6-7% меди, 4-5% никеля, 130-180 г/т (Pt,Pd,Rh,Au) при извлечении 85.5, 70 и 77% соответственно.
Результаты исследований находят применение в планах поисковых работ Федеральной и Территориальной целевых программ «Геологического изучения недр и воспроизводства МСБ на 2006-2012 гг.».
Кольский п-ов сейчас включен в список приоритетных регионов России для поисково-оценочных работ на металлы платиновой группы, никель и хром. Рекомендации ГИ КНЦ РАН положены в основу выявления и разведки новых промышленно-значимых рудных объектов в Кольском регионе, что определяет повышенный интерес к минерально-сырьевой базе региона с приобретением лицензий рядом отечественных и зарубежных компаний («Норильскникель», «Баррик Голд Корпорейшн», «Броккен Хилл Проприетери», «Бэма» и др.). Теоретические и практические разработки предлагаемой методики соответствуют задачам, поставленным приоритетными фундаментальными целевыми программами Президиума и Отделения наук о Земле РАН (ОНЗ РАН).
Разработки и открытия Г еологического института КНЦ РАН стали базой для рекомендаций в программе геологического изучения и подготовки минерально-сырьевой базы платиновых металлов в Кольском регионе.
За прошедшие 5-7 лет в Мурманской обл. и сопредельных территориях было открыто множество перспективных проявлений и месторождений МПГ, в том числе мирового класса.
Особое место в этом ряду занимает месторождение Федоровой тундры. Одним из крупнейших проектов, который рассматривался на Мурманском международном экономическом форуме 2009 г., было строительство на базе этого месторождения горно-обогатительного комбината, который будет производить около 16 млн т руды в год. Это предприятие сможет принять около 700 работников, а общая сумма, которая будет затрачена на реализацию проекта, - 1.45 млрд долларов.
Критерии, разработанные Г еологическим институтом, дают возможность на всех стадиях геологических работ рационально планировать и правильно ориентировать их направления, оптимизировать объемы буровых и горных работ, прогнозировать перспективные на палладиево-платиновое оруденение объекты, локализовать в их пределах участки и структуры и оконтуривать рудные тела.
Применение предлагаемых критериев поисковых индикаторов позволяет Агентству по недропользованию Мурманской обл. при составлении перспективных планов работ акцентировать проведение современных видов поисковых и разведочных работ на наиболее перспективных рудных объектах с целью расширения минерально-сырьевой базы Кольского региона и всей России.
Важность рассматриваемых проблем и рекомендуемых решений подтверждается активным интересом к ним иностранных специалистов, что выражено, в частности, в проекте международного сотрудничества KOLARCTIC ИНТЕРРЕГ III A North - ТАСИС №КА-0197 «Стратегические минеральные ресурсы - основа устойчивого развития Севера» (Россия-Финляндия-Швеция), в котором участвуют специалисты Геологического института КНЦ РАН. Проект направлен на интеграцию ресурсов, опыта, знания и технологических (лабораторных) возможностей ведущих научных, образовательных и производственных геологических организаций Лапландии (Финляндии, Швеции и России).
Одним из важнейших направлений стратегии России в условиях обесценивания мировых валют наши специалисты [2] считают формирование государственных резервов высоколиквидных валютных металлов, к которым относят палладий. Предлагается создание инвестиционного проекта для месторождений Фенноскандинавии. Большинство МПГ-месторождений этого региона находятся в трансграничных геологических структурах, и поэтому их освоение следует вести «кустовым» способом, который позволит оптимизировать капиталоемкость инвестиций, обосновать экономическую эффективность и окупаемость производства, обеспечить долгосрочное социально-экономическое развитие северных регионов и снизить общее негативное воздействие на окружающую среду в регионе в целом и в его локальных участках в частности.
За открытие и изучение Кольской платинометалльной провинции (второй по запасам в Российской Федерации) академик РАН Ф.П.Митрофанов и к.г.-м.н. А.У.Корчакин в конце 2009 года удостоены премии РАН им. акад. С.С.Смирнова.
ЛИТЕРАТУРА
1. Баянова Т.Б. Возраст реперных геологических комплексов Кольского региона и длительность процессов магматизма. - СПб.: Наука, 2004. - 174 с. 2. Жиров Д.В. Мировые ресурсы и производство МПГ: проблемы и тенденции. Потенциал Скандинавии и возможности трансграничного сотрудничества в условиях мирового кризиса // Стратегические минеральные ресурсы Лапландии - основа устойчивого развития Севера. Проект ИНТЕРРЕГ-ТАСИС. Вып.2. - Апатиты, 2009. - С.33-45. 3. Митрофанов Ф.П. Поисковые индикаторы новых промышленных месторождений родий-платиново-палладиевых, кобальт-медно-никелевых и хромовых руд на Кольском полуострове // Отечественная геология. - 2006. - № 4. - С.3-9. 4. Митрофанов Ф.П., Яковлев Ю.Н., Дистлер В.В. Кольский регион - новая платинометалльная провинция // Геология и генезис месторождений платиновых металлов. - М.: Наука, 1994. - С.65-79. 5. Митрофанов Ф.П., Балаганский В.В., Балашов Ю.А. и др. и-РЬ возраст габбро-анортозитов Кольского полуострова // ДАН. - 1993. - Т.331, № 1. - С.95-98.
