CC BY
81САМОРОДНОЕ ЖЕЛЕЗО В ЗЕМНЫХ ГОРНЫХ ПОРОДАХ
П J
Альбина Георгиевна Копылова,
научный сотрудник Геологического музея Института геологии алмаза и благородных металлов СО РАН (ИГАБМ)
Основная масса железа на Земле сосредоточена в её ядре в виде желе-зоникелевого сплава. В поверхностных земных условиях самородное железо для человека всегда ассоциировалось с железными метеоритами. Нахождение масштабных проявлений самородного железа - явление из ряда экзотических, поэтому обнаруженные в конце XIX в. на юго-западном побережье о. Диско (Западная Гренландия) железные валуны были первоначально описаны как метеориты. Дальнейшие исследования привели к выводу об их земном происхождении [1]. Отдельные блоки железа достигают здесь 25 тонн (рис. 1). Другое значительное проявление нульвалентного железа установлено в Германии, вблизи г Касселя (местечко Бюль), где встречаются самородки железа весом до 5 кг В России масштабные проявления восстановленной формы железа обнаружены в Заполярье, на севере Красноярского края, в трапповых интрузивах Джалтульский, Хунгтукунский, Хининдинский и Май-
А. Г. Копылова, М. Д. Томшин
мечинский (рис. 2) [2, 3]. Самородное железо формирует желвакообразные сегрегации в виде эллипсовидных или округлых обособлений, обычно 20 -50 см в поперечнике. Более крупные глыбы встречаются редко. Вес желваков железа - от сотен граммов до первых сотен килограммов. В Хунгту-кунском интрузиве найдены самородки железа весом 60, 150 и 250 кг, а в одном из скальных обнажений была обнаружена глыба, вес выступающей части которой оценивается в 10 тонн (рис. 3). Встречаются сегрегации самородного железа в коренном залегании и в развалах, занимающих иногда значительные площади (рис. 4, 5).
По текстурным особенностям выделяются несколько форм обособления самородной металлической фазы (рис. 6). Сидеронитовая форма обычно образована крупными обособленными каплями металла, занимающими 30 - 40 % объёма породы. Губчатый тип представляет собой единый металлический каркас из мелких капель железа, которые
Михаил Дмитриевич Томшин,
ведущий научный сотрудник Института геологии алмаза и благородных металлов СО РАН, заведующий Геологическим музеем ИГАБМ
Рис. 1. Датский исследователь самородного железа Финн Ульф-Мюллер возле многотонной глыбы железа, найденной в конце ХХ в. на о. Диско (Гоенландия)
Рис. 2. Схема расположения сибирских трапповых интрузивов с масштабными проявлениями самородного железа:
1 - Джалтульский, 2 - Хунгтукунский, 3 - Маймечинский, 4 - Хинниндинский
составляют свыше 60 - 80 % объёма. Массивная текстура формируется при тесном соприкосновении мелких капель железа. В этом случае содержание металла достигает 80 - 90 %. Когда же происходит полное слияние отдельных капель, то образуются сливные формы, имеющие облик самородков. Такие находки единичны.
Доминирующим минералом в желваках является самородное железо. Основной примесный элемент в нём - никель. В Хининдинском и Маймечинском телах самородная фаза железа представлена ферритом с примесью никеля, не превышающей десятые доли процента. Железо Джалтульского и Хунгтукунского масси-
Рис. 3. Организатор изучения самородного железа Б. В. Олейников возле крупноглыбового обособления самородного железа (Хунгктукунский интрузив)
вов относится к никельсодержащим разностям со средним содержанием никеля 1-2 %. В Джалтульском интрузиве встречены зёрна железа с содержанием никеля 5 - 7 %, отвечающие по этому параметру минералу железных метеоритов - камаситу. В ассоциации с камаси-том установлены ещё две высоконикелистые фазы, известные ранее только в метеоритах - это тэнит Y-(Ni,Fe) с содержанием 26 - 32 % никеля и тетратэнит ^е,№), в котором доля никеля увеличивается почти до 50 %. Кроме высоконикелистых фаз, в земном самородном железе были обнаружены и другие минералы, свойственные метеоритам, - когенит ^е3С), троилит (FeS),
Рис. 4. Обнажение «Цирк» с массовым проявлением фазы (Джалтульский интрузив)
Рис. 5. Обнажение с массовым проявлением самородного железа (Хунгтукунский интрузив)
шрейберзит (Fe.jP) и армолколит (Мд^е) Т^ [1, 4]. Обычный акцессорный минерал железных метеоритов - графит - присутствует в желваках железа о. Диско и траппов Сибири в виде пластинчатых и сфероидальных морфологических разновидностей. В сегрегациях Джалтульского интрузива установлен клифтонит - кубическая параморфоза графита (предположительно по алмазу), которая была известна только в метеоритах. По периферии желваков обычно располагается оторочка из акцессорной сульфидной минерализации - халькопирит, кобальтовый пентландит, кубанит, борнит, халькозин, макинавит.
Железо способно концентрировать многие элементы, которые образуют с ним растворы в жидком и твёрдом состояниях. В самородном железе концентрируются золото и элементы платиновой группы, при этом содержание их в металле по сравнению с вмещающей горной породой увеличивается в сотни и даже тысячи раз, приближаясь к значениям, установленным в железных метеоритах (таблица). Диапазон содержаний редких элементов
Редкие элементы в самородном железе (%, г/т)
N1% | Со% | Аи | Ад | | Ра | РИ | Об | 1г | Ри | Ое | Си%
Самородное железо с массивной текстурой желвака
6-29Д 2,90 0,57 3,23 0,56 3,85 17,0 1,17 0,0095 0,016 0,37 200 0,99
10Б-8а 3,21 0,74 5,25 0,36 3,68 5,25 2,56 0,14 0,18 1,36 660 0,71
10Б-4а 4,35 0,95 6,25 0,22 7,78 14,6 3,43 0,096 0,14 1,92 450 0,40
34Д-1 3,43 0,77 4,60 0,35 7,8 22,2 2,48 0,21 0,19 3,72 390 0,46
35Б-15 4,32 1,28 6,85 0,56 4,4 20,3 4,80 0,33 0,30 3,99 450 0,63
Самородное железо с сидеронитовой текстурой желвака
81-14 2,13 0,68 2,38 0,34 3,43 1,09 0,97 0,055 0,094 0,31 240
10Б-5а 3,34 0,84 3,94 0,21 4,12 18,5 1,09 0,0072 0,008 0,02 240 0.40
10Б-19 3,01 0,72 3,55 0,65 1,61 1,9 0,48 0,0061 0,0046 0,13 250 0,82
10А-21 3,53 0,96 3,23 0,19 2,42 5,15 1,47 0,031 0,026 0,20 270 1,02
11А-27 2,50 0,63 1,69 0,35 4,00 8,70 0,30 0,031 0,04 0,33 180 0,12
34-15с 2,4 0,48 1,86 0,20 0,71 13,1 0,34 0,029 0,34 88 0,59
Самородное железо с губчатой текстурой желвака
35-9н 0,96 0,22 0,33 0,36 1,09 0,89 0,98 0,007 100 0,42
48-3а 0,10 0,02 0,01 0,03 0,15 0,16 0,03 0,0018 0,0022 0,012 5,7 0,17
48-4а 0,91 0,09 0,32 0,13 0,37 0,96 0,17 0,024 0,013 0,094 28 0,34
49-17 0,99 0,20 0,54 0,52 0,71 4,2 0,40 0,045 0,039 0,42 32 0,54
42-37 0,11 0,06 0,24 0,60 0,40 0,25 0,01 0,0030 0,0031 0,037 9,1 0,41
45-8а 0,06 0,02 0,15 0,19 0,09 0,13 0,01 0,26 13 0,19
Порода 219 50 3,7 0,19 14 16 2 1,9 2,8 13 1,4 210
Железные метеориты
Эльга 8,18 0,49 2,22 1,5 28,8 3,7 1,5 5,81 4,39 11,9 72
Тобычан 7,7 0,58 1,45 0,36 56,7 2,5 1,2 8,92 6,72 14,6 75
Долгучан 6,52 0,46 0,45 0,11 18,3 1,2 5,2 28,6 24,8 26,5
В породе содержание N Со, Си, Ад, Ge - г/т, Аи и элементов платиновой группы - мг/т.
Рис. 6. Морфологические типы выделений самородного железа:
а - сидеронитовый, б - губчатый (Джалтульский интрузив), в - массивный (Хинниндинский интрузив), г - массивный (Хунгтукутский интрузив)
в разных типах проявления Fe-фазы достаточно широк. Максимальные значения благородных элементов установлены в массивных самородках (г/т): 6,9 Аи; 7,8 Р^ 22,2 Pd; 4,8 Rh; 4,00 Ru; 0,33 Os; 0,30 1г. В них и самое высокое содержание никеля. Сильная корреляционная связь установлена между содержаниями №-Аи и Для Р^ Pd, Rh, Ru также сохраняется тенденция накопления в обогащённой никелем Fe-фазе. Практически нет зависимости между степенью никеленосности железных желваков и содержанием в них Ад, Си, 1г и Os. Растворимость меди в железе низка, и поэтому она образует самостоятельную фазу - никелистую медь, присутствующую в желваках в качестве второстепенного минерала в виде эмульсионных индивидов или сферул. Серебро также не растворяется в железе и распределяется в нём более или менее равномерно. Концентрация серебра в породах, вмещающих желваки железа, и содержание в Fe-фазе находятся в одних пределах (0,1 - 1,0 г/т). Это свидетельствует об отсутствии заметного накопления Ад в железе, и серебро, так же как и медь, образует в нём мельчайшие эмульсионные выделения.
Сравнение содержаний благородных металлов в Fe-фазе земных базитов и железных метеоритах показало, что диапазон концентраций Аи, Pd, Rh в них очень близок, а содержание Pt в метеоритах значительно выше. В отличие от метеоритов, в которых Pt/Pd-от-ношение всегда выше единицы, геохимической особенностью распределения платины и палладия в земной металлической фазе является отчётливое преобладание Pd над Р1 Теллурическое железо содержит на два порядка меньше Os и 1г, а количество серебра в нём заметно выше. Предполагается, что благородные металлы в желваках железа присутствуют в виде изоморфной примеси, не образуя собственных фаз. Показательно, что, при существенных концентрациях золота и ЭПГ в железных метеоритах, их собственные минералы в них также не установлены.
Каково же происхождение уникальной самородно-металльной минерализации. Исследователи самородного железа на о. Диско обосновали мантийную природу теллурического железа [5]. Мантийный генезис поддерживается исследователями, которые считают, что восходящие конвективные потоки (плюмы) выносили из пограничных с ядром частей мантии наиболее поздние конденсаты железоникелевого ядра [6]. Не нашла поддержки гипотеза восстановления металлов в магме под влиянием газов, возникших при диссоциации углерод-содержащих осадочных пород, так как интрузивы с самородной минерализацией известны на о. Диско в местах, где отсутствуют подстилающие углеродсодержащие
породы. Проведённое нами исследование на многочисленных базитовых объектах, контактирующих с угле-родсодержащим и битуминозным веществом, показали отсутствие каких-либо признаков восстановления железа в расплаве до нульвалентного состояния. Другой пример: на Ногинском графитовом месторождении (р. Нижняя Тунгуска) под воздействием трапповой интрузии произошло высокотемпературное (более 1200 оС) преобразование углей в высококачественный графит, а самородной фазы не обнаружено даже в контактовой зоне. Сибирские учёные, в том числе и авторы этой статьи, объясняют происхождение самородного железа в базитах древних платформ процессами взаимодействия базальтового расплава с восстановительным трансмагматическим флюидом. Исследование состава газовой фазы из самородного железа (Джалтульский интрузив) показало, что она представлена смесью газов, доминирующую роль в которой играет водород (>l5 %), в меньшем количестве присутствуют CH4, N2+CO и CO2. Взаимодействие флюида и расплава привело к экстракции металлов из расплава и их восстановлению [2]. Флюид являлся в значительной степени и поставщиком многих металлов, в том числе и благородных, накапливающихся в сегрегациях самородного железа.
Список литературы
1. Ulff-Móller F. Solidification History of the Kitldlit lens: immiscide metal and sulphide liquids from a basaltic dyke on Disko, Central West Greenland // I. of Petrology. -1985. - Vol. 26. - № 1. - P. 64-91.
2. Сaмopoднoe мemaллooбpaзoвaниe в плamфop-менных бaзиmaх / Б. В. Олейников [и др.]. - Якymск, 1985. - 188 с.
3. Рябов, В. В. Сaмopoднoe железо сибирских mpaп-пов / В. В. Рябов, А. Л. naвлов, Г. Г. Лoпamин. - Новосибирск : Hay1985. - 168 с.
4. Олейников, Б. В. Минepaльныe aссoциaции сa-мородного жeлeзa aпoдoлepиmoвых мemaсoмamиmoв Джaлmyльскoгo инmpyзивa / Б. В. Олейников, А. Г. Ко-пылoвa, В. Ю. naнков // Сaмopoднoe мemaллooбpaзo-вaниe в мaгмamичeскoм процессе. - Якymск, 1991. -С. 29-48.
5. Bird J.M., Weathers M.S. Native iron occurrences of Disko Island, Greenland // Jour. Geol. - 1977. - Vol. 85. -P. 359-371.
6. Шкодзинский, В. С. Сидерофильные элeмeнmы в œмородном железе и его генезис / В. С. Шкодзинский, А. Г. Кoпылoвa // Omeчeсmвeннaя геология. - 2002. -№ 4. - С. 36-39.
лфхш м<у®шхш101(ек
Невежество всегда обладает большей уверенностью, чем знание.
Чарльз Дарвин
