2411-3336 2541-9404 Записки Горного института Journal of Mining Institute Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины ΙΙ Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University 10.31897/PMI.2022.54 pmi-15774 https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/15774 Геология Geology Ti-Fe-Cr spinels in layered (stratified) complexes of the western slope of the Southern Urals: species diversity and formation conditions Ti-Fe-Cr шпинелиды в дифференцированных (расслоенных) комплексах западного склона Южного Урала: видовое разнообразие и условия формирования Kovalev Sergey G. Ковалев С. Г. Kovalev Sergey G. kovalev@ufaras.ru 0000-0001-6753-7484 Институт геологии Уфимского научного центра РАН (Россия) Institute of Geology, Ufa Scientific Centre RAS (Russia) Kovalev Sergey S. Ковалев С. С. Kovalev Sergey S. kovalev@ufaras.ru 0000-0003-1780-6580 Институт геологии Уфимского научного центра РАН (Россия) Institute of Geology, Ufa Scientific Centre RAS (Russia) 26 07 2022 2022 255 476 492 21 03 2022 15 06 2022 26 07 2022 © 2022 С. Г. Ковалев, С. С. Ковалев © 2022 Sergey G. Kovalev, Sergey S. Kovalev 2022 С. Г. Ковалев, С. С. Ковалев Sergey G. Kovalev, Sergey S. Kovalev Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) This article is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0) https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/15774

Приводятся материалы по петрогеохимии и рудной Fe-Ti-Cr минерализации пород, слагающих дифференцированные (расслоенные) тела западного склона Южного Урала. Детальный анализ авторского материала показал сходство процессов перераспределения РЗЭ, благородных металлов и химического состава Fe-Ti-Cr минерализации практически по всем параметрам в породах мисаелгинского и кусинско-копанского комплексов. Установлено, что параметры метаморфизма, который повлиял на перераспределение компонентов в Fe-Ti-Cr минералах дифференцированных комплексов, соответствуют мисаелгинский – Т = <550-750 °С, P = 0,1-2,8 кбар, кусинско-копанский – Т = <550-630 °С, P = 0,3-0,7 кбар и шуйдинский комплексы – Т = <550-760 °С, P = 0,5-2,5 кбар. В результате моделирования процесса кристаллизации расплава показано, что кусинско-копанский комплекс представляет собой интрузивное тело, в идеализированном разрезе которого присутствует ультраосновной горизонт. Вследствие коллизионных процессов нижняя часть интрузива была оторвана от верхней. Предлагаемое строение кусинско-копанского комплекса резко увеличивает его перспективы на такие виды минерального сырья, как платиноиды + сульфидное медно-никелевое оруденение и/или хромиты.

Materials on geochemistry and ore Fe-Ti-Cr mineralization of rocks composing layered (stratified) bodies of the western slope of the Southern Urals are presented. A detailed analysis showed similarity in the redistribution of REE, noble metals, and Fe-Ti-Cr mineralization of practically all parameters in rocks of the Misaelga and Kusin-Kopan complexes. It has been established that the parameters of metamorphism, which influenced components redistribution in Fe-Ti-Cr minerals of the layered complexes, correspond to Misaelga – T = <550-750 °С, P = 0.1-2.8 kbar, Kusin-Kopan – T = <550-630 °С, P = 0.3-0.7 kbar, and Shuidinsky complexes – T = <550-760 °С, P = 0.5-2.5 kbar. The result of modelling the melt crystallization process showed that the Kusin-Kopan complex is an intrusive body with an ultramafic horizon in the idealized cross-section. Due to collisional processes, the lower part of the intrusion has been detached from the upper part. The proposed structure of the Kusin-Kopan complex sharply increases its prospects for such types of minerals as platinum group minerals + sulphide copper-nickel mine-ralization and/or chromites.

 Ключевые слова Южный Урал дифференцированные (расслоенные) комплексы Fe-Ti-Cr минерализация редкоземельные элементы благородные металлы Keywords Southern Urals layered (stratified) complexes Fe-Ti-Cr mineralization rare earth elements noble metals Смирнов В.И. Рудные месторождения СССР. В 3-х томах. Т. 2. М.: Недра, 1978. 352 с. Smirnov V.I. Ore Deposits of the USSR. In 3 volumes. Vol. 2. Moscow: Nedra, 1978, p. 352 (in Russian). Алексеев А.А., Алексеева Г.В., Ковалев С.Г. Расслоенные интрузии западного склона Урала. Уфа: Гилем, 2000. 188 с. Alekseev A.A., Alekseeva G.V., Kovalev S.G. Stratified intrusions of the western slope of the Urals. Ufa: Gilem, 2000, p. 188 (in Russian). Холоднов В.В., Бочарникова Т.Д., Шагалов Е.С. Состав, возраст и генезис магнетит-ильменитовых руд среднерифейского стратифицированного Медведевского массива (кусинско-копанский комплекс Южного Урала) // Литосфера. 2012. № 5. С. 145-165. Holodnov V.V., Bocharnikova T.D., Shagalov E.S. Structure, age and genesis of magnetite-ilmenite ores of the Middle Riphean stratified Medvedevskii massif (Kusinsko-Kopanskii complex of Southern Ural). Lithosphere (Russia). 2012. N 5, p. 145-165 (in Russian). Алексеев А.А., Алексеева Г.В., Ковалев С.Г. Дифференцированные интрузии западного склона Урала. Уфа: Гилем, 2003. 171 с. Alekseev A.A., Alekseeva G.V., Kovalev S.G. Layered intrusions of the western slope of the Urals. Ufa: Gilem, 2003, p. 171 (in Russian). Мазуров М.П. Васильев Ю.Р., Шихова А.В., Титов А.Т. Ассоциации и строение рудных минералов в интрузивных траппах западной части Сибирской платформы // Геология и геофизика. 2014. Т. 55. № 1. С. 94-107. DOI: 10.15372/GiG201400107 Mazurov M.P., Vasilev Y., Shikhova A.V., Titov A.T. Assemblages and Structure of Ore Minerals in Intrusive Traps of the Western Part of the Siberian Platform. Russian Geology and Geophysics. 2014. Vol. 55. N 1, p. 78-88 (in Russian). DOI: 10.1016/j.rgg.2013.12.006 Zhong-Jie Bai, Hong Zhong, Anthony J. Naldrett et al. Whole-rock and mineral composition of constraints on the genesis of the giant Hongge Fe-Ti-V oxide deposit in the Emeishan Large Igneous Province, Southwest China // Economic Geology. 2012. Vol. 107. № 3. P. 507-524. DOI: 10.2113/econgeo.107.3.507 Zhong-Jie Bai, Hong Zhong, Anthony J. Naldrett et al. Whole-rock and mineral composition of constraints on the genesis of the giant Hongge Fe-Ti-V oxide deposit in the Emeishan Large Igneous Province, Southwest China. Economic Geology. 2012. Vol. 107. N 3, p. 507-524. DOI: 10.2113/econgeo.107.3.507 Kwan-Nang Pang, Mei-Fu Zhou, Donald Lindsley et al. Origin of Fe-Ti oxide ores in mafic intrusions: evidence from the Panzhihua Intrusion, SW China // Journal of Petrology. 2008. Vol. 49. № 2. P. 295-313. DOI: 10.1093/petrology/egm082 Kwan-Nang Pang, Mei-Fu Zhou, Donald Lindsley et al. Origin of Fe-Ti oxide ores in mafic intrusions: evidence from the Panzhihua Intrusion, SW China. Journal of Petrology. 2008. Vol. 49. N 2, p. 295-313. DOI: 10.1093/petrology/egm082 Charlier B., Grove T.L. Experiments on liquid immiscibility along tholeiitic liquid lines of descent // Contributions to Mineralogy and Petrology. 2012. Vol. 164. P. 27-44. DOI: 10.1007/s00410-012-0723-y Charlier B., Grove T.L. Experiments on liquid immiscibility along tholeiitic liquid lines of descent. Contributions to Mineralogy and Petrology. 2012. Vol. 164, p. 27-44. DOI: 10.1007/s00410-012-0723-y Jakobsen J.K., Veksler I.V., Tegner C., Brooks C.K. Crystallization of the Skaergaard intrusion from an emulsion of immiscible iron- and silica-rich liquids: evidence from melt inclusions in plagioclase // Journal of Petrology. 2011. Vol. 52. Iss. 2. P. 345-373. DOI: 10.1093/petrology/egq083 Jakobsen J.K., Veksler I.V., Tegner C., Brooks C.K. Crystallization of the Skaergaard intrusion from an emulsion of immiscible iron- and silica-rich liquids: evidence from melt inclusions in plagioclase. Journal of Petrology. 2011. Vol. 52. Iss. 2, p. 345-373. DOI: 10.1093/petrology/egq083 Veksler I.V., Dorfman A.M., Borisov A.A. et al. Liquid immiscibility and the evolution of basaltic magma // Journal of Petrology. 2007. Vol. 48. Iss. 11. P. 2187-2210. DOI: 10.1093/petrology/egm056 Veksler I.V., Dorfman A.M., Borisov A.A. et al. Liquid immiscibility and the evolution of basaltic magma. Journal of Petrology. 2007. Vol. 48. Iss. 11, p. 2187-2210. DOI: 10.1093/petrology/egm056 Veksler I.V.,Charlier B. Silicate Liquid Immiscibility in Layered Intrusions // Layered Intrusions. Book Chapter in Springer Geology. 2015. P. 229-258. DOI: 10.1007/978-94-017-9652-1_5 Veksler I.V., Charlier B. Silicate Liquid Immiscibility in Layered Intrusions. Layered Intrusions. Book Chapter in Springer Geology. 2015, p. 229-258. DOI: 10.1007/978-94-017-9652-1_5 Wang C.Y., Zhou M.F. New textural and mineralogical constraints on the origin of Hongge Fe-Ti-V oxide deposits, SW China // Mineralium Deposita. 2013. Vol. 48. Iss. 6. P. 787-798. DOI: 10.1007/s00126-013-0457-4 Wang C.Y., Zhou M.F. New textural and mineralogical constraints on the origin of Hongge Fe-Ti-V oxide deposits, SW China. Mineralium Deposita. 2013. Vol. 48. Iss. 6, p. 787-798. DOI: 10.1007/s00126-013-0457-4 ШарковЕ.В., ЧистяковА.В., ЩипцовВ.В. идр. Происхождение Fе-Ti оксидной минерализации в среднепалеопротерозойском Елетьозерском сиенит-габбровом интрузивном комплексе (Северная Карелия, Россия) // Геология рудных месторождений. 2018. Т. 60. № 2. С. 198-230. DOI: 10.7868/s0016777018020041 Sharkov E.V., Chistyakov A.V., Bogina M.M. et al. Origin of Fe-Ti Oxide Mineralization in the Middle Paleoproterozoic Elet’ozero Syenite-Gabbro Intrusive Complex (Northern Karelia, Russia). Geology of Ore Deposits. 2018. Vol. 60. N 2, p. 172-200 (in Russian). DOI: 10.1134/S1075701518020046 Ковалев С.Г., Ковалев С.С. Условия и механизмы формирования сульфидно-оксидной минерализации при дифференциации расплава в промежуточной камере (на примере интрузии западного склона Южного Урала) // Геология рудных месторождений. 2021. Т. 63. № 6. С. 551-575. DOI: 10.31857/s0016777021060034 Kovalev S.G., Kovalev S.S. Conditions and mechanisms of sulphide-oxide mineralization during melt differentiation in the intermediate chamber (by the example of the western slope of the Southern Urals intrusion). Geologiya rudnykh mestorozhdenii. 2021. Vol. 63. N 6, p. 551-575 (in Russian). DOI: 10.31857/s0016777021060034 Ковалев С.Г., Ковалев C.С. К вопросу о дифференциации расплава в промежуточной камере (на примере дифференцированных интрузивов западного склона Южного Урала) // Георесурсы. 2021. Т. 23. № 4. C. 80-95. DOI: 10.18599/grs.2021.4.10 Kovalev S.G., Kovalev S.S. On the melt differentiation in the intermediate chamber (by the example of differentiated intrusives of the western slope of the Southern Urals). Georesources. 2021. Vol. 23. Iss. 4, p. 80-95 (in Russian). DOI: 10.18599/grs.2021.4.10 Ковалев С.Г., Сначев В.И., Романовская М.А. Новые геолого-петрогенетические аспекты формирования Кусинско-Копанского комплекса // Вестник Московского университета. Серия 4: Геология. 1995. № 4. С. 81-85. Kovalev S.G., Snachev V.I., Romanovskaya M.A. New geological and petrogenetic aspects of Kusin-Kopan complex formation. Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 4: Geologiya. 1995. N 4, p. 81-85 (in Russian). Петрографический кодекс России. Магматические, метаморфические, метасоматические, импактные образования / Гл. ред. О.А.Богатиков, О.В.Петров. СПб: ВСЕГЕИ, 2008. 203 с. Petrographic Code of Russia. Magmatic, metamorphic, metasomatic, impact formations. Chief editors: O.A.Bogatikov, O.V.Petrov. St. Petersburg: VSEGEI, 2008, p. 203 (in Russian). Irvine T.N., Baragar W.R.A. A guide to the chemical classification of the common rocks // Canadian Journal of Earth Sciences. 1971. Vol. 8. P. 523-548. Irvine T.N., Baragar W.R.A. A guide to the chemical classification of the common rocks. Canadian Journal of Earth Sciences. 1971. Vol. 8, p. 523-548. Barnes S.J., Maier W.D. The fractionation of Ni, Cu and the noble metals in silicate and sulfide liquids // Dynamic Processes in Magmatic Ore Deposits and their application in mineral exploration. Geological Association of Canada, Short Course. 1999. Vol. 13. P. 69-106. Barnes S.J., Maier W.D. The fractionation of Ni, Cu and the noble metals in silicate and sulfide liquids. Dynamic Processes in Magmatic Ore Deposits and their application in mineral exploration. Geological Association of Canada, Short Course. 1999. Vol. 13, p. 69-106. Barnes S.J., Lightfoot P.C. Formation of magmatic nickel sulfide deposits and processes affecting their copper and platinum group element contents // Book Chapter Economic geology in One Hundredth Anniversary Volume. Society of Economic Geologists, 2005. P. 179-213. DOI: 10.5382/av100.08 Barnes S.J., Lightfoot P.C. Formation of magmatic nickel sulfide deposits and processes affecting their copper and platinum group element contents. Book Chapter Economic geology in One Hundredth Anniversary Volume. Society of Economic Geologists, 2005, p. 179-213. DOI: 10.5382/av100.08 McDonough W.F., Sun S.S. The composition of the Earth // Chemical Geology. 1995. Vol. 120. Iss. 3-4. P. 223-253. DOI: 10.1016/0009-2541(94)00140-4 McDonough W.F., Sun S.S. The composition of the Earth. Chemical Geology. 1995. Vol. 120. Iss. 3-4, p. 223-253. DOI: 10.1016/0009-2541(94)00140-4 Barnes S.J., Roeder P.L. The Range of Spinel Compositions in Terrestrial Mafic and Ultramafic Rocks // Journal of Petrology. 2001. Vol. 42. Iss. 12. P. 2279-2302. DOI: 10.1093/petrology/42.12.2279 Barnes S.J., Roeder P.L. The Range of Spinel Compositions in Terrestrial Mafic and Ultramafic Rocks. Journal of Petrology. 2001. Vol. 42. Iss. 12, p. 2279-2302. DOI: 10.1093/petrology/42.12.2279 Округин А.В. Значение типоморфизма хромшпинелидов для прогнозирования коренных источников россыпной платины восточной части Сибирской платформы // Отечественная геология. 2005. № 5. С. 3-10. Okrugin A.V. Importance of Chrome Spinellid Typomorphism for Prognosis of Alluvial Platinum's Primary Sources in the Eastern Part of the Siberian Platform. Domestic Geology. 2005. N 5, p. 3-10 (in Russian). Kamenetsky V.S., Grawford A.J., Meffre S. Factors Controlling Chemistry of Magmatic Spinel: an Empirical Study of Associated Olivine, Cr-spinel and Melt Inclusions from Primitive Rocks // Journal of Petrology. 2001. Vol. 42. Iss. 4. P. 655-671. DOI: 10.1093/petrology/42.4.655 Kamenetsky V.S., Grawford A.J., Meffre S. Factors Controlling Chemistry of Magmatic Spinel: an Empirical Study of Associated Olivine, Cr-spinel and Melt Inclusions from Primitive Rocks. Journal of Petrology. 2001. Vol. 42. Iss. 4, p. 655-671. DOI: 10.1093/petrology/42.4.655 Melluso L., de’Gennaro R., Rocco I. Compositional variations of chromiferous spinel in Mg-rich rocks of the Deccan Traps, India // Journal of Earth System Science. 2010. Vol. 119. Iss. 3. P. 343-363. DOI: 10.1007/s12040-010-0021-x Melluso L., de’Gennaro R., Rocco I. Compositional variations of chromiferous spinel in Mg-rich rocks of the Deccan Traps, India. Journal of Earth System Science. 2010. Vol. 119. Iss. 3, p. 343-363. DOI: 10.1007/s12040-010-0021-x Glassley W. Geochemistry and tectonics of the Crescent volcanic rocks, Olympic Peninsula,Washington // Geological Society of America Bulletin. 1974. Vol. 85. № 5. P. 785-794. DOI: 10.1130/0016-7606(1974)85<785:GATOTC>2.0.CO;2 Glassley W. Geochemistry and tectonics of the Crescent volcanic rocks, Olympic Peninsula, Washington. Geological Society of America Bulletin. 1974. Vol. 85. N 5, p. 785-794. DOI: 10.1130/0016-7606(1974)85<785:GATOTC>2.0.CO;2 Arai S. Chemistry of chromian spinel in volcanic rocks a potential guide to magma chemistry // Mineralogical Magazine. 1992. Vol. 56. Iss. 383. P. 173-184. DOI: 10.1180/minmag.1992.056.383.04 Arai S. Chemistry of chromian spinel in volcanic rocks a potential guide to magma chemistry. Mineralogical Magazine. 1992. Vol. 56. Iss. 383, p. 173-184. DOI: 10.1180/minmag.1992.056.383.04 Arai S., Okamura H., Kadoshima K. et al. Chemical characteristics of chromian spinel in plutonic rocks: Implications for deep magma processes and discrimination of tectonic setting // Island Arc. 2011. Vol. 20. Iss. 1. P. 125-137. DOI: 10.1111/j.1440-1738.2010.00747.x Arai S., Okamura H., Kadoshima K. et al. Chemical characteristics of chromian spinel in plutonic rocks: Implications for deep magma processes and discrimination of tectonic setting. Island Arc. 2011. Vol. 20. Iss. 1, p. 125-137. DOI: 10.1111/j.1440-1738.2010.00747.x Myers J., Eugster H.P. The system Fe-Si-O: oxygen buffer calibrations to 1,500 K // Contributions to Mineralogy and Petrology. 1983. Vol. 82. Iss. 1. P. 75-90. DOI: 10.1007/bf00371177 Myers J., Eugster H.P. The system Fe-Si-O: oxygen buffer calibrations to 1,500 K. Contributions to Mineralogy and Petrology. 1983. Vol. 82. Iss. 1, p. 75-90. DOI: 10.1007/bf00371177 Berman R.G. Internally-consistent thermodynamic data for minerals in the system Na2О-K2О-CaO-MgO-FeO-Fe2О3-A12О3-SiO2-TiO2-H2О-CO2 // Journal of Petrology. 1988. Vol. 29. Iss. 2. Р. 445-522. DOI: 10.1093/petrology/29.2.445 Berman R.G. Internally-consistent thermodynamic data for minerals in the system Na2О-K2О-CaO-MgO-FeO-Fe2О3-A12О3-SiO2-TiO2-H2О-CO2. Journal of Petrology. 1988. Vol. 29. Iss. 2, p. 445-522. DOI: 10.1093/petrology/29.2.445 Huebner J.S., Sato M. The oxygen fugacity-temperature relationships of manganese oxide and nickel oxide buffers // American Mineralogist. 1970. Vol. 55. № 5-6. P. 934-952. Huebner J.S., Sato M. The oxygen fugacity-temperature relationships of manganese oxide and nickel oxide buffers. American Mineralogist. 1970. Vol. 55. N 5-6, p. 934-952. Féménias O., Mercier J.-C.C., Nkono C. et al. Calcic amphibole growth and compositions in calc-alkaline magmas: Evidence from the Motru Dike Swarm (Southern Carpathians, Romania) // American Mineralogist. 2006. Vol. 91. № 1. P. 73-81. DOI: 10.2138/am.2006.1869 Féménias O., Mercier J.-C.C., Nkono C. et al. Calcic amphibole growth and compositions in calc-alkaline magmas: Evidence from the Motru Dike Swarm (Southern Carpathians, Romania). American Mineralogist. 2006. Vol. 91. N 1, p. 73-81. DOI: 10.2138/am.2006.1869 Mutch E.J.F., Blundy J.D., Tattitch B.C. et al. An experimental study of amphibole stability in low-pressure granitic magmas and a revised Al-in-hornblende geobarometer // Contributions to Mineralogy and Petrology. 2016. Vol. 171. Iss.10. № 85. DOI: 10.1007/s00410-016-1298-9 Mutch E.J.F., Blundy J.D., Tattitch B.C. et al. An experimental study of amphibole stability in low-pressure granitic magmas and a revised Al-in-hornblende geobarometer. Contributions to Mineralogy and Petrology. 2016. Vol. 171. Iss. 10. N 85. DOI: 10.1007/s00410-016-1298-9 Прибавкин С.В. Амфибол и биотит меланократовых пород из гранитоидных массивов Урала: состав, взаимоотношения, петрогенетические следствия // Литосфера. 2019. Т. 19. № 6. С. 902-918. DOI: 10.24930/1681-9004-2019-19-6-902-918 Pribavkin S.V. Amphibole and biotite of melanocratic rocks from the Ural granitic massifs: composition, relationship, petrogenetic consequences. Lithosphere (Russia). 2019. Vol. 19. N 6, p. 902-918 (in Russian). DOI: 10.24930/1681-9004-2019-19-6-902-918 Арискин А.А., Бармина Г.С., Френкель М.Ю. Имитация кристаллизации толеитовой магмы при низком давлении при фиксированной летучести кислорода // Geochemistry International. 1986. Vol. 24. № 5. С. 92-100. Ariskin A.A., Barmina G.S., Frenkel M.Y. Simulation of tholeiitic magma crystallization at low pressure with fixed oxygen fugacity. Geochemistry International. 1986. Vol. 24. N 5, p. 92-100 (in Russian). Арискин А.А., Бармина Г.С. Моделирование фазовых равновесий при кристаллизации базальтовых магм. М.: Наука, 2000. 363 с. Ariskin A.A., Barmina G.S. Modelling of phase equilibria in crystallization of basaltic magmas. Moscow: Nauka, 2000, p. 363 (in Russian). Френкель М.Я., Ярошевский А.А., Арискин А.А. и др. Динамика внутрикамерной дифференциации базитовых магм. М.: Наука, 1988. 216 с. Frenkel M.Ya., Yaroshevskii A.A., Ariskin A.A. et al. Dynamics of in-chamber differentiation of basic magmas. Moscow: Nauka, 1988, p. 216 (in Russian). Nathan H.D., Vankirk C.K. A model of magmatic crystallization // Journal of Petrology. 1978. Vol. 19. Iss. 1. P. 66-94. DOI: 10.1093/petrology/19.1.66 Nathan H.D., Vankirk C.K. A model of magmatic crystallization. Journal of Petrology. 1978. Vol. 19. Iss. 1, p. 66-94. DOI: 10.1093/petrology/19.1.66 Пучков В.Н. Геология Урала и Приуралья (актуальные вопросы стратиграфии, тектоники, геодинамики и металлогении). Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2010. 280 с. Puchkov V.N. Geology of the Urals and Ural region (topical issues of stratigraphy, tectonics, geodynamics, and metallogeny). Ufa: DizainPoligrafServis, 2010, p. 280 (in Russian).