Metal-Sulfide Liquation Of Ore-Forming Melt In The Fe–Fe(NiCu)S–C System And Its Role In The Genesis Of Magmatic Sulfide Deposits In The Norilsky Region (By Experimental And Geological Data)

N. S. Gorbachev; Горбачев Н. С.; A. V. Kostyuk; Костюк А. В.; P. N. Gorbachev; Горбачев П. Н.; A. N. Nekrasov; Некрасов А. Н.; D. M. Soultanov; Султанов Д. М.

doi:10.31857/S0016777023010069

Metal-Sulfide Liquation Of Ore-Forming Melt In The Fe–Fe(NiCu)S–C System And Its Role In The Genesis Of Magmatic Sulfide Deposits In The Norilsky Region (By Experimental And Geological Data)

Authors: Gorbachev N.S.¹, Kostyuk A.V.¹, Gorbachev P.N.¹, Nekrasov A.N.¹, Soultanov D.M.¹
Affiliations:
1. Korzhinskii Institute of Experimental Mineralogy, Russian Academy of Sciences
Issue: Vol 65, No 1 (2023)
Pages: 58-73
Section: Articles
URL: https://journals.rcsi.science/0016-7770/article/view/134670
DOI: https://doi.org/10.31857/S0016777023010069
EDN: https://elibrary.ru/LAXFOA
ID: 134670

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

The results of an experimental study of the melting of a graphite-saturated Fe–Fe(CuNi)S–C system at 0.5 GPa and 1150–1250°С with the addition of impurity elements Ag, Au, Re, Pt, Pd, and Rh are presented. The quenched sulfide melt forms the matrix of the sample, at 1150–1200°С it is represented by the FeNiS pyrrhotite phase (Mss) with inclusions of the FeCuS phase (Iss) anomalously enriched in Cu. At 1250°С, the sulfide melt is quenched in the form of a homogeneous pyrrhotite Ms phase of the Fe(CuNi)S composition. The change in the Ms composition of the quenched sulfide melt by the two-phase Mss + Iss association is considered as evidence of the existence of supra-liquidus Mss and Iss stratification of the sulfide Fe–Ni–Cu melt in the range of 1150–1250°С. As a result of fractionation of elements between immiscible Fe-sulfide (Ms) and Fe-metal (Mc) melts, Fe, Ni, Pt, Re, Au are predominantly concentrated in the metal melt, while Cu, Ag are concentrated in the sulfide melt. The role of the supra-liquidus Mss–Iss liquation in the genesis of sulfide mineralization of the deposits of the Talnakh ore cluster, including pyrrhotite-chalcopyrite "drops" in picritic gabbro-dolerites, as well as pyrrhotite and chalcopyrite types of ores of zonal sulfide deposits, is discussed. The role of Ms and Mc separation of the Fe-sulfide melt during carbon contamination in the Cu–Pd specialization of magmatic sulfide deposits of the Norilsk region is considered.

Keywords

metal, sulfide, liquation, experiment, ore, Norilsk

References

Банных О.А., Будберг П.Б., Алисова С.П. Диаграммы состояния двойных и многокомпонентных систем на основе железа // Металлургия. 1986. С. 440.
Генкин А.Д., Дистлер В.В., Гладышев Г.Д. Сульфидные медно-никелевые руды Норильских месторождений. М.: Наука, 1981. С. 236.
Годлевский М.Н. О дифференциальной подвижности компонентов при формировании сульфидных медно-никелевых руд // Геология руд. месторождений. 1967. С. 17–31.
Годлевский М.Н. Магматические месторождения // Генезис эндогенных рудных месторождений. М.: Недра, 1968. С. 7–84.
Горбачев Н.С. Минералогическая и геохимическая зональность сплошных сульфидных руд Октябрьского месторождения и ее генезис // Геология руд. месторождений. 2006. Т. 48. № 6. С. 540–556.
Горбачев Н.С. Источники и условия формирования сульфидно-силикатных магм Норильского района // Геология руд. месторождений. 2012. Т. 54. № 3. С. 195–220.
Горбачев Н.С., Гриненко Л.Н. Изотопный состав серы сульфидов и сульфатов Октябрьского месторождения сульфидных руд (Норильский район) в связи с вопросами его генезиса // Геохимия. 1973. № 8. С. 1127.
Горбачев Н.С., Налдретт А.Д. Кристаллизационная и флюидно-расплавная дифференциация сульфидной магмы (на примере Октябрьского Pt–Cu–Ni месторождения, Норильский район) // ДАН. 2000. Т. 371. № 3. С. 362–365.
Горбачев Н.С., Некрасов А.И. Расслоение сульфидных расплавов Fe–Ni–Cu: экспериментальное изучение и геологические приложения // ДАН. 2004. Т. 399. № 4. С. 520–523.
Горбачев Н.С., Осадчий Е.Г. Несмесимость в расплавах как фактор ранней дифференциации метеоритов и планет // Докл. АН СССР. 1980. Т. 255. № 3. С. 693–697.
Горбачев Н.С., Бругманн Г., Налдретт А. u др. Окислительно-восстановительные условия и распределение платиновых металлов в сульфидно-силикатных магматических системах // ДАН. 1993. Т. 3З1. № 2. С. 220–223.
Горбачев Н.С., Шаповалов Ю.Б., Костюк А.В., Горбачев П.Н., Некрасов А.Н., Султанов Д.М. Фазовые соотношения в системе Fe–S–C при Р = 0.5 ГПа, Т = = 1100–1250°С: расслоение Fe–S–C расплава и его роль в формировании магматических сульфидных месторождений // ДАН. 2021. Т. 497. № 1. С. 23–29.
Горбунов Г.И. Геология и генезис сульфидных медно-никелевых месторождений Печенги. М.: Недра, 1968. С. 352.
Граменицкий Е.Н., Котельников А.Р., Батанова А.М., Щекина Т.И., Плечов П.Ю. Экспериментальная и техническая петрология. М.: Научный мир, 2000. 416 с.
Гриненко Л.Н. Источники серы никеленосных и безрудных интрузий габбро-долеритов на северо-западе Сибирской платформы // Геология руд. месторождений. 1967. №1. С. 3–15.
Дистлер В.В., Генкин А.Д., Филимонова А.А., Хитров В.Г., Лапутина И.П. Зональность медно-никелевых руд Талнахского и Октябрьского месторождений // Геология руд. месторождений. 1975. № 2. С. 16–27.
Дистлер В.В., Гроховская Т.Л., Евстигнеева Т.Л., Служеникин С.Ф., Филимонова А.А., Дюжиков О.А., Лапутина И.П. Петрология сульфидного магматического рудообразования. М.: Наука, 1989.
Дистлер В.В., Кулагов Э.А., Служеникин С.Ф., Лапутина И.П. Закаленные сульфидные твердые растворы в рудах Норильских месторождений // Геология руд. месторождений. 1996. Т. 38. № 1. С. 41–53.
Додин Д.А., Оганесян Л.В., Чернышов Н.М., Яцкевич Б.А. Минерально-сырьевой потенциал платиновых металлов России на пороге XXI века. М.: ЗАО “Геоинформ марк”, 1998.
Додин Д.А., Чернышов Н.М., Яцкевич Б.А. Платинометальные месторождения России. СПб.: Наука, 2000.
Косяков В.И., Синякова Е.Ф. Физико-химические предпосылки образования первичной зональности рудных тел в медно-никелевых сульфидных месторождениях (на примере систем Fe-Ni-S и Cu-Fe-S) // Геология и геофизика. 2012. Т. 53. № 9. С. 1126–1153.
Кривцов А.И., Кочнев-Первухов В.И., Конкина О.М. Cu–Ni–МПГ месторождения норильского типа // Руды и металлы. 2001. №. 6. С. 89a–89.
Маракушев А.А., Панеях Н.А., Маракушев С.А. Сульфидное рудообразование и его углеводородная специализация. М.: ГЕОС, 2014. 183 с.
Маракушев А.А., Шаповалов Ю.Б. Зиновьева Н.Г., Митрейкина О.Б. Экспериментальное исследование процессов образования хондритов // Доклады академии наук СССР. 1995. Т. 345. № 6. С. 797–801.
Олейников Б.В., Копылова А.Г. Золото в металлической фазе земных базитов // Докл. АН СССР. 1995. Т. 345. № 5. С. 660–662.
Олейников Б.В., Копылова А.Г., Коробейников А.Ф., Колпакова Н.А. Платина и палладий в металлической фазе земных базитов // ДАН. 1999. Т. 364. № 1. С. 107–109.
Рябов В.В., Павлов А.Л., Лопатин Г.Г. Самородное железо сибирских траппов. Новосибирск: Наука, 1985. С. 169.
Синякова Е.Ф., Косяков В.И. Экспериментальное моделирование зональности сульфидных медно-никелевых руд // ДАН. 2007. Т. 417. № 4. С. 522–527.
Синякова Е.Ф., Косяков В.И. Поведение примесных благородных металлов при фракционной кристаллизации Cu-Fe-Ni-сульфидных расплавов, содержащих As и Co // Геология и геофизика. 2012. Т. 53. № 10. С. 1374–1400.
Спиридонов Э.М. Рудно-магматические системы Норильского рудного поля // Геология и геофизика. 2010. Т. 51. № 9. С. 1356–1378.
Asif M., Parry S.J. Elimination of reagent blank problems in the fire-assay pre-concentration of the platinum group elements and gold with a nickel sulphide bead of less than one gram mass // Analyst. 1989. V. 114. № 9. P. 1057–1059.
Buono A.S., Dasgupta R., Lee C.T.A., Walker D. Siderophile element partitioning between cohenite and liquid in the Fe–Ni–S–C system and implications for geochemistry of planetary cores and mantles // Geochim Cosmochim Acta. 2013. V. 120. P. 239–250.
Dasgupta, R., Buono, A., Whelan, G., Walker, D. High-pressure melting relations in Fe–C–S systems: Implications for formation, evolution, and structure of metallic cores in planetary bodies // Geochim Cosmochim Acta. 2009. V. 73. № 21. P. 6678–6691.
Gorbachev N. S., Osadchii E. G., Baryshnikova G. V. Immiscibility in ore-silicate melts as a factor in the early differentiation of meteorites and planets // Lunar and Planetary Science Conference. 1980. V. 11. P. 348–350.
Gorbachev N.S., Kostyuk A.V., Gorbachev P.N., Nekrasov A.N., Sultanov D.M. Phase relations and distribution of elements in the Fe-S-C system // Experiment in Geosciences. 2021. V. 27. № 1. P. 42–44.
Hayden L.A., Van Orman J.A., McDonough W.F., Ash, R.D., Goodrich, C.A. Trace element partitioning in the Fe–S–C system and its implications for planetary differentiation and the thermal history of ureilites // Geochim Cosmochim Acta. 2011. V. 75. № 21. P. 6570–6583.
Naldrett A.J. Magmatic sulfide deposits. Oxford Monographs on Geology and Geophysics. № 14. 1989.
Naldrett A.J., Fedorenko V.A., Lightfoot P.C., Gorbachev N.S., Doherty W., Asif M., Johan Z. A model for the formation of the Ni–Cu–PGE deposits of the Noril’sk region // International platinum. Theophrastus Publication. 1998. St Petersburg. P. 92–106.
Naldrett, A. J., Lightfoot, P. C., Fedorenko, V., Doherty, W., Gorbachev, N. S. Geology and geochemistry of intrusions and flood basalts of the Noril’sk region, USSR, with implications for the origin of the Ni-Cu ores // Econ Geol. 1992. V. 87. № 4. P. 975–1004.
Pedersen A.K. Basaltic glass with high-temperature equilibrated immiscible sulphide bodies with native iron from Disko, central West Greenland // Contrib. Mineral. Petrol. 1979. V. 69. № 4. P. 397–407.
Raghavan V. The C–Fe–S (Carbon–Iron–Sulfur) system // J. Alloy Phase Diag. 1988. V. 4. № 2. P. 133–142.
Raghavan V. Phase diagrams of ternary iron alloys. I // ASM International, 1987. P. 226.
Sinyakova E., Kosyakov V., Palyanova G., Karmanov N. Minerals experimental modeling of noble and chalcophile elements fractionation during solidification of Cu-Fe-Ni-S melt // Minerals. 2019. V. 9. № 9. P. 531.
Stekhin A.I. Mineralogical and geochemical characteristics of the Cu–Ni ores of the Oktyabr’sky and Talnakh deposits // Proceedings of the Sudbury-Noril’sk Symposium: Ontario Geological Spec. 1994. V. 5. P. 217–230.