Міністерство освіти і науки України

Львівський національний університет

імені Івана Франка

Квасниця Ірина Вікторівна

УДК 549.548.281(477)

Кристалогенезис самородної міді України

04.00.20 - мінералогія, кристалографія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата геологічних наук

Львів-2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі геохімії, мінералогії і петрографії геологічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка

Науковий керівник:

доктор геолого-мінералогічних наук Павлишин Володимир Іванович,

професор кафедри геохімії, мінералогії і петрографії Київського національного університету імені Тараса Шевченка, м.Київ.

Офіційні опоненти:

доктор геолого-мінералогічних наук Гулій Василь Миколайович, провідний науковий співробітник Українського державного геолого-розвідувального інституту Державної геологічної служби України, м.Київ;

кандидат геолого-мінералогічних наук Мельничук Віктор Григорович, доцент Національного університету водного господарства та природокористування, м.Рівне.

Провідна установа:

Криворізький технічний університет, м.Кривий Ріг

Захист відбудеться “26” жовтня 2006 р. о 1530 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.051.04 геологічного факультету Львівського національного університету імені Івана Франка за адресою: вул. Грушевського, 4, м. Львів, 79005.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Львівського національного університету імені Івана Франка, за адресою: вул. Драгоманова, 5, м. Львів, 79005

Автореферат розісланий “21” вересня 2006 р.

Учений секретар

спеціалізованої вченої ради,

кандидат геолого-мінералогічних наук Є.М.Сливко

Загальна характеристика роботи

Мідь - один із поширених металів земної кори, який входить до складу 505 мінеральних видів. Вона посідає одне з провідних місць як за обсягом продукції серед металів, так і за обсягом споживання в промисловості розвинутих країн. На сучасному етапі розвитку світової економіки простежується тенденція до зростання темпів споживання міді, що також притаманно й Україні з розвинутими металургією, машинобудуванням, електротехнікою, зв’язком, електронною промисловістю тощо. Щорічні потреби економіки України в міді величезні і, за даними Програми розвитку кольорової металургії України на 2005-2010 роки, становитимуть 160-170 тисяч тонн, вартість яких за різними оцінками може бути 3 млрд гривень на рік. Споживання міді в Україні відбувається за рахунок імпортної і внутрішньої вторинної сировини.

Актуальність теми полягає у вирішенні декількох важливих питань теоретичного і практичного сенсу, пов’язаних з мідною проблемою України. Нині Україна не має розвіданих родовищ міді, однак перспектива створення власної мінерально-сировинної бази цього металу досить значна. Волинський район з рудопроявами самородної міді є одним з найперспективніших.

Самородна мідь належить до відносно поширених мінералів України: її виявлено в багатьох регіонах і різних мінеральних комплексах. Одночасно вона вивчена недостатньо, оскільки протягом тривалого часу не викликала практичного інтересу і лише останніми роками привернула до себе значну увагу. Це зумовлено відкриттям нових перспективних рудопроявів самородної міді в межах північно-західної частини Волино-Подільської плити і західної частини Українського щита (УЩ). В зв’язку з цим виникла наукова та практична доцільність детального мінералогічного дослідження самородної міді, насамперед з метою з’ясування її походження. Вирішення цієї проблеми можливе через вивчення кристалогенезису самородної міді, що матиме важливе практичне значення для прогнозу, пошуків і оцінки самородномідних родовищ. Детальне вивчення генетичної природи кристалів самородної міді України не тільки поповнить мінералогічні дані щодо цього мінералу, а й допоможе розкриттю генезису самородномідних родовищ України.

Зв’язок з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана у рамках розробок кафедри геохімії, мінералогії і петрографії Київського національного університету імені Тараса Шевченка і відомчих тем Національної академії наук України “Збір геологічної інформації з міденосності Подільського і Волинського блоків Українського щита” (державний реєстраційний номер 0103U008244), “Геохімія та петрологія ендогенних родовищ кольорових та благородних металів на території Українського щита” (державний реєстраційний номер 0101U000552) та “Закономірності розміщення рудопроявів сульфідного нікелю та міді в геологічних формаціях України” (державний реєстраційний номер 0106U000683). Автор є одним з виконавців робіт за цими темами.

Мета і задачі дослідження. Основна мета роботи – з’ясування генезису кристалів самородної міді з рудопроявів України. Для її досягнення потрібно було вияснити механізми зародження, росту, змін і перетворень кристалів самородної міді, способи та умови їхнього утворення і геологічні процеси, які привели до формування покладів самородної міді. Висвітлення цих питань передбачало вирішення таких задач:

· вивчити морфологію різних виділень, у тому числі і кристаломорфологію самородної міді;

· з’ясувати внутрішню будову (анатомію) виділень самородної міді;

· визначити хімічний склад виділень самородної міді;

· встановити мінеральні асоціації та парагенезиси самородної міді;

· дослідити парагенні самородній міді мінерали з метою відтворення умов її кристалізації;

· зіставити характеристики самородної міді з різних рудопроявів України;

· порівняти характеристики самородної міді з рудопроявів України та відомих мідних родовищ і рудопроявів світу;

· обґрунтувати типоморфізм самородної міді України та виконати кристалогенетичні побудови.

Об’єкт дослідження – самородна мідь з основних рудопроявів України: 1) вендських вулканітів північно-західної частини Волино-Подільської плити; 2) зони окиснення докембрійських ультрабазитів Жданівської інтрузії Бердичівського підняття Подільського блока УЩ; 3) зони окиснення докембрійських ультрабазитів Чемерпільської структури Подільського блока УЩ; 4) поліметалевого рудопрояву Курчиці в докембрійських карбонатних породах Волинського блока УЩ. З метою порівняння вивчалися зразки самородної міді з аналогічних волинським рудопроявам геологічних об’єктів: родовищ штату Мічиган (США) і рудопроявів Сибіру (Росія). Окрім того, досліджувалися супутні самородній міді мінерали з рудопроявів України: самородні срібло, залізо і свинець, халькозин, кварц, калієвий польовий шпат, піроксен та інші мінерали, а також самородне срібло і кварц з мідних родовищ штату Мічиган (США).

Предмет дослідження – морфологія, кристаломорфологія, анатомія, структура, хімічний склад, мінеральні і газово-рідкі включення, ізотопи кисню й вуглецю відповідних мінералів.

Методи дослідження виділень самородної міді та інших мінералів і порід: оптична мікроскопія, гоніометрія, кристалографічні способи розрахунку індексів простих форм та програми комп’ютерного креслення багатогранників, растрова електронна мікроскопія, хімічне розчинення і рудна мікроскопія, рентгеноструктурний, рентгенофазовий, хімічний, мікрозондовий і спектральний аналізи, масспектрометрія, термобарометрія, петрографічний аналіз.

Переглянуто понад 100 проб мідних концентратів, у тому числі декілька тисяч виділень самородної міді. Виконано гоніометричні заміри 40 кристалів самородної міді й халькозину. За допомогою методу растрової електронної мікроскопії вивчено понад 400 зразків самородних міді, срібла і заліза, халькозину та інших мінералів. Виконано понад 200 мікрозондових аналізів самородних міді, срібла і заліза, халькозину та інших мінералів, 40 спектральних аналізів самородної міді і вулканітів. Вивчено ізотопи вуглецю й кисню 20 зразків кальциту і кварцу. Проведено термобарометричні дослідження 10 зразків кварцу, кальциту і польового шпату. Вивчено 15 шліфів мідевмісних вулканітів, для яких виконані хімічні аналізи. Вивчено 40 аншліфів самородної міді.

Морфологічні дослідження (гоніометрія і растрова електронна мікроскопія) проведені в лабораторіях гоніометрії та електронної мікроскопії ІГМР НАН України під керівництвом В.М.Квасниці та І.В.Гурненка. У цьому ж інституті виконані дослідження хімічного складу мінералів (спектральний, хімічний і мікрозондовий аналізи – аналітики С.О.Козак, І.М.Бондаренко) та ізотопного складу кисню та вуглецю для кварцу і кальциту під керівництвом В.М.Загнітка. В Інституті металофізики НАН України проведені масспектрометричні дослідження окремих зразків самородної міді (аналітик В.Н.Колесник). Термобарометричні дослідження зразків кварцу, кальциту і польового шпату з включеннями міді (штат Мічиган та Волинь) виконав Д.К.Возняк (ІГМР НАН України), а рентгенівські дослідження зразків цього польового шпату – В.С.Мельников (ІГМР НАН України). Вся підготовка зразків для досліджень (оптично-мікроскопічний аналіз, виготовлення аншліфів самородної міді), дослідження анатомії виділень самородної міді (рудна мікроскопія зразків міді) та петрографічні дослідження базальтів тощо виконані у лабораторіях геологічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка.

Наукова новизна отриманих результатів. У дисертаційній праці наводяться нові дані з мінералогії самородної міді України: результати детального дослідження морфології, анатомії та хімічного складу самородної міді України з основних рудопроявів, а також нові дані про супутні, в тому числі парагенні самородній міді самородні залізо, срібло, халькозин та інші мінерали.

Новації праці:

1. Вивчено кристаломорфологію самородної міді України: встановлено прості форми кристалів та їхні габітуси, прості і складні двійники кристалів, форми росту та розчинення.

2. Напрацьовано морфологічну класифікацію самородної міді України.

3. З’ясовано анатомію виділень самородної міді України: встановлено різні елементи внутрішньої будови зерен – секторіальність, просте і складне двійникування.

4. На підставі морфологічних досліджень визначено механізми і способи росту кристалів самородної міді; запропоновано морфогенетичну класифікацію самородної міді України.

5. Досліджено хімічний склад виділень самородної міді України, визначено основні домішки в міді та їх розподіл; виявлено відмінність хімічного складу самородної міді різного походження.

6. Встановлено типоморфні ознаки виділень самородної міді з рудопроявів України.

7. Виконано порівняльний аналіз індикаторних ознак самородної міді з рудопроявів України та відомих мідних родовищ світу.

8. Вивчено самородні срібло і залізо з вулканітів Волині, з’ясовано їхні стосунки з самородною міддю.

9. Визначено параметри кристалізації виділень самородної міді з рудопроявів України; окреслено геологічні процеси, які сприяли відкладанню самородної міді.

Положення, що захищаються:

1. Форма більшості виділень самородної міді з рудопроявів України зумовлена переважно зовнішніми чинниками: в умовах гіпогенної кристалізації росте ксеноморфна мідь, тоді як під час гіпергенної кристалізації переважає ідіоморфна мідь. В обох випадках домінує тангенціальний механізм росту, який у пересиченому мінералоутворювальному середовищі змінюється на мікроблоковий.

В разі гіпогенної кристалізації сприятливих умов для росту багатогранників міді майже не існує, тоді як при гіпергенній кристалізації вони наявні. Однак домінуючим способом утворення самородної міді є вільна кристалізація. Випадки утворення самородної міді шляхом заміщення чи перекристалізації рідкісні.

2. Головними геологічними процесами, які спричинили кристалізацію самородної міді у рудопроявах України є:

· гіпогенний (магматичний і післямагматичний гідротермальний) у вендських вулканітах північно-західної частини Волино-Подільської плити; у першому випадку джерелом міді є базальтова магма, у другому – мідь базальтів;

· гіпергенний у зоні окиснення докембрійських ультрабазитів Подільського блока УЩ: джерелом міді є сульфіди міді ультрабазитів;

· метаморфогенний у докембрійських метаморфічних карбонатних породах Волинського блока УЩ; джерелом міді є метаосадові породи.

3. Типоморфні ознаки самородної міді різного походження з рудопроявів України такі:

· округла і ксеноморфна форма виділень, мікроскопічні розміри, значний вміст домішок Ni, Co і Fe та тісна асоціація із самородним залізом - ознаки магматичної міді І з пористих базальтів і трахібазальтів Волині;

· ксеноморфна форма виділень, мікроскопічні розміри, наявність домішок Ni, Co і Fe, асоціація з піроксенами, плагіоклазами, ільменітом і магнетитом - ознаки магматичної міді ІІ з вулканітів Волині;

· ксено-, геміідіо- та ідіоморфна форма виділень, розмір від мікроскопічних до декількох сантиметрів, незначні домішки Ag і Fe, тісна асоціація з кварцом, хлоритом, кальцитом, анальцимом, цеолітами, самородним сріблом та іншими низькотемпературними мінералами відбивають умови кристалізації гідротермальної міді з вулканітів Волині;

· переважно геміідіо- та ідіоморфна форма виділень, мікроскопічні розміри, незначні домішки Ag і Fe, тісна асоціація з сульфідами міді й гідроксидами заліза характерні для гіпергенної міді із зон окиснення докембрійських ультрабазитів рудопроявів Жданівка і Чемерпіль на Подільському блоці УЩ;

· ксеноморфна форма виділень, мікроскопічні розміри, незначні домішки Ag і Fe, тісна асоціація з галенітом, самородним свинцем, кальцитом, слюдою властиві метаморфогенній міді з поліметалевого рудопрояву Курчиці у докембрійських метаморфічних породах Волинського блока УЩ.

Практичне значення отриманих результатів. Розроблена морфогенетична класифікація самородної міді України може бути використана при прогнозі, пошуках і оцінці нових самородномідних об’єктів. Деякі кристалографічні особливості самородної міді – наявність двійників – можливий критерій для прогнозу багатих руд. Аналіз результатів вивчення хімічного складу самородної міді України та парагенних мінералів засвідчив можливість застосування цих даних при розробці технології вилучення міді, срібла та інших корисних компонентів з мідних руд.

Особистий внесок здобувача. Подані у дисертаційній роботі результати досліджень отримані особисто автором чи за його безпосередньої участі. Особистий внесок автора полягає в наступному: 1) участь у постановці задач і проведенні експериментальних досліджень; 2) збір, відбір і підготовка зразків для досліджень; 3) комплексні дослідження самородної міді та інших мінералів (морфологічні, кристаломорфологічні, вивчення анатомії, петрографічні тощо); 4) аналіз отриманих результатів усіх видів досліджень; 5) інтерпретація отриманих результатів і підготовка спільно зі співавторами праць до друку.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи були представлені і обговорювалися на заходах різного, в тому числі міжнародного рівня: 1-му з’їзді кристалографів України (13-17.04.2004 р., м.Львів) і наукових конференціях “Мінералогія: історія і практика” (3-6.09.2004 р., м.Львів - м.Шацьк) та “Проблемні питання геологічної освіти та науки на порозі ХХІ століття” (19-21. 10.2005 р., м.Львів), на III міжнародній конференції “Mineral Sciences in the Carpathians” (9-10.03.2006 р., м.Мішкольц, Угорщина), на IV міжнародному мінералогічному семінарі “Теория, история, философия и практика минералогии” (17-20.05.2006 р., м.Сиктивкар, Росія), а також на науково-практичній конференції “Геологія та генезис рудних родовищ України” (27-29.04.2004 р., м. Київ), на науково-практичній конференції “Природа Західного Полісся та прилеглих територій” (22-24.09.2005 р., м.Луцьк), на 12-, 13- і 14-ій конференціях молодих вчених, які проводив Інститут геології Комі наукового центру УрВ РАН (9-11.12. 2003 р., 8-9.12.2004 р. і 8-11.12.2005 р., м.Сиктивкар, Росія), на міжнародній науковій конференції студентів, аспірантів та молодих вчених “Ломоносов-2005” (12-15.04.2005 р., м. Москва, Росія).

Публікації. Матеріали дисертаційної роботи опубліковано у 8 статтях у фахових виданнях, у тому числі 6 – у виданнях, що відповідають вимогам ВАК і в 10 тезах доповідей на міжнародних і міжгалузевих конференціях.

Структура та об’єм дисертаційної роботи. Дисертація складається з вступу; 11 розділів, які містять 61 рисунок, 52 таблиці та висновків. Загальний обсяг дисертації 204 сторінки. Список літератури становить 178 найменувань.

Дисертаційна робота виконана під науковим керівництвом доктора геолого-мінералогічних наук, професора В.І.Павлишина, якому автор висловлює свою щиру подяку за постійну увагу та рекомендації. Автор особливо вдячна за допомогу в зборі кам’яного матеріалу і консультації: Я.О.Косовському, В.А.Рябенку, Т.М.Міхницькій, С.М.Цимбалу, О.О.Юшину, В.А.Нестеровському, В.В.Шуньку і С.М.Бекеші (зразки з волинських рудопроявів міді), О.В.Зінченку і Б.Л.Висоцькому (зразки з рудопрояву Курчиці), В.М.Павлюку, Р.М.Довганю і В.В.Кислюку (зразки з рудопроявів Подільського блока УЩ), Джону Ящаку (зразки з родовищ штату Мічиган, США) і Т.Я.Кутузовій (зразки з рудопроявів Сибіру, Росія). Автор дякує також усім, хто допомагав та сприяв виконанню цієї роботи: І.М.Бондаренку, І.В.Гурненку, Д.К.Возняку, В.М.Загнітку, І.П.Луговій, С.О.Козаку, В.Н. Колеснику, В.С.Мельникову, В.О.Сьомці.

Основний зміст роботи

Мідь у природі

Наводиться стисла характеристика поширеності міді у природних об’єктах як хімічного елементу і мінералогії самородної міді взагалі.

Стан вивченості самородної міді України

Наведено дані щодо вивченості самородної міді з основних рудопроявів України, а саме дані про знахідки самородної міді на території України та історію вивчення мінералогії самородної міді з вендських вулканітів Волині.

Загалом в історії вивчення мінералогії самородної міді Волині можна виділити декілька періодів: польський (20-30-і роки XX ст.), коли мідну мінералізацію базальтових кар’єрів Волині вивчали польські геологи; радянський (повоєнні роки), коли мінеральні комплекси Волині інтенсивно вивчали львівські мінералоги (Є.К.Лазаренко, О.І.Матковський, О.М.Винар, В.П.Шашкіна, Г.М.Гнатів) і як підсумок цих досліджень у 1960 р. опублікували монографію “Мінералогія вивержених комплексів Західної Волині”. У подальшому самородну мідь Волині вивчали побічно під час виконання різних геологічних досліджень геологи Львова, Рівного, Києва (Б.Я.Воловник, Б.І.Власов, М.А.Савченко, С.М.Цимбал); український (з 90-х років XX ст.) – мінералогію самородної міді Волині починають вивчати в Києві, Львові, Рівному і Ковелі геологи Держкомгеології і мінералоги інститутів Національної академії наук та вузів України (Я.О.Косовський, В.Г.Мельничук, В.Л.Приходько, В.В.Матеюк, М.П.Пересадько, В.О.Шумлянський, К.І.Деревська, Л.В.Шумлянський, М.В.Безугла, Л.З.Скакун, О.В.Ємець, А.М.Глеваська). Проте головні результати цих досліджень стосуються переважно супутніх міді мінералів, а власне самородна мідь Волині як мінерал залишалася майже не вивченою. Дані про морфологію, анатомію, хімічний склад та кристалогенезис самородної міді Волині були дуже обмеженими.

Найцікавіші рудопрояви самородної міді в межах УЩ виявлені недавно. На початку 90-х років XX ст. самородну мідь відшукали серед поліметалевих руд у карбонатних породах докембрію Волинського блока (Галий С.А. и др., 1990), а на початку нового тисячоліття – у корі звітрювання Жданівської ультраосновної інтрузії Бердичівського підняття (Ентин В.А. и др., 2000; Kvasnytsya V.М. et al, 2001) і в 2003 р. – у корі звітрювання ультрабазитів Чемерпільської структури Подільського блоку УЩ (Кислюк В.В., Звенигородська Т.М., 2004). Самородну мідь цих рудопроявів не вивчали, тому вона стала об'єктом наших досліджень.

Основні рудопрояви самородної міді на території України

Волинський міднорудний район (вендські вулканогенно-осадові породи північно-західної частини Волино-Подільської плити). Самородна мідь виявлена у відкладах всіх світ нижнього венду Волині (бродівська світа та волинська серія), які залягають на породах поліської серії або на кристалічному фундаменті. Нижньовендські відклади поширені на всій території Волині, найбільше – у Волино-Поліському рифейському прогині. Відклади бродівської світи потужністю до 70 м зафіксовані лише в деяких розрізах, представлені червоноколірними різнозернистими глинистими пісковиками, рідше глинистими конгломератобрекчіями та гравелітами, погано відсортованими.

До складу волинської серії входять трапи в ефузивній та субефузивній фаціях. За геологічними умовами залягання породи ефузивної фації (базальти та їхні туфи) мають вигляд покривів, які в регіональному плані простягаються на північний захід. Ефузивно-пірокластичні товщі складені потоками лав основного складу та пластами туфів різної потужності, що неодноразово перешаровуються у розрізах. Максимальна потужність ефузивно-пірокластичних утворень сягає 500 м, а площа сучасного поширення перевищує 200 тис. км2, об’єм вулканічного матеріалу – понад 10 тис. км3 (Приходько В.Л., 2005). За ізотопними датуваннями та результатами палеонтологічних досліджень вік утворень відповідає 570-600±20 млн років.

Самородномідна мінералізація в трапах північно-західної частини Волино-Подільської плити має регіональний характер. Найперспективнішими ділянками вважають Гірницький та Рафалівський рудні вузли. За значними концентраціями міді виділено декілька стратиформних рудних горизонтів (знизу вгору): 1А в заболоттівській світі; 2А, 2Б в бабинській світі; 3А, 3Б в ратнівській світі. Найбагатші мідні руди Волинського міднорудного району належать до малопотужного (0,1-0,3 м) горизонту лавокластичних брекчій в основі нижнього базальтового потоку ратнівської світи. Вмісти міді в них змінюються від фонових (0,04%) до 5% (Мельничук В.Г., 2005).

Інтрузія Жданівка, зона окиснення (докембрійські ультрабазити Бердичівського підняття Подільського блока УЩ). Ультрабазити Жданівської інтрузії представлені хромшпінелід-олівіновими та флогопіт-амфіболовими перидотитами (Ентин В.А. и др., 2000). Потужність кори звітрювання досягає 50 м. Підвищений вміст самородної міді (до 1,3 кг/т), Au (до 0,7 г/т), Ag (до 1,4 г/т) пов'язується з гідротермальними змінами перидотитів (скремнінням, карбонатизацією, сульфідизацією). Важка фракція з зони окиснення перидотитів складена дендритами самородної міді (до 95%), кристалами піриту (до 5%). Інші мінерали цієї фракції (циркон, гранат, рутил, марказит, халькозин, самородне срібло) представлені окремими зернами. Ця фракція також містить дуже дрібні кристали спериліту.

Рудопрояв Чемерпіль, зона окиснення (докембрійські ультрабазити Подільського блоку УЩ). Породи Чемерпільської структури мають дуже строкатий склад і належать до бузької серії (Металіді В.С. та ін., 1999). Кора звітрювання кристалічних порід розвинута майже на всій території Чемерпільського рудопрояву золота. За літологічними ознаками і мінеральним складом серед руд виділені декілька типів елювіальних руд золота: глинисті, залізисто-глинисті, залізисті (Волобаев И.В., Кислюк В.В., 2005). Для залізисто-глинистих руд характерною є асоціація самородних золота та міді, а також сульфідів (піриту, сфалериту) і пірофаніту, для залізистих руд – асоціація самородних золота і міді, сульфідів (пірит, сфалерит).

Поліметалевий рудопрояв Курчиці (докембрійські карбонатні породи Волинського блока УЩ). Поліметалеве зруденіння виявлено в межах Курчицької синклінальної структури (Сарненсько-Варварівська тектоно-метасоматична зона), яка складена докембрійськими мармурами і кальцифірами, що залягають серед роговообманково-біотитових гнейсів, кристалосланців і амфіболітів тетерівської серії (Галий С.А. и др., 1990). Прожилково-вкраплене поліметалеве зруденіння зустрінуто у доломіт-кальцитових мармурах і кальцифірах. До комплексу рудних мінералів належать молібденіт, піротин, пірит, галеніт, сфалерит, халькозин, халькопірит, гринокіт, ковелін, борніт, а також самородні мідь та свинець. Після галеніту самородна мідь є другим за поширеністю рудним мінералом. Поліметалеве зруденіння віднесено до метаморфізованого стратиформного генетичного типу.

морфологія самородної міді з родовищ світу

Наведено дані щодо морфології, в тому числі і кристаломорфології самородної міді з відомих родовищ світу. Проаналізовано поширеність простих форм кристалів міді та залежність їх появи і розвитку від структурних параметрів.

Морфологія самородної міді України

Волинський міднорудний район. Класифікація самородної міді за розмірами близька до добре відомої класифікації самородного золота і дозволяє приблизно розрізняти різну за величиною мідь з вулканітів Волині: дрібні і середні виділення міді з туфів; дрібні, середні і великі, рідше дуже великі — з базальтів та кварцових прожилків; великі, дуже великі та самородки — з туфо- та лавобрекчій. За ступенем ідіоморфізму виділень волинська самородна мідь розділена на ксено-, гемі- та ідіоморфні утворення. Найбільш контрастна морфологія самородної міді з туфів і базальтів. У перших встановлено ряд морфологічних типів міді (губчасті, друзо-, амебо-, дротоподібні виділення), які не зустрічаються серед міді з базальтів, туфо- і лавобрекчій, кварцових прожилків. Серед багатогранників волинської міді виявлено всі відомі морфологічні типи кристалів самородної міді (рис. 1) і велику кількість її простих форм. За даними гоніометричних досліджень на кристалах волинської міді встановлено такі прості форми: {100}, {110}, {111}, {210}, {320}, {520}, {740}, {750}, {940}, {950}, {980}, {311}, {322}, {952}. Серед дрібних багатогранників самородної міді з базальтів та їхніх туфів переважають комбінаційні форми {hk0}+{110}, {110}, {hk0} і складні багатогранники типу {hk0}+{110}+ +{100}+{111}+{hkk}; {100}, {111}, {100}+{111} – порівняно рідкісні, до того ж куби частіше зустрічаються в туфах. Найбагатшими на поліедри є вулканіти горизонтів 3Б1, 2А і 2Б. На великих кристалах самородної міді головними формами також є {110} і {hk0}.

Двійникові утворення кристалів волинської самородної міді є як простими (двійники {111}, {100}, {110} і {hk0}), так і складними (п’ятірники {100}+{111}, {110} і {hk0}) зростками за шпінелевим законом (рис.2). Останні спостерігаються найчастіше. Загалом п’ятірники кристалів самородної міді є порівняно рідкісними утвореннями.

У рудопроявах Волині іноді зустрічаються дендритоїди. Також рідкісними є скелетні форми кристалів самородної міді .

У пористих базальтах Гірницької ділянки самородна мідь утворює ідеальні і спотворені дрібні кульки розміром до 0,7 мм, які часто спостерігаються на контакті основної маси породи і порожнини.

Досить незвичною є знахідка включень самородної міді у кристалах калієвого польового шпату з осадових порід бродівської світи ділянки Володимирець. Великі включення міді мають переважно тонкопластинчасту форму, менші за розміром – неправильні зерна. Найвірогідніше виділення міді належать до сингенетичних польовому шпату включень.

Самородна мідь з нижньовендського габро-долериту поблизу с.Берестовка Володимирецького району переважно ксеноморфна – пластинчаста, плівчаста і грудкоподібна.

Рудопрояв Жданівка. Самородна мідь цього рудопрояву майже повністю представлена дрібними (до 0,5 мм) багатогранниками і дендритними утвореннями. Серед багатогранників самородної міді домінують {100}, а {100}+{111} і {111} зустрічаються рідше. Характерно велике розмаїття закономірних і незакономірних зростків багатогранників. Перші є паралельними зростками та складними двійниками {100} (трійниками, четвірниками та п’ятірниками за шпінелевим законом). Досить часто складні двійники супроводжуються дендритними формами. Спостерігаються також і досконало оформлені двійники {100}+{111}за шпінелевим законом.

Проте найчастішими серед виділень міді Жданівки є різноманітні дендрити і дендритоїди, головні прості форми яких габітусний куб і слабко розвинений октаедр. Серед ксеноморфних виділень самородної міді переважають друзо-, голко- і волосоподібні утворення.

Рудопрояв Чемерпіль. Самородна мідь представлена дрібними октаедричними кристалами, їхніми двійниками за шпінелевим законом і складнішими закономірними зростками октаедрів – п’ятірниками.

Рудопрояв Курчиці. Головні форми виділення міді – плівчасті і пластинчасті, рідше жилкоподібні утворення. Найчастіше плівки і пластинки міді наростають на кубічні кристали галеніту або його масивні форми. Зустрічаються зростки кристалів галеніту і плівок самородних міді та свинцю, а також включення міді в галеніті. Особливо незвичними є жилкоподібні і плівчасті зростки самородних металів, а також зростки самородної міді і слюди.

Анатомія самородної міді України

Дослідження анатомії самородної міді проводилося методом структурного травлення аншліфів.

Волинський міднорудний район. В рудопроявах Рафалівка та Жиричі встановлено наявність таких елементів анатомії міді – простих двійників по (111), полісинтетичних двійників по (111) та їх систем по (111). Зональна будова не зафіксована в жодному із зразків. Під час травлення пришліфованих зрізів (перпендикулярно до псевдоосі п’ятого порядку) п’ятірників {hk0} за шпінелевим законом слабким розчином HNO3 добре проявляються окремі індивіди у вигляді п’яти секторів.

Рудопрояви Жданівка, Чемерпіль і Курчиці. Вивчення аншліфів кристалів, зерен і дендритів міді з цих рудопроявів виявило полісинтетичні двійники по (111).

Хімічний склад самородної міді України

Волинський міднорудний район. Результати мікрозондового аналізу статистично великої кількості виділень самородної міді Волині дають змогу підтвердити наявність незначних домішок Ag і Fe у волинській міді. Незалежно від розміру і морфології виділень, Ag і Fe є головними домішками у волинській міді. Окрім того, інколи фіксуються домішки Sb (до 0,02%), Bi (до 0,05%), Au (до 0,03%), Hg (до 0,01%), Ni (0,02%), Сr (0,01%), Co (0,01%) і As (сліди). Вміст срібла і заліза коливається в широких межах: Ag - від 0,01 до 0,37%, Fe – від 0,01 до 1,04%. Більший перелік домішок у самородній міді Волині встановлено за даними напівкількісного спектрального аналізу. В самородній міді з лавобрекчії наявні домішки Ag, Fe, Со, Cr, Zn, Pb, Mn, Al, Ca, Mg, Si i Na, з туфобрекчії - Ag, Fe, Со, Cr, Pb, Mn, Al, Mg, Si i Na, з кварцових прожилків - Ag, Fe, Cr, Pb, Mn, Al, Ca, Mg i Si, з базальту – Ag, Fe, Co, Cr, Sn, Pb, Mn, Al, Mg, Si i Ca.

Якісний хімічний склад двох зразків порівняно великих ксеноморфних зерен міді з туфо- і лавобрекчій ділянки Рафалівка вивчено за допомогою лазерної масспектрометрії. У зразку з туфобрекчії виявлено домішки Ag, Li, Na, Mg, Al; в з лавобрекчії – домішки Ag, Li, K, Na, Mg, Al, Si, Co i Pb. Співвідношення ізотопів Cu63:Cu65 (69,2:30,8%) у цих зразках близьке до стандарту.

Враховуючи перемінний склад Ag і Fe в самородній міді, в тому числі в межах зерен і кристалів, а також обмеженість розчинності Ag в міді (не більше 0,6%), можна допускати входження Ag і Fe в мідь не у вигляді ізоморфних домішок, а мінеральних мікрофаз.

Вищий вміст домішок Ag і Fe властивий міді із свіжих масивних базальтів і туфів, нижчий – у міді з лавобрекчій і прожилків кварцу. У першій частіше фіксуються сліди Ni, Co і Cr. Так, дрібна мідь з свіжих базальтів Рафалівського кар’єру (свердловина 5899) відзначається підвищеним вмістом Fe (0,65-1,04%) і слідами Ni, Cr та Co. Також збагачена домішками Fe (0,88%) самородна мідь із базальтів цього кар’єру, яка знаходиться в асоціації із сріблястим дендритоподібним халькозином (свердловина 4208). Домішок Ag в цій міді мало. Дрібна мідь з туфів ділянки Жиричі (свердловина 5872) має дещо підвищений вміст Ag (до 0,15%) і малі кількості Fe (до 0,08%), а також сліди Ni, Cr i Co.

За хімічним складом мідь з осадових порід бродівської світи ділянки Володимирець майже не відрізняється від міді із вендських вулканітів, вона тільки дещо збагачена домішками Ag. Майже така ж за хімічним складом самородна мідь з інтрузії габро-долериту біля с. Берестовка. Все ж відзначимо в останній частіші прояви слідів Cr і Ni.

Зовсім інший хімічний склад має самородна мідь з пористих базальтів Гірницької ділянки. Вона збагачена домішками Ni (до 9,4%) і Fe (до 1,5%).

Рудопрояв Жданівка. Самородна мідь з рудопрояву Жданівка є чистим мінералом. У ній зафіксовані лише незначні домішки Fe (до 0,65%), Ag (0,12%), сліди Pt, Ni, Co та As.

Рудопрояв Чемерпіль. Самородна мідь з рудопрояву Чемерпіль є також відносно чистим мінералом, вона містить незначні домішки Fe, Ag, іноді фіксуються Bi та Cr.

Рудопрояв Курчиці. За даними наших мікрозондових досліджень самородна мідь містить лише домішки Ag (0,03-0,07%), As (0,04%), Pt (0,02%), Fe (0,02%), сліди Sb, Zn.

Асоціації та парагенезиси самородної міді України

Волинський міднорудний район. Самородна мідь з волинських рудопроявів найчастіше асоціює з кварцом, халцедоном, кальцитом, хлоритом, анальцимом, цеолітами, купритом, малахітом, азуритом, халькозином, халькопіритом, самородними сріблом та залізом. З перелічених мінералів ми детально вивчали самородне срібло, самородне залізо, халькозин, які мають важливе значення для з’ясування кристалогенезису самородної міді і були майже не дослідженими.

Самородне срібло знайдено в базальтових туфах бабинської світи венду (горизонт 2А, ділянка Жиричі), в базальтах цієї ж світи (горизонт 2Б, ділянка Жиричі), в лавобрекчіях базальтів ратнівської світи венду (горизонт 3А1, Рафалівський кар’єр) і в базальтах ратнівської світи (горизонт 3Б1, ділянка Жиричі). Найбільше самородного срібла знайдено в пробах з базальтових туфів бабинської світи, горизонт 2А, ділянка Жиричі і з лавобрекчії базальтів ратнівської світи, ділянка Рафалівка. Серед десятків срібно-білих переважно ксеноморфних зерен самородного срібла розміром близько 0,5 мм (зрідка близько 1 мм) виявлено його геміідіоморфні форми, багатогранники та їхні двійники, а також зростки і проростання із самородною міддю. Найчастіше самородне срібло перебуває в тісній асоціації з самородною міддю, анальцимом, альбітом, кальцитом і кварцом.

Досконалі багатогранники срібла найчастіше зустрічаються в туфах і лавобрекчіях базальтів; на них розвинуті грані {100}, {111} і {hk0}. За габітусом вони є частіше кубами, ускладненими невеликими гранями {111} і {hk0}, інколи тетрагексаедрами. Недосконалі кристали срібла подібні до {111} і {100}, до того ж на кубах досить добре проявлений ріст кристалів шарами по (100).

Хімічний склад волинського самородного срібла має свою специфіку, воно містить значні домішки Hg (до 2,2%), а також малі кількості Cu (до 0,18%) і Fe (до 0,13%), іноді сліди As і Sb. Хімічний склад самородного срібла, що знаходиться в зростках з самородною міддю, майже такий же, як і в окремих зернах срібла.

Самородне залізо виявлено в базальтах, лавобрекчіях і пористих базальтах Волині: базальт (Чорторийська ділянка, горизонт 3А3), лавобрекчія (Рафалівська ділянка, горизонт 3А1), пористий базальт (Гірницька ділянка, горизонт 3Б). Його окремі зерна зафіксовані нами в базальтах горизонту 2Б і туфах горизонту 2А ділянки Жиричі і в базальтах горизонту 3А1 ділянки Рафалівка. Найбільше виділень самородного заліза виявлено в мідних концентратах з лавобрекчії і в керні пористого базальту. Для кожного з означених вище типів вулканітів властива своя переважаюча форма виділень самородного заліза: в базальтах – це дрібні (розміром до 0,5 мм) пластинчасті зерна, в лавобрекчіях – кубоподібні, часто видовжені по [001] кристали розміром до 1,5 мм, рідше товстопластинчасті зерна; у пористому базальті – геміідіоморфні кристали розміром до 0,5 мм. У базальтах виділення самородного заліза спостерігаються в тріщинах, у пористому базальті – в основній масі породи. Окрім базальту, в інших типах вулканітів самородне залізо асоціює з самородною міддю: в лавобрекчіях часто зустрічаються також кубоподібні кристали міді, а в пористому базальті – кулясті виділення міді, які трапляються переважно на контакті порожнин і матриці базальту.

Поверхня зерен заліза із тріщин в базальті струмениста, нерідко з окремими добре виразними дрото- і стрічкоподібними виділеннями. На поверхні зерен заліза із лавобрекчій часті кубооктаедричні, кубічні, ромбоедричні та іншої форми кристали недіагностованих мінералів.

Характерними домішками волинського заліза є Ni (до 1,1%), Co (до 0,14%), Cr (до 1,2%), Mn (до 1,9%) і Cu (до 0,2%), вміст яких змінний. У самородному залізі іноді фіксується Si (до 0,24%), As (до 0,08%), S (до 0,01%), Rh (до 0,01%). Наведені дані дозволяють віднести вивчене самородне залізо із вендських вулканітів Волині до фериту. Хоча волинське самородне залізо з різних порід має свої морфологічні особливості, за хімічним складом воно близьке.

Халькозин. Дрібні виділення халькозину виявлено у багатьох рудних концентратах з вулканітів ділянок Рафалівка (ратнівська світа, горизонт 3А1, лавобрекчія, кварцовий прожилок) і Жиричі (бабинська світа, горизонт 2Б, базальт; горизонт 2А, туф; заболоттівська світа, горизонт 1А, базальт). Халькозин з туфів бабинської світи представлений багатогранниками, які є аналогічними кристалам халькозину з дрібноуламкових туфів берестовецької світи Волині з району Перекалля (Квасниця І., 2002), де він утворює вкраплення у цементі туфів (анальцим, цеоліти) і асоціює з кварцом, кальцитом, малахітом і рідко з самородною міддю. Останні два мінерали наростають на його кристали. Іншу морфологію має сріблястий халькозин з базальту ділянки Рафалівка (ратнівська світа, горизонт 3А1,). Він утворює в тріщинах базальту дендритоподібні виділення розміром до декількох сантиметрів і тісно асоціює з дрібними зернами самородної міді, які групуються в базальті біля кварцового прожилку.

Рудопрояв Жданівка. Cпостерігається наступна асоціація супутніх самородній міді рудних мінералів: призматичні кристали халькозину; октаедричні і міріоедричні кристали спериліту, іноді з включеннями самородного золота; октаедричні кристали піриту; зростки дендритів міді і гідроксидів заліза. Із нерудних мінералів до асоціації входять кварц та кальцит.

Рудопрояв Чемерпіль. Мідь часто знаходиться у зростках з кварцом і гідроксидами заліза. Наскрізними мінералами кори звітрювання є самородні мідь та золото.

Рудопрояв Курчиці. Самородна мідь тісно пов’язана з кальцитом та галенітом. Зустрічаються зростки кристалів галеніту і плівок самородних міді та свинцю, включення міді в галеніті, жилкоподібні і плівчасті зростання цих самородних металів, зростки самородної міді і слюди.

Самородний свинець утворює як масивні або плівчасті нарости на кристалах галеніту, так і окремі дендрито-, дрото-, жилкоподібні та плівчасті виділення, три останні часто зустрічаються в зростках із самородною міддю. Мікрозондовий аналіз свинцю засвідчив наявність домішок Zn (0,05%), Cu (0,03%), Sn (0,01%).

Порівняльна характеристика самородної міді з рудопроявів України і родовищ світу

У розділі наведено характеристику самородної міді з усіх відомих рудопроявів України. Всі головні промислово цікаві типи саморудномідної мінералізації України мають свої добре вивчені аналоги у світі. Оскільки найбільший практичний інтерес становить самородна мідь із Волинського міднорудного району, то в роботі наведено її порівняння з міддю відомих родовищ і рудопроявів світу трапової формації.

Генетична природа самородної міді України

Вивчену самородну мідь України за її особливостями та умовами відкладання можна розділити на декілька регіонально-генетичних груп: ендогенну, утворену внаслідок прояву магматичного і постмагматичного гідротермального процесів – самородна мідь із рудопроявів Волинського мідного району; екзогенну – самородна мідь рудопроявів Жданівка і Чемерпіль; метаморфогенну – самородна мідь рудопрояву Курчиці.

Волинський міднорудний район. За результатами наших досліджень слід розрізняти два генетичні типи цієї міді – магматичний і гідротермальний, при цьому серед першого типу ми виділяємо два підтипи: високотемпературну мідь, яка утворюється у проміжних магматичних камерах – магматичну мідь І та мідь, яка відкладається в умовах широкого інтервалу температур при кристалізації базальтової магми – магматичну мідь ІІ (див. таблицю). Вивчення ізотопів кисню і вуглецю для кварцу і кальциту, які супроводжують гідротермальну самородну мідь, свідчить про значний вплив ендогенних джерел на формування мідних розчинів (д18ОН2О для раннього кварцу – 5,56,5‰, д18ОН2О для раннього кальциту становить 6,69,9‰, тоді як д13ССО2 – в межах -18,0-13,8‰). Це свідчить про післямагматичний характер такого зруденіння. Самородна мідь із кварцових прожилків у базальтах кристалізувалася з розчинів, які зазнали впливу метеорних вод (д18ОН2О для пізнього кварцу в межах -4,5 -3,3‰).

Генетичні типи самородної міді з вулканітів Волинського міднорудного району

Тип міді | Поширення | Розмір та форма виді-

лень | Хімічний склад | Асоціації і парагенезиси | Умови утворення

Магматична І | Рідкісна, зуст-рінута в пори-стих базальтах Гірницької ді-лянки і трахі-базальтах Ку-хітськовольсь-кої ділянки Прип’ятського валу (Цымбал С.Н. и др., 1982) | Дрібні сферичні до

0,5 мм | Мідь з пористих базальтів багата на домішки Ni (до 0,21%, іноді до 3,6 і 9,4% ) і Fe (до 0,46%, іноді 1,3-1,4%), Si (до 0,7-1,1%) і Ag (0,12-0,14%) | Пористі базальти: плагіоклаз, кліно- і ортопіроксен, магнетит, само-родне залізо. Трахібазальти: ферроармолколіт, самородне залізо, ільменіт, рутил та іоцит. | Кристалізується з розп-лавів у проміжних маг-матичних камерах за відновних умов при високих температурах (понад 1000°С). Швидкі кристалізація, просуван-ня та охолодження розп-лаву сприяли збережен-ню рудних мінералів. Джерелом міді є базальтовий розплав.

Магматична ІІ | Порівняно поширена в базальтах і туфах ділянок Жиричі й Рафалівка | Дрібні ксено-морфні до

0,5 мм | Відносно зба-гачена домішка-ми Ni, Fe, Cr, Co. Вміст цих елементів у міді (до 0,n%) зале-жить від темпе-ратури і швид-кості її криста-лізації. | Піроксен, пла-гіоклаз, ільменіт, магнетит, титано-магнетит, само-родні залізо і хром. Зв’язок з самородним залі-зом менш чіткий, ніж для міді І. | Утворюється при крис-талізації лави в широко-му інтервалі температур за рахунок відновлення сполук міді у розплаві. Можливі відновники – CH4, H2, СО.